金屬材料與熱處理

1、1 金金 屬屬 工工 藝藝 學(xué)學(xué) 2 世界四大材料世界四大材料：鋼鐵、木材、塑料、水泥鋼鐵、木材、塑料、水泥 ( (如生產(chǎn)一根如生產(chǎn)一根“軸軸”) ) 材料分：金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料材料分：金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料 金屬材料金屬材料指鋼鐵、有色金屬等材料指鋼鐵、有色金屬等材料 非金屬材料非金屬材料無機(jī)無機(jī)高分子材料（陶瓷、水泥、高分子材料（陶瓷、水泥、 木材等），木材等），有機(jī)有機(jī)高分子材料（如塑料、橡膠），高分子材料（如塑料、橡膠）， 復(fù)合材料復(fù)合材料-玻璃鋼、碳纖維復(fù)合材料、硼纖維材玻璃鋼、碳纖維復(fù)合材料、硼纖維材 料料。 現(xiàn)在新材料現(xiàn)在新材料- -納米材料、智能材料納米材料

2、、智能材料 3 材料按材料按物質(zhì)結(jié)構(gòu)物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同分不同分： 金屬材料金屬材料、非金屬材料非金屬材料（有機(jī)高分子材料和陶瓷（有機(jī)高分子材料和陶瓷 料料)、復(fù)合材料復(fù)合材料 材料按材料按用途用途不同分不同分： 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料、土木工程材料、電工材料、電子材、土木工程材料、電工材料、電子材 料料 材料按材料按功能功能不同分不同分： 結(jié)構(gòu)材料、功能材料、磁性材料等結(jié)構(gòu)材料、功能材料、磁性材料等 4 材料發(fā)展概括材料發(fā)展概括 天工開物天工開物明朝科學(xué)家：宋應(yīng)星明朝科學(xué)家：宋應(yīng)星 箸箸 石器時(shí)代石器時(shí)代 陶器時(shí)代陶器時(shí)代 銅器時(shí)代：銅器時(shí)代：司母戊鼎司母戊鼎（公元前（公元前11111616世紀(jì)）

3、世紀(jì)）1130113078078011001100 戰(zhàn)國編鐘戰(zhàn)國編鐘（前前475475221221年）年）6565個(gè)個(gè) 總重總重2500Kg2500Kg 天然石，獸骨，樹枝天然石，獸骨，樹枝 泥巴（日曬泥巴（日曬原始陶器；火燒原始陶器；火燒瓷器用具瓷器用具） 鐵器時(shí)代鐵器時(shí)代 滄州大獅滄州大獅（公元公元953953年年 ）重）重50T ,50T ,長長5.3m,5.3m,寬寬3m3m 人工復(fù)合材人工復(fù)合材 料料 塑料、橡膠、陶瓷、鈦合金、碳纖維、納米等塑料、橡膠、陶瓷、鈦合金、碳纖維、納米等 本草綱目本草綱目 農(nóng)政全書農(nóng)政全書 李時(shí)珍李時(shí)珍 徐光啟徐光啟 智能材料智能材料 5 本課程的性質(zhì)和目

4、的本課程的性質(zhì)和目的 是高等工科院校機(jī)械類專業(yè)必修的一門專業(yè)技術(shù)是高等工科院校機(jī)械類專業(yè)必修的一門專業(yè)技術(shù) 基礎(chǔ)課?；A(chǔ)課。 2、目的目的： a獲得有關(guān)金屬熱處理、金屬材料的基本知識(shí)。獲得有關(guān)金屬熱處理、金屬材料的基本知識(shí)。 b熟悉常見金屬材料的牌號(hào)、性能特點(diǎn)及應(yīng)用；了解它熟悉常見金屬材料的牌號(hào)、性能特點(diǎn)及應(yīng)用；了解它 們之間成分、組織、性能、熱處理的關(guān)系。們之間成分、組織、性能、熱處理的關(guān)系。 c 具有選擇零件材料的能力，確定加工工藝路線的能力。具有選擇零件材料的能力，確定加工工藝路線的能力。 d 為后續(xù)課程和從事技術(shù)工作打下基礎(chǔ)。為后續(xù)課程和從事技術(shù)工作打下基礎(chǔ)。 1、性質(zhì)性質(zhì)： 特點(diǎn)：雜

5、，多，廣，邏輯性差特點(diǎn)：雜，多，廣，邏輯性差。 本課學(xué)習(xí)本課學(xué)習(xí)方法方法是是：預(yù)習(xí)預(yù)習(xí) 、筆記、筆記 、復(fù)習(xí)、討論問題、復(fù)習(xí)、討論問題 本教材的本教材的重點(diǎn)重點(diǎn)：常見的材料牌號(hào)及應(yīng)用，鋼的熱處理：常見的材料牌號(hào)及應(yīng)用，鋼的熱處理 6 第一章第一章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能 Mechanics properties of metals 金屬材料的性能金屬材料的性能 使用性能使用性能力學(xué)、物理、化學(xué)力學(xué)、物理、化學(xué) 工藝性能工藝性能鑄造、鍛壓、焊接、切削加工鑄造、鍛壓、焊接、切削加工 力學(xué)性能力學(xué)性能：受外力作用下所表現(xiàn)出的性能受外力作用下所表現(xiàn)出的性能。不能說：機(jī)械性能不能說：機(jī)械性

6、能 判據(jù)判據(jù) 如：如： 強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等 第一節(jié)第一節(jié) 強(qiáng)強(qiáng) 度度 與與 塑塑 性性 一、強(qiáng)度一、強(qiáng)度 strength 概念：強(qiáng)度是指金屬抵抗永久變形（塑性變形強(qiáng)度是指金屬抵抗永久變形（塑性變形） 和斷裂和斷裂 的能力的能力。通過拉伸試驗(yàn)測(cè)得大小。見教材P5 強(qiáng)度判據(jù)：屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) （屈服強(qiáng)度）、（屈服強(qiáng)度）、 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 7 L0 LK d0 拉斷拉斷前前試樣試樣 拉斷拉斷后后試樣試樣 試樣按試樣按GB639786制取，制取， 分長試樣分長試樣L0=10d0 短試樣短試樣 L0=5d0 說明說明： b k s e 拉伸力拉伸力 F

7、O 伸長量伸長量 L Fs Fb Fe 低碳鋼的力低碳鋼的力伸長曲線伸長曲線 FF 0 A F b b %100 0 0 L LLk 0 A Fs s 8 說明說明： 單位面積上的內(nèi)力稱應(yīng)力單位面積上的內(nèi)力稱應(yīng)力。讀sigmsigm L長度長度 Length 單位單位：mmmm A截面積截面積 Area Area 單位單位：mmmm2 2 F外力外力 Force 單位單位：N s屈服點(diǎn)的值 屈服點(diǎn)的值 單位 ：MPa（兆帕）mega pascal 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) 概念：力不增加仍能繼續(xù)伸長時(shí)的應(yīng)力力不增加仍能繼續(xù)伸長時(shí)的應(yīng)力。用符號(hào)： s 表示 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 概念：試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)

