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合金凝固时，由于溶质在固相中和在液相中的溶解度不同，而产生选分结晶(也称脱溶或液析)现象。即伴随结晶的进行，在凝固前沿不断有溶质析出(K<1时)，使液相同溶质浓度逐渐增加。在平衡结晶时，溶质在固、液两相中的均匀扩散都得以充分进行，因而并不产生偏析。但在钢液的实际凝固过程中，溶质在两相，特别是在固相中的扩散不能充分进行。结果析出的溶质不断在凝固前沿的母液中富集，形成浓度很高的溶质偏析层，此偏析层内熔体的液相线温度相对于成分未变之母液的液相线温度有所降低，因而使凝固前沿处熔体的过冷减小。这一现象对凝固组织有很大的影响。极端情况下(固相不均化、液相不混合)凝固前沿出现溶质大的富集情况。其溶质的分布可用下式来描述：式中C L(x)为距凝固前沿x处液相中溶质浓度；C0为合金熔体中溶质的初始浓度；K为溶质的平衡分配系数，K=C0/CL导；R为结晶速度；DL为溶质在液相中的扩散系数。设K为常数(液、固相线为直线)，且液相线斜率为m，则与凝固前沿溶质浓度相对应的液相线温度分布可用t L(x) =t0-mC L(x) =t0-mC0(1+1-k/k e -R/DLx)来描述。C L(x)及t L(x)的变化如图2所示。可见C L(x)随距凝固前沿距离增加而减小，t L(x)随距凝固前沿距离的增加而增高。在凝固前沿(x=O)处。熔体液相线温度tL与熔体实际温度之差称过冷，即Δt =tL-te。当达到稳定态结晶时，凝固前沿处tL=te=ts此时，液相线温度分布曲线与实际温度分布曲线所围成的区域(图2阴影区)称组成过冷区。组成过冷的出现，必将终止原有凝固界面的继续推进，并且当其凝固前沿前方过冷较大处的过冷超过生核所需的过冷度Δt ﹡ 时，将在凝固界面前方形成新的晶核。这是钢锭结晶组织由柱状晶向等轴晶转变的一种有说服力的解释。
1）加热温度和保温时间——加热温度越高，晶粒长大越快，奥氏体越粗大；保温时间延长，晶粒不断长大，但长大速度越来越慢。
2）加热速度——加热速度越大，形核率越高，因而奥氏体的起始晶粒越小，而且晶粒来不及长大。
3）碳及合金元素
4）钢的原始组织 [3]
冷却转变
过冷奥氏体——在共析温度（A1）以下存在的不稳定状态的奥氏体，以符号A冷表示。
随着过冷度的不同，过冷奥氏体将发生三种类型转变：1）珠光体型转变；2）贝氏体型转变；3）马氏体型转变。
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珠光体型转变（高温转变）
（一）珠光体组织形态及性能
☆过冷奥氏体在A1~ 550℃温度范围内将转变成珠光体类型组织。该组织为铁素体与渗碳体层片相间的机械混合物。这类组织可细分为：见图表所示：
（二）珠光体转变过程：如图所示：
典型的扩散相变：1）碳原子和铁原子迁移；2）晶格重构。
通常硫是有害元素，使钢热脆性大，含量限制在0.05%以下。但是易切削钢的硫含量高，可达0.08%~0.40%。
钢指含碳量小于2%的铁碳合金。根据成分不同，又可分为碳素钢和合金钢。根据性能和用途不同，又可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。
按化学成分分 (1)碳素钢 碳素钢是指钢中除铁、碳外，还含有少量锰、硅、硫、磷等元素的铁碳合金，按其含碳量的不同，可分为：1)低碳钢——含碳量wc≤0.25% 2)中碳钢——含碳量wc0.25%～0.60% 3)高碳钢——含碳量wc>0.60%高碳钢一般在军工业和工业医疗业比较多 (2)合金钢 为了改善钢的性能，在冶炼碳素钢的基础上，加入一些合金元素而炼成的钢，如铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢等。按其合金元素的总含量，可分为： 1)低合金钢——合金元素的总含量≤5% 2)中合金钢——合金元素的总含量5%～10% 3)高合金钢——合金元素的总含量>10%
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（如硬质合金等）。
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）。
