再结晶

再结晶

中文名称：再结晶

英文名称：recrystallization

定义：指经冷塑性变形的金属超过一定温度加热时，通过形核长

大形成等轴无畸变新晶粒的过程。

应用学科：机械工程（一级学科）；机械工程(2)_热处理（二

级学科）；机械工程(2)一般热处理名词（三级学科）

以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

再结晶：当退火温度足够高、时间足够长时，在变形金属或合金的显微组织中，产生无应变的新晶粒──再结晶核心。新晶粒不断长大，直至原来的变形组织完全消失,金属或合金的性能也发生显著变化,这一过程称为再结晶。过程的驱动力也是来自残存的形变贮能（见图1）。与金属中的固态相变[1]类似，再结晶也有转变孕育期，但再结晶前后，金属的点阵类型无变化。

再结晶核心一般通过两种形式产生。其一是原晶界的某一段突然弓出，深入至畸变大的相邻晶粒，在推进的这部分中形变贮能完全消失，形成新晶核。其二是通过晶界或亚晶界合并，生成一无应变的小区──再结晶核心。四周则由大角度边界将它与形变且已回复了的基体分开。大角度边界迁移时，核心长大。核心朝取向差大的形变晶粒长大，故再结晶过程具有方向性特征。再

结晶后的显微组织呈等轴状晶粒，以保持较低的界面能。开始生成新晶粒的温度称为开始再结晶温度，显微组织全部被新晶粒所占据的温度称为终了再结晶温度或完全再结晶温度。再结晶过程所占温度范围受合金成分、形变程度、原始晶粒度、退火温度等因素的影响。实际应用中，常用开始再结晶温度和终了再结晶温度的算术平均值作为衡量金属或合金性能热稳定水平的参量，称为再结晶温度。

动态再结晶：·

·

·随着变形量的增加，位错密度继续增加，内部储存能也继续增加。当变形量达到一定程度时，将使奥氏体发生另一种转变—动态再结晶。·动态再结晶的发生与发展，使更多的位错消失，奥氏体的变形抗力下降，直到奥氏体全部发生了动态再结晶，应力达到了稳定值。

静态再结晶：

金属在热加工后，由于形变使晶粒内部存在形变储存能，使系统处于不稳定的高能状态，因此在变形随后的等温保持过程中，以变形储存能为驱动力，通过热活化过程再结晶成核和长大而再生成新的晶粒组织，使系统由高能状态转变为较稳定的低能状态，这个自发的过程就是静态再结晶。

相变

中文名称：相变

英文名称：phase change;phase transition

定义：

物体由一种相态(固态、液态或气态)至另一种相态的转变，其间物理特性和分子结构发生了明显变化。

冷加工

cold working of metal

通常指金属的切削加工。用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)把坯料或工件上多余的材料层切去成为切屑，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。任何切削加工都必须具备3个基本条件:切削工具、工件和切削运动。切削工具应有刃口，其材质必须比工件坚硬。不同的刀具结构和切削运动形式构成不同的切削方法。用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯切等；用刃形

和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和抛光等。

切削加工是机械制造中最主要的加工方法。虽然毛坯制造精度不断提高，精铸、精锻、挤压、粉末冶金等加工工艺应用日广，但由于切削加工的适应范围广，且能达到很高的精度和很低的表面粗糙度，在机械制造工艺中仍占有重要地位。在金属工艺学中，冷加工则指在低于再结晶温度下使金属产生塑性变形的加工工艺，如冷轧、冷拔、冷锻、冷挤压、冲压等。冷加工在使金属成形的同时，通过加工硬化提高了金属的强度和硬度。

金属冷加工的优点和限制

1. 在强化金属的同时可以获得所需的形状

2. 可以获得很好的尺寸公差和表面粗糙度

3. 便宜

4. 有些金属只能进行有限程度的冷加工，因为它们在室温下表现为脆性

5. 冷加工削弱了延展性、导电性和耐腐蚀性。但因冷加工而导致的导电性减小的程度小于其他强化加工的影响，所以冷加工也被用来强化导电材料，如铜丝

6. 如果各向异性的特性和残余应力控制得当的话，它们也会带来好处。如果控制不当，就会大大削弱材料性能

7. 由于冷加工的效果会在高温下降低甚至消失，所以对于那些工作在高温环境下的部件来说，不适用冷加工强化

加工退火（Annealing）

冷加工会导致一些不需要的效果。比如延展性的降低以及残余应力的增加。由于冷加工或加工硬化的机制是增加了位错密度，因此任何可以重新排列或消除位错的处理方法都可以消除冷加工的效果。

加工退火是一种热处理方法，用来消除部分或全部冷加工效果。加工退火分为三个阶段：恢复（Recovery），再结晶（Recrystallization）和晶粒长大（Grain Growth）。恢复发生在较低温度。它可以消除残余应力而不改变位错密度。再结晶发生在中等温度。加热超过一定温度后，含有非常低的位错密度的新晶粒会在晶界上生成。由于位错数量大幅减少，再结晶的金属因此会强度降低，延展性升高。加热温度继续升高，就到了晶粒长大阶段。在这个阶段中，所有冷加工的效果都被消除。所以这个阶段是不希望达到的。

如合金钢需加热到形成均匀奥氏体后，进行热扎、锻造，温度低塑性不好，易产生裂纹，温度过高金属件易过分氧化，影响加工件质量。

金属热处理只改变金属件的金相组织，它包括：退火、正火、淬火、回火等。

热加工表现形式

火焰切割

数控火焰切割适用于切割5-300mm碳钢板材料，其切割厚度大，效率高，切割无坡口，使用简单，切割所用原料主要为氧气和切割气体（炳烷、乙炔、煤气等）,切割成本低，是比较实用和常见的一种切割类型。

