工程材料及其材料成型技术

1 工程材料及材料成型技术基础教 学 专 业 ： 机 械 类教 材 ： 工 程 材 料 及 成 形 技 术 基 础 吕 广 庶 、 张 远 明 主 编 东 南 大 学 出 版 社学 时 ： 56学 时南 京 林 业 大 学 机 电 学 院 2 绪 论 材 料 毛 坯 的 三 大 类 成 型方 法 ： 铸 造 焊 接 锻 造 3 绪 论第 一 篇 工 程 材 料第 二 篇 材 料 成 形 技 术目 录 4 绪 论 第 一 章 工 程 材 料 的 结 构 与 性 能 第 二 章 金 属 材 料 的 凝 固 与 固 态 相 变 第 四 章 金 属 材 料 热 处 理 第 五 章 金 属 材 料 表 面 改 性 第 六 章 金 属 材 料工 程 材 料本 篇 内 容 5 绪 论一 、 材 料 的 发 展 史 材 料 (metals) 是 人 类 用 来 制 作 各 种 产 品 的 物 质 ， 是先 于 人 类 存 在 的 ， 是 人 类 生 活 和 生 产 的 物 质 基 础 。反 映 人 类 社 会 文 明 的 水 平 。1 . 石 器 时 代 ： 古 猿 到 原 始 人 的 漫 长 进 化 过 程 。 原 料 ：燧 石 和 石 英 石 。2. 新 石 器 时 代 ： 原 始 社 会 末 期 开 始 用 火 烧 制 陶 器 。3. 青 铜 器 时 代 ： 夏 (公 元 前 2140年 始 )以 前 就 开 始 了4. 铁 器 时 代 ： 春 秋 战 国 时 期 (公 元 前 770 221年 )开 始大 量 使 用 铁 器 6 5. 钢 铁 新 时 代 十 八 世 纪 前 人 们 对 材 料 的 认 识 是 非 理 性 的 ,只 停 留在 工 匠 和 艺 人 的 水 平 上 。 而 其 后 西 欧 和 俄 国 工 业迅 速 发 展 ， 钢 铁 需 求 急 剧 增 加 ， 推 动 发 展 出 一 门新 学 科 金 属 学 。 人 们 才 开 始 理 性 的 认 识 材 料 。6. 二 十 世 纪 以 来 的 现 代 支 撑 人 类 文 明 大 厦 的 四 大 支 柱 技 术 ： 材 料 科 学 与 技 术 、 生 物 科 学 与 技 术 能 源 科 学 与 技 术 、 信 息 科 学 与 技 术 二 十 世 纪 五 、 六 十 年 代 钢 铁 基 本 达 到 鼎 盛 时 期 ,其 它 新 材 料 快 速 发 展 。 有 机 合 成 材 料 、 复 合 材 料 、陶 瓷 材 料 、 功 能 材 料 等 等 。 出 现 了 很 多 新 材 料 学科 。 7 材 料 的 品 种 、 数 量 和 质 量 已 成 为 衡 量 一 个国 家 技 术 和 国 防 力 量 的 重 要 标 志 之 一 。 据 粗 略 估 计 ， 目 前 世 界 的 材 料 达 36万 多 种 ，今 后 每 年 还 将 以 5 的 增 长 率 增 加 。 8 二 、 工 程 材 料 学 的 任 务工 程 材 料 ： 制 造 工 程 结 构 和 机 器 零 件 使 用 的 材 料工 程 材 料 学 ： 是 材 料 学 的 实 用 部 分 ,主 要 阐 述 结 构 材 料 的 成分 、 组 织 、 性 能 及 应 用 等 方 面 的 一 般 规 律 。 9 学 习 工 程 材 料 课 程 基 本 要 求 （ 教 学 目 标 ） ：1. 了 解 常 用 工 程 材 料 的 成 分 、 结 构 、 组 织 和 性 能的 关 系 及 变 化 规 律 。2. 掌 握 常 用 工 程 材 料 的 种 类 、 牌 号 、 性 能 及 用 途 。对 典 型 的 机 器 零 件 和 工 具 等 会 合 理 正 确 地 选 用工 程 材 料 。3. 具 有 正 确 选 择 一 般 零 件 热 处 理 工 艺 方 法 及 确 定热 处 理 工 序 位 置 的 初 步 能 力 。4. 对 不 同 材 料 零 件 的 失 效 ， 具 有 一 定 的 分 析 问 题和 解 决 问 题 的 能 力 。 10 三 材 料 的 分 类 1、 金 属 材 料 黑 色 金 属 铁 和 以 铁 为 基 的 合 金 (钢 、 铸 铁 等 ) 有 色 金 属 黑 色 金 属 以 外 的 所 有 金 属 及 其 合 金 。 2、 高 分 子 材 料 塑 料 主 要 指 工 程 塑 料 。 又 分 热 塑 性 和 热 固 性 塑料 。 合 成 纤 维 由 单 体 聚 合 而 成 再 经 过 机 械 处 理 成 纤维 材 料 。 橡 胶 经 硫 化 处 理 ， 弹 性 优 良 的 聚 合 物 。 分 通 用和 特 种 橡 胶 胶 粘 剂 分 树 脂 型 、 橡 胶 型 和 混 合 型 。 11 3 陶 瓷 材 料 普 通 陶 瓷 主 要 为 硅 、 铝 氧 化 物 的 硅 酸 盐 材 料 . 特 种 陶 瓷 高 熔 点 的 氧 化 物 、 碳 化 物 、 氮 化 物 等 烧 结 材 料 。 金 属 陶 瓷 用 生 产 陶 瓷 的 工 艺 来 制 取 的 金 属 与 碳 化 物 或 其 它 化 合 物 的 粉 末 制 品 。4 复 合 材 料是 由 两 种 或 两 种 以 上 的 材 料 组 合 而 成 的 材 料 。 按 基 体 相 种 类 分 ： 聚 合 物 基 、 金 属 基 、 陶 瓷 基 、 石 墨 基 等 。 按 用 途 分 ： 结 构 、 功 能 、 智 能 复 合 材 料 。 12 本 部 分 重 点1)工 程 材 料 的 概 念 制 造 工 程 结 构 和 机 器 零 件 使 用 的 材 料2)工 程 材 料 的 分 类 金 属 材 料 钢 铁 材 料 有 色 金 属 及 其 合 金 有 机 高 分 子 材 料塑 料橡 胶 等 陶 瓷 材 料 复 合 材 料 13 第 一 章 工 程 材 料 的 结 构 与 性 能 1-1 材 料 原 子 (或 分 子 )的 相 互 作 用 当 大 量 原 子 (或 分 子 )处 于 聚 集 状 态 时 ，它 们 之 间 以 键 合 方 式 相 互 作 用 。 