金属热处理与表面处理方法

6
111’’’
22’2’’2’
3’3’3’ 3’
4’ 4’ 4’4’
5’ 5’ 5’ 5’
66’’ 66’’
金属的强化
一般金属产生塑性变形后在变形较大 的地方产生裂纹，随着裂纹的扩大最 终产生断裂。因此，要想避免金属断 裂就要防止金属产生塑性变形。提高 金属强度，防止塑性变形和断裂的方 法叫作金属的强化。
例如碳原子溶解到-Fe的晶格中，形成的固溶体 (称铁素体)具有-Fe原来的体心立方晶格，而碳 失去原来的密排六方结构，以单个原子溶入-Fe 的晶格，-Fe是溶剂，碳是溶质。
固溶体
• 溶质原子置换了溶剂晶格中溶剂原子的部 分位置而形成的固溶体称为置换固溶体，
• 溶质原子位于溶剂晶格间隙中所形成的固 溶体称间隙固溶体，如图所示。
Ag、Pb等 密排六方： Mg、Zn、Be、Ti、Cd等
合金的结构
金属中加入合金后可形成固溶体或金属化 合物。
固溶体
合金各组元在液态下互相溶解，结晶为固态后仍 然保持溶解状态的合金相，称为固溶体。
固溶体的特征是：溶剂为含量较多的基体金属， 晶格类型保持不变。溶质为含量较少的合金元素， 晶格类型消失。
对于钢铁：E=214000MPa。 屈服强度应为21400MPa， 而实际钢铁的强度为300~1700MPa。
塑性变形的产生并不 是沿着整个滑移面同 时进行的简单的刚性 滑移造成的，而是由 位错在滑移面上的运 动来实现的。
1 111
2 22 2
3 33 3 4 4 4 4 5 5 5
56 6 6
当外力进一步增加达到一定程度，原子就沿着某 些晶面滑移，达到新的平衡位置，这时外力去除 后，原子不再恢复到原来的位置，晶体产生了永 久性的塑性变形。
在切应力作用下,晶体的一部分相对于另一部分产 生滑动,称为滑移。发生滑移的晶面称为滑移面。
经过计算，滑移面上的原子同时滑移时所需 的剪切力是很大的，约为E/10。
金属的同素异构转变
温度℃
多数金属结晶后，晶格类型 1 6 0 0
1538 ℃
不再发生变化。但有少数金
1394 ℃
-F e
1400
属如铁、钴、钛、锡等，在
结晶完成后继续冷却的过程 1 2 0 0
中还会发生晶体结构的转变。1 0 0 0
-F e 912 ℃
这种金属在固态下由一种晶 8 0 0 磁 性 转 变 ( 7 7 0 ℃ ) 格向另一种晶格的转变称为
金属热处理和表面处理方法
一、金属的结构
金属是晶体。 在晶体中，原子按一定的几何规律作周期
性地排列，称为有序排列。 晶体有固定的熔点和凝固点， 晶体的性能呈各向异性。 金属材料绝大多数是晶体。
常见金属的晶体结构
体心立方： -Fe,Cr,W,V等。 面心立方： γ-Fe、 Al、Cu、Ni、Au、
成的一种新晶体称为金属化
合物。金属化合物的晶格类
型不同于任一组元，一般具
有复杂晶格，如碳钢中的渗
碳体(Fe3 C)是铁与碳形成的 金属化合物，其晶格类型既
不同于铁，也不同于碳的复 碳 原 子
铁原子
杂结构 。
弥散强化
复杂的结构使金属化合物具有较高的熔点，很高 的硬度与脆性。合金中出现金属化合物时，合金 的强度、硬度和耐磨性提高，但塑性、韧性降低。 由于金属化合物硬而脆，通常不能作为合金的基 体材料，而是以弥散状态(细粒状、细点状)分布 于合金基体上作为强化相。弥散度越高，金属强 度、硬度越高。这种以弥散粒子作为第二强化相 使金属强度、硬度提高的现象称为弥散强化。
固溶体，用“F”表示。
特点：
① 在727℃有最大溶解度，为 0.0218%C；
② 强度和硬度低，韧性塑性好。其力学性
能大致为；
σb 180~280MN/ ψ
70~80%
σ0.2 100~1m720MN/
δ
30~50%
HB
50~m 802HBS
ak 1.8~2.5MJ/m2
(2) Fe3C—渗碳体
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +++
相邻金属原子间的相互作用力
引 力
距离
处于平衡位置 的金属原子性变形
当受力较小时，晶体内原子间距发生微小变化， 原子稍偏离平衡位置处于不稳定状态，当外力去 除后原子则返回平衡位置，晶体变形随之消失， 这就是弹性变形阶段；
金属的强化方法
金属的强化主要是通过各种方法阻止位 错移动，从而提高金属的强度。
怎样阻止位错移动呢？
使滑移面崎岖不平：使晶格变形、扭 曲，增加晶界。 缠住位错：增加位错密度、形成大量 杂质颗粒或第二相。
二、金属热处理
在固态下加热金属,并在一定的温度下保温 一定的时间,再以一定的方式冷却,通过金 属内部的组织转变改变金属性能的工艺。
溶质 溶剂
溶剂 溶质
(a) (b)
固溶强化
因溶质原子的溶入而导致固溶体原子间作 用力发生变化，使晶格发生畸变，增加了 位错移动的阻力，提高了合金的强度和硬 度。这种通过溶入溶质元素而使溶剂金属 强度、硬度提高的现象称为固溶强化。
原子尺寸相差越大，畸变就越严重。
金属化合物
合金中各组元按一定方式形
金属热处理工艺
一般地说，热处理工艺的 基本过程包括加热、保温度 保温 临界温度 温和冷却三个阶段。由 于热处理时起作用的主
要因素是温度和时间，
所以各种热处理都可以
用温度—时间曲线来表
示，叫做热处理工艺曲
淬火
回火
线，
时间
图3-14 热处理工艺曲线示意图
1、铁碳合金中的相
(1) 铁素体——碳在α-Fe中的
同素异构转变。
600
-F e
400
200
时间
金属变形和强化
金属的塑性变形及其对金属组织性能的影 响
金属在外力作用下产生变形，当外力去除 后不能恢复的永久性变形称为塑性变形。 塑性变形不仅使金属获得所需的形状和尺 寸，而且能改变金属的组织和性能。
金属的结合键是金属键
金属键决定金属的特性：导电、 导热、 良好的塑性
由铁和碳组成的一种具有复杂结构的间隙
化合物，含碳量为6.69%，用“Fe3C” 表示。
渗碳体的性能特点——硬度高，脆性大。
硬度 HB=800kgf/mm2;
抗拉强度 бb＝30MPa;
塑性、韧性几乎为零。
(3) 奥氏体
碳在γ-Fe中的固溶体，用“A”表示。 特点： ① 在1148℃时有最大溶解度2.11%C，