金属学基础知识
电站锅炉金属材料及金属技术监督基础知识
索氏体：索氏体即是片层较细的珠光体，以S表示。 屈氏体（或托氏体）：屈氏体（或托氏体）即是片层极细的珠光
体，以T表示。 贝氏体：贝氏体是铁素体和渗碳体的机械混合物，按照组织形式
和形成温度不同，分为上贝氏体和下贝氏体。上贝氏体 中铁素体呈羽毛状，羽毛之间分布有片装和棒状的渗碳 体。下贝氏体为针状的铁素体上分布有大量的渗碳体。 贝氏体中的铁素体含有较多的（或过饱和的）碳，以B表 示。 马氏体：碳在铁素体中的过饱和固溶体，以M表示。
锅炉金属材料 金属技术监督基础知识
目的：组织均匀，硬度较低。 适用范围：合金钢。 ⑤ 、球化退火 球化退火即是将钢按照完全退火的加热速度加热到Ac1＋ （20~30 ℃ ），保温后，再按照每小时20~50 ℃ 的速度降至 该钢Ar1以下一个温度，并在这个温度保温较长时间，最后 随炉冷致450~500 ℃ 左右出炉，再在空气中冷却的工艺。 通过这种退火后，珠光体中的渗碳体及钢中的二次渗碳体均 为球状，故称为球化退火。 目的：降低硬度， 以便于加工，并使钢中的渗碳体变为球
锅炉金属材料 金属技术监督基础知识
③ 、扩散退火 扩散退火即是将钢加热到 很高的温度，通常为 Ac3以上 200 ℃左右，保温较长时间，然后缓慢冷却。 目的：使钢的成分均匀。 适用范围：高合金钢锭或铸件。
④ 、等温退火 等温退火即是把钢加热到临界点以上温度，使其转变为奥 氏体，并保温一段时间使奥氏体均匀后，冷却到预定温度， 并在该温度下保温一段时间，使奥氏体等温分解成珠光体 的热处理工艺。 等温退火的加热温度与完全退火的加热温度一样。二者不 同之处在于冷却方式。这种退火方式可以说是完全退火的 特殊形式。
金属材料专业介绍
金属材料专业介绍
1. 引言
金属材料是工程领域中广泛应用的一类材料，其具有优良的导电、导热、机械强度和耐腐蚀等性能。金属材料专业是工程材料科学与工程领域的重要学科，培养具备金属材料设计、制备、加工和应用的专业人才。本文将介绍金属材料专业的基本概念、学科内容以及培养目标。
2. 金属材料的基本概念
金属材料是由金属元素或金属化合物组成的一类材料，具有良好的导电性、导热性、可塑性和机械性能。金属材料在工程领域中广泛应用于结构件、导线、散热器等。其特点包括： - 密度高，重量轻； - 具有良好的导电和导热性能； - 具有较高的机械强度； - 具有较好的可塑性和可加工性； - 易于烧结、焊接和镶嵌。
3. 金属材料专业的学科内容
金属材料专业主要涉及以下学科内容：
3.1 金属学基础
金属学基础是金属材料专业的核心内容，包括金属结构、晶体学、缺陷与变形、相变和相图等方面的知识。学生将学习金属的组织、结构和性质，并深入了解金属的晶体学原理和相变规律。
3.2 金属材料制备与加工
金属材料制备与加工是金属材料专业的重要学科内容。学生将学习金属材料的制备方法，包括熔炼、铸造、热加工和粉末冶金等技术。同时，学生还将了解金属材料的加工工艺，如锻造、轧制、拉伸和焊接等。
3.3 金属材料性能与评价
金属材料性能与评价是金属材料专业的重要学科内容。学生将学习
金属材料的力学性能、物理性能和化学性能的测试方法，并了解金属
材料的可靠性评价、失效分析和损伤机理等。
3.4 金属材料设计与应用
金属材料设计与应用是金属材料专业的关键学科内容。学生将学习
第二节 金属学及热处理基本知识
第二节金属学及热处理基本知识
一、金属晶体结构的一般知识
众所周知，世界上的物质都是由化学元素组成的，这些化学元素按性质可分成两大类：第一大类是金属，化学元素中有83种是金属元素。固态金属具有不透明、有光泽、有延展性、有良好的导电性和导热性等特性，并且随着温度的升高，金属的导电性降低，电阻率增大，这是金属独具的一个特点。常见的金属元素有铁、铝、铜、铬、镍、钨等。
第二大类是非金属，化学元素中有22种，非金属元素不具备金属元素的特征。而且与金属相反，随着温度的升高，非金属的电阻率减小，导电性提高。常见的非金属元素有碳、氧、氢、氮、硫、磷等。
我们所焊接的材料主要是金属，尤其是钢材，钢材的性能不仅取决于钢材的化学成分，而且取决于钢材的组织，为了了解钢材的组织及对性能的影响，我们必须先从晶体结构讲起。
(一)晶体的特点
