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从钢液中产生晶体的过程，也称液态结晶或一次结晶。随着热量的导出，晶体从无到有(形核)，由小变大(晶体长大)，直至液体全部转为固体(晶体)，完成结晶过程。钢液的结晶过程决定着钢锭或铸件的结晶组织及物理、化学不均匀性，从而影响到钢的机械、物理和化学性能。控制钢的结晶过程是提高钢的质量和性能的重要手段之一。

钢液不是纯金属，而是以Fe为基的含有一定量C、Si、Mn及其他一些元素的多元合金。因此，它的结晶过程不是在某一固定的温度(熔点)进行，而是在一定的温度范围内完成的。在平衡结晶条件下，钢液温度降至其液相线温度(tL)时开始出现晶体，而达到固相线温度(ts)时结晶方告结束。此液相线和固相线间的温度区间，即tL-ts=Δtc。便称为该合金的结晶温度范围。某一钢种的结晶温度范围主要取决于所含元素的性质及其含量，并可由铁与相应元素的二元或三元相图来确定。各元素对结晶温度范围的影响可近似地看成可加和的。即某一具体钢种的结晶温度范围。

钢液凝固时，在靠近模壁的固相(凝固层)与内部液相之间存在着一个过渡区—两相区(图1)，即在凝固着的钢锭内，存在三个区域：固相区、两相区、液相区。钢液的结晶即形核和晶核长大过程只在两相区进行。钢锭的凝固就是两相区由钢锭表面向锭心的推移过程：当液相等温线到达钢锭内某一部位时，结晶开始；而固相等温线达到某一部位时，该处结晶便告结束，全部转变为固体。液相等温线和固相等温线到达锭内某一指定点的时间间隔，即该点从液相线温度降至固相等温线所经历的时间，称作该点的本地凝固时间，常以q表示之。本地凝固时间与该处的平均冷却速度成反比。由于钢锭内不同部位的传热条件差异很大，因此不同部位的本地凝固时间会有很大的不同，从而引起结晶组织的不同。钢锭内液相等温线和固相等温线间的距离称作两相区宽度，以△x表示之。且有。两相区窄有利于柱状晶发展，而两相区宽有利于等轴晶发展。

4、均匀化退火（扩散退火）

将铸件加热到略低于1100-1200℃的固相线温度（一般低于100 ℃）长时间保温，然后缓冷的热处理工艺。

主要用于消除某些具有化学成分偏析的铸钢件及铸锭。

加热温度Ac3+(150~200) ℃

5、去应力退火（无相变退火）

将工件加热到Ac1以下（100~200）℃保温后随炉冷却到160℃以下出炉空冷。

主要用于消除内应力，稳定尺寸，防止变形与开裂。

加热温度通常为500℃~650℃。 ^[3] 

（二）、正火

正火是将钢加热到Ac3（或Accm）以上(30~50)℃，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺，正火组织为平衡状态下的珠光体+铁素体（当含碳量在wc0.25%～0.60% 时）；

正火与退火的主要区别：1）冷却速度不同；2）正火后的组织比较细，比退火强度、硬度有所提高，而且生产周期短，操作简单；

过共析钢正火后可消除网状碳化物；低碳钢正火后可显著改善切削加工性能；

3）、退火(Annealing) - 退火是消除钢件的内在应力和细化晶粒的方法。退火法是将钢件加热至高于临界温度，然后放入干灰，石灰，石棉或封闭在炉内，令它慢慢冷却。

4）、硬度(Hardness) - 是材料抵抗外物刺入的一种能力。试验钢铁硬度的普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦，由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低。这种方法称为锉试法 这种方法不太科学。用硬度试验仪器来试验极为准确，是现代试验硬度常用的方法。常用的试验法有洛氏硬度试验，洛氏硬度试验机利用钻石冲入金属的深度来测定金属的硬度，冲入深度愈大，硬度愈小。钻石冲入金属的深度，可从指针指出正确的数字，该数字称为洛氏硬度值。

5）、锻造(Forging) - 是用锤击使金属成为一定形状<成型> 的方法，当钢件加热达到锻造温度时，可以从事锻造，弯屈，抽拉，成型等操作。大多数钢材加热至鲜明樱红色时都很易锻造。能增加钢材硬度常用的方法是淬火。 ^[2] 

6）、脆性(Brittleness)- 表示金属容易破裂的性质，铸铁的脆性大，甚至跌落地上亦会破裂。脆性与硬度有密切关系，硬度高的材料通常脆性亦大。

7）、延性(Ductility)- (又称柔软性) 是金属受外力永久变形而不碎裂的性质，延性的金属可抽拉成细线。

8）、弹性(Flexibility)- 是金属受外力变形，当外力消除之后又恢复其原有形状的一种性质。弹簧钢是极富弹性的一种材料。

9）、展性(Malleability)- 又称可锻性，是金属延性或柔软性的另一种表示法。展性是金属接受锤锻或滚轧而变形时不致破裂的一种性质。

10）、韧性(Toughness)- 是金属抵受震动或冲击的能力。韧性与脆性刚好相反。

1） 无扩散性——马氏体转变是非扩散性转变，因而转变过程中没有成分变化，M的含碳量和原来A的相同。

2）切变共格和表面浮凸现象——由于原子不能进行扩散，因而晶格转变只能以切变的机制进行。

3）变温形成——M只有在不断降低温度的条件下，转变才能继续进行。

4）高速长大——马氏体生长速度极快，片间相撞容易在马氏体片内产生显裂纹。

5） 转变不完全——残余奥氏体A残——MS点越高，M越多，A残越少。Ms和Mf点的温度与冷却速度无关，主要取决于含碳量与合金元素的含量。如图所示： ^[3] 

由于转变温度不同，过冷奥氏体将按不同机理转变成不同的组织（P、B、M）。转变类型主要取决于转变温度，但转变量和速度又与时间密切相关。

过冷奥氏体转变曲线——表示温度、时间、和转变量三者之间的关系曲线。

（一）过冷奥氏体等温转变曲线

过冷奥氏体等温转变曲线又叫C曲线，也称为TTT曲线。如图所示：

冷却方式：

1）等温冷却

2）连续冷却

1、等温转变曲线的建立

等温转变曲线可以用金相法、膨胀法、电阻法和热分析法等多种方法建立。