第二章 金属的工艺性能金属的工艺性能,
焊接性可锻性铸造性热处理性回到主页金属材料在工艺过程中所具有和表现出来的性能。
主要包括本页完下面以钢铁材料为主，说明其工艺性能！
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热高频加热电阻加热火焰加热超声波加热平衡加热 非平衡加热本页完加热速度极慢加热时间足够长组织变化不受约束无氧化珠光体向奥氏体转化过程！
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完满足,几个条件条件详见下图！
奥氏体形成过程第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完铁素体：碳溶解在 α -Fe中形成的固溶体奥氏体：碳溶解在 γ -Fe中形成的固溶体
+ Fe3C
参见 P8 图 1.2.1
1,F和 Fe3C交界处首先形成奥氏体小晶核。
2、晶核逐渐长大。
3,F首先转变成 A。
4,Fe3C随后也转变成 A。
5、残余 Fe3C不断溶解，形成细小晶粒结构。
加热时保温时间越长,A晶粒越大。
晶粒越大，钢的力学性能越差。
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完形成步骤：
晶粒长大过程示意图第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完晶粒长大过程动画示意本质细晶粒钢本质粗晶粒钢
（含 Al,Ti,W,V,Mo等元素）
（不含 Al,Ti,W,V,Mo等元素）
本质细晶粒钢特征：
930oC以下一直保持细晶粒用于制造重要的零部件第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完加热速度快加热时间短局部温度过高表层与心部温差大周围介质参与加热低碳钢焊缝温度分布及金属组织详见下图！
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完满足,几个条件条件
（教材 P10图 1.2.2）
低碳钢焊接时热影响区内的组织变化
1 液态线温度；
2 固态线温度；
3 1100° C
4 GS(A3)线温度
5 727 ° C
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完熔合区过热区正火区部分相变区第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完金属结晶后形成柱状晶粒，容易开裂并迅速扩展。
熔合区过热区 金属结晶后形成粗晶粒奥氏体组织，该区组织塑性、韧性急剧下降。
正火区 金属结晶后形成细晶粒奥氏体组织，该区组织力学性能好。
部分相变区 该区由铁素体和奥氏体组成，只有铁素体发生相变，固称为部分变相区。
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完金属在加热时会出现各种缺陷。常见缺陷有：
金属长时间高温（ 1100oC）时，晶粒会迅速长大并形成粗晶结构。此时钢的力学性能明显下降。
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完加热温度虽然尚未达到金属的熔点，
但金属内部却出现液态物质的现象。
原因：金属内部低熔点杂质所致钢中的 Fe在高温状态容易和空气中的
O2发生氧化反应，生成 Fe3O4氧化皮。
氧化危害：降低锻造模具的寿命加快切削刀具的磨损反应方程,Fe+O2 Fe3O4氧化皮。
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完液态金属在空气中加热时，大量吸收氢气、氮气的现象。
危害：出现氢脆现象金属成分改变，塑性、韧性下降钢中的 C在高温状态容易和空气中的
O2化学反应，生成 CO现象。
反应方程,C+O2 CO
危害：降低金属表层硬度大大降低表层金属的耐磨性第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完固体金属在受热膨胀时，由于各部分的尺寸不同导致金属的膨胀量不同，
造成材料间彼此制约而引起内应力。
液态金属加热时，金属原子蒸发成气体的现象。
危害：和吸气相同第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完非平衡加热应力的形成
d
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完平衡冷却非平衡冷却冷却速度缓慢组织转变进行得非常充分金属各部分之间没有温差第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完形式分满足：
（ 1） 液态金属转变为固态金属
（ 2）固态金属的组织转变凝固,液态物质转变为固态物质的现象结晶,凝固时获得晶体结构的过程第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完晶核的形成晶核的长大关于结晶温度：
2、一般金属在一个温度范围内进行
1、纯金属、共晶合金在恒温下进行第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完金属的结晶过程详见 P12图 1.2.4
4,晶核数目多而长大速度慢时，得到细晶粒结构的金属，其力学性能好；晶核数目少而长大速度慢时，
可得到细晶粒结构的金属。
5,金属结晶的实质是原子重新排列的过程，从一种稳定状态向另一种稳定状态转变。
3,全部结晶完成后，晶粒内的成分才是所选定合金的成分