8、力試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力。用符號(hào)： b表示 補(bǔ)充： bb 表示抗彎強(qiáng)度 抗彎強(qiáng)度 注： s 、 b 是設(shè)計(jì)與選材的重要依據(jù) 是設(shè)計(jì)與選材的重要依據(jù) 另： e 表示彈性極限。在外力作用下產(chǎn)生彈性變形時(shí)所承受的最大拉應(yīng)力 表示彈性極限。在外力作用下產(chǎn)生彈性變形時(shí)所承受的最大拉應(yīng)力。 MPa A Fb b 0 9 二、二、塑性塑性 plasticityplasticity 概念概念：在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。 判據(jù)判據(jù)：斷后伸長率斷后伸長率 、斷后斷面收縮率、斷后斷面收縮率 斷后伸長率斷后伸長率 Percentage elongation a

9、fter fracture 概念概念：試樣斷后標(biāo)準(zhǔn)的伸長量與標(biāo)準(zhǔn)的百分比試樣斷后標(biāo)準(zhǔn)的伸長量與標(biāo)準(zhǔn)的百分比。 用符號(hào)用符號(hào) 表示，讀作 代兒特 %100X Lo LoLk 其中：其中：L Lk k斷后試樣長度斷后試樣長度 L Lo o試樣原始長度試樣原始長度 斷后斷面收縮率斷后斷面收縮率 概念概念：斷后截面處面積的最大縮減量與原始截面面積百分比斷后截面處面積的最大縮減量與原始截面面積百分比。 用符號(hào)用符號(hào) 表示， 讀作撲灑哎 說明說明：伸長率和收縮率在實(shí)際應(yīng)用中，一般是用：伸長率和收縮率在實(shí)際應(yīng)用中，一般是用表示塑性大小表示塑性大小。 、 越越大，材料的塑性越好。通常認(rèn)為大，材料的塑性越好。通

10、常認(rèn)為 0.9%后，后， 其其HB，b、 ak 二、二、狀態(tài)圖中狀態(tài)圖中 的特性點(diǎn)、線、的特性點(diǎn)、線、 區(qū)域組織區(qū)域組織 請(qǐng)打開教材請(qǐng)打開教材40頁，二部分頁，二部分。 39 鋼鐵力學(xué)性能與碳含量鋼鐵力學(xué)性能與碳含量WC的關(guān)系的關(guān)系 40 特性特性點(diǎn)點(diǎn)： 見表見表22 特性特性線線： 1、ACD線；線； 2、AECF線線固相線固相線 液相線液相線 （其中（其中AEAE線是線是碳鋼碳鋼固線）固線） 3、ECF線線共晶轉(zhuǎn)變線共晶轉(zhuǎn)變線 LLd 4、GS線線（又稱（又稱A3線）線） 5、ES線（又稱線（又稱Acm線）線） 6、PSK線線共析轉(zhuǎn)變線共析轉(zhuǎn)變線 A p （又稱（又稱A1線）線） 41 三

11、、合金的結(jié)晶過程分析三、合金的結(jié)晶過程分析 亞共析鋼亞共析鋼共析鋼共析鋼過共析鋼 過共析鋼 A F+A L E A+Fe3C L+A 42 三、合金的結(jié)晶過程分析三、合金的結(jié)晶過程分析 A E G P Q S Fe L A L+A F F+A F+P P P+Fe3C A+Fe3C 0.77 2.11 、共析鋼、共析鋼 WC=0.77% 1 2 3 P 、亞共析鋼、亞共析鋼 1 2 3 4 1 2 3 44 L L+A A F+A APP+F 冷卻曲線冷卻曲線 過共析鋼過共析鋼 WC=1.0% 狀態(tài)圖的應(yīng)用：狀態(tài)圖的應(yīng)用：自己看自己看P45 43 四、碳素鋼（簡(jiǎn)稱：碳鋼）四、碳素鋼（簡(jiǎn)稱：碳鋼

12、）carbon -steel GB/T133041991規(guī)定：鋼按化學(xué)成分分：非合金規(guī)定：鋼按化學(xué)成分分：非合金 鋼（碳鋼）、低合金鋼、合金鋼三類。鋼（碳鋼）、低合金鋼、合金鋼三類。 非合金鋼非合金鋼是指是指WC2.11%，并含有少量，并含有少量Si、Mn、 P、S等元素的鐵碳合金。等元素的鐵碳合金。 （一）、常存元素對(duì)碳鋼性能的影響（一）、常存元素對(duì)碳鋼性能的影響 （了解）了解） 1、錳、錳 Mn 作用作用：脫氧，：脫氧，F(xiàn)eO 還原還原Fe；與；與S作用作用 MnS降低熱脆性；降低熱脆性； 提高強(qiáng)度、硬度提高強(qiáng)度、硬度。 有益元素有益元素 2、硅、硅 Si 作用作用：與鋼液中：與鋼液中Fe

13、O生生 成爐渣，提高鋼質(zhì)量；成爐渣，提高鋼質(zhì)量； 溶于溶于F中，固溶強(qiáng)化。中，固溶強(qiáng)化。 有益元素有益元素。 44 3 、硫、硫 S 作用作用：形成：形成FeS(熔點(diǎn)熔點(diǎn) 1190），在晶界），在晶界 處，處， 在在1100 1200 時(shí)，壓力加工，產(chǎn)生時(shí)，壓力加工，產(chǎn)生 脆裂。脆裂?！盁岽酂岽唷?。有有 害元素害元素 4、磷、磷 P 作用作用：全部溶于：全部溶于F中，固溶中，固溶 強(qiáng)化；強(qiáng)化；、HB，在低溫，在低溫 下引起脆斷下引起脆斷“冷脆冷脆”。 有害元素有害元素 （二）、碳鋼分類、牌號(hào)、用途（二）、碳鋼分類、牌號(hào)、用途（掌握內(nèi)容掌握內(nèi)容） 1、分類、分類 （1）按鋼中）按鋼中含碳量含碳量

14、多少分多少分： 低低碳鋼碳鋼 中中碳鋼碳鋼 高高碳鋼碳鋼 Wc 0.6% 45 2、按鋼的質(zhì)量（品質(zhì)）分、按鋼的質(zhì)量（品質(zhì)）分：（S、P含量多少）含量多少） 普通碳素鋼普通碳素鋼: 優(yōu)優(yōu) 質(zhì)質(zhì) 鋼鋼: 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼: S、P較高；較高；Ws0.05%,Wp0.045% Ws 0.035%, Wp 0.035%; Ws 0.02%. Wp 0.03%; 3、按鋼的用途不同分、按鋼的用途不同分： （1）碳素結(jié)構(gòu)鋼）碳素結(jié)構(gòu)鋼 structural steel （2）碳素工具鋼）碳素工具鋼 tool steel （3）特殊性能鋼）特殊性能鋼 special steel （4）鑄）鑄 鋼鋼 c

15、asting steel 適用于各種機(jī)器零件、工程結(jié)構(gòu)件適用于各種機(jī)器零件、工程結(jié)構(gòu)件 制造量具、刀具、模具、手錘、鉗子等制造量具、刀具、模具、手錘、鉗子等 用于特殊要求，酸、堿、鹽腐蝕環(huán)境用于特殊要求，酸、堿、鹽腐蝕環(huán)境。 形狀復(fù)雜，難用鍛造方法成形的鑄鋼件。形狀復(fù)雜，難用鍛造方法成形的鑄鋼件。 46 （三）碳鋼的牌號(hào)、用途（三）碳鋼的牌號(hào)、用途 1、碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼 GB7001988 牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量 等級(jí)符號(hào)、脫氧方法四部分組成。其中質(zhì)量等等級(jí)符號(hào)、脫氧方法四部分組成。其中質(zhì)量等 級(jí)分別用級(jí)分別用A、B、C、D表示

