材料與成形PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1材料與成形材料與成形拉伸試驗(yàn)l 0lS 0S拉伸前拉斷后b 縮頸點(diǎn)seesbe - 最大彈性變形時(shí)的應(yīng)力s - 開始塑性變形時(shí)的應(yīng)力b - 拉斷前所承受的最大應(yīng)力應(yīng)力 （MPa）應(yīng)變（%）剛度- 材料抵抗彈性變形的能力。用彈性 模量E（彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變的比例） 表示（E=tg），E越大剛性越好。拉伸試樣拉伸曲線屈服點(diǎn)k 拉斷點(diǎn)第1頁/共196頁 對(duì)那些沒有明顯屈服現(xiàn)象的材料，一般規(guī)定以試樣產(chǎn)生0.2%殘余伸長(zhǎng)率時(shí)的應(yīng)力作為其屈服強(qiáng)度，稱為條件屈服強(qiáng)度0.2應(yīng)變（%）應(yīng)力 （MPa）0.2%0.2第2頁/共196頁2.塑性 延伸率 - 試樣斷裂前后的長(zhǎng)度變化率。 斷面收縮率 - 試

2、樣斷裂前后的面積變化率。在外力作用下，材料產(chǎn)生塑性變形而不發(fā)生斷裂的能力。l l 0l 0 = 100 %=S 0 S 100 %S 0第3頁/共196頁4321例題：圖示1-4為四種不同材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線， 請(qǐng)比較這四種材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、 剛度和塑性。應(yīng)力 應(yīng)變 12第4頁/共196頁4321應(yīng)力 應(yīng)變 0. 20. 2s3s20. 2b1b2b3b4 抗拉強(qiáng)度：2 1 3 4（根據(jù)拉斷前的最大應(yīng)力） 屈服強(qiáng)度：1 3 2 4（根據(jù)屈服點(diǎn)或條件屈服點(diǎn)）第5頁/共196頁4321應(yīng)力 應(yīng)變 1423 塑性：3 2 4 1（根據(jù)斷裂時(shí)的應(yīng)變 ） 剛度：1 3 2 4（根據(jù)彈性模量 E）

3、 直線斜率總=彈+塑= 塑此方法為錯(cuò)誤的第6頁/共196頁4321應(yīng)力 應(yīng)變 塑性：3 2 4 1（根據(jù)試樣的延伸率）剛度：1 3 2 4（根據(jù)彈性模量 E） 直線斜率總=彈+塑= 塑1234第7頁/共196頁3.硬度布氏硬度： 用淬火鋼球或硬質(zhì)合金球作壓頭，以壓痕直徑來衡量材料硬度。 壓痕大，不適宜測(cè)薄片或成品，主要用于測(cè)較軟的原材料、半成品的硬度，如有色合金、軟鋼、鑄鐵等。 注意：壓頭為鋼球時(shí)表示成數(shù)字+ HBS ，如450HBS， 用硬質(zhì)合金球時(shí)表示為數(shù)字+ HBW ，如650HBW洛氏硬度： 用金剛石圓錐或淬火鋼球作壓頭，以壓痕深度來衡量材料的硬度 。FF材料抵抗更硬物體壓入的能力。第

4、8頁/共196頁 由壓頭和載荷的不同，洛氏硬度分成 HRA、HRB、HRC三種，以HRC應(yīng)用最廣。 洛氏硬度壓痕小，不損傷工件，常用于測(cè)硬材料、薄試樣及成品零件。標(biāo)尺標(biāo)尺壓頭類型壓頭類型總載荷總載荷(N)應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍HRA120金剛石圓錐體金剛石圓錐體588.4 硬質(zhì)合金、表面淬火硬質(zhì)合金、表面淬火層、滲碳鋼層、滲碳鋼HRB 1.588mm淬火鋼球淬火鋼球980.7 有色金屬、退火鋼、有色金屬、退火鋼、正火鋼正火鋼HRC120金剛石圓錐體金剛石圓錐體235.4淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼三種洛氏硬度的試驗(yàn)規(guī)范和應(yīng)用范圍第9頁/共196頁 維氏硬度： 用136度金剛石四棱錐作壓頭。 維氏硬度