2,结晶过程中固体的含 B量沿固态线变化；液体的含
B量沿液态线变化 （详见 P12图 1.2.5） 。
1,在结晶过程中伴随着晶粒内部原子的扩散。
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完注意：
实际生产中金属的冷却基本都是非平衡冷却冷却速度较 快组织转变进行得 不 充分金属各部分之间 有 温差非平衡冷却对 结晶固态金属转变都有影响！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完具有,等特点过冷,实际结晶温度低于理论结晶温度的现象过冷度,实际结晶温度与理论结晶温度的差值过冷度越大 晶核数目越多结晶时间越短晶粒越细小！
偏析,金属整体或晶粒内部化学成分不均匀的现象原因：冷却速度过快，晶体内原子扩散运动不能充分进行。
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完
1,对结晶的影响晶粒不均匀,在同一金属整体内部晶粒大小不均匀的 现象。
金属结晶时，若各点的冷却速度不同，则结晶后晶粒的大小不同
1、细晶粒区
2、柱状晶粒区
3、等轴状晶粒区第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完柱状晶粒区,模具吸热后，过冷度减少，晶粒变大等轴状晶粒区,有较多分布均匀的杂质，晶粒较小晶粒大而致密，并有方向性！
晶粒小无方向性，但易产生缺陷！
细晶粒区,低温模具表面造成强烈的过冷，形成细晶层该区力学性能好！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完缩 孔 及 缩 松 的 形 成缩孔及缩松,液态金属在冷却收缩过程中得不到充分补充而形成孔洞的现象。
金属按一定次序结晶 （顺序凝固） 易形成 缩孔 ！
金属在大范围内结晶 （同时凝固） 易形成 缩松 ！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完实现顺序凝固的方法,安放冒口、冷铁！
（ 1）过冷奥氏体的转变钢高温固体内部组织为,奥氏体第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完
2,对固体金属的影响冷却方式等温冷却连续冷却连续冷却,奥氏体钢在温度连续下降的过程中发生组织转变。
示意图
t时间
T(温度）
临界温度应用,生产中的热处理工艺
（冷却介质：水、油、空气）
热处理工艺曲线详 见右图！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完
1、快速冷却到临界温度以下 成为过冷奥氏体
2、保温，使过冷奥氏体发生等温转变
3,转变完成后再冷却到室温
t
T
临界温度保温 热处理工艺曲线详 见左图！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完
2、测出过冷奥氏体在恒温下转变 开始 时间。
3、测出过冷奥氏体在恒温下转变 终了 时间步骤,1,对共析钢进行一系列不同过冷度的等温对 共析钢 进行等温冷却测定，可获得过冷奥氏体等温转变曲线（也称 C曲线）。
4、在温度 — 时间坐标中把开始时间、
完成上述步骤后，即可画出图 1.2.9所示共析钢 C曲线！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完冷却 实验,如,700,650,600,550度等。
终了时间 分别连接起来。
共析钢
C
曲线
A
P
S
B
M
A
A
A
A
B
M
M
A
1
T
A
A
上下
s
f
- 1 0 0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
温度
/°
时间 /s
P
转变范围
B
转变范围
M
转变范围
C
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完珠光体型转变马氏体型转变珠光体 P,高温、层片较粗大（珠光体）
索氏体 S,中温、层片较细（细珠光体）
贝氏体型转变层氏体 T,低温、层片最细（极细珠光体）
层片越薄，硬度越高！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完珠光体型组织金相照片上贝氏体 B上,羽毛状高温产物下贝氏体 B下,低温竹叶状低温产物贝氏体型产物比珠光体型硬度高！
碳溶解在 α -Fe中的过饱和固溶体具有针状结构硬度高！
塑性、韧性几乎为零！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完
0
100
200
300
400
500
600
700
800
温度
/°
C
时间 /s
A
M
s
v
1
2
3
4
k
1
v
v
v
v
C曲线在连续冷却中的应用
V1－缓慢的随炉冷却
V2 －静止空气中冷却
V3 －油中冷却
V4 －水中快速冷却
Vk －临界冷却速度第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完例,激光淬火！
几何意义,1,Vk斜率大小表示钢获得马氏体的难易程度
2,C曲线越向右，越易获得马氏体
C曲线越向左，越不易获得马氏体
3、钢的成分不同 C曲线的形状和位置也不相同
4,C曲线靠右的钢为易淬火钢第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完温度下降 体积、尺寸收缩收缩不自由时 应力、变形、裂纹两种状态塑性状态（ 橡皮泥 ）：自动消除内应力弹性状态（ 弹簧 ）：不能消除内应力收缩将产生内应力！