16、。表示。A的的S、P量高，量高，D 的的S、P量最低，且質(zhì)量最好。量最低，且質(zhì)量最好。 如：如：Q235A . F Q“屈屈”字漢語拼音字字漢語拼音字 首首 235s235MPa A質(zhì)量等級(jí)質(zhì)量等級(jí) A級(jí)級(jí) F脫氧方法，指脫氧方法，指“沸騰鋼沸騰鋼”制造的鋼材，一般不標(biāo)制造的鋼材，一般不標(biāo) 出。出。 牌號(hào)有牌號(hào)有：Q195；Q215；Q235；Q255；Q275五類。五類。 見教材見教材105頁頁 表表52。 47 2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼S S、P P含量較低，用于重要零件含量較低，用于重要零件 GB69988規(guī)定：牌號(hào)用規(guī)定：牌號(hào)用兩位數(shù)字兩位數(shù)字表示。其表示。其 中中兩位數(shù)字兩

17、位數(shù)字表示含碳量表示含碳量萬分之幾。萬分之幾。 如如：08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、 55、60、65、70、75。 如如: 45鋼是鋼是WC=0.45% 用途見表用途見表52，P106。 20Mn、65Mn等稱等稱 含含錳錳量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。 3、碳素工具鋼、碳素工具鋼 GB129888規(guī)定：牌號(hào)用規(guī)定：牌號(hào)用“碳碳”字漢語拼音字首字漢語拼音字首 “T”+數(shù)字?jǐn)?shù)字表示。數(shù)字表示表示。數(shù)字表示W(wǎng)C的的千分之幾千分之幾。 如如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。等。如如T10鋼鋼 WC=1%；T10AT10A中的中的“A

18、A”表示為表示為高級(jí)優(yōu)質(zhì)高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。碳素工具鋼。 用途見用途見P112，表，表59 48 補(bǔ)充：補(bǔ)充：鑄鑄 鋼鋼 GB/T56131995 牌號(hào)：用牌號(hào)：用“鑄鋼鑄鋼”漢語拼音字首漢語拼音字首 ZG表示表示。 如：如：ZG200400 用變速箱體、殼等，焊接性好。用變速箱體、殼等，焊接性好。 200s200MPa 400b400MPa 還有：還有：ZG230450；用力不大的閥體、軸承；用力不大的閥體、軸承 蓋。蓋。ZG270500熱軋曲軸、連桿等熱軋曲軸、連桿等 注意注意：碳鋼分類；說出常見鋼號(hào)：碳鋼分類；說出常見鋼號(hào) 20、45、65Mn、 Q235B、Q235A、T7、T10、T

19、10A、T12、ZG200 400等，屬哪類鋼，有何性能特點(diǎn)，用途。等，屬哪類鋼，有何性能特點(diǎn)，用途。 49 第二章 金屬材料的基礎(chǔ)知識(shí) 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu) 一、晶體結(jié)構(gòu)的一、晶體結(jié)構(gòu)的基本概念基本概念 Base knowledge of the Metallic materical 1.晶體晶體與與非晶體非晶體 概念：原子按一定幾何形狀作有規(guī)律的重復(fù)排列的概念：原子按一定幾何形狀作有規(guī)律的重復(fù)排列的 固體物質(zhì)固體物質(zhì)稱稱晶體晶體；非晶體非晶體則反之。則反之。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：晶體晶體有熔點(diǎn)；有熔點(diǎn)；具有各向異性。如：食具有各向異性。如：食 鹽，冰，金剛石，金屬等。鹽，冰，

20、金剛石，金屬等。 非晶體非晶體無熔點(diǎn)；無熔點(diǎn)；各向同性。如：玻璃，各向同性。如：玻璃， 松香，瀝青等。松香，瀝青等。 50 二、常見的二、常見的晶格類型晶格類型 1. 體心立方晶格體心立方晶格 bodycentered cubic lattice 特點(diǎn)特點(diǎn)： b 較好。 較好。 如：如：912 Fe, Cr, Mo, V等。等。 體心立方晶格體心立方晶格 含有含有2個(gè)原個(gè)原 子體積組成。子體積組成。 2. 面心立方晶格面心立方晶格 facecentered cubic lattice 特點(diǎn)特點(diǎn)： 較好。較好。 如：如： 912 Fe , Cu, Al 等金屬等金屬。 含有含有4個(gè)原個(gè)原 子體積

21、組成子體積組成。 面心立方晶格面心立方晶格 51 2. 晶格與晶胞晶格與晶胞 晶格：晶格：表示晶體中原子排列形成的空間格子。表示晶體中原子排列形成的空間格子。 晶胞：晶胞：組成晶格最基本的幾何單元。組成晶格最基本的幾何單元。 a b c 晶晶 胞胞 示意圖示意圖 原子原子 3. 晶格常晶格常 數(shù)數(shù)a ,b , c a=b=c且互垂直且互垂直 表示晶胞幾何形狀大小晶胞幾何形狀大小 晶體中的原子排列晶體中的原子排列 晶面晶面 結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn) 形成的原因形成的原因： 各原子之間各原子之間 相互吸引力相互吸引力 與排斥力相與排斥力相 平衡結(jié)果。平衡結(jié)果。 52 3. 密排六方晶格密排六方晶格 hexagon

22、al closepackedhexagonal closepacked lattice lattice 特點(diǎn)特點(diǎn)：硬度高硬度高、 脆性大脆性大。如：。如： 鋅鋅(Zn) , 鎂鎂(Mg), 鎘鎘(Cd)等金屬等金屬。 a b C a=bc 4. 晶格致密度晶格致密度 原子排列的緊密程度原子排列的緊密程度。 致密度致密度= = 原子體積原子體積 晶胞體積晶胞體積 4 3 r3 a3 結(jié)果：體心結(jié)果：體心=0.68 面心面心=0.74 六方六方=0.74 原子半徑原子半徑 r = 4 3 a 53 三、三、 金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)(教材教材20 頁頁 三三) （一）、（一）、多晶體結(jié)

23、構(gòu)多晶體結(jié)構(gòu) 晶粒晶粒 晶界晶界 多晶體多晶體 示意圖示意圖 由多個(gè)單晶粒組成的晶體為由多個(gè)單晶粒組成的晶體為多晶體多晶體 通常：鋼鐵材料晶粒尺寸通常：鋼鐵材料晶粒尺寸 為為 0.10.10.001mm0.001mm 顯微組織顯微組織：在顯微鏡下觀：在顯微鏡下觀 察到其形態(tài)、大小、分布不同察到其形態(tài)、大小、分布不同 的組成物。的組成物。 （二）、（二）、晶格缺陷晶格缺陷 1、點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷：在長、寬、：在長、寬、 高方向尺寸都有很小變高方向尺寸都有很小變 化的一種缺陷。化的一種缺陷。 間隙原子間隙原子 晶格空位晶格空位 54 2、線缺陷線缺陷 ：在晶格：在晶格 中呈線狀分布的缺陷。中呈線狀分布的