等离子切割

数控等离子切割应用于一些不锈钢，和小于40mm的一些金属板材的切割，其切割速度快，以及专用于有色金属的切割是其最大的特点！不过切割过程会产生大量烟尘，但随着其速的切割功能和以及等离子打坡口功能，在市面上也大量使用起来！

激光切割

激光切割是热加工精度最高的，但效率低，成本高，只有少数大型企业和高精度切割领域才使用得上。

典型铁碳合金的结晶过程

一、共析钢的结晶过程 图中Ⅰ表示共析钢（Wc＝0.77％），合金在1点以上为液体（L），当缓冷至稍低于1点温度时，开始从液体中结晶出奥氏体（A），A的数量随温度的下降而增多。 温度降到2点时，液体全部结晶为奥氏体。2～S点之间，合金是单一奥氏体相。继续缓冷至S点时，奥氏体发生共析转变，转变成珠光体（P）。727℃以下，P基本上不发生变化。故室温下共析钢的组织为P。 共析钢的结晶过程如下图。 二、亚共析钢的结晶过程 图3－6中合金Ⅱ表示亚共析钢。合金在1点以上为液体。缓冷至稍低于1点，开始从液体中结晶出奥氏体，冷却到2点结晶终了。在2～3点区间，合金为单一的奥氏体组织，当冷却到与GS线相交的3点时，开始从奥氏体中析出时，就会将多余的碳原子转移到奥氏体中，引起未转变的奥氏体的含碳量增加。沿着GS线变化。当温度降至4点（727℃）时，剩余奥氏体含碳量增加到了Wc＝0.77％，具备了共析转变的条件，转变为珠光体。原铁素体不变保留了在基体中。4点以下不再发生组织变化。故亚共析钢的室温组织为铁素体＋珠光体。 亚共析钢的结晶过程如图3－8所示。 三、过共析钢的结晶过程 图3-6中合金Ⅲ表示过共析钢。合金在1点以上为液体，当缓冷至稍低于1点后，开始从液体中结晶出奥氏体，直至2点结晶终了。在2～3点之间是含碳时为合金Ⅲ奥氏组织。缓冷至3点时，奥氏体中开始沿晶界析出渗碳体（即二次渗碳体）。随着温度不断降低，由奥氏体中析出的二次渗碳愈来愈多，而奥氏体中的含碳量不断减少，并沿着ES线变化。3～4点之间的组织为奥氏体＋二次渗碳体。降至4点（727℃）时，奥氏体的成分达到了共析成分，于是这部分奥氏体发生共析反应，转变为珠光体。在4点以下，合金的组织不再发生变化。故室温组织为珠光体＋二次渗碳体。过共析钢结晶过程如图3－9。

第六章 回复与再结晶

第六章回复与再结晶 (一)填空题 1. 金属再结晶概念的前提是，它与重结晶的主要区别是。 2. 金属的最低再结晶温度是指，它与熔点的大致关系是。 3 钢在常温下的变形加工称，铅在常温下的变形加工称。 4．回复是，再结晶是。 5．临界变形量的定义是，通常临界变形量约在范围内。 6 金属板材深冲压时形成制耳是由于造成的。 7．根据经验公式得知，纯铁的最低再结晶温度为。 (二)判断题 1．金属的预先变形越大，其开始再结晶的温度越高。（×） 2．变形金属的再结晶退火温度越高，退火后得到的晶粒越粗大。（√）3．金属的热加工是指在室温以上的塑性变形过程。（×） 4．金属铸件不能通过再结晶退火来细化晶粒。（√） 金属铸件不能通过再结晶退火达到细化晶粒的目的，因为铸件，没有经受冷变形加工，所以当加热至再结晶退火温度时，其组织不会发生根本变化，因而达不到细化晶粒的目的。 再结晶退火必须用于经冷塑性变形加工的材料，其目的是改善冷变形后材料的组织和性能。再结晶退火的温度较低，一般都在临界点以下。若对铸件采用再结晶退火，其组织不会发生相变，也没有形成新晶核的驱动力(如冷变形储存能等)，所以不会形成新晶粒，也就不能细化晶粒。 5．再结晶过程是形核和核长大过程，所以再结晶过程也是相变过程。（×）； 6 从金属学的观点看，凡是加热以后的变形为热加工，反之不加热的变形为冷加工。 （×） 7 在一定范围内增加冷变形金属的变形量，会使再结晶温度下降。( √) 8．凡是重要的结构零件一般都应进行锻造加工。（√） 9．在冷拔钢丝时，如果总变形量很大，中间需安排几次退火工序。( √) 10．从本质上讲，热加工变形不产生加工硬化现象，而冷加工变形会产生加工硬化现象。这是两者的主要区别。( ×) (三)选择题 1．变形金属在加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧晶粒的过程，这种新晶粒的晶型( )。 A．与变形前的金属相同 B 与变形后的金属相同 C 与再结晶前的金属相同D．形成新的晶型 2．金属的再结晶温度是( ) A．一个确定的温度值B．一个温度范围 C 一个临界点D．一个最高的温度值 3．为了提高大跨距铜导线的强度，可以采取适当的( A )。 A．冷塑变形加去应力退火 B 冷塑变形加再结晶退火 C 热处理强化D．热加工强化 4 下面制造齿轮的方法中，较为理想的方法是( C )。 A．用厚钢板切出圆饼再加工成齿轮B用粗钢棒切下圆饼再加工成齿轮 C 由圆钢棒热锻成圆饼再加工成齿轮D．由钢液浇注成圆饼再加工成齿轮 5．下面说法正确的是( C )。 A．冷加工钨在1 000℃发生再结晶 B 钢的再结晶退火温度为450℃ C 冷加工铅在0℃也会发生再结晶D．冷加工铝的T再≈0.4Tm＝0.4X660℃＝264℃ 6 下列工艺操作正确的是(D ) 。 A．用冷拉强化的弹簧丝绳吊装大型零件淬火加热时入炉和出炉 B 用冷拉强化的弹簧钢丝作沙发弹簧 C 室温可以将保险丝拉成细丝而不采取中间退火 D．铅的铸锭在室温多次轧制成为薄板，中间应进行再结晶退火 7 冷加工金属回复时，位错(C )。