（ 2）固态金属的收缩第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完
t K
t 固
T 1 2 3
温度时间T T
Ⅰ
Ⅱ
收缩过程中热应力的形成
ⅠⅡ Ⅱ
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完（参见 P16图 1.2.10）
两杆均处于塑性状态
2杆比 1杆冷却快，应力通过塑性变形自动消除
1杆 塑性状态,2杆 弹性状态
2 杆收缩大，产生变形，对 1产生压力
1 杆受压产生变形，但内应力自动消除
1,2两杆均处于弹性状态
1杆收缩大，对 2产生压力，但 2不能消除内应力第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完先冷却的受压缩
（薄壁部分）
后冷却的受拉伸
（ 厚壁部分 ）
因冷却速度及温差不同而形成的应力。
热应力较大时，会引起工件的变形！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完
1杆（粗杆）受拉,2杆（细杆）受压结论：粗拉细压如果冷却速度有差别，则：
铸件，上表面冷却快！
课堂练习：如何判断变形？
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完变形太大容易引起开裂！
+
-
变形联想记忆！
注意,内力外力区别第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完塑性变形弹性变形单晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形金属变形分：
第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完晶粒内部的滑移变形问题,计算力远远大于实际变形力？
单晶体滑移变形第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完
（参见 P17图 1.2.11）
位错运动引起塑性变形实际金属中存有缺陷位错,晶体中的 线缺陷。
位错移动即可产生塑性变形，因此塑性变形力大大降低！！
原因：
第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完点缺陷线缺陷面缺陷晶内变形（单晶体）
晶内变形,主要是滑移变形（一般情况）
晶间变形,滑移和转动均有（变形量特大情况）
晶间变形（多晶体）分类：
第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完
“弹复”现象第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完例,汽车覆盖件弹复问题请注意：
金属经塑性变形后，内部组织发生变化：
（ 1）晶粒沿变形最大方向 伸长
（ 2）晶格与晶粒均发生 扭曲
（ 3）晶粒间产生 碎晶加工硬化第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完导致产生：
0 20 40 60 80 %
变形程度
360
320
280
240
200
160
120
80
40
700
600
500
400
300
200
100
0
220
180
160
140
120
延伸率
%
冲击韧度
/J c
m
-2
HB
强度极限
/M
Pa
强度极 限布氏硬度延 伸率 %
冲击韧度常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响加工硬化第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完回复回复温度 T回 =（ 0.25 ~ 0.3） T熔再结晶再结晶温度 T再 =0.4 T熔加工硬化可提高产品性能！
脸盒、容器等第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完加热可消除硬化现象！
金 属 的 回 复 和 再 结 晶示意图
(a) 塑性变形后的组织 (b) 金属回复后的组织 (c) 再结晶组织第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完加工硬化再结晶冷变形热变形冷变形无再结晶现象，只有加工硬化现象热变形有再结晶现象，无加工硬化痕迹第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完使晶粒细化消除了部分铸锭缺陷，使金属更加致密形成纤维组织第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完不同工艺方法对纤维组织形状的影响第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完
1,使金属在性能上具有方向性
2,变形程度越大，纤维组织越明显
3,纤维组织只能靠锻压方法改变。
零件使用和制造时要充分考虑纤维组织！
第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完金属材料在加热和冷却中获得所需性能的能力热处理性第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完评价指标淬透性淬 硬性回火脆性产生裂纹倾向性好坏金属材料在铸造成形过程中所表现出的性能铸造性好,铸件形状准确、结构复杂、外形清晰第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完反之铸造成性差！