24、缺陷。 ， 3、面缺陷面缺陷：呈面：呈面 狀分布的缺陷。狀分布的缺陷。 ， 線線 缺缺 陷陷 面缺陷面缺陷 55 第二節(jié)第二節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu) 一、有關(guān)合金的基本概念一、有關(guān)合金的基本概念 1、合金、合金 alloy 由兩種或兩種以上金屬元素或者金屬元素與由兩種或兩種以上金屬元素或者金屬元素與 非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。 2、組元、組元 constituent 組成合金的最基本的獨(dú)立的物質(zhì)稱組元，簡(jiǎn)組成合金的最基本的獨(dú)立的物質(zhì)稱組元，簡(jiǎn) 稱稱“元元”。如：黃銅。如：黃銅 CuZn；硬鋁；硬鋁 Al Cu 等都稱等都稱二元合金二元合金。 3

25、、系、系 system 由給定組元可以按不同比例配制一系列成由給定組元可以按不同比例配制一系列成 分不同的合金，簡(jiǎn)稱：分不同的合金，簡(jiǎn)稱：“系系”。 56 4、相圖、相圖 ：表示合金系中合金狀態(tài)與溫度、：表示合金系中合金狀態(tài)與溫度、 成分之間的關(guān)系的圖解。成分之間的關(guān)系的圖解。 如：如：鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳合金狀態(tài)圖 5、相、相 phase ：指同一化學(xué)成分，同一結(jié)構(gòu)：指同一化學(xué)成分，同一結(jié)構(gòu) 并以界面互相分開的均勻組成部分并以界面互相分開的均勻組成部分。如。如 固相、固相、 液相等。液相等。 6、組織、組織 structure ：借助于放大鏡、顯微：借助于放大鏡、顯微 鏡下觀察到具有某種形態(tài)、

26、形貌特征的組成鏡下觀察到具有某種形態(tài)、形貌特征的組成 部分。部分。 二、合金的相結(jié)構(gòu)二、合金的相結(jié)構(gòu) 1、固溶體、固溶體 solid solution 概念：溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中所形成的一種均概念：溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中所形成的一種均 勻固體。如；勻固體。如；糖水糖水 水水溶劑，糖溶劑，糖溶質(zhì)溶質(zhì)。 57 分類分類： 按按溶質(zhì)溶質(zhì)原子在原子在溶劑溶劑中分布情況不同，中分布情況不同， 分分 置換固溶體置換固溶體和和間隙固溶體間隙固溶體兩類兩類 置換固溶體置換固溶體溶質(zhì)原子替換晶格上的原子溶質(zhì)原子替換晶格上的原子 間隙固溶體間隙固溶體溶質(zhì)原子溶入晶格原子間隙溶質(zhì)原子溶入晶格原子間隙 a)間隙固溶

27、體間隙固溶體 b)置換固溶體置換固溶體 特征特征：晶格類型不變，化學(xué)成分有限，性能發(fā)生變化：晶格類型不變，化學(xué)成分有限，性能發(fā)生變化 58 特征：特征： （1）晶格仍保持原晶格（溶劑）晶格仍保持原晶格（溶劑）。 （2）化學(xué)成分在一定范圍內(nèi)可改變。）化學(xué)成分在一定范圍內(nèi)可改變。 （3）性能隨化學(xué)成分改變而逐漸變化。）性能隨化學(xué)成分改變而逐漸變化。 性能：性能： 造成晶格畸變，強(qiáng)度、硬度上升。造成晶格畸變，強(qiáng)度、硬度上升。 這種現(xiàn)象稱這種現(xiàn)象稱固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化。 若溶質(zhì)原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)（含量）適當(dāng)，其力學(xué)性能高若溶質(zhì)原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)（含量）適當(dāng)，其力學(xué)性能高。 2、金屬化合物、金屬化合物 compound

28、 概念：概念：合金元素之間發(fā)生相互作用而生成的合金元素之間發(fā)生相互作用而生成的 一種具有金屬特性的新相。如一種具有金屬特性的新相。如 Fe與與CFe3C 59 特征特征 （1）具有一定的化學(xué)成分。）具有一定的化學(xué)成分。 （2）與任一組元成分不同。）與任一組元成分不同。 （3）熔點(diǎn)高脆性大硬度高。）熔點(diǎn)高脆性大硬度高。 性能性能 晶格復(fù)雜斜方，晶格復(fù)雜斜方，、HB ，、ak ，脆性大，脆性大 3、機(jī)械混合物、機(jī)械混合物 mixture 概念：概念：兩相按固定比例構(gòu)成的組織（復(fù)合相），兩相按固定比例構(gòu)成的組織（復(fù)合相）， 稱機(jī)械混合物。如稱機(jī)械混合物。如 鐵碳合金中鐵碳合金中 F與與Fe3C結(jié)合為

29、結(jié)合為P 特征特征：各相保持自己的晶格類型、性能特點(diǎn)。各相保持自己的晶格類型、性能特點(diǎn)。 強(qiáng)度、硬度強(qiáng)度、硬度適中，適中，目前鋼鐵材料中大目前鋼鐵材料中大 部分是這種組織。部分是這種組織。 60 第三節(jié)第三節(jié) 純純 金金 屬屬 的的 結(jié)結(jié) 晶晶 一、結(jié)晶的概念一、結(jié)晶的概念 1、結(jié)晶結(jié)晶 crystallization 由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w晶體的過程。由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w晶體的過程。 或者描述為：或者描述為：原子由不規(guī)則排列到有規(guī)則排列過程。原子由不規(guī)則排列到有規(guī)則排列過程。 或者描述為：晶體結(jié)構(gòu)形成的過程。或者描述為：晶體結(jié)構(gòu)形成的過程。如水如水冰冰 2、冷卻曲線與過冷度冷卻曲線與過冷度 T T0

30、T1 時(shí)間時(shí)間 O 冷卻曲線冷卻曲線 平臺(tái)：平臺(tái)： 結(jié)晶過程時(shí)間結(jié)晶過程時(shí)間。是結(jié)晶。是結(jié)晶 時(shí)放出的熱（潛熱）造時(shí)放出的熱（潛熱）造 成的。成的。 T0理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度 T1實(shí)際結(jié)晶溫度實(shí)際結(jié)晶溫度 T0T1= T 過冷度過冷度 過冷是結(jié)晶的必要條件！過冷是結(jié)晶的必要條件！ Ttemperation 61 結(jié)論結(jié)論：冷卻速度：冷卻速度 T 或者說：或者說： T F（結(jié)晶能量）（結(jié)晶能量） 結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力 結(jié)晶傾向結(jié)晶傾向 二、結(jié)晶過程二、結(jié)晶過程 過程：過程：不斷形核和晶核不斷長大的過程。不斷形核和晶核不斷長大的過程。 三、晶粒大小控制三、晶粒大小控制 1、晶粒越細(xì)小，力學(xué)性能

31、越高。、晶粒越細(xì)小，力學(xué)性能越高。 62 FF 結(jié)果：小雞蛋不易碎，結(jié)果：小雞蛋不易碎， 大雞蛋容易碎大雞蛋容易碎 舉例：兩組大小不同的雞蛋受力情況舉例：兩組大小不同的雞蛋受力情況 2、細(xì)化晶粒方法細(xì)化晶粒方法： （1）增加增加T。 （2）孕育處理（變質(zhì)處理）孕育處理（變質(zhì)處理）。 （3）附加振動(dòng)或攪拌附加振動(dòng)或攪拌。 63 四、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變四、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變補(bǔ)充內(nèi)容補(bǔ)充內(nèi)容 鐵絲加熱實(shí)驗(yàn)示意圖鐵絲加熱實(shí)驗(yàn)示意圖 鐵絲鐵絲標(biāo)尺標(biāo)尺 支架支架 現(xiàn)象：現(xiàn)象：加熱時(shí)加熱時(shí) 鐵絲伸長，到鐵絲伸長，到 912開始開始收收 縮縮。若冷卻時(shí)若冷卻時(shí) 從從1000 到到 912 出現(xiàn)伸出現(xiàn)伸 長現(xiàn)象