5、法載荷小、壓痕淺，可測(cè)量各種軟硬程度的材料，但測(cè)量過程較麻煩。主要用于測(cè)極薄的表面硬化層、金屬鍍層及薄片金屬的硬度。 另外，強(qiáng)度和硬度都能反映材料抵抗塑性變形的能力，兩者之間有一定的關(guān)系，可近似換算： 低碳鋼軋材或鍛件：b 0.36 HB； 灰鑄鐵件： b 0.1 HB； 高碳鋼軋材或鍛件：b 0.34 HB； 鑄鋁件： b 0.26 HB； 調(diào)質(zhì)合金鋼： b 0.325 HB特別提醒：不同硬度試驗(yàn)法所獲得的硬度值是不能直接進(jìn)行比較的，必須通過換算成同一硬度指標(biāo)后才能比較。第10頁/共196頁課堂練習(xí)題:1.某工廠欲制造一批鋼制拉桿，此拉桿的最大 工作應(yīng)力為350MPa，且工作時(shí)不允許產(chǎn)生明

6、顯的塑性變形。工廠倉(cāng)庫中有一種鋼材，將 其制成直徑為d0 = 10 m m 標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣后進(jìn)行 拉伸試驗(yàn)，測(cè)得 Fs = 21500 N，F(xiàn)b = 35100 N。 試判斷該鋼材是否適合做拉桿？為什么？2.請(qǐng)判斷下列說法是否正確：材料的強(qiáng)度越高就越不容易變形。因此和高 強(qiáng)度材料相比，低強(qiáng)度材料一定會(huì)變形。硬度高的材料，其強(qiáng)度和剛度也一定會(huì)大。彈性模量大的材料，其彈性極限就高。第11頁/共196頁4.沖擊韌度 通常采用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定，用擺錘沖擊缺口試樣時(shí)單位截面所消耗的沖擊功k 表示沖擊韌度。 材料抵抗一次或數(shù)次大能量沖擊的能力。k =G（H - h） S其中：G -擺錘質(zhì)量, K

7、gS -試樣缺口處原始截面積, cm2擺錘缺口試樣第12頁/共196頁! ! ! 材料的沖擊韌度主要取決于塑性，并與溫度 密切相關(guān)。 二次世界大戰(zhàn)中，美國(guó)建造了約5000艘全焊接“自由輪”，然而在1942年1946年之間有1000艘船舶發(fā)生破斷，1946年1956年之間有200艘發(fā)生嚴(yán)重折斷。1943年1月美國(guó)的一艘T-2y油船停泊在裝貨碼頭時(shí)斷裂成兩半截，當(dāng)時(shí)計(jì)算的甲板應(yīng)力水平僅為7 Kgf/mm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于船板鋼的強(qiáng)度極限。為什么會(huì)斷裂呢？ 通過在不同溫度下對(duì)材料進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表明:材料的沖擊韌度值隨溫度的降低而減小，當(dāng)溫度降低到某一溫度范圍時(shí)，沖擊韌度急劇下降，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇?/p>

8、性狀態(tài)。第13頁/共196頁冷脆- 材料在某一低溫范圍內(nèi)，沖擊韌度急劇下降，由 塑性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象。冷脆轉(zhuǎn)變溫度- 材料發(fā)生冷脆現(xiàn)象的溫度范圍。 其數(shù)值愈低，表示材料的低溫抗沖擊性能愈好。銅、鋁、鎳等面心立方結(jié)構(gòu)金屬不存在“冷脆”。溫度k冷脆轉(zhuǎn)變溫度第14頁/共196頁 一般用應(yīng)力與循環(huán)次數(shù)曲線（如圖） 上應(yīng)力與橫坐標(biāo)平行時(shí)的應(yīng)力值表示 可經(jīng)無數(shù)次循環(huán)而不斷裂的疲勞強(qiáng)度。 對(duì)不出現(xiàn)水平段的材料，工程上則規(guī) 定達(dá)到一定循環(huán)次數(shù)（鋼107，有色金 屬108）仍不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力值為 其疲勞強(qiáng)度。5.疲勞強(qiáng)度 用材料在無數(shù)次重復(fù)或交變載荷作用下而不致發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力 -1表示。 -1NN

