文档介绍：2017-2-17 1 第第2 2章章金属材料组织和性能的控制金属材料组织和性能的控制内容提要: 内容提要: 本章介绍金属材料组织和性能的影响因素及其控制方法,包括纯金属的结晶、合金的结晶、金属的塑性加工、钢的热处理、钢的合金化、表面技术等内容。??纯金属的结晶纯金属的结晶部分主要介绍纯金属结晶的条件和结晶过程,同素异构转变,细化铸态金属晶粒的措施。??合金的结晶合金的结晶部分主要介绍发生匀晶反应的合金的结晶过程和发生共晶反应的合金的结晶过程。??铁碳合金的结晶铁碳合金的结晶部分主要介绍铁碳相图、典型铁碳合金的平衡结晶过程。并介绍铁碳合金的成分-组织-性能关系。 2017-2-17 2 ??金属的塑性加工金属的塑性加工主要介绍金属塑性变形的微观机理、塑性变形对金属组织和性能的影响,以及再结晶对金属组织和性能的影响。??钢的热处理部分钢的热处理部分主要介绍热处理的原理和热处理工艺(退火、正火、淬火、回火、表面热处理和化学热处理),以及钢的热处理新技术。??钢的合金化部分钢的合金化部分主要介绍合金元素在钢中的作用,合金元素对钢的热处理、钢的机械性能、工艺性能的影响。 2017-2-17 3 学****目标: 学****目标: 本章是工程材料课程的重点章。着重掌握以下内容: ?铁碳相图,典型铁碳合金的平衡结晶过程,杠杆定律,铁碳合金的成分平衡结晶过程,杠杆定律,铁碳合金的成分- -组织组织- -性能关系性能关系。?过冷奥氏体的等温转变( C或TTT 曲线),过冷奥氏体的连续冷却转变(CCT) ,钢的淬透性、淬硬性。退火、正火、淬火、回火、表面热处理和化学热处理等热处理工艺。?合金元素在钢中的作用,合金元素对钢的热处理、钢的机械性能的影响。?熟悉纯金属、合金的结晶,金属的塑性加工、再结晶对金属组织和性能的影响规律。学****建议: 学****建议: 本章阐述了金属材料组织与性能的影响因素和规律,是工程材料学的基本理论基础。本章是课程的重点,需要扎扎实实地学****好,掌握金属材料组织与性能的主要影响因素和规律,为后面学****金属材料知识打好基础。 2017-2-17 4 纯金属的结晶纯金属的结晶金属及其合金生产一般均需经过冶炼和铸造,然后经压力加工成型后,也有一些是铸造后就直接使用的。所以,金属通常都要经历由液态到固态的凝固过程。金属凝固时由于熔化、浇注、冷却等条件的不同,所获得的铸件内部组织会有所不同,铸件的物理、化学和机械性能也会因之而异,这对铸件的应用或随后的加工工艺均有很大影响。 纯金属的结晶的概念纯金属的结晶的概念?在一定的条件下,金属的三态可以互相转化,物质由液态转变为固态的过程称为凝固凝固。?通常条件下凝固后的固态金属是晶体,所以又将金属的凝固称为结晶。金属从一种原子排列状态(晶态或非晶态)到另一种原子规则排列状态(晶态)的转变叫金属的结晶。结晶。??金属从液态过渡到固体晶态的转变称为一次结晶一次结晶。?而金属从一种固体晶态过渡为另一种固体晶态的过程则称为二次结晶或重结晶二次结晶或重结晶。(区别于再结晶—晶格类型是否发生变化) 2017-2-17 5 纯金属结晶冷却曲线纯金属结晶冷却曲线(关键词) (关键词) ??平台出现?结晶潜热?过冷度?自由能之差ΔG ?驱动力?ΔG 就是金属结晶的驱动力, ?过冷度越大,结晶速度越快。 2017-2-17 6 ( (一一) ) 液态金属的结构液态金属的结构?液态的结构介于晶态与气态之间,它不像晶体中原子那样作规则的三维排列,但也不像气体原子那样任意、混乱地分布着; ?金属键没有被完全破坏; ?液态金属原子不是完全无序、混乱的排列,而是在微小范围内存在有序、规则的排列,因此液态金属是由近程有序排列的原子集团组成。但这些原子集团不稳定,瞬时形成瞬时消失,时聚时散( 结构起伏结构起伏),与系统的能量也是瞬息万变(能量起伏能量起伏)相对应。液态结构液态结构固态结构固态结构由液态金属的结构说明金属的结晶过程实质上是由不稳定的具有近程有序排列原子集团转变为长程有序排列。 2017-2-17 7 ( (二二) ) 金属结晶的条件金属结晶的条件热力学条件热力学条件结晶过程不是在任何条件下都能自发进行的? ?热力学第二定律:自然界的一切自发转变过程,总是由一种较高能量状态趋向于能量最低的稳定状态。在一定温度条件下,只有那些引起体系自由能(即能够对外作功的那部分能量)降低的过程才能自发进行。就象小球从高处滚向低处降低自己的势能一样。即: 即: 式中, F 为体系自由能; T 是绝对温度; S 为嫡--表征系统中原子排列混乱程度的参数。 S dT dF?? 2017-2-17 8 ( (二二) ) 金属结晶的条件金属结晶的条件由知:?金属聚集状态的自由