对于晶体，大家并不生疏。食盐、水结成的冰，都是晶体。一般的固态金属及合金也都是晶体。并非所有固态物质都是晶体。如玻璃、松香之类就不是晶体，而属于非晶体。
晶体与非晶体的区别不在外形，而在内部的原子排列。在晶体中，原子按一定规律排列得很整齐。而在非晶体中，原子则是散乱分布着，至多有些局部的短程规则排列。
由于晶体与非晶体中原子排列不同，因此性能也不相同。
(二)典型的金属晶体结构
金属的原子按一定方式有规则地排列成一定空间几何形状的结晶格子，称为晶格。金属的晶格常见的有体心立方晶格和面心立方晶格，如图1—4所示。体心立方晶格的立方体的中心和八个顶点各有一个铁原子，而面心立方晶格的立方体的八个顶点和六个面的中心各有一个铁原子。
金属学与热处理基础知识总结
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金属学与热处理总结
一、金属的晶体结构
重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、
四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。
基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。
晶格类型晶胞中的原子数原子半径配位数致密度
体心立方243a868%
面心立方442a1274%
密排六方621 a1274%
晶格类型fcc(A1)bcc(A2)hcp(A3)
间隙类型正四面体正八面体四面体扁八面体四面体正八面体间隙个数84126126
23
a a
原子半径 r A4a
42
32 a a
53
a
2 3
a
6 2
a
2 1
a
间隙半径 r B
22
444442
晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。
金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。
位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。
位错的柏氏矢量具有的一些特性：
①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。
刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。
晶界具有的一些特性：
①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，
热处理工操作技术要领图解
• 晶格 • 抽象地用于描述原子在晶体中排列形式的 空间几何格子，称为晶格。一般有体心立 方、面心立方何明和密排六方晶格三种 • 晶胞 • 组成晶格的最小几何单元称为晶胞。。
• 晶粒：金属结晶后形成由外形不规则而内 部晶格排列方向一致的微小晶体称为晶粒。 • 单晶体：如果一块晶体内部晶格位向完全 一致称为单晶体。单晶体材料只在特定情 况下使用，如半导体硅元件所用的材料。 • 多晶体：由许多结晶方向不一致的晶粒组 成的晶体称为多晶体。
金属晶体实际结构
• 实际使用的金属材料中，由于加进了外来 原子，材料在凝固过程中受到各种因素的 影响，使本来有规则的原子堆积方式受到 干扰，晶体出现的各种不规则的原子堆积 现象称为晶体缺陷，主要有点缺陷、线缺 陷、面缺陷三种。
• 点缺陷（空位和间隙原子） • 如果晶格中本来应该有原子的地方没有原 子，在哪里就会出现“空洞”，称为空位 • 也可能在晶格的某些空隙处出现多余的原 子或极尽外来原子，称为间隙原子。 • 间隙原子产生的效果是周围原子受到挤压， 空位产生的效果是周围原子受到拉伸。 • 空位和间隙原子都会使晶格产生变形，称 为晶格畸变。
• 晶体中存在的点缺陷、线缺陷、面缺陷， 使得晶格畸变，引起塑性变形抗力增大， 强度提高。
Байду номын сангаас
铁的同素异构转变
• 有些金属在固态形式下，其晶体结构会随 着温度变化而发生变化。金属在固态下， 随着温度的变化，由一种晶格转变为另一 种晶格的现象称为同素异构转变。由同素 异构转变得到的不同晶格的晶体称为同素 异构体。
北科大《金属学》_讲义(精华版)_对考研的学材料的童鞋非常有用!