9、材料在無數(shù)次重復(fù)或交變載荷作用下不產(chǎn)生斷裂的能力。第15頁/共196頁6.斷裂韌度材料有裂紋存在時(shí)抵抗脆性斷裂的能力。 斷裂韌度通常用材料的應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的臨界值KIC來描述。即： KIC = 當(dāng)材料內(nèi)部存在宏觀裂紋時(shí),往往會(huì)由于裂紋的失穩(wěn)擴(kuò)展而使制件即使在遠(yuǎn)低于許用應(yīng)力的條件下工作，也會(huì)產(chǎn)生無明顯塑性變形的斷裂，即低應(yīng)力脆斷。這是因?yàn)榱鸭y尖端附近的應(yīng)力集中造成的。KI = 應(yīng)力強(qiáng)度因子N-2/3 mmmm( N ).23-max第16頁/共196頁7.高溫蠕變 材料在高溫環(huán)境下，長(zhǎng)時(shí)間承受恒溫、恒應(yīng)力（遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該溫度下的屈服強(qiáng)度s ）而產(chǎn)生緩慢塑性變形甚至斷裂的現(xiàn)象。 一般而言，材料的強(qiáng)度

10、、剛度、硬度等指標(biāo)將隨溫度的升高而降低，只有塑性會(huì)變好。因此在對(duì)高溫下工作的零件選材時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高對(duì)強(qiáng)度和硬度的要求。然而許多高溫下工作零件的應(yīng)力松弛甚至斷裂卻更多地是由于蠕變而造成的，故高溫零件應(yīng)選用高溫蠕變性小的材料。有機(jī)高分子材料，即使在室溫下也會(huì)發(fā)生蠕變。第17頁/共196頁1-3 固體材料的結(jié)構(gòu)材料的宏觀性能是由其微觀結(jié)構(gòu)所決定的分子是保持物質(zhì)基本化學(xué)性質(zhì)的最小微粒, 而分子又是由原子組成的組成分子的原子的種類、數(shù)目、排列方式 及原子間的相互作用決定了分子的性質(zhì)第18頁/共196頁 結(jié)合鍵又稱為化學(xué)鍵，是指分子中各原子之間的相互作用。1、幾種典型的結(jié)合鍵 離子鍵 - 金屬原子失去價(jià)電子

11、成為正離子， 非金屬原子獲得價(jià)電子成為負(fù)離子， 這種由正、負(fù)離子相互作用而產(chǎn)生 的強(qiáng)大鍵合力稱為離子鍵。 大多數(shù)由金屬和非金屬結(jié)合形成的鹽類、堿類和金屬氧化物是以離子鍵結(jié)合的。 -一、固體材料的結(jié)合鍵 - - - - - + + + + + +第19頁/共196頁 共價(jià)鍵 - 原子間通過形成共用電子對(duì)而產(chǎn)生 的結(jié)合鍵。是由相同原子或性能相 近的原子組成分子時(shí)采用的原子結(jié) 合方式，如金剛石、碳化硅等。 金屬鍵 - 金屬原子的外層價(jià)電子脫離原子， 形成金屬正離子和共用電子云。 這種由正離子和電子云的相互吸 引而形成的結(jié)合鍵稱為金屬鍵。 分子鍵 - 分子之間通過一個(gè)分子的負(fù)電性 部分與另一個(gè)分子的正

12、電性部分 相互吸引而產(chǎn)生的結(jié)合鍵。 + + + + + + + + +第20頁/共196頁2、工程材料的結(jié)合鍵與性能金屬材料 -以金屬鍵為主。 高硬度、高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)，良好的塑性、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性及大密度有機(jī)高分子材料 -分子內(nèi)共價(jià)鍵,分子間分子鍵。 不高的強(qiáng)度和硬度，低的熔點(diǎn)和耐熱性，密度小，耐蝕和絕緣性好陶瓷材料（無機(jī)材料）-離子鍵或共價(jià)鍵為主。 硬而脆，高熔點(diǎn)，耐熱、耐蝕性好，絕緣好復(fù)合材料 -取決于組成物的結(jié)合鍵。第21頁/共196頁二、金屬材料的顯微結(jié)構(gòu) 固態(tài)物質(zhì)按原子聚集狀態(tài)分為晶體和非晶體。 晶體 - 原子在三維空間呈有規(guī)則的周期性重復(fù)排列。 非晶體 - 原子呈現(xiàn)無規(guī)律、無次序的堆積