铁碳合金的平衡结晶过程

三、典型铁碳合金的平衡结晶过程 铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： ⑴ 工业纯铁（<0.0218% C ），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。 ⑵ 碳钢（0.0218%~2.11%C ），其特点是高温组织为单相A ，易于变形，碳钢又分为亚共析钢（0.0218%~0.77%C ）、共析钢（0.77%C ）和过共析钢（0.77%~2.11%C ）。 ⑶ 白口铸铁（2.11%~6.69%C ），其特点是铸造性能好，但硬而脆，白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（2.11%~4.3%C ）、共晶白口铸铁（4.3%C ）和过共晶白口铸铁（4.3—6.69%C ） 下面结合图3-26，分析典型铁碳合金的结晶过程及其组织变化。 图3-26 七种典型合金在铁碳合金相图中的位置 ㈠ 工业纯铁（图3-26中合金①）的结晶过程 合金液体在1~2点之间通过匀晶反应转变为δ铁素体。继续降温时，在2~3点之间，不发生组织转变。温度降低到3点以后，开始从δ铁素体中析出奥氏体，在3~4点之间，随温度下降，奥氏体的数量不断增多，到达4点以后，δ铁素体全部转变为奥氏体。在4~5点之间，不发生组织转变。冷却到5点时，开始从奥氏体中析出铁素体，温度降到6点，奥氏体全部转变为铁素体。在6-7点之间冷却，不发生组织转变。温度降到7点，开始沿铁素体晶界析出三次渗碳体Fe 3C III 。7点以下，随温度下降，Fe 3C III 量不断增加，室温下Fe 3C III 的最大量为： %31.0%1000008.069.60008.00218.03=?--=ⅢC Fe Q 。图3-27为工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图。工业纯铁的室温组织为α+Fe 3C III ，如图3-28所示，图中个别部位的双 晶界内是Fe 3C III 。

回复与再结晶

1、一块单相多晶体包含。 A．不同化学成分的几部分晶体B．相同化学成分，不同结构的几部分晶体C．相同化学成分，相同结构，不同位向的几部分晶体 2、在立方系中点阵常数通常指。 A．最近的原子间距B．晶胞棱边的长度 3、每一个面心立方晶胞中有八面体间隙m个，四面体间隙n个，其中。 A．m=4，n=8B．m=13，n=8C．m=1，n=4 4、原子排列最密的一族晶面其面间距。 A．最小B．最大 5、晶体中存在许多点缺陷，例如 A．被激发的电子B．空位C．沉淀相粒子 6、金属中通常存在着溶质原子或杂质原子，它们的存在。 A．总是使晶格常数增大B．总是使晶格常数减小C．可能使晶格常数增大，也可能使晶格常数减小 7、金属中点缺陷的存在使电阻。 A．增大B．减小C．不受影响 8、空位在过程中起重要作用。

A．形变孪晶的形成B．自扩散C．交滑移 9、金属的自扩散的激活能应等于。 A．空位的形成能与迁移激活能的总和B．空位的形成能C．空位的迁移能 10、位错线上的割阶一般通过形成 A．位错的交割B．交滑移C．孪生 一、名词解释 沉淀硬化、细晶强化、孪生、扭折、第一类残余应力、第二类残余应力、、回复、再结晶、多边形化、临界变形量、冷加工、热加工、动态回复、动态再结晶 沉淀硬化：在金属的过饱和固溶体中形成溶质原子偏聚区和由之脱出微粒弥散分布于基体中导致硬化。 细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法。 孪生：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。 扭折：在滑移受阻、孪生不利的条件下，晶体所做的不均匀塑性变形和适应外力作用，是位错汇集引起协调性的形变。 按残余应力作用范围不同，可分为宏观残余应力和微观残余应力等两大类，其中宏观残余应力称为第一类残余应力（由整个物体变形不均匀引起），微观残余应力称为第二类残余应力（由晶粒变形不均匀引起）。 储存能：在塑性变形中外力所作的功除大部分转化为热之外，由于金属内部的形变不均匀及点阵畸变，尚有一小部分以畸变能的形式储存在形变金属内部，这部分能量叫做储存能。回复：经冷塑性变形的金属加热时，尚未发生光学显微组织变化前（即再结晶之前）的微观结构变化过程。 再结晶：经冷变形的金属在一定温度下加热时，通过新的等轴晶粒形成并逐步取代变形晶粒的过程。 多边形化：指回复过程中油位错重新分布而形成确定的亚晶结构过程。 临界变形量：需要超过某个最小的形变量才能发生再结晶，这最少的形变量就称为临界变形量。 冷加工：在再结晶温度以下的加工过程；在没有回复和在接近的条件下进行的塑性变形加工。热加工：在再结晶温度以上的加工过程；在再结晶过程得到充分进行的条件下进行的塑性变形加工。 动态回复：热加工时由于温度很高，金属在变形的同时发生回复，同时发生加工硬化和软化两个相反的过程。这种在热变形时由于温度和外力联合作用下发生的回复过程 动态再结晶：是指金属在热变形过程中发生的再结晶现象。 二、问答题

