下载文档原格式
共析钢［w （C ） = 0.77%］平衡结晶过程 ☆老师提示：重点内容 室温平衡组织 全部为P 。
P 呈层片状。
2.1纯金属的结晶条件：温度必须低于T o ,也就是说要有一定的过冷度。
结晶过程：形核（自发形核；非自发形核）与长大（平面长大（冷却速度较慢；沿密排面的垂直方向上的长大速度最慢，而 非密排面的垂直方向上的长大速度较快 ）；树枝状长大（冷却速度较快；晶体的棱角和棱边的散热条件比面上的优越，因而 长大较快，成为伸入到液体中的晶枝 ））。
金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程相似，故称为二次结晶或重结晶铸锭的结构：细等轴晶区（锭模温度不高，传热快，外层金属受到激冷，过冷度大，生成大量的晶核。
同时模壁也能起非自 发晶核的作用）；柱状晶区（锭模温度升高，液体金属的冷却速度降低，过冷度减小，生核速率降低，但此时长大速度受到的影响较小。
结晶时，优先长大方向（即一次晶轴方向）与散热最快方向（一般为往夕卜垂直模壁的方向）的反方向一致的晶 核向液体内部平行长大，结果形成柱状晶区）；粗等轴晶区（随着柱状晶区的发展，液体金属的冷却速度很快降低，过冷度大大减小，温度差不断降低，趋于均匀化；散热逐渐失去方向性，所以在某个时候，剩余液体中被推来和漂浮来的、以及从 柱状晶上被冲下的二次晶枝的碎块，可能成为晶核，向各个方向均匀长大，最后形成一个粗大的等轴晶区 ）结晶理论的工程应用单晶的制取：尖端形核法制取单晶；垂直提拉法制取单晶。
2.2 合金的结晶匀晶反应特点：生核与长大过程；变温结晶（在一个温度区间内结晶）；两相的成分确定；两相的质量比一定；容易产生枝晶偏析（在一个晶粒内化学成分的分布不均的现象；先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多 ，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多；扩散退火来消除）共晶反应：组织组成物是指合金组织中那些具有确定本质 ，一定形成机制的特殊形态的组成部分。
组织组成物可以是单相，或是两相混合物。
L T a + 3包晶反应：L+ 3 a ；共析反应：Y T （a +3 ）；含有稳定化合物的合金的结晶 合金的性能与相图的关系： 固溶体的性能与溶质元素的溶入量有关 ，溶质的溶入量越多，晶格畸变越大，则合金的强度、硬度越高，电阻越大。
第2章金属材料组织和性能的控制内容提要：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。
金属的塑性加工部分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。
表面技术部分介绍电刷镀、热喷涂、气相沉积、激光表面改性等新技术。
学习目标：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-组织-性能关系。
过冷奥氏体的等温转变（C曲线）、过冷奥氏体的连续冷却转变，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。
表面技术部分作一般了解。
学习建议：1．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，需要扎扎实实地学习好，掌握金属材料组织与性能的主要影响因素和规律，为后面学习金属材料知识打好基础。
2．本章内容多，按排学习学时应多一些。
本章中有一些难点和重点，要着重理解。
学习时可以安排几次讨论。
3．若有条件，参观机械厂、热处理厂，以便对金属材料的生产和加工过程有所了解。
金属材料组织和性能的关系摘要：关键词：金属材料一般是指纯金属和具有金属特征的合金材料。
金属材料大致可以分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要就是指钢铁产品，众所周知这也是目前我国工业化生产过程中最普遍和重要的金属材料。
相比黑色金属，有色金属在我国因其含量较少且加工难度相对而言比较大，使用范围就有所局限，所以它只会用于特殊零件的生产。
金属材料种类众多，性能各异，由此看来，在机械加工的过程中要根据实际需要选择合适的金属材料和加工工艺，就需要我们尽可能多地掌握金属材料的组织和性能及两者之间的关系。
1金属材料组织与使用性能之间的关系使用性能，顾名思义就是金属材料在应用过程中所展现出来的性能，主要包含力学性能、物理性能和化学性能，使用性能直接决定了金属材料的应用环境和使用寿命。
1、1金属材料组织与力学性能之间的关系力学性能是金属材料在承受外来载荷时所体现出来的性能。
就拿最常接触的铁碳合金来说它有5种基本组织，分别为铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。
铁素体强度和硬度低，塑性和韧性好；奥氏体塑性好，适合压力加工，强度和硬度比较高；渗碳体是铁和碳所组成的金属化合物，硬度高、脆性大；珠光体是铁素体和渗碳体组成的其力学性能介于两者之间；莱氏体是奥氏体和渗碳体组成的，其硬度高、塑性差。
可见不同的材料组织在性能上会有明显差异，碳含量低，它的强度和硬度就低，可是其塑性和韧性却相反。
随着碳含量的增加，材料组织中珠光体的量变多，也就使得钢的强度和硬度增加，当然塑性和韧性就会有所降低。
总的来说，不论是通过上述方法还是采用冷拉拔或热处理等方法改变金属材料的组织，都会使得原材料展现出与之前完全不同的性能。
1、2金属材料组织与物理性能之间的关系不同的金属材料是有其使用范围的，它会在不同的条件下表现出不同的物理性能，比如钢在1538。
C时会由固体状态向液体状态转变。
导热性是金属材料重要的物理性能，金属材料导热性比非金属好，金属中导热性最好的莫过于银，但在实际生产中我们会选择性价比更高的铜或铝来做原材料。
第二篇金属材料组织和性能的控制第一章金属的结晶（crystallize）1.1.本章内容（1）（1）金属结晶的基本概念；（2）（2）金属的结晶过程；（3）（3）晶粒度；（4）（4）铸锭的结构。
2.2.本章重点（1）（1）过冷度的概念，过冷度对结晶过程的影响规律；（2）（2）结晶的基本过程；（3）（3）获得细晶粒的方法。
3.3.本章学时安排计划2学时。
4.4.本章作业P8，（五）3、4、5§1-1金属结晶的概念一、一、结晶的概念：钢材经过冶炼、注锭、轧制、锻造、机加工和热处理等工艺过程。
1．1．结晶：生产上将金属的凝固(solidify，solidification)叫做结晶。
2．2．近程有序：在液体金属内部，在短距离的小范围内，原子做近似于固态结构的规则排列，即存在近程有序的原子集团。
3．3．长程有序：金属由液态转变为固态的凝固过程，实质是就是原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程。
4．4．结晶过程：金属从一种原子排列状态（晶态或非晶态）过渡为另一种原子规则排列状态（晶态）的转变均属于结晶过程。
5．5．一次结晶：金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶。
6．6．二次结晶：金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称之为二次结晶。
二、结晶的条件：金属必须达到一定的过冷度。
①交点对应温度T处，液态和固态自由能相等，液态和固态长期共存，处于动平衡状态。
②T0为理论结晶温度或熔点，液态金属要结晶，就必须处于T温度以下，即金属必须过冷（over-cooling，supercooling；指液态金属实际冷却到结晶温度以下而暂不结晶的现象）③过冷度（degree of supercooling；理论结晶温度T与实际结晶温度Tn的差）对应的自由能差ΔF是使液体结晶的动力。
④只F大于建立晶体界面所需的表面能A 时，结晶过程才能进行。
三、1.过冷度可以由冷却曲线测定，平台处放出结晶潜热，平衡向外界散热。