13、。 絕大多數(shù)的固態(tài)金屬和合金都是晶體。 金屬鍵的特點(diǎn)是沒有飽和性和方向性。自由電子的定向移動(dòng)形成了電流，使金屬表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性；正電荷的熱振動(dòng)阻礙了自由電子的定向移動(dòng)，使金屬具有電阻；溫度升高，正電荷熱振動(dòng)振幅增加，電阻增大，電阻溫度系數(shù)增大，使金屬具有正的溫度系數(shù)；1、金屬鍵及金屬的特性第22頁/共196頁自由電子能吸收可見光的能量，使金屬具有不透明性；當(dāng)自由電子從高能級(jí)回到低能級(jí)時(shí)，將吸收的可見光的能量以電磁波的形式輻射出來，使金屬具有光澤；晶體中原子發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)，正電荷與自由電子仍能保持金屬鍵結(jié)合，使金屬具有良好的塑性。晶格-將晶體中的每一個(gè)原子假設(shè)成一個(gè)幾何 點(diǎn)，忽略其尺寸和重量，

14、再用假想線把 這些點(diǎn)連接起來，所得到的一個(gè)表示金 屬內(nèi)部原子排列規(guī)律的抽象的空間格子。 2、晶格、晶胞和晶格常數(shù)晶胞-反映晶格特征的最小幾何單元。第23頁/共196頁 （a）原子排列模型（b）晶格（c）晶胞 晶格常數(shù)-反映晶胞大小、形狀的參數(shù)。 如棱邊長(zhǎng)度a、b 、c(以 A 為單位，1 A =10-10 米)和棱間夾角、 等。第24頁/共196頁3、晶向和晶面晶向-晶體中，任意二個(gè)原子之間的連線稱為 原子列，連線所指方向稱為晶向。晶向通常采用晶向指數(shù)u v w表示即以晶胞的某個(gè)頂點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以晶胞的3條棱邊為坐標(biāo)軸,以棱邊長(zhǎng)度為單位長(zhǎng)度。過原點(diǎn)作一平行于待定晶向的有向線段，其上任一點(diǎn)的座標(biāo)

15、值化為最簡(jiǎn)整數(shù)后即為晶向指數(shù)。 如左圖中紅色線段的座標(biāo)值X=1，Y=1/2,Z=0，則其晶向指數(shù)為210 而綠色線段的座標(biāo)值X=0，Y=1,Z= -1,則其晶向指數(shù)為011210 110011第25頁/共196頁晶面-晶體中各種方位的原子面稱為晶面。立方晶系的晶面指數(shù)通常采用密勒指數(shù)法確定，即根據(jù) 晶面與3個(gè)坐標(biāo)軸的截距來決定晶面指數(shù)。通常選晶胞中 不在所求晶面上的某個(gè)頂點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(不出現(xiàn)零截距)， 以晶胞3條棱邊為坐標(biāo)軸，以晶格常數(shù)為單位；取晶面的 三坐標(biāo)截距值的倒數(shù)，并化為最簡(jiǎn)整數(shù)即為其晶面指數(shù)。 晶面的方位通常采用晶面指數(shù)( h k l )表示。 如上圖中綠色晶面與3個(gè)坐標(biāo)軸的截距為1