充型能力影响铸造性因素收缩性基本概念夹渣冷隔浇不足充型能力可用“螺旋形试样”长度评价！
充型能力差会产生：
气孔等缺陷第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完影响因素原因铸型填充条件共晶成分合金纯金属分层凝固金属成分共晶金属熔点低冷却快阻碍液体流动纯金属温度和压力都具有较好的充型能力第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完其它金属属糊状凝固
a b
成分温度铸件铸件液相线固相线固中心液表层 表层 中心液
a b
成分温度铸件铸件液相线固相线固中心液表层 表层 中心液合金成分对充型的影响第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完结晶温度范围越宽，合金 的充型能力越差 。
碳、硅、磷元素提高充型能力硫降低充型能力钢充型能力差 熔点高结晶温度范围宽第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完原因温度,温度越高，金属的充型能力越强！
充型时间增长铸型吸热多金属原子动能增大粘度降低第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完
（ 1）收缩裂纹温度过高会产生缺陷：
（ 3）粘砂压力,压力越高，金属充型能力越强！
（ 2）吸气氧化
（ 4）缩孔、缩松压力铸造、真空吸铸、离心铸造等。
第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完影响因素 铸型温度铸型排气能力铸型的蓄热能力第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完铸件收缩分 凝固收缩固态收缩液态收缩不同成分的合金收缩率不同！
第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完液态收缩 凝固收缩 固态收缩 总收缩铸造碳钢（ 0.35%C) 1.6% 3% 7.8% 12.46%
4%0.1%3.5%灰铸铁（ 3.50%C)
12.4%5.8%4.2%2.4%白铸铁（ 3.00%C)
7.6%
缩孔开裂第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完收缩将引起如下缺陷：
缩松裂纹热 节,内切圆直径最大处缩孔易发生在共晶合金顺序凝固铸件高温金属蓄热能力差的铸型热节处第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完详见下图！
阀 体 件 的 铸 造 方 案热节浇口暗冒口冷铁明冒口第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完结晶温度范围大的合金同时凝固铸件缩松易发生在冷铁作用,实现顺序凝固横截面较大铸件第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完参见上图！
顺序凝固可把缩松调整成缩孔！
金属材料通过塑性加工获得优质零件的难易程度塑性变形抗力目标衡量指标：
塑性大变形抗力小第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完影响可锻性的因素 (1)金属本身 (2)加工条件细晶粒好金属碳化物差内部组织粗晶粒差化学成分 纯金属可锻性好合金差纯金属、固溶体可锻性好第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完变形温度应力状态,压应力数目温度越高越好温度过高产生在始锻与终锻温度之间过烧过热脱碳氧化第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完变形速度,双重影响第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完抗力塑性变形速度
a
变形抗力曲线塑性变化曲线变形速度对塑性及变形抗力的影响示意图金属材料获得优质焊接接头的难易程度工艺焊接性分估算法使用焊接性评价方法 小型抗裂实验法第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完焊接方法对焊接性有很大影响！
碳元素 影响最大！
故,一般用 碳当量 估算可焊性第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完焊接性不好焊接性较差焊接性良好当量当量当量当量
%6.0
%6.0~%4.0
%4.0
1556
C
C
C
CuNiVMoCrMn
CC
碳当量计算及可焊性衡量值计算公式：
第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完较差不好良好课堂练习！计算
1Cr18Ni9Ti
的碳当量，并评价其可焊性！
焊接性分类 Y形坡口试验法十字接头试验法刚性固定对接试验法第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完三种方法中，刚性固定对接试验法比较常用。
第二章
,金属工艺性能,
讲解完毕 ！
碳钢的锻造温度 0.0 2 0.7 7 1.5 2.1 1 C%
80 0
91 2
125 0
153 8
液相线固相线温度 /°C
A
E
P S
K
L
L+A
A
A+ F
A+ Fe C 3
Ⅱ
F+ P P
Fe C + P
G
3
Ⅱ