32、。長現(xiàn)象。 概念概念：在固態(tài)下隨溫度發(fā)生變化，其晶格類型在固態(tài)下隨溫度發(fā)生變化，其晶格類型 發(fā)生轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象發(fā)生轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象-同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 冷卻曲線冷卻曲線：用冷卻曲線表示出此現(xiàn)象。用冷卻曲線表示出此現(xiàn)象。 實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)是：是：原子排列不同，結(jié)構(gòu)不同，金屬體積發(fā)生改變?cè)优帕胁煌?，結(jié)構(gòu)不同，金屬體積發(fā)生改變 64 冷卻曲線：冷卻曲線： 溫度溫度 時(shí)間時(shí)間 O 1538 1394 912 Lliquid 結(jié)晶過程結(jié)晶過程 Fe 體體心立方晶格心立方晶格 Fe 面面心立方晶格心立方晶格 Fe體體心立方晶格心立方晶格 轉(zhuǎn)變式轉(zhuǎn)變式： Fe Fe Fe 9121394 體心體心 面心面心 體心

33、體心 或者或者： Fe Fe 912 臨界轉(zhuǎn)變溫度臨界轉(zhuǎn)變溫度 面心面心 體心體心 體心體心2個(gè)原子體積個(gè)原子體積 面心面心4個(gè)原子體積個(gè)原子體積 65 第四節(jié)第四節(jié) 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 描述合金的結(jié)晶過程用描述合金的結(jié)晶過程用“二元相圖二元相圖”解解 釋釋 一一、二元合金相圖的建、二元合金相圖的建 立：立： 用用 熱分析法熱分析法繪制繪制 如：如：CuNi合金合金 Cu Ni 成分變化：成分變化：Cu由由100%0%； Ni由由0%100% 0100 溫度溫度 A B 1083 1452 L-liquid S-solid L+S WNi% 結(jié)晶過程分析結(jié)晶過程分析： 70%Cu+30%Ni

34、 合金合金 1 2 1點(diǎn)以上為液體點(diǎn)以上為液體 L 到到1點(diǎn)開始結(jié)晶出固體點(diǎn)開始結(jié)晶出固體 S 12間為兩相間為兩相 區(qū)區(qū) L+S 到到2點(diǎn)時(shí)全為固體點(diǎn)時(shí)全為固體 S 2點(diǎn)以下為固體點(diǎn)以下為固體 66 A B Cu Ni 1 2 L S AB上線上線液相線液相線 AB下線下線固相線固相線 二、二、 合金結(jié)晶的特點(diǎn)：合金結(jié)晶的特點(diǎn)： 1、一個(gè)溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，、一個(gè)溫度范圍內(nèi)結(jié)晶， 有兩個(gè)相變點(diǎn)（因?yàn)楹辖鹩袃蓚€(gè)相變點(diǎn)（因?yàn)楹辖?有兩組元有兩組元 ）。）。 2、結(jié)晶出的固相成分與、結(jié)晶出的固相成分與 液相成分不同（液相成分液相成分不同（液相成分 不斷改變）。不斷改變）。 3、形成單相、兩相混合、形成

35、單相、兩相混合 物、單相與兩相混合物。物、單相與兩相混合物。 L+S t O 1 2 L LS（L+S） S 冷卻曲線冷卻曲線 67 第五節(jié)第五節(jié) 鐵碳合金鐵碳合金 Ferrocarbon alloy 一、鐵碳合金狀態(tài)圖一、鐵碳合金狀態(tài)圖 1、狀態(tài)圖的建立、狀態(tài)圖的建立通過通過熱分析法熱分析法獲得獲得 Fe與與C形成：形成： Fe C Fe3C Fe2C FeC -Wc=6.69% -Wc=9.3% -Wc=17.8% Fe3C Fe2C FeC 說明說明： GB310293 規(guī)定規(guī)定W稱為稱為 質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 下標(biāo)為含某下標(biāo)為含某 元素元素 W-weight 分量、重量分量、重量 FeF

36、eFeFe3 3C C 簡(jiǎn)化狀態(tài)圖簡(jiǎn)化狀態(tài)圖 68 二二、狀態(tài)圖、狀態(tài)圖 作用：作用： （1）研究）研究 鋼鐵的成分、鋼鐵的成分、 組織和性能組織和性能 之間關(guān)系理之間關(guān)系理 論基礎(chǔ)。論基礎(chǔ)。 （2）制定）制定 熱加工工藝熱加工工藝 的依據(jù)。的依據(jù)。 簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化 FeFe3C 狀態(tài)圖狀態(tài)圖 三三、基本組織、基本組織 1、鐵素體鐵素體 F Ferrite 碳在碳在Fe中所形成的間隙固溶體中所形成的間隙固溶體。 特點(diǎn)：塑性、韌性好，強(qiáng)度、硬度低。特點(diǎn)：塑性、韌性好，強(qiáng)度、硬度低。 69 2、奧氏體奧氏體 A austenite 英英 國金相學(xué)家國金相學(xué)家 碳在碳在Fe中中 的間隙固溶體的間隙固溶體。

37、 特點(diǎn)特點(diǎn)：塑性較：塑性較 好，強(qiáng)度較低好，強(qiáng)度較低 3、滲碳體滲碳體 Fe3C 是是FeFe與與C C的化合物的化合物。特點(diǎn)特點(diǎn)：硬度很高，很脆，塑性：硬度很高，很脆，塑性 幾乎等于零，在鋼中起強(qiáng)化作用。幾乎等于零，在鋼中起強(qiáng)化作用。-cementite 4、珠光體珠光體 P pearlite（日本）（日本）是是F F與與FeFe3 3C C機(jī)械混合物機(jī)械混合物，WC=0.77% 特點(diǎn)：特點(diǎn)：有一定的強(qiáng)度、塑性，層片狀。有一定的強(qiáng)度、塑性，層片狀。 70 5、萊氏萊氏 體體 Ld -Ledeburite 德國金相學(xué)家德國金相學(xué)家 特點(diǎn)特點(diǎn)：硬：硬 而脆，不而脆，不 能進(jìn)行壓能進(jìn)行壓 力加工。

38、力加工。 是高溫下是高溫下A與與Fe3C的機(jī)械混合物的機(jī)械混合物 共晶反應(yīng)的產(chǎn)物。共晶反應(yīng)的產(chǎn)物。 Wc=4.3% 反應(yīng)式：反應(yīng)式： L 4.3=Ld (A+Fe3C) 1148 注注：隨溫度降低至：隨溫度降低至727時(shí)，時(shí)，A轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镻，室溫下，室溫下 變成：變成：P+ Fe3C共晶組織，稱為共晶組織，稱為 低溫萊氏體低溫萊氏體 Ld Ld =（P+ Fe3C） F、A、 Fe3C是單相組織是單相組織 P、 Ld 是混合物是混合物 71 第二節(jié)第二節(jié) FeFe3C 狀態(tài)圖分析狀態(tài)圖分析 一、分類一、分類 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 碳鋼碳鋼 白口鑄鐵白口鑄鐵 亞共析鋼亞共析鋼 共析鋼共析鋼 過共析

