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金相组织分析原理与方法基本事实：显微镜观察到仅是不同形状黑区+白区阿贝原理告诉我们：黑区：一般是细小多相组织（失真）白区：一般是粗大单相组织（仿真）如何利用阿贝原理分析组织？举例金相组织分析案例例1：分析下图金相组织1.观察：白区+黑区;结论：由多相组织与单相组织构成必须提供材料成分与处理工艺，才能进一步分析获知45钢、淬火+500回火分析钢中单相与多相组织有哪些？Fe-C图、CCT金相组织分析基本方法贝氏体（低过饱和F+碳化物）钢中单相组织仅4种，构成组织的基本组成相基本相:F、A、碳化物、马氏体、回火组织：马氏体中析出碳化物（F+碳化物）进一步分析结论：白区一般是四种相之一、黑区是不同细小单相组成的混合物。钢中多相组织：一定是这四种相混合而成珠光体（F+碳化物）金相组织分析案例黑区特点：界面模糊，内部有小白点。F+碳化物组成的混合组织，相间距很小（失真）白区:哪种单相组织？白区特点：界面模糊，内部还小黑点结论：白区是碳化物析出很少的马氏体经验：A、F构成白区非常白、界面清晰、有晶界问题1:黑区与白区哪种硬度高？问题2:如果白区非常多，说明什么？金相组织分析基本方法金相分析“三要素”：掌握阿贝原理、熟悉材料基本组成相与相变构成、经验这才真正掌握了材料成分、组织决定性能。表面处理：得到一种单相组织；根据工艺相图等资料判断何种单相组织。心部：白区+黑区；例2：42CrMo淬火+600℃回火+表面技术处理金相组织分析基本方法黑区；回火组织（F+碳化物）白区：回火不充分M形态与45钢不同？第4页，共19页2.5应用原理设计表面改性技术案例例1：轴类零件受力分析受到扭转作用，表面切应力最大、心部为零传统设计思想：对一般的轴，表面心部均满足最大受力要求，尽可能增加韧性。性能数据查手册常用中碳钢或中碳合金钢（45钢）调质处理（性能数据）第4页，共19页传统设计思想案例分析例设计一根45钢材料轴类零件如图所示，采用下面加工路线：下料→粗加工→调质处理→精加工→产品有无问题？与机械学院教授讨论；第4页，共19页传统设计思想案例分析问题1.根本不能淬透；不能得到要求组织；仅表面得到调质组织又被加工掉问题2：形状复杂；淬火应力：淬火存在变形与开裂危险合理设计思想：轴类破坏一般均在表面，表面技术强化表面，满足最大受力要求。心部往往原材料就可以满足要求（需要具体计算）第4页，共19页轴材料：材料中碳钢、或中碳合金钢锻钢原材料—粗加工—调质（可去掉）—精加工—合理的表面改性技术（力学计算）—磨削加工典型工艺：感应加热表面改性技术可选择相变强化的表面改性技术:关键是选择快速加热方法：最常用方法感应快速加热方法；教材P34有能量密度表数据。观看录像（感应加热）第4页，共19页交变电流产生磁场.工件截面上磁通量变化产生感应电动势.感应电动势瞬时值：e=-dΦ/dt感应电流If=e/z=e/(R2+X2)1/2感应快速加热原理Inductionharding）第4页，共19页金属阻抗小感应电流很大.热量Q正比(If)2加热功率：nx100W/cm2感应快速加热原理分析特点1集肤效应（表面效应）涡流If由表面向内层逐渐减少。热能大部分均分布在表面一定深度区域为什么？满足快速加热表面条件第4页，共19页δ(mm)=56.38(ρ/uf)1/2U：导磁率(国际单位H/m)f:频率HZρ:电阻率（Ω.cm)思考：材料确定情况下：控制加热深度（硬化层深度）主要控制何种参数？感应快速加热原理分析特点2：加热深度可预测与控制第4页，共19页Fe-C相图确定温度？平衡转变图840℃讨论题快速加热只能用非平衡转变图确定相变点（与快速冷却类似）45钢一般加热930℃以上。晶粒？1.45钢加热温度如何确定？问题2：表面组织细化？粗化？奥氏体形成机理：形核长大扩散型相变，界面形核，长大速率受碳在奥氏体中扩散控制（与温度密切相关）长大率：V=C0exp(-Q/KT)(dc/dx)(1/Cb)Q：碳扩散激活能；ΔG*：形核功Cb:A与F或A与Fe3C的浓度差形核率：N=Cexp(-Q/KT)exp(-ΔG*/KT)问题1：NV晶粒细化？粗化？问题2如果相变温度上升A晶粒细化？粗化？金相组织分析试验与理论分析一致：金相组织分析：白区非常细小马氏体组织；结论：快速加热短时保温；细化马氏体组织；如果停留时间长迅速粗化残余应力？第2页，共19页热应力分析冷却开始表层变化表层收缩心部变化基本不变表面应力拉应力心部应力压应力冷却后期表层变化基本不变心部变化心部不变表面应力拉应力心部应力压应力结论：热应力表面拉应力心部压应力；组织应力是表面压应力心部拉应力残余应力综合分析感应强化表面：硬层深度一般10mm以下残余应力尺寸效应：工件尺寸小时（粗略的说有效厚度15毫米以下)残余应力往往组织应力型.随尺寸增加向热应力型转变（尺寸大100mm热应力型)结论1：利用理论模型分析，感应加热强化表面后表面压应力结论2：所有Ｍ相变强化表面的技术，仅是快速加热表面方法不同，均为表面压应力试验结果与模型分析一致1.表面相变强化一般表面形成压应力.但在硬化区与未硬化区的交界处往往存在最大拉应力.设计时零件最大载荷区不能处在交界处.2.感应器的设计关键问题之一教材中介绍多种表面改性技术：火焰、激光、太阳能、电接触等表面相变强化均应服从上述规律作业142CrMo淬火+550℃回火组织；100X500X请分析：1)基本形貌特征（黑区与白区）？2)黑区与白区是何种相组成？3)是否有异常组织？原因？作业2弹簧采用60Si2Mn制作，工艺淬火+回火组织；500X请分析：1)基本形貌（黑区、白区）？2)白区与黑区的组成相？3)白区多韧性如何？