回复与再结晶

理论课教案 编号：NGQD-0707-09版本号：A/0页码：编制/时间：审核/时间：批准/时间： 学科金属材料及 热处理 第三章金属的塑性变形与再结晶 第三节回复与再结晶 教学类型授新课授课时数1授课班级 教学目的 和要求 1、了解加热过程中，变形金属内部组织的变化。 教学重点和难点1、重点：回复、再结晶的作用。 2、难点：再结晶温度的计算。 教具准备 复习提问再结晶温度如何计算？ 作业布置P33习题8 教学方法主要教学内容和过程附记 §3-3回复与再结晶 经冷塑性变形后的金属晶粒破碎，晶格扭曲，位错密度增高，产生内应力，其内部能量增高，因而组织处于不稳定 的状态，并存在向稳定状态转变的趋势。在低温下，这种转 变一般不易实现。而在加热时，由于原子的动能增大，活动 能力增强，冷塑性变形后的金属组织会发生一系列的变化， 最后趋于较稳定的状态。随着加热温度的升高，变形金属的 内部相继发生回复、再结晶、晶粒长大三个阶段的变化

理论课教案附页 编制/时间： 教学方法主要教学内容和过程附记 一、回复 回复：当加热温度不太高时，原子活动能力有所增加，原子已能作短距离的运动，此时，晶格畸变程度大为减轻， 从而使内应力有所降低，这个阶段称为回复。 1、回复是冷塑性变形金属在较低温度下加热的阶段。 在这个温度范围内，随温度的升高，变形金属中的原子活动 能力有所增大。 2、通过回复，变形金属的晶格畸变程度减轻，内应力 大部分消除，但金属的显微组织无明显变化，因此力学性能 变化不大。 3、在生产实际中，常利用回复现象将冷变形金属在低 温加热，进行消除内应力的处理，适当提高塑性、韧性、弹 性，以稳定其组织和尺寸，并保留加工硬化时留下的高硬度 的性能。 二、再结晶 再结晶：当冷塑性变形金属加热到较高温度时，由畸变晶粒通过形核及晶核长大而形成新的无畸变的等轴晶粒的 过程。 1、再结晶过程是发生在较高温度（再结晶温度以上）， 其过程以形核和核长大的方式进行。（见教材P30） 2、再结晶后，冷变形金属的组织和性能恢复到变形前 的状态（教材P31） 3、再结晶过程是新晶粒重新形成的过程，而晶格类型 并没有发生改变，所以它不是相变过程。（教材P31）

10讲 典型合金的结晶过程及组织

《机械制造技术基础》教案 教学内容：典型合金的结晶过程及组织 教学方式：结合实际，由浅如深讲解 教学目的： 1．了解铁碳合金的类型； 2．掌握共析钢、亚共析钢、过共析钢的结晶过程及其组织； 3．掌握共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的结晶过程及其组织。 重点、难点：六种典型合金的结晶过程及组织 教学过程： 4.3 典型铁碳合金的结晶过程及组织 4.3.1铁碳合金的分类 铁碳合金由于成分的不同，室温下将得到不同的组织。由简化的Fe-Fe 3C 相图，如图4-4所示。 图4-4 简化的Fe-Fe 3C 相图 根据铁碳合金的含碳量及组织的不同，可将铁碳合金分为工业纯铁、钢及白口铸铁三类： 1．工业纯铁（Wc ≤0.0218%） 性能特点：塑性韧性好，硬度强度低。 2．钢（0.0218%＜Wc ≤2.11%） 共析钢：Wc=0.77%，室温组织为P 。 亚共析钢： 0.0218%＜ Wc ＜0.77%，室温组织为F+P 。 过共析钢： 0.77% ＜ Wc ≤2.11%，室温组织为P+ Fe 3C Ⅱ 3．白口铸铁（2.11% ＜ Wc ≤6.69%） 共晶白口铸铁： Wc=4.3%，室温组织为L’d 亚共晶白口铸铁： 2.11% ＜ Wc ＜4.3%，室温组织为P+Fe 3C Ⅱ+L ’d 。 过共晶白口铸铁： 4.3% ＜ Wc ≤6.69%，室温组织为L’d+Fe 3C Ⅰ 4.3.2典型铁碳合金的结晶过程 Fe 3C W C (%)图3-4 简化Fe-Fe 3C 相图F 0.0218K F 0 2.110.77 4.3D

依据成分垂线与相线相交情况，分析几种典型铁碳合金结晶过程中组织转变规律。 1．共析钢的结晶过程分析(如图4-5、4-6所示)： AC AE PSK S S 3L L+A A P(F+Fe C)??→??→???→共析 图4-5 共析钢结晶过程示意图 图4-6 共析钢金相组织 2．亚共析钢的结晶过程分析（如图4-7、4-8所示）： AC AE GS PSK PSK S L L A A A F A F P F ??→+??→??→+???→+???→+共析 图4-5 亚共析钢结晶过程示意图 图4-6 亚共析钢金相组织 亚共析钢的室温组织特征是：先析铁素体和共析珠光体呈均匀分布。 3．过共析钢的结晶过程分析（如图4-9、4-10所示）： 333AC AE ES PSK S PSK L L A A A Fe C A Fe C P Fe C ??→+??→??→+???→+???→+共析

