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热处理培训 马钢重机公司 李爽 主要内容： 1.金属的晶体结构 2.二元合金相图与合金凝固 3.铁碳合金相图 4.钢的热处理原理 5.钢在冷却时的转变 6.钢的热处理工艺 7.锻造加热锻后热处理概述 第一讲 金属的晶体结构 金属材料的化学成分不同，其性能也不同。 对于相同成分的金属材料，通过不同的加工处理工艺，改变材料的内部组织，也可使其性能发生极大变化。 由此可以看出，除化学成分外，金属的内部结构和组织状态也是决定金属材料性能的重要因素。 即：化学成分和工艺决定显微组织，显微组织决定材料性能。 不同化学成分的金属性能对比 35钢，860~880℃ 水淬，48~55HRC；480~500℃ 回火，28~32HRC。 45钢，830~850℃ 水淬，55~60HRC； 500~540℃ 回火；28~32HRC。 45钢（200mm以下厚度）正火后冲击韧性小于25J/cm2，调质后可达40J/cm2。 1. 金属的晶体结构 1.1晶体： 原子三维空间内呈规则的周期性重复排列的固态物质称为晶体。 （非规则排列，称为非晶体） 我们目前接触的钢、铁等都是晶体。 1.2 晶格与晶胞 为了研究原子排列规律，假定理想晶体中原子都是固定不动的钢球，那么原子有这些钢球堆垛而成。 晶格:为了清楚地表明原子在空间排列的规律性，将构成晶体的实际质点忽略，而将他们抽象为纯粹的几何点，称为阵点，为了观察方便，用平行直线将这些阵点连接起来，构成一个三维空间格架。 这种用以描述晶体中原子（离子或分子）排列规律的空间格架称为空间点阵，简称点阵或 晶格。 由于晶格中原子排列具有周期性的特点，为了方便起见，可以从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元，来分析晶体中原子排列的规律性，这个最小几何单元称为晶胞。 晶胞的晶格常数与轴间夹角的表示方法 晶胞的三个棱边a，b，c，称为晶胞常数或点阵常数；若三棱边设置坐标轴，则设置轴间角α，β，γ。 晶格常数（点阵参数），包括晶格常数，轴间角。由此可确定晶胞形状和尺寸。根据晶格常数a、b、c和轴间角α，β，γ可将数万种的晶体物质分为七个晶系，而在1848年布拉菲用数学方法严格证明仅存在14种晶格，称为布拉菲格子。 表征晶胞的六个参数 1.3 两种典型晶体结构 体心立方（bcc） 晶胞三个棱边长度相等，三个轴间夹角均为90°，构成立方体，除了晶胞的八个角上各有一个原子外，在立方体的中心还有一个原子。 1 原子半径 在体心立方晶胞中，原子沿立方体对角线紧密接触着，设晶胞的晶格常数为a，则立方体对角线长度为 ，等于4个原子半径，所以体心立方晶胞中原子半径 2 原子数 3 配位数与致密度 晶胞中任取一原子找出与其最近距离而且相等的原子数，称之为配位数。 体心立方（bcc）： 8个 晶胞中原子所占的体积与晶胞体积之比，称为致密度。 面心立方 面心立方（fcc） 晶胞三个棱边长度相等，三个轴间夹角均为90°，构成立方体，除了晶胞的八个角上各有一个原子外，在立方体的六个面心还有一个原子。 原子半径 在体心立方晶胞中，原子沿立方体对角线紧密接触着，设晶胞的晶格常数为a，则立方体对角线长度为 ，等于4个原子半径，所以体心立方晶胞中原子半径 原子数 配位数12个 致密度 不同的原子排列方式原子间隙不同，溶解碳的能力也不同 以纯铁为例，Fe在912℃以下为体心立方晶格，称为α-Fe；在912~1394 ℃具有面心立方晶格，称为γ-Fe；在1390 ℃至熔点又具有体心立方晶格，称为α-Fe。 大部分金属只有一种晶体结构。 金属由一种晶体结构向另一种晶体结构转变成为多晶型转变或同素异构转变。 1．多晶型性（同素异构性） 元素具有两种或两种以上的晶体结构的性质，称之多晶型性。 2．多晶型转变（同素异构转变） 具有多晶型性的金属在温度或压力变化时，由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程的称之为多晶型转变。 正是由于Fe的多晶型转变，加上碳在不同晶体结构的Fe中溶解能力有差别，才有可能对钢和铸铁进行各种热处理，以改变其组织与性能。 1.4 实际金属的晶体结构 实际应用的金属材料中，总是不可避免的存在一些原子偏离规律排列的不完整区域，这就是晶体缺陷。 金属中偏离其规定位置的原子数目很少，不超过千分之一，其结构是完整的。 1.4.1 点缺陷 特点：在三维尺度上都较小，一般不超过几个原子间距。包括空位，间隙原子、置换原子。 空位、间隙原子、置换原子。 1.4.2 线缺陷 晶体中的线缺陷就是各种类型的位错。 刃型位错和螺旋形位错 位错在金属晶体中的存在和运动，对金属的塑变、强度和断裂起着决定性的作用。此外，位错对金属的扩散、相变等过程也有较大的影响。 位