始锻温度终锻温度本页完第二章 金属的工艺性能挤压时金属应力状态 拉拔时金属应力状态 本页完本页完本页完本页完本页完本页完本页完本页完本页完本页完本页完
焊接性可锻性铸造性热处理性回到主页金属材料在工艺过程中所具有和表现出来的性能。
主要包括本页完下面以钢铁材料为主，说明其工艺性能！
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热高频加热电阻加热火焰加热超声波加热平衡加热 非平衡加热本页完加热速度极慢加热时间足够长组织变化不受约束无氧化珠光体向奥氏体转化过程！
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完满足,几个条件条件详见下图！
奥氏体形成过程第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完铁素体：碳溶解在 α -Fe中形成的固溶体奥氏体：碳溶解在 γ -Fe中形成的固溶体
+ Fe3C
参见 P8 图 1.2.1
1,F和 Fe3C交界处首先形成奥氏体小晶核。
2、晶核逐渐长大。
3,F首先转变成 A。
4,Fe3C随后也转变成 A。
5、残余 Fe3C不断溶解，形成细小晶粒结构。
加热时保温时间越长,A晶粒越大。
晶粒越大，钢的力学性能越差。
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完形成步骤：
晶粒长大过程示意图第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完晶粒长大过程动画示意本质细晶粒钢本质粗晶粒钢
（含 Al,Ti,W,V,Mo等元素）
（不含 Al,Ti,W,V,Mo等元素）
本质细晶粒钢特征：
930oC以下一直保持细晶粒用于制造重要的零部件第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完加热速度快加热时间短局部温度过高表层与心部温差大周围介质参与加热低碳钢焊缝温度分布及金属组织详见下图！
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完满足,几个条件条件
（教材 P10图 1.2.2）
低碳钢焊接时热影响区内的组织变化
1 液态线温度；
2 固态线温度；
3 1100° C
4 GS(A3)线温度
5 727 ° C
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完熔合区过热区正火区部分相变区第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完金属结晶后形成柱状晶粒，容易开裂并迅速扩展。
熔合区过热区 金属结晶后形成粗晶粒奥氏体组织，该区组织塑性、韧性急剧下降。
正火区 金属结晶后形成细晶粒奥氏体组织，该区组织力学性能好。
部分相变区 该区由铁素体和奥氏体组成，只有铁素体发生相变，固称为部分变相区。
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完金属在加热时会出现各种缺陷。常见缺陷有：
金属长时间高温（ 1100oC）时，晶粒会迅速长大并形成粗晶结构。此时钢的力学性能明显下降。
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完加热温度虽然尚未达到金属的熔点，
但金属内部却出现液态物质的现象。
原因：金属内部低熔点杂质所致钢中的 Fe在高温状态容易和空气中的
O2发生氧化反应，生成 Fe3O4氧化皮。
氧化危害：降低锻造模具的寿命加快切削刀具的磨损反应方程,Fe+O2 Fe3O4氧化皮。
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完液态金属在空气中加热时，大量吸收氢气、氮气的现象。
危害：出现氢脆现象金属成分改变，塑性、韧性下降钢中的 C在高温状态容易和空气中的
O2化学反应，生成 CO现象。
反应方程,C+O2 CO
危害：降低金属表层硬度大大降低表层金属的耐磨性第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完固体金属在受热膨胀时，由于各部分的尺寸不同导致金属的膨胀量不同，
造成材料间彼此制约而引起内应力。
液态金属加热时，金属原子蒸发成气体的现象。
危害：和吸气相同第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完非平衡加热应力的形成
d
第二章 金属工艺性能 第一节 金属加热本页完平衡冷却非平衡冷却冷却速度缓慢组织转变进行得非常充分金属各部分之间没有温差第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完形式分满足：
（ 1） 液态金属转变为固态金属
（ 2）固态金属的组织转变凝固,液态物质转变为固态物质的现象结晶,凝固时获得晶体结构的过程第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完晶核的形成晶核的长大关于结晶温度：
2、一般金属在一个温度范围内进行
1、纯金属、共晶合金在恒温下进行第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完金属的结晶过程详见 P12图 1.2.4
4,晶核数目多而长大速度慢时，得到细晶粒结构的金属，其力学性能好；晶核数目少而长大速度慢时，
可得到细晶粒结构的金属。
5,金属结晶的实质是原子重新排列的过程，从一种稳定状态向另一种稳定状态转变。