16、、1、1/2，其晶面指數(shù)為（112）。第26頁/共196頁 ! ! ! 需要注意的是： 所有相互平行的晶向都具有相同的晶向指數(shù)。 如果晶向相反，則它們的晶向指數(shù)的數(shù)值相同， 符號(hào)相反； 所有相互平行的晶面都具有相同的晶面指數(shù)。 晶面指數(shù)的數(shù)值相同而符號(hào)相反，表示這兩個(gè) 晶面，如（100）與（100）平行地分布在坐標(biāo) 原點(diǎn)的兩邊。 第27頁/共196頁 體心立方晶格 -晶胞形狀為立方體，8個(gè)頂點(diǎn)及體 心各有1個(gè)原子(1個(gè)晶胞2個(gè)原子)，晶格常數(shù) = b = , = = =90。屬于此類晶格的金屬有鉻、鉬、釩、 鎢、-鐵等。具有相當(dāng)高的強(qiáng)度和塑性。4、常見的晶格類型及其致密度ca第28頁/共196

17、頁 面心立方晶格 -晶胞形狀為立方體，8個(gè)頂點(diǎn)及6 個(gè)表面的中心各有1個(gè)原子(1個(gè)晶胞4個(gè)原子)，晶格常 數(shù) = b = , = = =90。屬于此類晶格的金屬有金、 銀、銅、鋁、鎳、 -鐵等。具有較好的塑性而且低溫 下不會(huì)發(fā)生冷脆。ca第29頁/共196頁 密排六方晶格 -晶胞形狀是一個(gè)六方柱體。柱體 的12個(gè)頂點(diǎn)及上、下底面中心各有1個(gè)原子，柱體中心 還有3個(gè)原子(1個(gè)晶胞6個(gè)原子)。屬于這類晶格的金屬 有鎂、鋅、鈹、鎘等。塑性一般較差。第30頁/共196頁致密度-晶胞中原子所占體積與晶胞體積之比。 ？體心立方、面心立方及密排六方晶格的 致密度為多少？ 提示: 先按原子排列最緊密的晶向推算

18、出原子半徑與 晶格常數(shù)的關(guān)系，再計(jì)算一個(gè)晶胞中原子所占 體積以及晶胞的體積。 如體心立方晶格中，原子排列最緊密的晶向?yàn)?11，可以推出：原子半徑 r=343a第31頁/共196頁理想晶體是單晶體 結(jié)晶結(jié)構(gòu)和 位向完全一致的晶體。 單晶體一般性能呈現(xiàn)各向異性，須用特殊手段制取。 實(shí)際金屬是多晶體 由許多結(jié)構(gòu)相同 但位向不同的小晶體所構(gòu)成的晶體。 多晶體一般呈現(xiàn)各向同性(又稱為偽各向同性，即各晶粒因位向不同而將各向異性抵消，使各向性能趨于相同)晶粒晶界5、實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)第32頁/共196頁實(shí)際金屬有晶格缺陷 原子排列規(guī)則受到破壞， 出現(xiàn)與理想結(jié)構(gòu)的偏差點(diǎn)缺陷：間隙原子、 置換原子、 晶格空位

19、晶格缺陷分為點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷 所有的晶格缺陷都將導(dǎo)致其周圍的晶格發(fā)生畸變，從而引起金屬的力學(xué)性能、化學(xué)性能等發(fā)生顯著的變化。一般而言，晶格缺陷越多，強(qiáng)度、硬度越高。 第33頁/共196頁線缺陷：位錯(cuò)（一列或多列原子發(fā)生錯(cuò)排）面缺陷：晶界或亞晶界上的晶格畸變晶界亞晶界晶粒與晶粒之間的交界面 在同一晶粒內(nèi)，略有位向差的小晶塊之間的邊界第34頁/共196頁 如NaCl是以離子鍵結(jié)合的離子晶體；金剛石是以共價(jià)鍵結(jié)合的共價(jià)晶體；塑料、橡膠等則是高分子晶體（分子內(nèi)共價(jià)鍵，分子間分子鍵）。非金屬材料有些是晶體，有些是非晶體。三、非金屬材料的結(jié)構(gòu) 而普通玻璃、松香等都是非晶體。由于非晶體的原子或分子的排