由 于 组 成不 同 物 质 的 原 子 结 构 各 不 相 同 ， 原 子 间 的结 合 键 性 质 和 状 态 存 在 很 大 区 别 。 14 1-1 材 料 原 子 (或 分 子 )的 相 互 作 用 1、 离 子 键 当 正 电 性 金 属 原 子 与 负 电 性 非 金 属原 子 形 成 化 合 物 时 ， 通 过 外 层 电 子 的 重新 分 布 和 正 、 负 离 子 间 的 静 电 作 用 而 相互 结 合 ， 故 称 这 种 结 合 键 为 离 子 键 。 离 子 晶 体 硬 度 高 ， 强 度 大 ， 脆 性 大 。如 氯 化 钠 ， 陶 瓷 。 15 2、 共 价 键 当 两 个 相 同 的 原 子 或 性 质 相 差 不 大 的原 子 相 互 接 近 时 ， 它 们 的 原 子 间 不 会 有 电子 转 移 。 此 时 原 子 间 借 共 用 电 子 对 所 产 生的 力 而 结 合 ， 这 种 结 合 方 式 称 为 共 价 键 。 结 合 力 很 大 ， 硬 度 高 ， 强 度 大 ， 脆 性大 ， 熔 点 高 ， 沸 点 高 ， 挥 发 性 低 。 如 金 刚石 、 SiC、 BN等 16 3、 金 属 键 金 属 自 由 原 子 结 构 的 特 点 是 具 有 较 少的 外 层 电 子 ， 并 且 电 离 能 很 小 。 这 就 决 定了 它 们 与 其 它 元 素 结 合 时 ， 易 失 去 外 层 价电 子 而 成 为 阳 离 子 的 倾 向 较 大 。 金 属 正 离子 与 自 由 电 子 间 的 静 电 作 用 ， 使 金 属 原 子结 合 起 来 形 成 金 属 整 体 ， 这 种 结 合 方 式 称为 金 属 键 。 有 良 好 的 导 电 性 和 导 热 性 ， 正 的 电 阻 温度 系 数 ， 不 透 明 ， 有 特 有 的 金 属 光 泽 ， 有良 好 的 塑 性 变 形 能 力 ， 强 韧 性 好 。 17 4、 分 子 键 自 由 原 子 状 态 已 经 形 成 稳 定 电 子 壳 层的 惰 性 气 体 He、 Ne、 Ar等 和 分 子 状 态 的H2、 N2、 02等 在 低 温 时 都 能 结 合 成 液 态 或固 态 ， 在 此 结 合 过 程 中 ， 并 不 给 出 或 接 受电 子 。 这 种 存 在 于 中 性 的 原 子 或 分 子 之 间的 结 合 力 称 为 分 子 键 。 硬 度 低 ， 熔 点 低 ， 良 好 的 绝 缘 性 。 如高 分 子 材 料 塑 料 。 18 5、 氢 键 氢 键 是 一 种 特 殊 的 分 子 间 作 用 力 。 当两 种 负 电 性 大 而 原 子 半 径 较 小 的 原 子 与 氢原 子 结 合 时 ， 氢 原 子 与 一 种 原 子 之 间 形 成共 价 键 ， 与 另 一 种 原 子 之 间 形 成 氢 键 。 如FHF， OHO， NHO等 。 氢键 的 本 质 是 静 电 吸 引 力 ， 具 有 饱 和 性 和 方向 性 。 19 晶 体 结 合 的 强 度 用 结 合 能 表 示 ， 是 指 晶体 分 解 为 单 个 原 子 (或 分 子 )所 作 的 功 ， 或 单个 原 子 凝 聚 形 成 晶 体 所 放 出 的 能 量 ， 用 Jmol表 示 。 共 价 键 晶 体 和 离 子 键 晶 体 的 结 合 能 约 为10 5(J mol)数 量 级 ； 金 属 键 晶 体 的 结 合 能 约为 104(J mol)数 量 级 ； 分 子 键 晶 体 的 结 合 能约 为 103(J mol)数 量 级 。 因 此 ， 共 价 键 晶 体 和 离 子 键 晶 体 结 合 最强 ， 金 属 键 晶 体 次 之 ， 分 子 键 晶 体 最 弱 。 20 晶 体 材 料 中 的 原 子 （ 离 子 、 分 子 ） 在 三 维 空间 呈 规 则 、 周 期 性 排 列 。非 晶 体 原 子 无 规 则 堆 积 ， 也 称 为 “ 过 冷 液 体 ”。 非 晶 体 ： 蜂 蜡 、 玻 璃 等 。晶 体金 刚 石 、 NaCl、 冰 等 。 液 体 1-2 晶 体 材 料 的 原 子 排 列 21 1 2 1 金 属 的 晶 体 结 构1) 晶 体 (从 宏 观 上 看 ） 晶 体 的 特 点 ： 其 原 子 在 空间 作 有 规 律 的 排 列 。 晶 体 的 性 能 ： 具 有 一 定 的熔 点 和 凝 固 点 ， 呈 各 向 异性 。 22 原 子 （ 离 子 ） 的 刚 球 模 型原 子 中 心 位 置 晶 体 结 构 23晶 胞 点 阵 （ 晶 格 ） 模 型 24 晶 胞X YZa bc 晶 格 常 数a， b， c 25 金 属 晶 体 中 的 晶 面 和 晶 向X YZa bc晶 面通 过 原 子 中 心 的 平 面 晶 向通 过 原 子 中 心 的 直 线 所 指 的方 向 X YZa bc 26 2） 晶 格 和 晶 胞 （ 从 微观 上 看 ） 晶 格 ： 用 些 假 想 的 几 何线 条 将 晶 体 中 原 子 的 振动 中 心 连 接 起 来 所 构 成的 空 间 格 子 。 晶 胞 ： 晶 格 的 一 个 基 本 单元 。 27 3） 常 见 金 属 晶 格 形 式 体 心 立 方 晶 格 特 点 ： 具 有 相 当 高 的 强 度 和 较 好 的 塑 性 。 这 种 晶 格 的 金 属 有 ： 铬 、 钼 、 钨 、 钒 和铁 （ 0 912 ， Fe ） 等 。 28 晶 格 常 数 ： a=b=c； =90晶 胞 原 子 数 ：原 子 半 径 ：致 密 度 ： 0.68致 密 度 =Va /Vc， 其 中Vc:晶 胞 体 积 a 3Va:原 子 总 体 积 24r3/3X YZa bc 2r2raa 2 29 面 心 立 方 晶 格 特 点 ： 塑 性 良 好 。 