3,全部结晶完成后，晶粒内的成分才是所选定合金的成分
2,结晶过程中固体的含 B量沿固态线变化；液体的含
B量沿液态线变化 （详见 P12图 1.2.5） 。
1,在结晶过程中伴随着晶粒内部原子的扩散。
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完注意：
实际生产中金属的冷却基本都是非平衡冷却冷却速度较 快组织转变进行得 不 充分金属各部分之间 有 温差非平衡冷却对 结晶固态金属转变都有影响！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完具有,等特点过冷,实际结晶温度低于理论结晶温度的现象过冷度,实际结晶温度与理论结晶温度的差值过冷度越大 晶核数目越多结晶时间越短晶粒越细小！
偏析,金属整体或晶粒内部化学成分不均匀的现象原因：冷却速度过快，晶体内原子扩散运动不能充分进行。
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完
1,对结晶的影响晶粒不均匀,在同一金属整体内部晶粒大小不均匀的 现象。
金属结晶时，若各点的冷却速度不同，则结晶后晶粒的大小不同
1、细晶粒区
2、柱状晶粒区
3、等轴状晶粒区第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完柱状晶粒区,模具吸热后，过冷度减少，晶粒变大等轴状晶粒区,有较多分布均匀的杂质，晶粒较小晶粒大而致密，并有方向性！
晶粒小无方向性，但易产生缺陷！
细晶粒区,低温模具表面造成强烈的过冷，形成细晶层该区力学性能好！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完缩 孔 及 缩 松 的 形 成缩孔及缩松,液态金属在冷却收缩过程中得不到充分补充而形成孔洞的现象。
金属按一定次序结晶 （顺序凝固） 易形成 缩孔 ！
金属在大范围内结晶 （同时凝固） 易形成 缩松 ！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完实现顺序凝固的方法,安放冒口、冷铁！
（ 1）过冷奥氏体的转变钢高温固体内部组织为,奥氏体第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完
2,对固体金属的影响冷却方式等温冷却连续冷却连续冷却,奥氏体钢在温度连续下降的过程中发生组织转变。
示意图
t时间
T(温度）
临界温度应用,生产中的热处理工艺
（冷却介质：水、油、空气）
热处理工艺曲线详 见右图！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完
1、快速冷却到临界温度以下 成为过冷奥氏体
2、保温，使过冷奥氏体发生等温转变
3,转变完成后再冷却到室温
t
T
临界温度保温 热处理工艺曲线详 见左图！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完
2、测出过冷奥氏体在恒温下转变 开始 时间。
3、测出过冷奥氏体在恒温下转变 终了 时间步骤,1,对共析钢进行一系列不同过冷度的等温对 共析钢 进行等温冷却测定，可获得过冷奥氏体等温转变曲线（也称 C曲线）。
4、在温度 — 时间坐标中把开始时间、
完成上述步骤后，即可画出图 1.2.9所示共析钢 C曲线！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完冷却 实验,如,700,650,600,550度等。
终了时间 分别连接起来。
共析钢
C
曲线
A
P
S
B
M
A
A
A
A
B
M
M
A
1
T
A
A
上下
s
f
- 1 0 0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
温度
/°
时间 /s
P
转变范围
B
转变范围
M
转变范围
C
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完珠光体型转变马氏体型转变珠光体 P,高温、层片较粗大（珠光体）
索氏体 S,中温、层片较细（细珠光体）
贝氏体型转变层氏体 T,低温、层片最细（极细珠光体）
层片越薄，硬度越高！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完珠光体型组织金相照片上贝氏体 B上,羽毛状高温产物下贝氏体 B下,低温竹叶状低温产物贝氏体型产物比珠光体型硬度高！
碳溶解在 α -Fe中的过饱和固溶体具有针状结构硬度高！
塑性、韧性几乎为零！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完
0
100
200
300
400
500
600
700
800
温度
/°
C
时间 /s
A
M
s
v
1
2
3
4
k
1
v
v
v
v
C曲线在连续冷却中的应用
V1－缓慢的随炉冷却
V2 －静止空气中冷却
V3 －油中冷却
V4 －水中快速冷却
Vk －临界冷却速度第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完例,激光淬火！
几何意义,1,Vk斜率大小表示钢获得马氏体的难易程度
2,C曲线越向右，越易获得马氏体
C曲线越向左，越不易获得马氏体
3、钢的成分不同 C曲线的形状和位置也不相同
4,C曲线靠右的钢为易淬火钢第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完温度下降 体积、尺寸收缩收缩不自由时 应力、变形、裂纹两种状态塑性状态（ 橡皮泥 ）：自动消除内应力弹性状态（ 弹簧 ）：不能消除内应力收缩将产生内应力！