一：大纲分析：
北京科技大学2009年攻读硕士学位
《金属学》复习大纲
（适用专业：材料加工工程、材料学、材料科学与工程、材料物理与化学）
一、金属与合金的晶体结构
1.原子间的键合
1)金属键, 2)离子键, 3)共价键
2．晶体学基础
1）空间点阵， 2）晶系及布喇菲点阵， 3）晶向指数与晶面指数
3．金属的晶体结构
1）典型的金属晶体结构，2）原子的堆垛方式，3）晶体结构中的间隙，
4）晶体缺陷
4．合金相结构
1）置换固溶体，2）间隙固溶体，3）影响固溶体溶解度的主要因素
4）中间相
5．晶体缺陷
1）点缺陷, 2)晶体缺陷的基本类型和特征, 3)面缺陷
二、金属与合金的凝固
1．金属凝固的热力学条件
2．形核
1）均匀形核，2）非均匀形核
3．晶体生长
1）液-固界面的微观结构，2）金属与合金凝固时的生长形态，3）成分过冷
4．凝固宏观组织与缺陷
三、金属与合金中的扩散
1．扩散机制
2．扩散第一定律
3．扩散第二定律
4．影响扩散的主要因素
四、二元相图
1．合金的相平衡条件
2．相律
3．相图的热力学基础
4．二元相图的类型与分析
五、金属与合金的塑性变形
1．单晶体的塑性变形
1）滑移，2）临界分切应力,3）孪生，4）纽折
2．多晶体的塑性变形
1）多晶体塑性变形的特点，2）晶界的影响，
3.塑性变形对组织与性能的影响
1）屈服现象,2)应力-应变曲线及加工硬化现象,3)形变织构等
六、回复和再结晶
1．回复和再结晶的基本概念
2．冷变形金属在加热过程中的组织与性能变化
3．再结晶动力学
4．影响再结晶的主要因素
5．晶粒正常长大和二次再结晶
七、铁碳相图与铁碳合金
金属学及热处理基础知识
第一章金属学及热处理基础知识
一、金属的基本结构
金属材料的化学成分不同，其性能也不同。但是对于同一种成分的金属材料，通过不同的加工处理工艺，改变材料内部的组织结构，也可以使其性能发生极大的变化，可见，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。金属和合金在固态下通常都是晶体，因此首先要了解其晶体结构。
1、金属的原子结构及原子的结合方式
（1）金属原子的结构特点
最外层的电子数很少，一般为1～2个，最多不超过4个，这些外层电子与原子核的结合力很弱，很容易脱离原子核的束缚而变成自由电子，此时的原子即变为正离子，而对于过渡族金属元素来说，除具有以上金属原子的特点外，还有一个特点，即在次外层尚未填满电子的情况下，最外层就先填充了电子。因此，过渡族金属的原子不仅容易丢失最外层电子，而且还容易丢失次外层的1～2个电子，这就出现了过渡族金属化合价可变的现象。当过渡族金属的原子彼此相互结合时，不仅最外层电子参与结合，而且次外层电子也参与结合。因此，过渡族金属的原子间结合力特别强，宏观表现为熔点高。强度高。由此可见，原子外层参与结合的电子数目，不仅决定着原子间结合键的本质，而且对其化学性能和强度等特性也具有重要影响。
（2）金属键
处以集聚状态的金属原子，全部或大部将它们的价电子贡献出来，为其整个原子集体所公有，称之为电子云或电子气。这些价电子或自由电子，已不再只围绕自己的原子核转动，而是与所有的价电子一起在所有原子核周围按量子力学规律运动着。贡献出价电子的原子，则变为正离子，沉浸在电子云中，它们依靠运动于其间的公有化的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式叫做金属键，它没有饱和性和方向性。
金属学基础知识
重金属---密度大于每立方厘米4.5克。 轻金属---密度小于每立方厘米4.5克。
2 按密度大小分
3---按储量和价值分 稀有金属和贵重金属。
二 炼铁与炼钢
炼铁----现代钢铁工业生 产生铁的主要方法是高 炉炼铁。
炼钢方法
现代炼钢方法主要有转炉炼钢、电炉炼 钢和平炉炼钢。 转炉、平炉的主要产品是碳素钢和低合 金钢，电弧炉的主要产品是合金钢。
炼钢炉产品
根据成品钢脱氧程度的不同，可分为镇 静钢、半镇静钢和沸腾钢三种。
第二节 金属的性能
一 金属的物理性能和化学性能 1 金属的物理性能 密度 熔点 热膨胀性（线膨胀、体积膨胀） 导热性 导电性 磁性（铁磁性、顺磁性、抗磁性）