这 种 晶 格 的 金 属 有 ： 铝 、 钢 、 镍 和 铁（ 912 1394 ， Fe)等 。 30 晶 格 常 数 ： a=b=c； =90晶 胞 原 子 数 ：原 子 半 径 ：致 密 度 ： 0.74X YZa bc 密 排 方 向 4 31 密 排 六 方 晶 格 属 于 密 排 六 方 晶 格 的 金 属 有 C（ 石 墨 ） Be、 Mg、 Zn、 Cd、 -Co、 Ti等 。 32 晶 格 常 数 ： 底 面 边 长 a 底 面 间 距 c 侧 面 间 角 120 侧 面 与 底 面 夹 角 90晶 胞 原 子 数 ： 6原 子 半 径 ： a/2致 密 度 ： 0. 74 33 1.2.2 实 际 晶 体 结 构1)单 晶 体 和 多 晶 体 单 晶 体 结 晶 方 位 完 全 一 致的 晶 体 ， 如 单 晶 Si半 导 体 。多 晶 体 由 许 多 外 形 不 规 则的 晶 体 颗 粒 (简 称 晶 粒 )所组 成 。 这 些 晶 粒 内 仍 保 持 整齐 的 晶 胞 堆 积 。各 晶 粒 之 间 的 界 面 晶 界 。 34 晶 粒 的 大 小 与 金 属 的 制 造 及 处 理 方 法 有关 ， 其 直 径 一 般 在 1 0.001mm之 间 。 在 多 晶 体 中 ， 由 于 各 晶 粒 的 位 向 不 同 ，使 其 各 向 异 性 受 到 了 抵 消 ， 造 成 各 向 性 能 接近 相 同 的 现 象 ， 称 为 各 向 同 性 晶 粒 体 积 越 大 ， 强 度 、 韧 性 等 综 合 力 学性 能 越 差 。 晶 粒 体 积 越 小 ， 强 度 、 韧 性 等 综 合 力 学性 能 越 好 。 35 2)晶 体 缺 陷 (1)点 缺 陷 是 一 种 在 三 维 空 间 各 个 方 向 上 尺 寸 都 很 小 ，尺 寸 范 围 约 为 一 个 或 几 个 原 子 间 距 的 缺 陷 。 空 位 包 括 ： 间 隙 原 子 置 换 原 子 等 36 （ 2） 线 缺 陷 是 指 在 三 维 空 间 两 维 方 向 的 尺 寸 较 小 ，在 另 一 维 方 向 的 尺 寸 相 对 较 大 的 缺 陷 。 属 于这 类 缺 陷 的 主 要 是 各 种 类 型 的 位 错 。 位 错 是 在 晶 体 中 某 处 有一 列 或 若 干 列 原 子 发 生 了 有规 律 的 错 排 现 象 。 位 错 最 基 本 的 形 式 有 ： 刃 型 位 错 螺 型 位 错 37 （ 3） 面 缺 陷 是 指 在 三维 空 间 一 维 方 向 上尺 寸 很 小 ， 另 外 两维 方 向 上 尺 寸 较 大的 缺 陷 。 最 常 见 的 面 缺陷 是 金 属 中 的 晶 界和 亚 晶 界 。 38 实 际 金 属 中 的 缺 陷 对 材 料 力 学 性 能 的 影 响 : 点 缺 陷 的 存 在 ， 提 高 了 材 料 的 硬 度 和 强度 ， 降 低 了 材 料 的 塑 性 和 韧 性 ， 增 加 位错 密 度 可 提 高 金 属 强 度 ， 但 塑 性 随 之 降低 ; 面 缺 陷 能 提 高 金 属 材 料 的 强 度 和 塑 性 ; 细 化 晶 粒 是 改 善 金 属 力 学 性 能 的 有 效 手段 ; 39 本 节 重 点 晶 体 、 晶 格 和 晶 胞 三 种 典 型 晶 格 类 型 晶 粒 大 小 和 性 能 的 关 系 晶 体 缺 陷 类 型 40 1-4 合 金 的 晶 体 结 构 合 金 由 两 种 或 两 种 以 上 的 金 属 元 素或 金 属 与 非 金 属 元 素 通 过 熔 炼 、 烧 结 或其 他 结 合 生 成 的 具 有 金 属 特 性 的 物 质 。 如 ： 铁 碳 合 金 、 铜 合 金 、 铝 合 金 等 。 41 合 金 除 具 备 纯 金 属 的 基 本 特 性 外 ， 还可 以 拥 有 纯 金 属 所 不 能 达 到 的 一 系 列 机械 特 性 与 理 化 特 性 ,如 高 强 度 、 高 硬 度 、高 耐 磨 性 、 强 磁 性 、 耐 蚀 性 等 。 组 成 合 金 的 元 素 或 稳 定 化 合 物 组 元 。 由 几 种 元 素 构 成 即 为 几 元 合 金 42 相 具 有 相 同 化 学 成 分 、 相 同 晶 体 结 构 ， 并 由 明 显分 界 面 隔 开 的 各 个 均 匀 组成 部 分 。1.4.1 合 金 的 相 、 组 织 及 其 关 系 组 织 用 金 相 显 微 镜 观察 法 ,在 金 属 及 合 金 内 部 看到 的 涉 及 各 相 (晶 体 或 晶 粒 )大 小 、 方 向 、 形 状 排 列 状况 等 组 成 关 系 和 构 造 情 况的 微 观 形 貌 。 43 合 金 的 组 织 是 由 数 量 、 大 小 、 形 状 和 分 布方 式 不 同 的 各 种 相 所 组 成 的 。 不 同 组 织 具 有 不 同 的 性 能 。 由 不 同 组 织 构 成 的 材 料 具 有 不 同 的 性 能 。 同 一 种 钢 经 过 不 同 的 热 处 理 可 以 获 得 不 同的 组 织 ， 从 而 获 得 不 同 的 性 能 。 44 1.4.2 固 溶 体固 溶 体 分 类 置 换 固 溶 体 间 隙 固 溶 体 固 溶 体 有 些 合 金 组 元 在 凝 固 后 溶 质 原 子溶 入 溶 剂 晶 格 而 形 成 的 单 一 均 匀 的 晶 体 45 溶 质 与 溶 剂 以 任 何 比 例 都 能 互 溶 ，固 溶 度 达 100 ， 则 称 为 无 限 固 溶 体 ，否 则 为 有 限 固 溶 体 。 