39、鋼過共析鋼 亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵 過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵 72 力學(xué)性能變化力學(xué)性能變化： 隨碳含量增加，隨碳含量增加， 其強(qiáng)度、硬度其強(qiáng)度、硬度， 塑性、韌性塑性、韌性。 但當(dāng)?shù)?dāng)WC 0.9%后，后， 其其HB，b、 ak 二、二、狀態(tài)圖中狀態(tài)圖中 的特性點(diǎn)、線、的特性點(diǎn)、線、 區(qū)域組織區(qū)域組織 請(qǐng)打開教材請(qǐng)打開教材40頁，二部分頁，二部分。 73 鋼鐵力學(xué)性能與碳含量鋼鐵力學(xué)性能與碳含量WC的關(guān)系的關(guān)系 74 特性特性點(diǎn)點(diǎn)： 見表見表22 特性特性線線： 1、ACD線；線； 2、AECF線線固相線固相線 液相線液相線 （其中（其中AEAE線是線是碳

40、鋼碳鋼固線）固線） 3、ECF線線共晶轉(zhuǎn)變線共晶轉(zhuǎn)變線 LLd 4、GS線線（又稱（又稱A3線）線） 5、ES線（又稱線（又稱Acm線）線） 6、PSK線線共析轉(zhuǎn)變線共析轉(zhuǎn)變線 A p （又稱（又稱A1線）線） 75 三、合金的結(jié)晶過程分析三、合金的結(jié)晶過程分析 亞共析鋼亞共析鋼共析鋼共析鋼過共析鋼 過共析鋼 A F+A L E A+Fe3C L+A 76 三、合金的結(jié)晶過程分析三、合金的結(jié)晶過程分析 A E G P Q S Fe L A L+A F F+A F+P P P+Fe3C A+Fe3C 0.77 2.11 、共析鋼、共析鋼 WC=0.77% 1 2 3 P 、亞共析鋼、亞共析鋼 1

41、 2 3 4 1 2 3 44 L L+A A F+A APP+F 冷卻曲線冷卻曲線 過共析鋼過共析鋼 WC=1.0% 狀態(tài)圖的應(yīng)用：狀態(tài)圖的應(yīng)用：自己看自己看P45 77 四、碳素鋼（簡(jiǎn)稱：碳鋼）四、碳素鋼（簡(jiǎn)稱：碳鋼）carbon -steel 本內(nèi)容本內(nèi)容P101，重點(diǎn)是常見牌號(hào)的含義、性能、應(yīng)用。，重點(diǎn)是常見牌號(hào)的含義、性能、應(yīng)用。 GB/T133041991規(guī)定：鋼按化學(xué)成分分：非合金規(guī)定：鋼按化學(xué)成分分：非合金 鋼（碳鋼）、低合金鋼、合金鋼三類。鋼（碳鋼）、低合金鋼、合金鋼三類。 非合金鋼非合金鋼是指是指WC2.11%，并含有少量，并含有少量Si、Mn、 P、S等元素的鐵碳合金。等

42、元素的鐵碳合金。 （一）、常存元素對(duì)碳鋼性能的影響（一）、常存元素對(duì)碳鋼性能的影響 （了解）了解） 1、錳、錳 Mn 作用作用：脫氧，：脫氧，F(xiàn)eO 還原還原Fe；與；與S作用作用 MnS降低熱脆性；降低熱脆性； 提高強(qiáng)度、硬度提高強(qiáng)度、硬度。 有益元素有益元素 2、硅、硅 Si 作用作用：與鋼液中：與鋼液中FeO生生 成爐渣，提高鋼質(zhì)量；成爐渣，提高鋼質(zhì)量； 溶于溶于F中，固溶強(qiáng)化。中，固溶強(qiáng)化。 有益元素有益元素。 78 3 、硫、硫 S 作用作用：形成：形成FeS(熔點(diǎn)熔點(diǎn) 1190），在晶界），在晶界 處，處， 在在1100 1200 時(shí)，壓力加工，產(chǎn)生時(shí)，壓力加工，產(chǎn)生 脆裂。脆裂。

43、“熱脆熱脆”。有有 害元素害元素 4、磷、磷 P 作用作用：全部溶于：全部溶于F中，固溶中，固溶 強(qiáng)化；強(qiáng)化；、HB，在低溫，在低溫 下引起脆斷下引起脆斷“冷脆冷脆”。 有害元素有害元素 （二）、碳鋼分類、牌號(hào)、用途（二）、碳鋼分類、牌號(hào)、用途（掌握內(nèi)容掌握內(nèi)容） 1、分類、分類 （1）按鋼中）按鋼中含碳量含碳量多少分多少分： 低低碳鋼碳鋼 中中碳鋼碳鋼 高高碳鋼碳鋼 Wc 0.6% 79 2、按鋼的質(zhì)量（品質(zhì)）分、按鋼的質(zhì)量（品質(zhì)）分：（S、P含量多少）含量多少） 普通碳素鋼普通碳素鋼: 優(yōu)優(yōu) 質(zhì)質(zhì) 鋼鋼: 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼: S、P較高；較高；Ws0.05%,Wp0.045% Ws 0

44、.035%, Wp 0.035%; Ws 0.02%. Wp 0.03%; 3、按鋼的用途不同分、按鋼的用途不同分： （1）碳素結(jié)構(gòu)鋼）碳素結(jié)構(gòu)鋼 structural steel （2）碳素工具鋼）碳素工具鋼 tool steel （3）特殊性能鋼）特殊性能鋼 special steel （4）鑄）鑄 鋼鋼 casting steel 適用于各種機(jī)器零件、工程結(jié)構(gòu)件適用于各種機(jī)器零件、工程結(jié)構(gòu)件 制造量具、刀具、模具、手錘、鉗子等制造量具、刀具、模具、手錘、鉗子等 用于特殊要求，酸、堿、鹽腐蝕環(huán)境用于特殊要求，酸、堿、鹽腐蝕環(huán)境。 形狀復(fù)雜，難用鍛造方法成形的鑄鋼件。形狀復(fù)雜，難用鍛造方法成

45、形的鑄鋼件。 80 （三）碳鋼的牌號(hào)、用途（三）碳鋼的牌號(hào)、用途 1、碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼 GB7001988 牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量 等級(jí)符號(hào)、脫氧方法四部分組成。其中質(zhì)量等等級(jí)符號(hào)、脫氧方法四部分組成。其中質(zhì)量等 級(jí)分別用級(jí)分別用A、B、C、D表示。表示。A的的S、P量高，量高，D 的的S、P量最低，且質(zhì)量最好。量最低，且質(zhì)量最好。 如：如：Q235A . F Q“屈屈”字漢語拼音字字漢語拼音字 首首 235s235MPa A質(zhì)量等級(jí)質(zhì)量等級(jí) A級(jí)級(jí) F脫氧方法，指脫氧方法，指“沸騰鋼沸騰鋼”制造的鋼材，一般不標(biāo)制造的鋼材，一般