20、列狀態(tài)類似于液體，故又被稱為“被凍結(jié)的液體”。微晶玻璃（鋼化玻璃、晶態(tài)玻璃）第35頁/共196頁1-4 金屬的結(jié)晶一、有關(guān)結(jié)晶的幾個(gè)概念二、金屬的結(jié)晶過程三、結(jié)晶后的晶粒大小五、金屬鑄錠的組織形態(tài)四、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變第36頁/共196頁一、有關(guān)結(jié)晶的幾個(gè)概念1.結(jié)晶-液態(tài)金屬凝固成為原子有規(guī)則排列的 晶體的過程。2.冷卻曲線-液態(tài)金屬?gòu)母邷乩鋮s至室溫的過 程中測(cè)得的溫度-時(shí)間變化曲線。 溫度 無限緩慢冷卻時(shí) 溫度 實(shí)際冷卻時(shí) T0 T 時(shí)間 時(shí)間第37頁/共196頁3.理論結(jié)晶溫度T0-在無限緩慢冷卻條件下的 平衡結(jié)晶溫度。4.過冷現(xiàn)象及過冷度過冷現(xiàn)象-實(shí)際冷卻條件下，實(shí)際結(jié)晶溫度總 是低于

21、理論（平衡）結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。過冷度-理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差值。過冷度與冷卻速度的關(guān)系： 冷卻速度越快，過冷度T越大。第38頁/共196頁二、金屬的結(jié)晶過程結(jié)晶=晶核形成+晶核長(zhǎng)大 通常情況下，晶核形成后的晶核長(zhǎng)大方式是呈樹枝狀的長(zhǎng)大，即首先沿散熱條件最好的晶核棱角處快速生長(zhǎng)形成主干（一次晶軸），同時(shí)又不斷地生出新的分枝，直至液體全部消耗殆盡。 一般結(jié)晶完畢后，這種樹枝晶形態(tài)并不顯露，但在鑄錠組織中較為明顯。第39頁/共196頁 根據(jù)結(jié)晶過程分析，若形核速度快于生長(zhǎng)速度，則結(jié)晶后的晶體晶粒細(xì)密，力學(xué)性能較好；而若形核少、生長(zhǎng)快，則易得到粗大的晶粒，造成力學(xué)性能的下降。三、結(jié)晶后的晶粒大小

22、 金屬結(jié)晶后的晶粒愈細(xì)，晶界面積就愈大,意味著晶體缺陷就愈多，則對(duì)金屬力學(xué)性能的影響愈大。一般情況下，細(xì)晶粒組織的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性都比粗晶粒組織好。第40頁/共196頁 細(xì)化晶粒的方法：1.增大冷卻速度以提高過冷度，可細(xì)化晶粒。 如鑄造時(shí)用金屬型代替砂型，加快冷卻。2.通過變質(zhì)處理（孕育處理）增加晶核數(shù)，可 細(xì)化晶粒。勻質(zhì)晶核（自發(fā)晶核）異質(zhì)晶核（人工晶核） 3.結(jié)晶時(shí)外加振動(dòng)（機(jī)械、超聲波、電磁）破 碎大晶粒，獲得細(xì)晶組織。第41頁/共196頁四、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 固態(tài)物質(zhì)隨溫度不同而改變其原子排列方式，得到不同晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，又稱為重結(jié)晶。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程：

23、912 1394 -Fe -Fe -Fe (體心立方） （面心立方） （體心立方）具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變特性的金屬（如Fe、Co、Sn、Mn等）可以通過熱處理來改變組織和性能。液態(tài)鐵1538結(jié)晶重結(jié)晶重結(jié)晶第42頁/共196頁五、金屬鑄錠的組織形態(tài) 生產(chǎn)中應(yīng)用的金屬材料，無論是板材、棒材，還是線材，其原始的狀態(tài)一般都為錠材，即將液態(tài)金屬澆入鑄?；蜩T型中冷卻結(jié)晶而成的。鑄錠的組織形態(tài)將直接影響材料的性能。1-表面細(xì)晶1232-內(nèi)層柱狀晶 鑄錠組織示意圖3-中心粗大等軸晶第43頁/共196頁1-5 二元合金一、有關(guān)合金的幾個(gè)概念二、合金的晶體結(jié)構(gòu)三、二元合金相圖第44頁/共196頁一、有關(guān)合金的幾個(gè)概念