（ 2）固态金属的收缩第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完
t K
t 固
T 1 2 3
温度时间T T
Ⅰ
Ⅱ
收缩过程中热应力的形成
ⅠⅡ Ⅱ
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完（参见 P16图 1.2.10）
两杆均处于塑性状态
2杆比 1杆冷却快，应力通过塑性变形自动消除
1杆 塑性状态,2杆 弹性状态
2 杆收缩大，产生变形，对 1产生压力
1 杆受压产生变形，但内应力自动消除
1,2两杆均处于弹性状态
1杆收缩大，对 2产生压力，但 2不能消除内应力第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完先冷却的受压缩
（薄壁部分）
后冷却的受拉伸
（ 厚壁部分 ）
因冷却速度及温差不同而形成的应力。
热应力较大时，会引起工件的变形！
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完
1杆（粗杆）受拉,2杆（细杆）受压结论：粗拉细压如果冷却速度有差别，则：
铸件，上表面冷却快！
课堂练习：如何判断变形？
第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完变形太大容易引起开裂！
+
-
变形联想记忆！
注意,内力外力区别第二章 金属工艺性能 第二节 金属的冷却本页完塑性变形弹性变形单晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形金属变形分：
第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完晶粒内部的滑移变形问题,计算力远远大于实际变形力？
单晶体滑移变形第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完
（参见 P17图 1.2.11）
位错运动引起塑性变形实际金属中存有缺陷位错,晶体中的 线缺陷。
位错移动即可产生塑性变形，因此塑性变形力大大降低！！
原因：
第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完点缺陷线缺陷面缺陷晶内变形（单晶体）
晶内变形,主要是滑移变形（一般情况）
晶间变形,滑移和转动均有（变形量特大情况）
晶间变形（多晶体）分类：
第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完
“弹复”现象第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完例,汽车覆盖件弹复问题请注意：
金属经塑性变形后，内部组织发生变化：
（ 1）晶粒沿变形最大方向 伸长
（ 2）晶格与晶粒均发生 扭曲
（ 3）晶粒间产生 碎晶加工硬化第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完导致产生：
0 20 40 60 80 %
变形程度
360
320
280
240
200
160
120
80
40
700
600
500
400
300
200
100
0
220
180
160
140
120
延伸率
%
冲击韧度
/J c
m
-2
HB
强度极限
/M
Pa
强度极 限布氏硬度延 伸率 %
冲击韧度常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响加工硬化第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完回复回复温度 T回 =（ 0.25 ~ 0.3） T熔再结晶再结晶温度 T再 =0.4 T熔加工硬化可提高产品性能！
脸盒、容器等第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完加热可消除硬化现象！
金 属 的 回 复 和 再 结 晶示意图
(a) 塑性变形后的组织 (b) 金属回复后的组织 (c) 再结晶组织第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完加工硬化再结晶冷变形热变形冷变形无再结晶现象，只有加工硬化现象热变形有再结晶现象，无加工硬化痕迹第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完使晶粒细化消除了部分铸锭缺陷，使金属更加致密形成纤维组织第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完不同工艺方法对纤维组织形状的影响第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完
1,使金属在性能上具有方向性
2,变形程度越大，纤维组织越明显
3,纤维组织只能靠锻压方法改变。
零件使用和制造时要充分考虑纤维组织！
第二章 金属工艺性能 第三节 金属的塑性变形本页完金属材料在加热和冷却中获得所需性能的能力热处理性第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完评价指标淬透性淬 硬性回火脆性产生裂纹倾向性好坏金属材料在铸造成形过程中所表现出的性能铸造性好,铸件形状准确、结构复杂、外形清晰第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完反之铸造成性差！