Байду номын сангаас
第一节 拉伸曲线和应力应变曲线 拉伸试验是工业上最广泛使 用的力学性能试验方法之一。试 验时在拉伸机上对圆柱试样或板 状试样两端缓慢地施加载荷，使 试样受轴向拉力沿轴向伸长，一 般进行到拉断为止。 一般试验机都带有自动汜录 装置，可把作用在试样上的力和 所引起的试样伸长自动记录下来， 绘出载荷—伸长曲线，称拉伸曲 线或拉伸图。 P
图1—1为退火低碳钢拉伸曲线 示意图。曲线的纵坐标为载荷(P)， 横坐标是绝对伸长(△L)，由图可 见，载荷比较小时，试样伸长随 载荷增加成正比例增加，保持直 线关系。载荷超过户。后，拉伸 曲线开始偏离直线。载荷在Pe以 下阶段，试样在加载时发生变形， 卸载后变形能完全恢复，该阶段 为弹性变形阶段。当载荷超过Pe 后，试样在继续产生弹性变形的 同时，将产生塑性变形，进入弹 塑性变形阶段。此时，若在
《金属工艺学》课后习题
第一章金属学基础知识
1．什么是强度什么是塑性衡量这两种性能的指标有哪些各用什么符号表示
金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力，称为强度。常用的强度指标有弹性极限σe、屈服点σs、抗拉强度σb。
塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。常用的塑性指标有断后伸长率δ和断面收缩率Ψ。
2．什么是硬度HBS、HBW、HRA、HRB、HRC各代表用什么方法测出的硬度各种硬度测试方法的特点有何不同
硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。
HBS：用淬火钢球作压头时的布氏硬度。不能测试太硬的材料，一般在450HBS以上的就不能使用。通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材料的硬度。
HBW：用硬质合金球作压头的布氏硬度。用于测试硬度在650HBW以下的材料。
HRA：洛氏硬度，表示试验载荷（60KG），使用顶角为120度的金刚石圆锥压头试压。用于硬度极高的材料，例如硬质合金。
HRB：洛氏硬度，表示试验载荷（100KG），使用直径的淬火钢球试压。用于硬度较低的材料，例如退火钢、铸铁等。
HRC：洛氏硬度，表示试验载荷（150KG），使用顶角为120度的金刚石圆锥头试压。用于硬度很高的材料，例如淬火钢等。
3．简述各力学性能指标是在什么载荷作用下测试的。
静载荷作用下测试：强度、塑性、硬度。
动载荷作用下测试：冲击韧度、疲劳强度。
4．试对晶体、晶格、晶胞、单晶体和多晶体作简要解释。
晶体：物质的原子都是按一定几何形状有规则地排列的称为晶体。
晶格：用于描述原子在晶体中排列规律的空间架格称为晶格。
金属所有知识点总结
金属所有知识点总结
一、金属的基本性质
1. 金属的结构和成分
金属的晶体结构通常是紧密堆积的球形原子构成的各向同性结构。金属的晶体结构通常是面心立方结构（如铝、铜、铂等金属）、体心立方结构（如铁、钒、钽等金属）或者简单立方结构（如钾、银、钠等金属）。
2. 金属的物理性质
金属的物理性质主要包括金属的硬度、导电性、导热性、光泽和延展性。金属通常具有较好的硬度和刚性，同时具有良好的导电导热性能。此外，金属通常具有光泽并且可以被延展成薄片并制成不同形状。
3. 金属的化学性质
金属的化学性质主要包括金属的化学活性、与其他物质的反应性以及在化学反应中的离子性等特点。大部分金属具有较强的还原性，可以与非金属元素形成氧化物或盐等化合物。同时，金属通常在化学反应中以正离子的形式存在。
4. 金属的熔点和沸点
金属的熔点和沸点是金属固态、液态和气态状态的转变温度。金属通常具有较高的熔点和沸点，能够在一定的温度下形成稳定的固态结构。
二、金属的种类
根据金属的晶体结构和性质，可以将金属分为不同的类别，主要包括有色金属、贵金属、稀有金属、黑色金属等不同类别。
1. 有色金属
有色金属是指具有明显颜色的金属，包括铜、铝、镍、锌、铅等。有色金属通常具有良好的导电导热性能，并且在电子工业、建筑工业和航空航天等领域有广泛的应用。