24、合金-由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與 非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。元-組成合金的元素或穩(wěn)定化合物叫組元，簡(jiǎn)稱元。相-成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分以界面分開 的均勻物質(zhì)部分。組織-由一個(gè)或多個(gè)相按一定方式相互結(jié)合所構(gòu)成的， 具有相同形貌特征的整體。 固態(tài)合金的晶格結(jié)構(gòu)按其基本的相屬性來分，可以分為固溶體和化合物兩大類。第45頁/共196頁二、合金的晶體結(jié)構(gòu)1.固溶體-(少數(shù))溶質(zhì)原子溶入(多數(shù))溶劑原子 的晶體結(jié)構(gòu)中所形成的合金相。 固溶體仍將保持溶劑金屬的晶體結(jié)構(gòu)，但晶格參數(shù)發(fā)生改變。 間隙固溶體： 置換固溶體： 固溶強(qiáng)化-固溶體形成時(shí)，因溶質(zhì)原子鉆入溶劑原子的間隙或置換溶

25、劑原子而引起晶格畸變，造成合金強(qiáng)度、硬度提高的現(xiàn)象。溶劑原子直徑溶質(zhì)原子直徑 0.59 時(shí)形成。是有限固溶體溶質(zhì)和溶劑原子大小接近時(shí)形成。有限互溶或無限互溶，溫度越高，溶解度越大。第46頁/共196頁2.金屬化合物-兩組元都放棄自身的原子排列方 式而形成的一種具有全新晶體結(jié) 構(gòu)的新物質(zhì)。 化合物一般具有復(fù)雜的晶格，熔點(diǎn)高，硬而脆。3.機(jī)械混合物-由固溶體和金屬化合物均勻混合 而成的物質(zhì)。 機(jī)械混合物可以將固溶體的柔軟和化合物的硬脆進(jìn)行不同程度的中和，從而滿足不同的性能要求。所以，工業(yè)中使用的合金都希望有相當(dāng)比例的機(jī)械混合物存在。 *另外，固態(tài)合金的晶格結(jié)構(gòu)還可按其組織屬性來分，將分為固溶體、化

26、合物和機(jī)械混合物三大類。第47頁/共196頁三、二元合金相圖1.幾個(gè)基本概念：二元合金-由兩種組元組成的合金。合金系-組元相同但配比不同的系列合金。 如Cu-Ni系、Pb-Sn系等。相平衡-合金系中各相的成分、結(jié)構(gòu)和相對(duì)量 趨于穩(wěn)定，不再發(fā)生變化的狀態(tài)。相圖-表達(dá)平衡條件下，合金系中溫度、成分 和相組織之間關(guān)系的圖形。又稱為合金 狀態(tài)圖。 第48頁/共196頁自由度-保持相平衡時(shí)，合金體系中可獨(dú)立改 變的因素?cái)?shù)目（如溫度、壓力、相的 成分等）。 如自由度為0，表示溫度、壓力、相成分都不能獨(dú)立改變，否則會(huì)引起平衡相的改變；自由度為1，表示只能改變?nèi)咧欢挥绊懫胶庀?；依此類推。在只考慮溫度影響

27、時(shí)，相律表達(dá)式為： FCP 1其中: F 體系的自由度數(shù)； C 體系中獨(dú)立組元數(shù)； P 相數(shù)； 相律表達(dá)式-表示在平衡條件下，獨(dú)立組元數(shù)、 相數(shù)和自由度三者之間的關(guān)系式。第49頁/共196頁2.相圖的作用：分析各種類型、各種成分的合金在不同溫度下 的組織形態(tài)，從而比較各自性能的差異。分析某種合金從高溫冷卻到室溫時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 過程。為研制新材料，或在生產(chǎn)中制定合金熔煉、鑄 造、鍛壓、焊接、熱處理等工藝方案提供理論 依據(jù)。 應(yīng)用相律可知體系中最多能共存的平衡相數(shù)。如單元系C1，F(xiàn)1P12P，故最多是兩個(gè)平衡相共存。二元系C2，F(xiàn)2P13P，最多三個(gè)平衡相共存。第50頁/共196頁3.相圖的建立方法