钢铁结晶过程及其平衡组织

1.共析钢的结晶过程及平衡组织 图中（1）线的共析钢从高温液态冷却时，与相图中的AC、.AE和.PSK线分别交于1、2、3点。该合金在1点温度以上全部为液相（L）；缓冷至1点温度时，开始从液相中结晶出奥氏体；缓冷至2点温度时，液相全部结晶为奥氏体；当温度缓冷至3点温度时（727℃）时，奥氏体发生共析转变，生成珠光体组织，用符号P表示，共析转变式为。这种由一定成分的固相，在一定温度下同时析出紧密相邻的两种或多种不同固相的转变，称为共析转变，发生共析转变的温度称共析温度。当温度继续下降时，铁素体成分沿PQ线变化，将会有少量的渗碳体（称为Fe3CⅢ）从铁素体中析出，并与共析渗碳体混在一起，这种渗碳体（Fe3CⅢ）在显微镜下难以分辩，故可忽略不计。因此，共析钢的室温平衡组织为珠光体。 2、亚共析钢的结晶过程及平衡组织 以图中（2）合金为例。冷却时与图中的AC、.AE.、GS和PSK线分别交于1、2、3、4点。该合金在3点以上的结晶过程与共析钢的结晶过程相似。当其缓冷至3点时，开始从奥氏体中析出铁素体，并且随温度的降纸，铁素体量不断增多，成分沿GP线变化，奥氏体量逐渐减少；当温度降至4点（727℃）时，剩余奥氏体的含碳量达到共析成分（Wc=0.77%），此时会发生共析转变，生成珠光体。随后的冷却过程中，也会从铁素体中析出三次渗碳体（Fe3CⅢ），但因量少忽略不计，因此亚共析钢的室温平衡组织为珠光体和铁素体。必须指出，随亚共析钢含碳量的增加，组织中铁素体量将减少。图中白亮色部分为铁素体，呈黑色或片层状的为珠光体。 3、过共析钢的结晶过程及平衡组织 过共析钢的结晶过程以图中（3）中合金为例。冷却时与图中AC、.AE、.ES和PSK线分别交于1、2、3、4点。该合金在3点以上的结晶过程与共析钢的结晶过程相似。当其缓冷至3点时，开始从奥氏体中析出渗碳体（称此为二次渗碳体Fe3CⅡ），随温度的降低，二次渗碳体量逐渐增多，而剩余奥氏体中的含碳量沿ES线变化，当温度降至4点（727℃）时，奥氏体的含碳量达到共析成分（Wc=0.77%），此时会发生共析转变，生成珠光体。因此，过共析钢室温平衡组织为珠光体和二次渗碳体。二次渗碳体一般以网状形式沿奥氏体晶界分布。图中片状或黑色组织为珠光体，白色网状组织为二次渗碳体。 4、共晶白口铸铁的结晶过程及组织 共晶白口铸铁的碳质量分数Wc=4.3%，该合金冷却时，与图中EF、.PSK线分别交于1、2点。该合金在1点以上为液相，缓冷至1点温度（即C点、1148℃）时，液体在恒温下同时结晶出奥氏体和渗碳体两种固相，称为莱氏体或高温莱氏体，用符号Ld表示。这种在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两种或多种固相的转变，称为共晶转变。共晶转变式为Ld---→(AE+Fe3C)。共晶转变完成后，莱氏体在继续冷却过程中，其中的奥氏体将不断折出二次渗碳体，奥氏体中的含碳量沿ES线逐渐向共析成分接近，当温度降到2点（727℃）时，发生共析转变，形成珠光体，而二次渗碳体保留到室温。因此，共晶白口铸铁的室温组织为珠光体和渗碳体的两相组织，称为变态莱氏体（或低温莱氏体），用符号“Ldˊ”表示。

讲典型合金的结晶过程及组织

《机械制造技术基础》教案 教学内容：典型合金地结晶过程及组织 教学方式：结合实际,由浅如深讲解 教学目地： 1．了解铁碳合金地类型； 2．掌握共析钢.亚共析钢.过共析钢地结晶过程及其组织； 3．掌握共晶白口铸铁.亚共晶白口铸铁.过共晶白口铸铁地结晶过程及其组织. 重点.难点：六种典型合金地结晶过程及组织 教学过程： 4.3 典型铁碳合金地结晶过程及组织 4.3.1铁碳合金地分类 铁碳合金由于成分地不同,室温下将得到不同地组织.由简化地Fe-Fe 3C 相图,如图4-4所示. 图4-4 简化地Fe-Fe 3C 相图 根据铁碳合金地含碳量及组织地不同,可将铁碳合金分为工业纯铁.钢及白口铸铁三类： 1．工业纯铁（Wc ≤0.0218%） 性能特点：塑性韧性好,硬度强度低. 2．钢（0.0218%＜Wc ≤2.11%） 共析钢：Wc=0.77%,室温组织为P. 亚共析钢： 0.0218%＜ Wc ＜0.77%,室温组织为F+P. 过共析钢： 0.77% ＜ Wc ≤2.11%,室温组织为P+ Fe 3C Ⅱ 3．白口铸铁（2.11% ＜ Wc ≤6.69%） 共晶白口铸铁： Wc=4.3%,室温组织为L’d 亚共晶白口铸铁： 2.11% ＜ Wc ＜4.3%,室温组织为P+Fe 3C Ⅱ+L ’d. 过共晶白口铸铁： 4.3% ＜ Wc ≤6.69%,室温组织为L’d+Fe 3C Ⅰ 4.3.2典型铁碳合金地结晶过程 Fe 3C W C (%)图3-4 简化Fe-Fe 3C 相图F 0.0218K F 0 2.110.77 4.3D

依据成分垂线与相线相交情况,分析几种典型铁碳合金结晶过程中组织转变规律. 1．共析钢地结晶过程分析(如图4-5.4-6所示)： AC AE PSK S S 3L L+A A P(F+Fe C)??→??→???→共析 图4-5 共析钢结晶过程示意图 图4-6 共析钢金相组织 2．亚共析钢地结晶过程分析（如图4-7.4-8所示）： AC AE GS PSK PSK S L L A A A F A F P F ??→+??→??→+???→+???→+共析 图4-5 亚共析钢结晶过程示意图 图4-6 亚共析钢金相组织 亚共析钢地室温组织特征是：先析铁素体和共析珠光体呈均匀分布. 3．过共析钢地结晶过程分析（如图4-9.4-10所示）： 333AC AE ES PSK S PSK L L A A A Fe C A Fe C P Fe C ??→+??→??→+???→+???→+ 共析