2. 贵金属
贵金属是指珍贵且稀有的金属，包括金、银、铂、钯、铱等。贵金属通常具有良好的稳定性和化学反应性，因此被广泛用于首饰、电子产品、化工催化剂等方面。
3. 稀有金属
稀有金属是指地壳中含量较少的金属，包括钨、锆、铌、钽等。稀有金属通常具有高熔点和高硬度，被广泛应用于合金、耐磨材料、电子器件等方面。
材料科学基础知识点总结
材料科学基础知识点总结
金属学与热处理总结
一、金属的晶体结构
金属晶体结构包括面心立方、体心立方等，每种结构都有不同的配位数、致密度、原子半径等特征。晶向指数、晶面指数的标定以及柏氏矢量具的特性、晶界具的特性也是研究重点。
晶格类型、间隙类型、间隙个数、原子半径rA、间隙半
径rB等是研究晶体结构的基本内容。晶胞是晶格中最小的几
何单元，用来分析原子排列的规律性。金属键是指失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来的结合方式。
位错是晶体中原子排列发生有规律错动的一种特殊结构组态。位错的柏氏矢量具有的一些特性包括可以判断位错的类型、柏氏矢量的守恒性以及位错的柏氏矢量各部分均相同。刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直，螺型位错平行，混合型呈任意角
度。晶界具有的一些特性包括能量较高、易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚、易于腐蚀和氧化、可以阻止位错的运动，提高材料的强度等。
二、纯金属的结晶
结晶过程包括阻力、动力等，过冷度和变质处理是结晶的重要概念。液态金属中，相起伏是指时聚时散、起伏不定、不断变化着的近程规则排列的原子集团。过冷度是指理论结晶温度与实际结晶温度的差。变质处理是在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。铸锭三晶区的形成机制是研究的重点。
过冷度与液态金属结晶的关系是非常密切的。液态金属结晶的过程包括形核和晶核的长大过程。从热力学的角度上看，没有过冷度结晶就没有趋动力。根据临界形核功的公式可知，当过冷度为零时，临界晶核半径和临界形核功都为无穷大。由此可知，当临界晶核半径和临界形核功都为无穷大时，液态金属就无法形核，因此无法结晶。晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。为了细化晶粒，可以采取增加过冷度、变质处理、振动与搅拌等方法。
第二章 金属学基础知识
基本概念： 基本概念：
1）阵点或结点:由晶体中原子抽象而成的几何点。 阵点或结点:由晶体中原子抽象而成的几何点。 平面点阵： 2）平面点阵：阵点在一个平面上规则的排列方式 空间点阵: 3）空间点阵:规则分布于三维空间中的阵点所组成的 空间图形 晶格:用一系列平行线将阵点连接起来， 4）晶格:用一系列平行线将阵点连接起来，构成空间 的格架。 的格架。 晶胞：表示空间点阵几何规律的基本空间单元， 5）晶胞：表示空间点阵几何规律的基本空间单元， 一般取最小平行六面体。 一般取最小平行六面体。 点阵参数：三条棱边长a 及三个夹角α 6）点阵参数：三条棱边长a、b、c及三个夹角α、β、 只要确定了6个参数， γ ，只要确定了6个参数，阵点在空间的分布规律 就完全确定了。 就完全确定了。
二、 实际金属的晶体结构
实际金属结构因金属在凝固、形变、 实际金属结构因金属在凝固、形变、再结晶或 同素异型变时，会使原子排列的规律性， 同素异型变时，会使原子排列的规律性，在局部区 域遭受破坏，从而产生晶格缺陷。 域遭受破坏，从而产生晶格缺陷。实际晶粒是由许 多尺寸很小、位向差不大的微晶块相互镶嵌而成。 多尺寸很小、位向差不大的微晶块相互镶嵌而成。 亚晶界所以 所以， 亚结构 、亚晶 、亚晶界所以，实际金属的晶体结 构，尽管从整体上看，原子排列仍保持着它固有的 尽管从整体上看， 规律性，但在局部微区， 规律性，但在局部微区，存在有各式各样的晶体缺 陷，（位错、孪晶和堆垛层错等）。 ，（位错、孪晶和堆垛层错等）。 位错
工程材料学_第一章-金属学基础知识