46、不標(biāo) 出。出。 牌號(hào)有牌號(hào)有：Q195；Q215；Q235；Q255；Q275五類。五類。 見教材見教材105頁頁 表表52。 81 2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼S S、P P含量較低，用于重要零件含量較低，用于重要零件 GB69988規(guī)定：牌號(hào)用規(guī)定：牌號(hào)用兩位數(shù)字兩位數(shù)字表示。表示。 其中其中兩位數(shù)字兩位數(shù)字表示含碳量表示含碳量萬分之幾。萬分之幾。 如如：08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、 55、60、65、70、75。 如如: 45鋼是鋼是WC=0.45% 用途見表用途見表52，P106。 20Mn、65Mn等稱等稱 含含錳錳量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。量較

47、高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。 3、碳素工具鋼、碳素工具鋼 GB129888規(guī)定：牌號(hào)用規(guī)定：牌號(hào)用“碳碳”字漢語拼音字首字漢語拼音字首 “T”+數(shù)字?jǐn)?shù)字表示。數(shù)字表示表示。數(shù)字表示W(wǎng)C的的千分之幾千分之幾。 如如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。等。如如T10鋼鋼 WC=1%；T10AT10A中的中的“A A”表示為表示為高級(jí)優(yōu)質(zhì)高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。碳素工具鋼。 用途見用途見P112，表，表59 82 補(bǔ)充：補(bǔ)充：鑄鑄 鋼鋼 GB/T56131995 牌號(hào)：用牌號(hào)：用“鑄鋼鑄鋼”漢語拼音字首漢語拼音字首 ZG表表 示示。 如：如：ZG200400 用變速箱體、殼等，焊接性好。用變速箱體、

48、殼等，焊接性好。 200s200MPa 400b400MPa 還有：還有：ZG230450；用力不大的閥體、軸承；用力不大的閥體、軸承 蓋。蓋。ZG270500熱軋曲軸、連桿等熱軋曲軸、連桿等 注意注意：碳鋼分類；說出常見鋼號(hào)：碳鋼分類；說出常見鋼號(hào) 20、45、65Mn、 Q235B、Q235A、T7、T10、T10A、T12、ZG200 400等，屬哪類鋼，有何性能特點(diǎn)，用途。等，屬哪類鋼，有何性能特點(diǎn)，用途。 83 第三章第三章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶金屬的塑性變形與再結(jié)晶 本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：1 1、變形機(jī)理。、變形機(jī)理。2 2、形變后組織性能特點(diǎn)。、形變后組織性能特點(diǎn)。 第一節(jié)第一節(jié)

49、 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 plastic deformation of metal 一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形 1、彈性變形：、彈性變形：受力變形，外力卸去后，又回到原狀態(tài)現(xiàn)象受力變形，外力卸去后，又回到原狀態(tài)現(xiàn)象。 2、塑性變形：、塑性變形：外力取消后，物體的變形不完全恢復(fù)的現(xiàn)象外力取消后，物體的變形不完全恢復(fù)的現(xiàn)象。 變形的基本方式變形的基本方式：滑移滑移位錯(cuò)造成的位錯(cuò)造成的。 84 滑移變滑移變 形的實(shí)質(zhì)形的實(shí)質(zhì)： 在切應(yīng)力作用下，某一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另在切應(yīng)力作用下，某一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另 一部分發(fā)生位移。此現(xiàn)象稱一部分發(fā)生位移。此現(xiàn)象稱“滑

50、移滑移” 二、實(shí)際多晶體塑性變形二、實(shí)際多晶體塑性變形 1、晶粒本身的變形（滑移變形）、晶粒本身的變形（滑移變形）主要的主要的 2、晶粒之間的變形（晶間變形）、晶粒之間的變形（晶間變形）次要的次要的 85 第二節(jié)第二節(jié) 冷塑性變形對(duì)組織、性能的影響冷塑性變形對(duì)組織、性能的影響 一、晶粒被拉長（壓扁），性能趨于各向異性一、晶粒被拉長（壓扁），性能趨于各向異性 1 1 2 2 受力變形受力變形 二、產(chǎn)生冷變形強(qiáng)化（二、產(chǎn)生冷變形強(qiáng)化（加工硬化加工硬化）現(xiàn)象）現(xiàn)象work hardened 隨變形程度的增加，其隨變形程度的增加，其強(qiáng)度強(qiáng)度、硬度硬度，塑性塑性、韌性韌性的現(xiàn)象的現(xiàn)象 如如：手彎鐵絲手彎

51、鐵絲； 冷卷彈簧冷卷彈簧； 推土機(jī)前板推土機(jī)前板；不銹鋼刀不銹鋼刀 三、產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力（殘余應(yīng)力）三、產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力（殘余應(yīng)力） 解決辦法：去應(yīng)力退火解決辦法：去應(yīng)力退火 86 87 第三節(jié)第三節(jié) 變形金屬在變形金屬在加熱加熱時(shí)的變化時(shí)的變化 一、回復(fù)一、回復(fù) recovery 晶格歪扭現(xiàn)象消失的過程。晶格歪扭現(xiàn)象消失的過程。 T回回（0.250.3)T熔熔 T回回回復(fù)加熱溫度回復(fù)加熱溫度 ，單位單位 K T熔熔絕對(duì)熔化溫度，絕對(duì)熔化溫度， 單位單位 K 熱力學(xué)溫度單位熱力學(xué)溫度單位 二、再結(jié)晶二、再結(jié)晶 recrystallization 對(duì)回復(fù)后的金屬繼續(xù)加熱，由于原子獲得了更大的活對(duì)回復(fù)后的金屬

52、繼續(xù)加熱，由于原子獲得了更大的活 動(dòng)能力，晶粒外形發(fā)生變化。進(jìn)而由碎晶粒變成完整晶粒動(dòng)能力，晶粒外形發(fā)生變化。進(jìn)而由碎晶粒變成完整晶粒 的過程，此時(shí)沒有應(yīng)力出現(xiàn)。的過程，此時(shí)沒有應(yīng)力出現(xiàn)。加工硬化現(xiàn)象消失。加工硬化現(xiàn)象消失。 通過：形核、長大方式完成。再結(jié)晶后晶格類型沒有變化。通過：形核、長大方式完成。再結(jié)晶后晶格類型沒有變化。 T再再0.4 T熔熔 碳碳 鋼鋼 T再再0.5 T熔熔 合金鋼合金鋼 T再再0.6 T熔熔 88 三、晶粒長大三、晶粒長大 若若T再再繼續(xù)升高，則晶粒長大、變粗，力學(xué)性能大大下降。繼續(xù)升高，則晶粒長大、變粗，力學(xué)性能大大下降。 所以要嚴(yán)格控制所以要嚴(yán)格控制加熱溫度、保

53、溫時(shí)間加熱溫度、保溫時(shí)間。 第四節(jié)第四節(jié) 金屬的熱加工金屬的熱加工 hot working 一、熱加工與冷加工概念一、熱加工與冷加工概念 1、熱加工：、熱加工：當(dāng)當(dāng)加熱加熱溫度溫度大于大于再結(jié)晶再結(jié)晶溫度時(shí)，變形工藝稱溫度時(shí)，變形工藝稱熱加工熱加工。 2、冷加工：、冷加工：cold working T加加小于小于T再再稱稱冷加工冷加工 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 如：金屬如：金屬鉛鉛在室溫下變形在室溫下變形屬屬熱熱加工加工 金屬金屬鎢鎢在在1000時(shí)變形時(shí)變形屬屬冷冷加工加工 熱熱加工變形量大，表面粗糙，無加工硬化現(xiàn)象，有再結(jié)晶。加工變形量大，表面粗糙，無加工硬化現(xiàn)象，有再結(jié)晶。 冷冷加工變形量小，表面光滑