第十四讲 铁碳合金的平衡结晶过程及组织

第十四讲铁碳合金的平衡结晶过程及组织 第三节铁碳合金的平衡结晶过程及组织 一、主要内容： 工业纯铁的结晶过程 共析钢的平衡结晶过程 亚共析钢的平衡结晶过程 过共析钢的平衡结晶过程 共晶白口铸铁的平衡结晶过程 亚共晶白口铸铁的平衡结晶过程 过共晶白口铸铁的平衡结晶过程 二、要点： 铁碳合金按平衡组织的不同分类，不同含碳量的铁碳合金室温下的平衡组织，不同含碳量的铁碳合金在不同温度下的平衡组织，不同含碳量的铁碳合金在不同温度下的组织变化过程 三、方法说明： 结合说学的理论基础知识，异分结晶和杠杆定律，对不同含碳量的铁碳合金的组织形成和变化进行定量说明，举一反三。 授课内容： 按有无共晶转变将铁碳合金分为碳钢和铸铁。即含碳量＜2.11％的为碳钢，＞2.11％的为铸铁。 根据Fe－Fe3C相图中获得的不同组织特征，将铁碳合金按碳含量划分为7种类型，如图所示。 典型的铁碳合金冷却时的组织转变过程分析 1、工业纯铁，w(C)<0.0218%; 2、共析钢，w(C)=0.77%； 3、亚共析钢，0.0218%

5、共晶白口铁，w(C)=4.30%； 6、亚共晶白口铁，2.11%

二元相图-题库(14学)

名词解释 1.匀晶转变： 2.包晶转变： 3.平衡凝固： 4.伪共晶： 5.非平衡共晶： 6.共晶转变： 7.偏晶转变： 8.共析反应： 9.包析转变： 10.熔晶转变 11.合晶转变： 12.一次相或初生相； 13.二次相或次生相 14.扩散退火： 15.离异共晶： 16.钢 17.铸铁 18.奥氏体: 19.莱氏体： 20.珠光体： 21.三次渗碳体 22.调幅分解 23.成分过冷 24.枝晶偏析 25.正偏析 26.宏观偏析 概念辨析题 1、共晶转变与共析转变 2、奥氏体与铁素体的异同点： 3、二次渗碳体与共析渗碳体的异同点。 4、稳定化合物与不稳定化合物 5、均匀形核与非均匀形核 6、平衡凝固与非平衡凝固 7、光滑界面与粗糙界面 8、钢与铸铁 9、热过冷与成分过冷 10、一次相与二次相 11、伪共晶与离异共晶

12、正偏析与反偏析

相图题 一、相图题(20分) 1．画出Fe-Fe 3C 相图，填出各区的组织组成物。(6分) 2．分析含碳O.65％的铁碳合金的平衡结晶过程，画出其冷却曲线和室温时的显微组织示意图。(8分) 3．用杠杆定律计算该合金在室温时的组织组成物和相组成物的量。(6分) C e F -e F 3相图为 二、相图题(22分) 1_画出 相图，填出各区域的组织组成物。(6分) 2．分析含碳0.4％的铁碳合金的平衡结晶过程，画出其冷却曲线和室温时的显微组织示 意图。(8分) 3．用杠杆定律计算该合金在室温时的组织组成物和相组成物的量。(8分) C e F -e F 3

三、相图题(25分) 1．画出相图，标出重要点的温度与含碳量，填出各区域的组织组成物。 (7分) 2．分析含碳3.5％的铁碳合金的平衡凝固过程，画出其冷却曲线和室温时的显微组织示意图。(10分) 3．用杠杆定律计算该合金在室温时的组织组成物和相组成物的量。(8分) 四、相图题 1、Fe—Fe3C相图，结晶过程分析及计算 1）分析含碳0.53～0.77％的铁碳合金的结晶过程，并画出结晶示意图。 2）计算室温下亚共析钢（含碳量为x）的组织组成物的相对量。 3）分析含碳0.77～2.11％的铁碳合金的结晶过程。 4）计算室温下过共析钢（含碳量为x）的组织组成物的相对量。 5）分析共析钢的结晶过程，并画出结晶示意图。 6)计算含碳3.0%铁碳合金室温下组织组成物及相组成物的相对量。 五、根据下图所示的i T -e F二元相图：(8分) L．写出在1291℃、1319℃、1086℃、590℃发生的三相平衡反应的反应式；2．叙述含i T为60％的i T -e F合金从高于液相线的温度平衡冷却过程中的各种转变(可用热分析曲线表示)，并写出该合金的室温组织。 C e F-e F 3