二（ 三、多）元系。
•相 ( phase )：合金中化学成分、结构、性能相同，并与其他部 分有明显界面分开的均匀部分。
•固相及液相 ：合金为固态时称为固相，为液态时称为液相。
•组织(microstructure) ：固态金属与合金经过试样制备、在金 相显微镜下观察到的具有一定形态特征的微观形貌图像。
（2）晶面指数(indices of crystallographic plane)：
表示某个晶面及与其平行的晶面的一组数，(h k l)
晶向指数(indices of directions)：
表示同一晶向的一组数， [u,v,w]
晶面指数的求法 建坐标 求截距
取倒数
化整
如果所求晶面在晶轴上截距为负数则在指数上加一负号。
* 晶体具有各向异性( aeolotropy )。
多晶体（polycrystal)的特征与单晶体 相互对应。
晶
态
非晶态
二、理想金属的晶体结构
1、金属的晶体结构基本概念
晶体结构(crystal microstructure):
晶体中原子（离子或者分子）三维排列形式。
晶格(crystal lattice): 用以描述晶体中原子排列规律的空间点阵格架。
溶剂A + 溶质B = C
bcc
fcc
cph
例如: 3Fe + C = Fe3C 体心 六方 复杂结构
第一章金属材料的基础知识
3Fe + C = Fe3C
高炉中的焦碳有三方面的作用，作为还原 剂、载热体和使熔融铁增碳的媒介。
由于碳的溶解，使铁的熔点从15350C降低到 1100～13000C。熔化的铁液从出铁口定时排 出。获得的生铁除含少部分碳外，还有少 量的锰、硅、磷、硫等元素。
熔融状态的铁液中的碳以Fe3C形式存在，若 铁液慢慢冷却Fe3C则分解为铁和石墨，此时 的铁断口呈灰色，灰口铁。
冷拔钢
6.按金相组织分类：
退火状态的：退火，将钢加热到超过相变温度
AC3(8000C)以上30～500C，保温一段时间后以十分 缓慢速度进行冷却，通过退火可以消除应力，减 低硬度、晶粒细化并为淬火准备组织条件。
正火状态的：正火，将零件加热到AC3或ACcm以 上30～800C，适当保温后，由炉中取出在空气中
在碳等元素氧化到规定范围后，钢液中 大量的氧在冷凝过程中将以FeO和Fe3O4等形 态析出，使钢的塑性差，轧制时易产生裂纹；
因此，炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂 （锰铁、硅铁和铝）除氧。
Si + FeO = SiO2 +Fe Mn + FeO = MnO + Fe
2Al +3 FeO = Al2O3 +3 Fe 达到要求后，把钢液铸成钢锭，轧成钢材。
C + O2 = CO2
金属学的基础知识
（一）熟悉金属及合金的固态结构
晶体：人们将原子在三维空间作有规则的周期性重复排列的物质称为晶体，金属和合金在固态下通常都是晶体。
晶体的特性：(1) 晶体具有一定的熔点；(2) 各向异性或异向性。即在不同的方向上测量其性能（如导电性、导热性、热膨胀性、弹性和强度等）时，表现出或大或小的差异。(3)一般具有规则的外形。
1、三种典型的金属晶体结构：
金属晶体中，金属键使原子（分子或离子）的排列趋于尽可能紧密，构成高度对称性的简单晶体结构，常见的有以下三种。
(1) 体心立方结构（body-centered cubic, “bcc”）
如下图，晶胞的三个棱边长度相等，三个轴间夹角均为90°，构成立方体。具有bcc结构的金属有α-Fe, Cr, V, Nb, Mo, W等约30种。
(2) 面心立方结构（face-centered cubic, “fcc”）
见下图。γ-Fe, Cu, Ni, Al, Ag等约20种金属具有这种晶体结构。
(3) 密排六方结构（hexagonal closed-packed, “hcp”）
见下图。在晶胞的12个角上各有一个原子，构成六方柱体，上底面和下底面的中心各有一个原子，晶胞内还有三个原子。具有hcp结构的金属有Zn, Mg, α-Ti, Cd等。