溶 质 原 子 有 规 则 地 占 据 溶 剂 结 构中 的 固 定 位 置 ， 溶 质 与 溶 剂 原 子 数 之比 为 一 定 值 时 ， 所 形 成 的 固 溶 体 称 为有 序 固 溶 体 。 否 则 为 无 序 固 溶 体 。 -18 46 间 隙 固 溶体溶 质 原 子 与 溶 剂 原 子 直 径 之比 应 小 于 0 59方 可 。 直 径 较 大 的 原 子 所 组 成 的 晶 格 ，其 空 隙 的 尺 寸 也 较 大 。过 渡 族 元 素 (溶 剂 )与 尺 寸 较 小 的 元 素 C 、N、 H、 B等 易 形 成 间 隙 固 溶 体 。溶 质 原 子 在 间 隙 固 溶 体 中 的 溶 解 度 一 般 很小 ,所 以 间 隙 固 溶 体 都 是 有 限 固 溶 体 。溶 质 原 子 将 使 间 隙 固 溶 体 发 生 畸 变 ，其 浓 度 越 大 ， 畸 变 越 大 。间 隙 固 溶 体 都 是 无序 固 溶 体 。 47 置 换固 溶 体无 限 固 溶 体 和 有 序 固 溶 体 一 定 是 置 换 固 溶 体 。置 换 固 溶 体 也 可 以 是 有 限 固 溶 体 和 无 序 固 溶 体 。两 组 元 晶 体 结 构 相 同 ， 原 子 半 径 和 电 化学 特 性 接 近 ， 则 容 易 形 成 置 换 固 溶 体 。无 限 固溶 体 形成 条 件 两 组 元 晶 体 结 构 相 同 是 必 要 条 件 。溶 剂 原 子 半 径 rA与 溶 质 原 子 半 径 rB的相 对 差 (rArB)rA小 于 8%左 右 时 。两 元 素 间 的 电 负 性相 差 越 小 越 好 。 48 1.4.3 金 属 化 合 物金 属 化 合 物合 金 各 组 元 相 互 化 合 而 形成 的 一 种 新 的 物 质 。 性 能 特 点 ： 具 有 明 显 的 金 属 的 性 质 。 具 有 自己 特 殊 的 晶 格 ， 与 各 组 元 不 同 。 具 有 较 高 的熔 点 、 较 大 的 脆 性 和 较 高 的 硬 度 。 49 1.4.4 合 金 性 能1、 固 溶 强 化 溶 剂 的 晶 格 发 生 畸 变 ， 使固 溶 体 的 强 度 和 硬 度 升 高 的 现象 称 为 固 溶 强 化 。 固 溶 强 化 是提 高 合 金 力 学 性 能 的 重 要 途 径之 一 。2、 第 二 相 强 化 化 合 物 作 为 第 二 相 可 以 提高 合 金 材 料 强 度 的 现 象 。 性 能 特 点 ： 取 决 于 化 合 物 的数 量 、 形 状 、 大 小 与 分 布 状 况等 。 50 本 节 重 点 合 金 、 相 、 组 织 的 基 本 概 念 。 固 溶 体 和 金 属 化 合 物 的 概 念 及 其 类 型 。 固 溶 体 和 金 属 化 合 物 对 合 金 性 能 的 影 响 。 固 溶 强 化 概 念 及 其 强 化 原 理 。 51 1-5 高 聚 物 的 结 构 高 聚 物 分 子 中 含 原 子 数 很 多 、 分 子 量 很 大的 物 质 。 是 由 一 种 或 几 种 简 单 的 低 分 子 聚 合 而成 的 大 分 子 链 结 构 。 又 称 高 分 子 化 合 物 。 在 长 链 中 结 构 相 同 的 重 复 单 元 链 节 如 ： 在 聚 乙 烯 中 ， CH2CH2即 为 一 个 链 节 。 链 节 的 重 复 数 量 称 为 聚 合 度 。 由 若 干 个 链 节 所 组 成 的 具 有 独 立 运 动 能 力 的 最 小 运动 单 元 链 段 。 52 1.5.1 大 分 子 链 的 形 态 高 聚 物 的 结 构 形 式 ， 按 其 大 分 子 链 的 几 何形 状 ， 可 分 为 ： 线 型 结 构 是 由 许 多 链 节 联 成 一 条 长 链 。 体 型 结 构 是 分 子 链 与 分 子 链 之 间 有 许多 链 节 相 互 交 联 在 一 起 ， 形 成 网 状 或 立 体结 构 。 53 1.5.2 大 分 子 链 的 构 象 及 柔 顺 性 由 于 单 键 内 旋 引 起 的 原 子 在 空 间 占 据 不 同 位 置所 构 成 的 分 子 链 的 各 种 形 象 ， 称 为 大 分 子链 的 构 象 。 由 于 大 分 子 链 构 象 的 频 繁 变 化 ， 使 得 大 分 子 链既 可 扩 张 伸 长 ， 又 可 卷 曲 收 缩 。 大 分 子 这 种 能由 构 象 变 化 获 得 不 同 卷 曲 程 度 的 特 性 称 为 大 分 子 链 的 柔 顺 性 。 影 响 大 分 子 链 柔 顺 性 的 因 素 主 要 有 主 链 结 构和 取 代 基 两 个 方 面 。 54 1.5.3 高 聚 物 的 聚 集 态 结 构 是 指 高 分 子 材 料 内 部 大 分 子 链 之 间的 几 何 排 列 和 堆 砌 结 构 ， 也 称 为 超 分 子结 构 。 高 聚 物 按 照 大 分 子 排 列 是 否 有 序 ， 分 为结 晶 型 和 无 定 型 两 类 。 结 晶 型 高 聚 物 的 分 子 排 列 规 整 有 序 ，无 定 型 高 聚 物 的 分 子 排 列 杂 乱 不 规 则 。 55 1-6 陶 瓷 的 结 构 陶 瓷 是 由 金 属 和 非 金 属 的 无 机 化 合 物 所 构 成 的多 晶 固 体 物 质 。 它 实 际 上 是 各 种 无 机 非 金 属 材料 的 统 称 。 在 室 温 下 ， 陶 瓷 的 典 型 组 织 是 由 ： 晶 相 组 成 玻 璃 相 气 相 各 相 的 结 构 、 数 量 、 形 状 与 分 布 ， 都 对 陶瓷 的 性 能 有 直 接 的 影 响 。 56 1-7 工 程 材 料 的 性 能金 属 材 料 的 性 能 包 括 : 力 学 性 能 物 理 性 能 化 学 性 能 工 艺 性 能 如 强 度 、 硬 度 、 弹 性 、 塑性 、 韧 性 等 。