钢液凝固的基本原理

钢液凝固的基本原理 1 钢液的凝固与结晶 众所周知，在不同的温度条件下，物质都具有不同的状态。钢也一样，在加热到一定的温度时，可从固态转化成液态；钢液冷却到某个温度时，将从液态转化为固态。钢从液态转化成固态称为凝固；从固态转化成液态叫熔化。钢水凝固的过程主要是晶体或晶粒的生成和长大的过程，所以也叫做结晶。 1.1 钢液的结晶条件（钢液凝固的热力学条件） 通常把固体转变为液态的下限温度称为熔点；把液态转变为固态的上限温度叫凝固点，又称理论结晶温度。 凝固点即物质在冷却过程中开始凝固的温度，钢液的结晶只有降温到凝固点以下才能发生。 因为钢液的液相温度在冶炼和浇注操作中是一个关键参数，因此，准确知道要生产的钢的液相线温度对整个炼钢过程至关重要。出于操作安全性和希望得到尽量多的等轴晶凝固组织而采用低过热度浇铸等因素考虑，一般要求浇注温度确定在液相线以上的一个合适的值。一般根据钢中元素含量可以计算出该钢的液相线温度值。 通常用T S表示钢的凝固点或理论结晶温度。对某一具体的钢种，凝固点通常可用以下公式理论计算出： T S=1536℃－（78C%+7.6Si%+4.9Mn%+34P%+30S%+5Cu%+3.1Ni%+ 2Mo%+2V%+1.3Cr%+3.6Al%+18Ti%）℃ 降温到T S以下某温度T叫过冷，并把T S与T的温度差值△T叫过冷度，即：△T=T S－T 过冷是钢液结晶的必要条件，过冷度的大小决定结晶趋势的大小，即过冷度越大，结晶速度越快；反之，过冷度越小，结晶速度越慢。 1.2 晶核的形成 （1）自发形核 在过冷钢液中，有一些呈规则排列的原子集团，其中尺寸最大的集团，就是晶体产生的胚，称之为晶胚。晶胚时而长大，时而缩小，但最终必有一些晶胚达到某一规定的临界尺寸以上，它就能够稳定成长而不再缩小了，这就形成晶核。（2）非自发开核 因在钢液的凝固过程中，液相中非自发形核比自发形核所要求的过冷度小得多，只要几度到20℃过冷度就可形核，这是因为钢液中存在悬浮质点和表面不光滑的器壁，

七章回复与再结晶习题答案(西北工业大学刘智恩)

1．设计一种实验方法，确定在一定温度( T )下再结晶形核率N和长大线速度G （若N和G都随时间而变）。 2．金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒 3．固态下无相变的金属及合金，如不重熔，能否改变其晶粒大小用什么方法可以改变 4．说明金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段晶体缺陷的行为与表现，并说明各阶段促使这些晶体缺陷运动的驱动力是什么。 5．将一锲型铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制，如图7—4所示。 (1) 画出此铜片经完全再结晶后晶粒大小沿片长方 向变化的示意图；

(2) 如果在较低温度退火，何处先发生再结晶为什么 6．图7—5示出。—黄铜在再结晶终了的晶粒尺寸和再结晶 前的冷加工量之间的关系。图中曲线表明，三种不同的退火温度对晶粒大小影响不大。这一现象与通常所说的“退火温度越高，退火后晶粒越大”是否有矛盾该如何解释 7．假定再结晶温度被定义为在1 h 内完成95％再结晶的温度， 按阿累尼乌斯(Arrhenius)方程，N ＝N 0exp(RT Q n -)，G ＝G 0exp(RT Q g -) 可以知道，再结晶温度将是G 和向的函数。 (1) 确定再结晶温度与G 0，N 0，Q g ，Q n 的函数关系； (2) 说明N 0，G 0，Q g ，Q 0的意义及其影响因素。 8．为细化某纯铝件晶粒，将其冷变形5％后于650℃退火1 h ，组织反而粗化；增大冷变形量至80％，再于650℃退火1 h ，仍然得到粗大晶粒。试分析其原因，指出上述工艺不合理处，并制定一种合理的晶粒细化工艺。

9．冷拉铜导线在用作架空导线时(要求一定的强度)和电灯花导线(要求韧性好)时，应分别采用什么样的最终热处理工艺才合适 10．试比较去应力退火过程与动态回复过程位错运动有何不同。从显微组织上如何区分动、静态回复和动、静态再结晶 11．某低碳钢零件要求各向同性，但在热加工后形成比较明显的带状组织。请提出几种具体方法来减轻或消除在热加工中形成带状组织的因素。 12．为何金属材料经热加工后机械性能较铸造状态为佳 13．灯泡中的钨丝在非常高的温度下工作，故会发生显著的晶粒长大。当形成横跨灯丝的大晶粒时，

结晶过程

结晶过程 铸造碳钢属于亚共析钢，结晶过程可分为两个阶段： 第一阶段——“一次结晶过程” 第二阶段——“二次结晶过程”。 一次结晶过程：从钢液开始结晶起至完全凝固形成奥氏体止。 温度度降至1点（液相线）以下时，有高温铁素体（δ－Fe）析出；温度下降至2点（包晶温度）时，发生包晶转变；温度降至2点以下时，为L+ A；温度降至3点以下时，全部转变成奥氏体。 二次结晶：从钢液完全凝固开始，经过奥氏体枝晶的粒化和再结晶，至共析转变终了止。再结晶：由奥氏体析出铁素体起，至共析转变终了止。 当温度低于GS线时有先共析铁素体析出，当温度达到共析转变温度时，形成珠光体。 奥氏体枝晶的粒化：一次结晶终了后，温度继续降低，通过奥氏体区时，奥氏体枝晶发生分裂的过程。 原因： 内因——温度降低，晶体体积能减小，表面能增大； 外因——温度降低，体积收缩，产生应力。 一次和二次结晶过程对碳钢组织的影响 一次结晶过程决定碳钢晶粒大小和形状，影响偏析、缩松、热裂的形成。 二次结晶过程决定着碳钢的金属基体组织和铸造应力的形成。 铸态组织的特征是： 晶粒粗大；存在魏氏组织或网状组织；存在偏析。 细化晶粒的措施增大冷却速度降低浇注温度增加凝固期间的运动孕育处理 魏氏组织特征 先共析铁素体呈片状存在于珠光体中，在金相显微镜下呈条状针状分布，相互之间成一定角度60°、90°、120°）。 2.危害 使钢的塑性降低，脆性增大。 一次和二次结晶过程对魏氏组织的影响： 由于F与A之间存在含碳量的差别，当F析出并长大时，必然伴有铁、碳原子的扩散； 如果A晶粒小，冷却以极缓慢的速度通过GS线时，铁、碳原子扩散充分，F呈网状在晶界处长长，形成网状组织； 反之，F要快速生长，就必须缩短扩散距离，F只有以插入A中心的方式生长才能满足这一生长条件，而这种生长的结果就是形成魏氏组织。 一次结晶过程形成较大的奥氏体晶粒，二次结晶过程冷却速度快时易形成魏氏组织。消除魏氏组织的方法 热处理——退火、正火 热处理的目的是细化晶粒；消除魏氏体（或网状组织）；和消除铸造应力。 二、常用热处理工艺 退火、正火、正火加回火 铸造碳钢中的基本元素：C、Si、Mn、P、S。 C: 对金相组织和力学性能起主要作用； Si、Mn：对提高和改善力学性能有良好作用； P、S：有害杂质，越少越好。