多晶型转变（同素异构转变）：大部分金属只有一种晶体结构，但也有少数金属如Fe、Mn、Ti、Co等具有两种或几种晶体结构，即具有多晶型。当外部条件（如温度和压强）改变时，金属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变称为多晶型转变或同素异构转变。如Fe在912℃以下为bcc结构，称为α-Fe，在912-1394℃，具有fcc结构，称为γ-Fe，而从1394℃至熔点，又转变为bcc结构，称为δ-Fe。
金属的内部结构-讲座
（一）晶体的点缺陷
指长、宽、高尺寸都很小的一种晶体缺陷，它包 括空位、间隙原子、置換原子和杂质等。 1. 空位。
在实际晶体中每个结点上的原子都在作热振动， 温度一定时原子振动能的平均值是一定的，但每个 原子振动能量并不完全相等，在某一瞬间某一个原 子的能量可能高于平均能，当其能量达到足以克服 周围原子对它的束缚时，它就可能跳离原来的结点， 从而晶格上出现了一个空结点，这种晶体缺陷称为 空位。见图1-22
3. 晶体线缺陷的影响。 它使晶体产生位错，通常用单位晶体中所
包含的位错线总长度即位错密度来表示。 经剧烈冷变形的金属，位错密度会大大提 高，而经适当的退火后，位错密度会很低。 实验还证明，位错在晶体中的存在和运动 以及其密度的变化，对金属的塑性变形、 强变及断裂起重要的作用，并对原子的扩 散及相变过程也有较大影响。
2 . 纯金属的结晶过程 2. 1 晶核的形成与长大
液态金属的结晶是在一定过冷度下，从液体中首先形成 一些微小而稳定的小晶体，然后以它为核心逐渐长大。这 种结晶核心的微小晶体称为晶核。在晶核长大的同时，液 体中又不断产生新的晶核并不断长大，直到它们互相接触， 液体完全消失为止。图2-13是纯金属结晶过程示意图。
它的晶胞是一个正六棱柱体，十二个角上各有一个原子， 上下面中心各有一个原子，整个正六方体中间还均匀分布着 三个原子，如图2-9所示。具有这种晶格类型的金属有Mg、 Zn、Be等。
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共析钢、亚共析钢、过共析钢
1. 共析钢
碳溶解在铁的晶格中形成固溶体，碳溶解到a――中的固溶体叫铁素体，
溶解到丫一一中的固溶体叫奥氏体。铁素体与奥氏体都具有良好的塑性。当铁碳合金中的碳不能全部溶入铁素体或奥氏体中时，剩余出来的碳将与铁形成化合物——碳化铁（Fe3C）这种化合物的晶体组织叫渗碳体，它的硬度极高，塑性几乎为零。
从反映钢的组织结构与钢的含碳量和钢的温度之间关系的铁碳平衡状态图上可见，当碳的含量正好等于0.77%时，即相当于合金中渗碳体（碳化铁）约占12%，铁素体约占88%时，该合金的相变是在恒温下实现的。即在这种特定比例下的渗碳体和铁素体，在发生相变时，如果消失两者同时消失（加热时），如
果出现则两者又同时出现，在这一点上这种组织与纯金属的相变类似。基于这个原因，人们就把这种由特定比例构成的两相组织当作一种组织来看待，并且命名为珠光体，这种钢就叫做共析钢。即含碳量正好是 0.77%的钢就叫做共析钢，它的组织是珠光体。
2. 亚共析钢
常用的结构钢含碳量大都在0.5%以下，由于含碳量低于 0.77%，所以组织中的
渗碳体量也少于 12%，于是铁素体除去一部分要与渗碳体形成珠光体外，还会有多余的出现，所以这种钢的组织是铁素体+珠光体。碳含量越少，钢组织中珠光体
比例也越小，钢的强度也越低，但塑性越好，这类钢统称为亚共析钢。
3. 过共析钢
工具用钢的含碳量往往超过 0.77%，这种钢组织中渗碳体的比例超过 12%，所以除与铁素体形成珠光体外，还有多余的渗碳体，于是这类钢的组织是珠光体+
渗碳体。这类钢统称为过共析钢。
二、有关钢材机械性能的名词
1•屈服点（＜rS
钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。
设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点 d s =Ps/Fo（MPa,） Mpa
称为兆帕等于 N （牛顿）/mm2 , （ MPa=106Pa, Pa：帕斯卡=N/m2 ）
2•屈服强度（d 0.2
有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服