如 密 度 、 熔 点 、 热 膨 胀 性 、导 热 性 、 导 电 性 和 磁 性 等 。如 耐 酸 性 、 耐 碱 性 、 抗 氧化 性 等 。如 铸 造 性 、 锻 压 性 、 焊接 性 、 热 处 理 性 和 切 削加 工 性 等 。 57 1.7.1 力 学 性 能 力 学 性 能 指 金 属 材 料 在 外 力 作 用 下 所 表 现 出来 的 特 性 。 作 用 ：材 料 检 验 、 零 件 设 计 计 算 、 材 料 选 择 、 评 定 工艺 质 量 的 重 要 依 据 。 内 容 ：强 度 、 硬 度 、 弹 性 、 塑 性 、 韧 性 等 。 58 1、 强 度1） 强 度 的 概 念 指 金 属 材 料 在 外力 作 用 下 抵 抗 塑 性 变 形和 断 裂 的 能 力 。2） 强 度 的 分 类 ： 抗 拉 强 度 、 抗 压 强 度 和抗 弯 强 度 等 。3） 强 度 测 定 方 法 拉 伸 试 验4） 试 验 设 备 安 装拉 伸 试 棒绘 制拉 伸曲 线 59 5） 标 准 试 样GB22887 试 样 形 状 （ 圆 、板 、 管 ） 试 样 标 距6） 拉 伸 曲 线 60 7） 常 用 的 强 度 指 标(1)弹 性 极 限 材 料 能 保 持 弹 性 变 形 的最 大 应 力 e Pe/Fo (MPa) Pe试 样 保 持 弹 性 变 形的 最 大 拉 力 ， N； Fo 试 样 的 最 初 截 面积 ， mm2 。 61 (2)屈 服 点 材 料 开 始 产 生 屈 服 时 的 应 力 s Ps/Fo (MPa) Ps试 样 产 生 屈 服 时 的 拉 力 ， N； Fo 试 样 的 最 初 截 面 积 ， mm2 。 屈 服 强 度 0.2 大 多 数 金 属 材 料 没 有 明 显 的 屈 服 点 ， 规 定 以产 生 0 2 塑 性 变 形 时 的 应 力 作 为 屈 服 点 。 脆 性 材 料 的 情 况 拉 伸 时 几 乎 不 发 生 塑 性 变 形 ， 无 屈 服 现 象 。 62 (3)抗 拉 强 度 材 料 能 承 受 最 大 载 荷时 的 应 力 b Pb /Fo (MPa) Pb试 样 在 拉 断 前的 最 大 拉 力 ， N。 颈 缩 现 象 63 8） 疲 劳 强 度 概 念 材 料 在 无 数 次 交 变 应 力 作用 下 不 发 生 疲 劳 断 裂 所 能承 受 的 最 大 应 力 。用 -1表 示 材 料 规 定 应 力 循 环 基 数钢 铁 材 料 ， 应 力 循 环 次 数为 106 107有 色 金 属 ， 应 力 循 环 次 数为 10 7 108 64 2、 塑 性 1） 概 念塑 性 是 指 材 料 在 外 力 作 用 下 产 生 塑 性变 形 而 不 破 坏 的 能 力 。2） 塑 性 指 标 延 伸 率 （ 伸 长 率 ) 端 面 收 缩 率 65 伸 长 率 （ ）l1-l0l0 100%=l1试 样 拉 断 后 的 标 距 ,mm;l0试 样 的 原 始 标 距 ,mm。 66 断 面 收 缩 率 （ ）S0-S1S0= 100%S 0试 样 原 始 横 截 面 积 ,mm2；S1颈 缩 处 的 横 截 面 积 ,mm2 。 67 3、 硬 度 1） 概 念 材 料 抵 抗 硬 物 体 压 入 其 表 面 的 能 力 。 衡 量 金 属 材 料 软 硬 程 度 的 指 标 。2） 常 用 方 法 布 氏 硬 度 法 洛 氏 硬 度 法 维 氏 硬 度 法3） 试 验 方 法 原 理 压 痕 法 68 (1)布 氏 硬 度 布 氏 硬 度 试 验 机 硬 度 表 示 方 法以 符 号 HB表 示 测 量 特 点 ： 先 测 得 压 痕 的 直 径 d， 根 据 d查 表 确 定 HB的 值 。 HBS压 头 为 淬 火 钢 球 ， 适 用于 布 氏 硬 度 值 在 450以 下 的材 料 。 HBW压 头 为 硬 质 合 金 球 ， 适用 于 布 氏 硬 度 值 在 650以 下的 材 料 。 69 特 点测 出 硬 度 值 准 确 、 可 靠 ；压 痕 大 ， 不 宜 成 品 检 验 ；测 量 过 程 速 度 慢 。 布 氏 硬 度 值 与 抗 拉 强 度 的关 系 （ 低 碳 钢 ） b 3.53HBS 70 (2)洛 氏 硬 度 洛 氏 硬 度 试 验 机 洛 氏 硬 度 三 种 标 尺 表 示 方 法60HRC 特 点试 验 简 便 、 方 便 。压 痕 小 ， 适 用 成 检 。测 出 硬 度 值 不 很 准 确 。 数 字 ： 硬 度 值HR： 洛 氏 硬 度C： 标 尺 71 （ 3） 维 氏 硬 度 为 了 从 软 到 硬 的 各 种 金 属 材 料 有 一 个连 续 一 致 的 硬 度 标 度 ， 因 而 制 定 了 维 氏硬 度 试 验 法 。 测 定 维 氏 硬 度 的 原 理 基 本 上 和 布 氏 硬度 相 同 ， 区 别 在 于 压 头 采 用 锥 面 夹 角 为1360的 金 刚 石 正 四 棱 锥 体 ， 压 痕 是 四 方锥 形 。 72 特 点 ： 所 用 载 荷 小 ， 压 痕 深 度 浅 ， 适 用于 测 量 零 件 薄 的 表 面 硬 化 层 、 表 面 镀 层及 薄 片 金 属 的 硬 度 。 对 软 、 硬 材 料 均 适用 ， 测 定 范 围 0 1000HV。 73 两 点 结 论 三 种 硬 度 值 不 能 直 接 进 行 比 较 ， 但 可 以采 用 特 制 的 表 格 进 行 换 算 。 硬 度 也 是 材 料 重 要 的 力 学 性 能 指 标 ， 它影 响 到 材 料 的 耐 磨 性 。 一 般 说 来 ， 硬 度高 ， 耐 磨 性 也 好 。 74 4、 冲 击 韧 度 (韧 性 )1） 概 念 材 料 抵 抗 冲 击 载 荷 的 能 力 。