充型能力影响铸造性因素收缩性基本概念夹渣冷隔浇不足充型能力可用“螺旋形试样”长度评价！
充型能力差会产生：
气孔等缺陷第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完影响因素原因铸型填充条件共晶成分合金纯金属分层凝固金属成分共晶金属熔点低冷却快阻碍液体流动纯金属温度和压力都具有较好的充型能力第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完其它金属属糊状凝固
a b
成分温度铸件铸件液相线固相线固中心液表层 表层 中心液
a b
成分温度铸件铸件液相线固相线固中心液表层 表层 中心液合金成分对充型的影响第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完结晶温度范围越宽，合金 的充型能力越差 。
碳、硅、磷元素提高充型能力硫降低充型能力钢充型能力差 熔点高结晶温度范围宽第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完原因温度,温度越高，金属的充型能力越强！
充型时间增长铸型吸热多金属原子动能增大粘度降低第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完
（ 1）收缩裂纹温度过高会产生缺陷：
（ 3）粘砂压力,压力越高，金属充型能力越强！
（ 2）吸气氧化
（ 4）缩孔、缩松压力铸造、真空吸铸、离心铸造等。
第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完影响因素 铸型温度铸型排气能力铸型的蓄热能力第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完铸件收缩分 凝固收缩固态收缩液态收缩不同成分的合金收缩率不同！
第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完液态收缩 凝固收缩 固态收缩 总收缩铸造碳钢（ 0.35%C) 1.6% 3% 7.8% 12.46%
4%0.1%3.5%灰铸铁（ 3.50%C)
12.4%5.8%4.2%2.4%白铸铁（ 3.00%C)
7.6%
缩孔开裂第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完收缩将引起如下缺陷：
缩松裂纹热 节,内切圆直径最大处缩孔易发生在共晶合金顺序凝固铸件高温金属蓄热能力差的铸型热节处第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完详见下图！
阀 体 件 的 铸 造 方 案热节浇口暗冒口冷铁明冒口第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完结晶温度范围大的合金同时凝固铸件缩松易发生在冷铁作用,实现顺序凝固横截面较大铸件第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完参见上图！
顺序凝固可把缩松调整成缩孔！
金属材料通过塑性加工获得优质零件的难易程度塑性变形抗力目标衡量指标：
塑性大变形抗力小第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完影响可锻性的因素 (1)金属本身 (2)加工条件细晶粒好金属碳化物差内部组织粗晶粒差化学成分 纯金属可锻性好合金差纯金属、固溶体可锻性好第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完变形温度应力状态,压应力数目温度越高越好温度过高产生在始锻与终锻温度之间过烧过热脱碳氧化第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完变形速度,双重影响第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完抗力塑性变形速度
a
变形抗力曲线塑性变化曲线变形速度对塑性及变形抗力的影响示意图金属材料获得优质焊接接头的难易程度工艺焊接性分估算法使用焊接性评价方法 小型抗裂实验法第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完焊接方法对焊接性有很大影响！
碳元素 影响最大！
故,一般用 碳当量 估算可焊性第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完焊接性不好焊接性较差焊接性良好当量当量当量当量
%6.0
%6.0~%4.0
%4.0
1556
C
C
C
CuNiVMoCrMn
CC
碳当量计算及可焊性衡量值计算公式：
第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完较差不好良好课堂练习！计算
1Cr18Ni9Ti
的碳当量，并评价其可焊性！
焊接性分类 Y形坡口试验法十字接头试验法刚性固定对接试验法第二章 金属工艺性能 第四节 金属的工艺性能本页完三种方法中，刚性固定对接试验法比较常用。
第二章
,金属工艺性能,
讲解完毕 ！
碳钢的锻造温度 0.0 2 0.7 7 1.5 2.1 1 C%
80 0
91 2
125 0
153 8
液相线固相线温度 /°C
A
E
P S
K
L
L+A
A
A+ F
A+ Fe C 3
Ⅱ
F+ P P
Fe C + P
G
3
Ⅱ
始锻温度终锻温度本页完第二章 金属的工艺性能挤压时金属应力状态 拉拔时金属应力状态 本页完本页完本页完本页完本页完本页完本页完本页完本页完本页完本页完