特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，
称为条件屈服强度或简称屈服强度 d 0.2。
4. 抗拉强度（db）材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。
设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度 d b= Pb
/Fo （ MPa）。
4.伸长率（3）
材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。
5. 屈强比（（T s/ ）r b 钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构
零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为 0.65-0.75合金
结构钢为 0.84-0.86。
6. 硬度硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。
一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。⑴布氏硬度（HB ）以一定的载荷（一般 3000kg）把一定大小（直径一般为 10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB），
单位为公斤力 /mm2 （N/mm2）。
⑵洛氏硬度（HR）
当 HB>450 或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角 120°的金刚石圆锥体或直径为 1.59、3.18mm 的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：
HRA :是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合
HRB ：是采用 100kg 载荷和直径 1.58mm 淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。
HRC :是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢
等）。
⑶维氏硬度（HV ）
以 120kg 以内的载荷和顶角为 136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹
坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（ HV）
三、有关钢的热处理的名词
1. 钢的退火
将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。
2. 钢的正火
正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。
3. 钢的淬火
淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。淬火能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。淬火中常用的淬火剂有:水、油、
碱水和盐类溶液等。
4. 钢的回火
将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。其目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。回火多与淬火、正火配合使用。
⑴调质处理：淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在500-650C之
间进行回火。调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良