2） 试 验 方 法一 次 性 摆 锤 弯 曲 冲 击 试 验 。3） 冲 击 韧 度 指 标 以 材 料 受 冲 击 断 裂 时 单 位 面 积上 所 消 耗 的 能 量 来 表 示 的 。 a k Ak /F (J/mm2 )ak值 越 小 ,表 明 材 料 的 韧 性 越 低 ，脆 性 越 大 。 75 1.7.2 物 理 性 能 和 化 学 性 能 物 理 性 能 有 密 度 、 熔 点 、 热 膨 胀 性 、 导 热 性 、 导 电性 和 磁 性 等 。 机 械 零 件 用 途 不 同 ， 对 其 物 理 性 能 的 要 求也 有 所 不 同 。 化 学 性 能 指 在 室 温 或 高 温 时 抵 抗 各 种 化 学 作 用 的 能力 。 主 要 有 耐 酸 性 、 耐 碱 性 、 抗 氧 化 性 等 。 76 1.7.3 工 艺 性 能 工 艺 性 能 是 指 金 属 材 料 适 应 这 些 加 工 工 艺 要 求 的 能 力 。 内 容 铸 造 性 锻 压 性 焊 接 性 热 处 理 性 和 切 削 加 工 性 等 良 好 的 工 艺 性 能 有 利 于 保 证 质 量 和 降 低 成 本 。 77 第 二 章 金 属 材 料 的 凝 固 与 固 态 相 变 2.1纯 金 属 的 结 晶2.1.1 凝 固 的 基 本 概 念 一 切 物 质 从 液 态 到 固 态 的 转 变 过 程 1、 晶 体 的 结 晶 通 过 凝 固 能 形 成 晶 体 结 构 1） 平 衡 结 晶 温 度 78 2） 过 冷 与 过 冷 度 必 须 冷 却 到 低 于 Tm以下 的 某 一 个 温 度 T1才 能结 晶 。 这 种 现 象 称 为 过 冷 。 理 论 结 晶 温 度 Tm与实 际 结 晶 温 度 T1之 差 称为 过 冷 度 。 79 冷 却 速 度 越 大 ， 则 过 冷 度 越 大 。 80 2、 非 晶 体 的 凝 固 在 非 晶 体 的 凝 固 中 熔 体 实 质 是 粘 滞 系数 连 续 加 大 的 过 程 ， 非 晶 固 态 可 以 看 作粘 滞 系 数 很 大 的 “ 熔 体 ” 。 所 以 ， 非 晶体 的 凝 固 是 在 个 温 度 范 围 内 逐 渐 完 成的 。 81 2.1.2 纯 金 属 的 结 晶 1、 结 晶 及 结 晶 过 程 结 晶 金 属 从 液 体 状 态 转 变成 晶 体 状 态 (固 态 )的 过 程 。 结 晶 过 程 分 为 两 个 阶 段 ： 晶 核 (结 晶 核 心 )的 形 成 晶 核 的 成 长 82 液 态 金 属 形 核 晶 核 长 大 完 全 结 晶形 核 和 晶 核 长 大 的 过 程 83 （ 1） 形 核 过 程自 发 形 核 由 液 体 金 属 内 部 原 子 聚 集 尺 寸 超 过临 界 晶 核 尺 寸 后 形 成 的 结 晶 核 心 。非 自 发 形 核 是 依 附 于 外 来 杂 质 上 生 成 的晶 核 。 84 （ 2） 晶 核 长 大 过 程两 种 长 大 方 式 平 面 生 长 树 枝 状 生 长 。平 面 生 长 树 枝 状生 长 85 2、 影 响 形 核 和 长 大 的 因 素 （ 1） 过 冷 度 的 影 响（ 2） 难 熔 杂 质 的 影 响 86 3、 晶 粒 大 小 及 控 制 （ 1） 晶 粒 度 的 概 念 晶 粒 度 是 晶 粒 大 小 的 量 度 ， 用 单位 体 积 中 晶 粒 的 数 目 Z。 或 单 位 面 积 上 晶粒 的 数 目 ZJ表 示 。 也 可 以 用 晶 粒 的 平 均线 长 度 (或 直 径 )表 示 。 87 晶 粒 度 分 8级晶 粒 度 1 2 3 4 5 6 7 8单 位 面 积 晶 粒 数（ 个 /mm2） 16 32 64 128 256 512 1024 2048晶 粒 平 均 直 径（ m） 250 177 125 88 62 44 31 22细 晶 强 化 晶 粒 细 化 使 金 属 机 械 性 能 提 高 的 现 象比 较 ： 细 晶 强 化 -强 度 、 硬 度 、 塑 性 、 韧 性 固 溶 强 化 -强 度 、 硬 度 ， 塑 性 、 韧 性 88 2） 晶 粒 大 小 的 控 制（ 1） 增 大 过 冷 度（ 2） 变 质 处 理 变 质 剂 的 作 用 ： 作 为 非 自 发 形 核 的 核 心 ， 或 阻 碍 晶 粒 长 大 。（ 3） 振 动 ， 搅 拌 机 械 振 动 、 超 声 振 动 ， 或 电 磁 搅 拌 等 。 振 动 的 作 用 ： 使 树 枝 晶 破 碎 ， 晶 核 数 增 加 ， 晶 粒 细 化 。 89 2.1.3 同 素 异 构 转 变1） 概 念 少 数 金 属 由 于 温 度 改 变 而晶 格 也 改 变 的 现 象 称 为 同 素 异构 转 变 。 纯 铁 的 冷 却 曲 线 t0 15381394912768液 体 无磁性有磁性FeFeFe2） 转 变 过 程 与 液 态 金 属 的 结 晶 很 相 似 。3） 有 关 结 论 转 变 时 ， 体 积 也 发 生 变 化 。 是 钢 铁 材 料 能 够 通 过 各 种 热处 理 工 艺 改 变 其 组 织 和 性 能 的内 因 和 根 据 。 90 小 结 重 点 要 求 1. 过 冷 度 的 概 念 ， 晶 粒 度 的 影 响 因 素 。 2. 晶 粒 大 小 的 控 制 方 法 。 一 般 要 求 1. 同 素 异 构 转 变 。 91 2.2 合 金 的 凝 固 2.2.1 二 元 合 金 相 图 与 凝 固 相 图 的 概 念 是 表 达 温 度 、 成 分 和 相 之 间 的 关 系 ，表 明 合 金 系 中 不 同 合 金 在 不 同 温 度 下 ， 由哪 些 相 组 成 以 及 这 些 相 之 间 平 衡 关 系 的 图形 （ 又 称 平 衡 图 或 状 态 图 ） 92 平 衡 是 指 在 一 定 条 件 下 合 金 系 中 参 与 相 变过 程 的 各 的 相 成 分 和 相 对 质 量 不 再 变 化所 达 到 的 一 种 状 态 。 