54、，有加工硬化現(xiàn)象，無再結(jié)晶加工變形量小，表面光滑，有加工硬化現(xiàn)象，無再結(jié)晶。 89 二、熱加工對(duì)組織、性能的影響二、熱加工對(duì)組織、性能的影響 1、材料中的氣孔、間隙壓合，使組織致密，晶粒細(xì)化，力學(xué)性能高、材料中的氣孔、間隙壓合，使組織致密，晶粒細(xì)化，力學(xué)性能高 2、形成鍛造流線、形成鍛造流線forging flow line（纖維組織），產(chǎn)生各向異性（纖維組織），產(chǎn)生各向異性. 鋼錠中夾雜物沿晶界被壓伸長，與變形方向一致，鋼錠中夾雜物沿晶界被壓伸長，與變形方向一致， 好似一條條細(xì)線。好似一條條細(xì)線。平行流線方向平行流線方向抗拉強(qiáng)度、塑性好?？估瓘?qiáng)度、塑性好。 垂直于流線方向垂直于流線方向抗剪切

55、力大，抗拉強(qiáng)度低?？辜羟辛Υ螅估瓘?qiáng)度低。 曲軸曲軸 齒輪齒輪 裂紋裂紋 90 不合理不合理 合理合理 作業(yè)：習(xí)題冊(cè)作業(yè)：習(xí)題冊(cè) P72 91 第三章第三章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶金屬的塑性變形與再結(jié)晶 本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：1 1、變形機(jī)理。、變形機(jī)理。2 2、形變后組織性能特點(diǎn)。、形變后組織性能特點(diǎn)。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 plastic deformation of metal 一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形 1、彈性變形：、彈性變形：受力變形，外力卸去后，又回到原狀態(tài)現(xiàn)象受力變形，外力卸去后，又回到原狀態(tài)現(xiàn)象。 2、塑性變形：、塑性變形：外力取消后，物體的

56、變形不完全恢復(fù)的現(xiàn)象外力取消后，物體的變形不完全恢復(fù)的現(xiàn)象。 變形的基本方式變形的基本方式：滑移滑移位錯(cuò)造成的位錯(cuò)造成的。 92 滑移變滑移變 形的實(shí)質(zhì)形的實(shí)質(zhì)： 在切應(yīng)力作用下，某一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另在切應(yīng)力作用下，某一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另 一部分發(fā)生位移。此現(xiàn)象稱一部分發(fā)生位移。此現(xiàn)象稱“滑移滑移” 二、實(shí)際多晶體塑性變形二、實(shí)際多晶體塑性變形 1、晶粒本身的變形（滑移變形）、晶粒本身的變形（滑移變形）主要的主要的 2、晶粒之間的變形（晶間變形）、晶粒之間的變形（晶間變形）次要的次要的 93 第二節(jié)第二節(jié) 冷塑性變形對(duì)組織、性能的影響冷塑性變形對(duì)組織、性能的影響 一、

57、晶粒被拉長（壓扁），性能趨于各向異性一、晶粒被拉長（壓扁），性能趨于各向異性 1 1 2 2 受力變形受力變形 二、產(chǎn)生冷變形強(qiáng)化（二、產(chǎn)生冷變形強(qiáng)化（加工硬化加工硬化）現(xiàn)象）現(xiàn)象work hardened 隨變形程度的增加，其隨變形程度的增加，其強(qiáng)度強(qiáng)度、硬度硬度，塑性塑性、韌性韌性的現(xiàn)象的現(xiàn)象 如如：手彎鐵絲手彎鐵絲； 冷卷彈簧冷卷彈簧； 推土機(jī)前板推土機(jī)前板；不銹鋼刀不銹鋼刀 三、產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力（殘余應(yīng)力）三、產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力（殘余應(yīng)力） 解決辦法：去應(yīng)力退火解決辦法：去應(yīng)力退火 94 95 第三節(jié)第三節(jié) 變形金屬在變形金屬在加熱加熱時(shí)的變化時(shí)的變化 一、回復(fù)一、回復(fù) recovery 晶格歪扭現(xiàn)

58、象消失的過程。晶格歪扭現(xiàn)象消失的過程。 T回回（0.250.3)T熔熔 T回回回復(fù)加熱溫度回復(fù)加熱溫度 ，單位單位 K T熔熔絕對(duì)熔化溫度，絕對(duì)熔化溫度， 單位單位 K 熱力學(xué)溫度單位熱力學(xué)溫度單位 二、再結(jié)晶二、再結(jié)晶 recrystallization 對(duì)回復(fù)后的金屬繼續(xù)加熱，由于原子獲得了更大的活對(duì)回復(fù)后的金屬繼續(xù)加熱，由于原子獲得了更大的活 動(dòng)能力，晶粒外形發(fā)生變化。進(jìn)而由碎晶粒變成完整晶粒動(dòng)能力，晶粒外形發(fā)生變化。進(jìn)而由碎晶粒變成完整晶粒 的過程，此時(shí)沒有應(yīng)力出現(xiàn)。的過程，此時(shí)沒有應(yīng)力出現(xiàn)。加工硬化現(xiàn)象消失。加工硬化現(xiàn)象消失。 通過：形核、長大方式完成。再結(jié)晶后晶格類型沒有變化。通過

59、：形核、長大方式完成。再結(jié)晶后晶格類型沒有變化。 T再再0.4 T熔熔 碳碳 鋼鋼 T再再0.5 T熔熔 合金鋼合金鋼 T再再0.6 T熔熔 96 三、晶粒長大三、晶粒長大 若若T再再繼續(xù)升高，則晶粒長大、變粗，力學(xué)性能大大下降。繼續(xù)升高，則晶粒長大、變粗，力學(xué)性能大大下降。 所以要嚴(yán)格控制所以要嚴(yán)格控制加熱溫度、保溫時(shí)間加熱溫度、保溫時(shí)間。 第四節(jié)第四節(jié) 金屬的熱加工金屬的熱加工 hot working 一、熱加工與冷加工概念一、熱加工與冷加工概念 1、熱加工：、熱加工：當(dāng)當(dāng)加熱加熱溫度溫度大于大于再結(jié)晶再結(jié)晶溫度時(shí)，變形工藝稱溫度時(shí)，變形工藝稱熱加工熱加工。 2、冷加工：、冷加工：cold

60、 working T加加小于小于T再再稱稱冷加工冷加工 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 如：金屬如：金屬鉛鉛在室溫下變形在室溫下變形屬屬熱熱加工加工 金屬金屬鎢鎢在在1000時(shí)變形時(shí)變形屬屬冷冷加工加工 熱熱加工變形量大，表面粗糙，無加工硬化現(xiàn)象，有再結(jié)晶。加工變形量大，表面粗糙，無加工硬化現(xiàn)象，有再結(jié)晶。 冷冷加工變形量小，表面光滑，有加工硬化現(xiàn)象，無再結(jié)晶加工變形量小，表面光滑，有加工硬化現(xiàn)象，無再結(jié)晶。 97 二、熱加工對(duì)組織、性能的影響二、熱加工對(duì)組織、性能的影響 1、材料中的氣孔、間隙壓合，使組織致密，晶粒細(xì)化，力學(xué)性能高、材料中的氣孔、間隙壓合，使組織致密，晶粒細(xì)化，力學(xué)性能高 2、形成鍛造流線、形