钢液凝固的基本原理

钢液凝固的基本原理 1 钢液的凝固与结晶众所周知，在不同的温度条件下，物质都具有不同的状态。钢也一样，在加热到一定的温度时，可从固态转化成液态；钢液冷却到某个温度时，将从液态转化为固态。钢从液态转化成固态称为凝固；从固态转化成液态叫熔化。钢水凝固的过程主要是晶体或晶粒的生成和长大的过程，所以也叫做结晶。钢液的结晶条件(钢液凝固的热力学条件) 通常把固体转变为液态的下限温度称为熔点；把液态转变为固态的上限温度叫凝固点，又称理论结晶温度。 凝固点即物质在冷却过程中开始凝固的温度，钢液的结晶只有降温到凝固点以下才能发生。 因为钢液的液相温度在冶炼和浇注操作中是一个关键参数，因此，准确知道要生产的钢的液相线温度对整个炼钢过程至关重要。出于操作安全性和希望得到尽量多的等轴晶凝固组织而采用低过热度浇铸等因素考虑，一般要求浇注温度确定在液相线以上的一个合适的值。一般根据钢中元素含量可以计算出该钢的液相线温度值。 通常用T S 表示钢的凝固点或理论结晶温度。对某一具体的钢种，凝固点通常可用以下公式理论计算出： T S=1536C—( 78C%+%+%+34P%+30S%+5Cu%+%+ 2Mo%+2V%+%+%+18Ti%°C 降温到T s以下某温度T叫过冷，并把T S与T的温度差值△ T叫过冷度，即: △ T=T S—T 过冷是钢液结晶的必要条件，过冷度的大小决定结晶趋势的大小，即过冷度越大，结晶速度越快；反之，过冷度越小，结晶速度越慢。 晶核的形成 ( 1 ) 自发形核在过冷钢液中，有一些呈规则排列的原子集团，其中尺寸最大的集团，就是晶体产生的胚，称之为晶胚。晶胚时而长大，时而缩小，但最终必有一些晶胚达到某一规定的临界尺寸以上，它就能够稳定成长而不再缩小了，这就形成晶核。 ( 2) 非自发开核因在钢液的凝固过程中，液相中非自发形核比自发形核所要求的过冷度小得 多，只要几度到20C过冷度就可形核，这是因为钢液中存在悬浮质点和表面不光滑的器壁，均可作为非均质形核的核心。由于钢水不可能达到100％的纯净，

回复与再结晶

第七章回复与再结晶 重点与难点 内容提要： 晶体在外力的作用下发生形变.当外力较小时形变是弹性的,即卸载后形变也随之消失.这 种可恢复的变形就称为弹性变形.但是,当外加应力超过一定值(即屈服极限)时,卸载后变形就不能完全消失,而会留下一定的残余变形或永久变形.这种不可恢复的变形就称为塑性变形. 晶体的弹性和材料的微观组织(或结构)关系不大,而晶体的塑性(和强度)则对微观组织(结构)十分敏感. 本章的重点时讨论单晶体的塑性变形方式和规律,并在此基础上讨论多晶体和合金的塑性 变形特点及位错机制,以便认识材料强韧化的本质和方法,合理使用,研制开发新材料. 从微观上看,单晶体塑性变形的基本方法有两种:滑移和孪生.滑移和孪生都是剪应变,即在剪应力作用下晶体的一部分相对与另一部分沿着特定的晶面和晶向发生滑移.在滑移时,改特定晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向,一个滑移面和位于该面上的一个滑移方向便组成一个滑移系统.类似的,在孪生时,该特定晶面和晶向分别称为孪生面和孪生方向,一个孪生面和位于该面上的一个孪生方向组成一个孪生系统. 多晶体及合金的塑性变形,其基本方式也是滑移和孪生.不过,也各有其特点,如多晶体变形时,就会受晶粒取向及晶界的影响;而合金变形时还会受到第二相的影响. 陶瓷晶体的塑性变形与金属不同.除了与结合键(共价键、离子键)的本性有关外,还与陶瓷晶体中的滑移多少、位错的柏氏矢量大有关.所以,仅有那些以离子键为主的单晶体陶瓷可以进行较多的塑性变形. 许多高聚物在一定的条件下都能屈服,有些高聚物在屈服之后产生很大的塑性变形,但这与金属材料的屈服现象有着本质上的差别.高聚物的变形受温度的影响很大:在Tg以下,材料是钢硬的,只有弹性变形;在Tg附近,呈粘弹性或皮革状;在Tg以上呈橡胶态;接近Tm时呈粘性流动。基本要求： (1)熟悉滑移、孪生变形的主要特点;滑移系统及schmid定律(T=σm=Tk) (2)能用位错理论解释晶体的滑移过程,滑移带和滑移线的形成,滑移系的特点; (3)理解加工硬化、细晶强化、弥散强化、固溶强化等产生的原因和它的实际意义; (4)了解聚合物及陶瓷塑性变形的特点; (5)熟悉材料塑性变形后内部组织及性能的变化,这些变化的实际意义; (6)了解屈服现象与应变实效,它对生产有什么危害及如何消除?