此 时 合 金 系 的 状 态稳 定 ， 不 随 时 间 而 改 变 。 相 图 建 立 的 步 骤 ： （ 以 Cu Ni合 金 为 例 ） 93 （ 1） 配 置 不 同 成 分 的 Cu Ni合 金（ 2） 作 出 各 合 金 的 冷 却 曲 线 ， 并 找 出 各 冷 却 曲线 上 的 临 界 点 （ 转 折 点 和 平 台 ） 的 温 度 值 ；（ 3） 画 出 温 度 成 分 坐 标 系 ， 在 相 应 成 分 垂直 线 上 标 出 临 界 点 温 度 ；（ 4） 将 物 理 意 义 相 同 的 点 连 成 曲 线 。 94 1、 匀 晶 相 图匀 晶 相 图 两 组 元 在 液 态 和 固 态 均 能 无 限 互 溶时 所 构 成 的 相 图 。(1)结 晶 过 程 95 kXQXQ QQ aL aL 1kXQXQ QQ aL aL 1KXKXQQ XXKXXX XKQ XX KXXX KXQ LaaL （ 2） 杠 杆 定 律 96 97 例 ： 求 30%Ni合 金 在 1280时 相 的 相 对 量Cu NiNi%T,C 20 40 60 80 100100011001200130014001500 1083 1455L L+ a c30a1 b1 c1 1280 C 解 ： 作 成 分 线 和温 度 线 如 图 。6618 根 据 杠 杆 定 律 推论 ， Q = a1b1 /a1c1 =12/48=1/4答 ： 所 求 合 金 在1280 时 相 的相 对 质 量 为 1/4。 98 (3)枝 晶 偏 析 晶 粒 成 分 不 均 匀 的 现 象 ， 又 称 晶 内偏 析 。 枝 晶 偏 析 的 存 在 ， 会 使 合 金 的 塑 性 、韧 性 显 著 下 降 ， 对 压 力 加 工 性 能 也 有 损害 ， 故 应 设 法 消 除 与 改 善 。 99 2 共 晶 相 图 共 晶 相 图 两 组 元 在 液 态 无 限 互 溶 ， 在 固 态 有 限溶 解 ， 并 发 生 共 晶 转 变 时 所 构 成 的 相 图 。 共 晶 转 变 在 一 定温 度 下 ， 由 一 定 成 分的 液 相 同 时 结 晶 出 成分 一 定 的 两 个 固 相 的过 程 。 （ 1） 相 图 分 析 100 （ 2） 典 型 合 金 的 平 衡 结 晶过 程 亚 共 晶 合 金 结 晶 过 程 共 晶 合 金 结 晶 过 程 过 共 晶 合 金 结 晶 过 程 101 102 3、 共 析 相 图共 析 相 图 是 二 元 合 金 中 具有 固 态 转 变 的 相 图 ， 这 种 相图 可 以 看 成 是 双 层 相 图 ， 上层 为 匀 晶 相 图 ， 下 层 类 似 共晶 相 图 。 共 析 转 变 在 高 温 时 的 某 一 成 分 的 单 相 固 溶 体 在 冷 至 某 一 温 度 时 ， 又 发 生 分 解 而 形 成 两 个 与 母 相 不 同 的 固 相 ， 这 种 由 某 一 固 相 同 时 析 出 两 种 新 固 相 的 转 变 ， 称 为 共 析 转 变 。 103 2.3 铁 碳 合 金 平 衡 态 的 相 变基 础 铁 碳 合 金由 铁 和 碳 两 种 主 要 元 素 组 成 的 合 金 。如 ： 碳 钢 、 铸 铁 2 3 1 Fe-Fe3C相 图 104 1、 铁 碳 合 金 的 基 本 组 织 与 性 能1） 铁 素 体 F碳 溶 于 Fe中 形 成 的 间 隙 固溶 体 。 性 能 特 点 性 能 近 似 于 纯 铁 ， 即 强 度 、 硬 度低 （ b=180280Mpa） ， 塑 性 、韧 性 （ =30%50%） 好 。 105 2) 奥 氏 体 A 碳 溶 于 Fe 中 形 成 的 固 溶 体 。 性 能 特 点 ： 强 度 、 硬 度 并 不 高 ， 但 塑 性 很 好 。 106 3） 渗 碳 体 Fe3C 概 念 铁 和 碳 结 合 成 的 化 合 物 (具 有 复 杂晶 格 )。 性 能 特 点 渗 碳 体 的 硬 度 很 高 ， 为 800HB，塑 性 、 韧 性 很 差 ， 几 乎 等 于 零 ， 所以 渗 碳 体 的 性 能 特 点 是 硬 而 脆 。 硬度 很 高 ， 很 耐 磨 ， 但 又 很 脆 ， 塑 性 、韧 性 几 乎 为 零 。 107 4) 珠 光 体 P 概 念 铁 素 体 和 渗 碳 体 的 机 械 混 合 物 。 性 能 特 点 其 含 碳 量 为 0.77%。 珠 光 体 由渗 碳 体 片 和 铁 素 体 片 相 间 组 成 ，其 性 能 介 于 铁 素 体 和 渗 碳 体 之 间 ，强 度 、 硬 度 较 好 、 脆 性 不 大 ， 具有 较 好 的 综 合 力 学 性 能 。 108 5） 莱 氏 体 Ld和 低 温 莱 氏 体 Ld 概 念 奥 氏 体 （ 珠 光 体 ） 和 渗 碳 体 的机 械 混 合 物 。 性 能 特 点 含 有 大 量 硬 而 脆 的 渗 碳 体 ， 所以 硬 度 很 高 ， 但 很 脆 。 109 110 111 1)FeFe3C状 态 图 中 的 主 要 特 性 点 的 说 明 特 性 点 温 度 WC 含 义A 1538 0 纯 铁 熔 点C 1148 4.30 共 晶 点D 1227 6.69 渗 碳 体 熔 点E 1148 2.11 碳 在 - Fe中 的 最 大 溶 解 度G 912 0 - Fe 与 - Fe同 素 异 构 转 变 点P 727 0 0218 碳 在 - Fe中 最 大 溶 解 度 S 727 0 77 共 析 点 112 2)FeFe3C状 态 图 中 的 主 要 特 性 线 的 说 明特 性 线 含 义 说 明ACD线 液 相 线 在 此 线 以 上 的 区 域 是 液 相 区 。AECF线 固 相 线 在 此 线 以 下 的 区 域 是 固 相 区 。ECF线 共 晶 线 合 金 在 该 线 上 发 生 共 晶 转 变 ，形 成 莱 氏 体 。PSK线 (A l ) 共 析 线 合 金 在 该 线 上 发 生 共 析 转 变 ，形 成 珠 光 体 。ES线 (Acm) 析 出 渗 碳 体 开 始 线 从 奥 氏 体 中 析 出 的 渗 碳 体 称为 二 次 渗 碳 体GS线 (A3) 从 奥 氏 体 中 析 出 铁素 体 的 开 始 线 113P Fe3C P Fe3C Ld EA C DGP S K0.77 2.11 4.3 6.6972711480Fe LA L A L Fe3C A Fe3CF A A Fe3C Ld LdLd Fe3C Ld P Fe 3C Ld Fe3C Ld P Fe3CP F Wc( ) FP 1538912 114 2.3.2铁 碳 合 金 在 状 态 图 下 的 相 变分 成 下 面 三 类 ：白 口 铁(W C 0 02 )工 业 纯 铁(WC 0 02 )钢 (WC =0 02 -2 11 ) 亚 共 析 钢(WC 0 77 )共 析 钢(WC 0 77 )过 共 析 钢(WC 0 77 )亚 共 晶 白 口 铁(WC 4 3 )共 晶 白 口 铁(WC 4 3 )过 共 晶 白 口 铁(WC 4 3 ) 115 共 析 钢 的 结 晶 过 程 和 室 温 组 织共 析 钢 的 结 晶 过 程 ：室 温 组 织 ： P(F+Fe3C)EA C DGP S K0.77 2.11 4.3 6.697271148Fe LA L A A Fe 3CF A P Fe3CF P P 116 亚 共 析 钢 的 结 晶 过 程 和 室 温 组 织亚 共 析 钢 的 结 晶 过 程 :室 温 组 织 : F+P ， 500Fe LA L A A Fe 3CF A P Fe3CP A EA C DGP S K0.77 2.11 4.3 6.697271148Fe LA L A A Fe3CF A P Fe3CF P P 117 过 共 析 钢 的 结 晶 过 程 和 室 温 组 织过 共 析 钢 的 结 晶 过 程 :室 温 组 织 : P+Fe3C EA C DGP S K0.77 2.11 4.3 6.697271148Fe LA L A A Fe3CF A P Fe3CF PP 118 119 120 121 2.3.3含 碳 量 对 铁 碳 合 金 组 织 性 能的 影 响1、 含 碳 量 对 平 衡 组 织 的 影 响2、 含 碳 量 对 力 学 性 能 的 影 响 122 123 2.3.4 Fe-Fe3C相 图 的 应 用1、 在 选 材 上 的 应 用2、 在 铸 造 工 艺 制 订 上 的 应 用3、 在 塑 性 加 工 工 艺 制 订 上 的 应 用4、 在 热 处 理 工 艺 制 订 上 的 应 用 124 小 结重 点 要 求1. F、 A、 Cm、 P、 Le的 组 织 和 性 能 特 点 。2. 默 绘 Fe-Fe3C相 图3. Fe-Fe3C相 图 中 共 晶 、 共 析 区 域 分 析4. 杠 杆 定 理 在 状 态 图 上 的 应 用一 般 要 求Fe-Fe 3C成 分 、 组 织 和 性 能 的 关 系 125 改 善 金 属 材 料 的 性 能 的 方 法 ： 细 晶 强 化 合 金 化 进 行 热 处 理 冷 变 形 强 化 1260 t加热 保 温 冷却 2.4 钢 在 加 热 时 的 转 变2.4.1钢 在 实 际 加 热 时 的转 变 点 SP 0.77 2.11G E A1AcmA3 Ar1 Ac1Accm ArcmAr3Ac3铁 碳 合 金 状 态 图组 织 转 变 临 界 点 ： A1、 A3和 Acm线实 际 加 热 时 组 织 转 变 临 界点 ： Ac1、 Ac3和 Accm实 际 冷 却 时 组 织 转 变 临 界点 ： Ar1、 Ar3和 Arcm 127 2.4.2奥 氏 体 的 形 成 过 程 及 影 响 因 素1、 奥 氏 体 的 形 成 过 程 共 析 钢 加 热 到 Ac1 以 上 时 ， P A 共 析 钢 A化 过 程 形 核 、 长 大 、 Fe3C 完 全 溶解 、 C的 均 匀 化 。 128 亚 （ 过 ） 析 钢 的 A化 : PA 后 ， 先 共析 F 或 Fe3C 溶 解 。 亚 共 析 钢 加 热 到 Ac1以 上 时 ， 组 织 中 的 珠光 体 先 转 变 为 奥 氏 体 ， 而 组 织 中 的 铁 素 体只 有 在 加 热 到 Ac3以 上 时 才 能 全 部 转 变 为奥 氏 体 。 同 样 ， 过 共 析 钢 只 有 加 热 到 Accm以 上 时才 能 得 到 均 匀 的 单 相 奥 氏 体 组 织 。 129 2、 奥 氏 体 形 成 的 影 响 因 素 加 热 温 度 和 速 度 转 变 快 C%或 Fe3 C片 间 距 界 面 多 ， 形 核 多 转变 快 合 金 元 素 A化 速 度 或 130 钢 的 奥 氏 体 晶 粒 的 大 小 直 接 影 响 到 冷 却后 所 得 的 组 织 和 性 能 。 奥 氏 体 的 晶 粒 越细 ， 冷 却 后 的 组 织 也 越 细 ， 其 强 度 、 塑性 和 韧 性 愈 好 。 131 2.4.3奥 氏 体 晶 粒 的 长 大 及 影 响 因 素 加 热 温 度 ， 保 温 时 间 晶 粒 尺 寸 合 金 元 素 除 Mn、 P外 晶 粒 尺 寸 合 金 碳 化 物 ， C% 晶 粒 尺 寸 132 奥 氏 体 晶 粒 度起 始 晶 粒 度实 际 晶 粒 度本 质 晶 粒 度 133 根 据 奥 氏 体 晶 粒 在 加 热 时 长 大 的