28、（以Cu-Ni合金為例）：配制若干組不同成分的合金；（如100% Cu、25% Ni、50% Ni、75% Ni、100% Ni）在極其緩慢的冷卻條件下，測(cè)出每組合金的冷 卻曲線；在冷卻曲線上找到臨界相變溫度（轉(zhuǎn)折點(diǎn)和平 臺(tái)處的溫度）；將不同成分合金的相變溫度標(biāo)注在溫度-成分坐 標(biāo)圖上，并將相同意義的點(diǎn)連接起來。第51頁/共196頁 100% Cu 25% Ni 50% Ni Cu 25% 50% 75% Ni冷卻曲線Cu-Ni相圖第52頁/共196頁4.二元合金相圖的種類 勻晶相圖：兩組元在液態(tài)、固態(tài)均無限互溶 如前面提到的Cu-Ni合金相圖以及Cu-Au、 Au-Ag等 L L+ LL+A

29、BB(%)B熔點(diǎn)液相線固相線LLA熔點(diǎn)第53頁/共196頁 a L b L+ c L+ d e A 共晶相圖：兩組元在液態(tài)無限互溶，固態(tài)時(shí)有 限溶解，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。共晶轉(zhuǎn)變-一個(gè)液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)固相的過程。共晶轉(zhuǎn)變式：Lc d + e脫溶轉(zhuǎn)變式：d f + e g + + + 共晶體+ +(+) + +(+)（ +）fgB液相線：ac和bc 固相線：ad和be 共晶線：dce 脫溶線： df和ega點(diǎn)-A熔點(diǎn)b點(diǎn)-B熔點(diǎn)c點(diǎn)-共晶點(diǎn)d點(diǎn)-B在A中的最大溶解度 e點(diǎn)-A在B中的最大溶解度f 點(diǎn)-B在A中的室溫溶解度 g點(diǎn)-A在B中的室溫溶解度第54頁/共196頁室溫平衡組織和平衡相L亞共晶共

30、晶過共晶共晶合金的室溫平衡組織: (+)亞共晶合金的室溫平衡組織: + + (+)過共晶合金的室溫平衡組織: + + (+) 先共晶相、（又稱為初晶、一次晶）是直接從液相中生成的，形成溫度較高，故晶粒粗大，一般呈樹枝狀或顆粒狀；共晶體(+)為均勻的層片狀；而和是由于固溶體的溶解度降低而從、中析出的，形成溫度較低，因而呈細(xì)小顆粒狀分布在固溶體（或）晶粒內(nèi)或呈網(wǎng)狀分布在固溶體（或）晶界上。相（晶格）： 兩相、 組織（形貌）：五個(gè)組織 、 、+第55頁/共196頁LL+L+ABabcdefg合金合金合金冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變過程合金 冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變過程+ （+） + +(+)LL+LL例1: 利用相

31、圖分析合金、的組織轉(zhuǎn)變過程， 并繪制冷卻曲線。LL+ L( + )+ +(+)LLL( + )( + )( + )共晶反應(yīng)組織轉(zhuǎn)變過程第56頁/共196頁LL+L+ABabcdefg合金合金+ （ +） + +(+)L(+)LLLL + 共晶L( + ) +(+)L LL ( + )( + ) ( + ) L( + )(+)(+)合金 冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變過程合金冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變過程第57頁/共196頁共晶相圖的幾種形式LLL( a ) A、B兩組元在液態(tài)無限互溶，固態(tài)時(shí)A有限溶于B、 B也有限溶于A；其間有共晶轉(zhuǎn)變發(fā)生。( b ) A、B兩組元在液態(tài)無限互溶，固態(tài)時(shí)A不溶于B、 B有限溶于A

32、；其間有共晶轉(zhuǎn)變發(fā)生。( c ) A、B兩組元在液態(tài)無限互溶，固態(tài)時(shí)A有限溶于B、 B不溶于A；其間有共晶轉(zhuǎn)變發(fā)生。( a )( b )( c )第58頁/共196頁 L L+ a b d c e + A f g B 共析相圖：兩組元在固態(tài)時(shí)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。共析轉(zhuǎn)變-一個(gè)固相同時(shí)析出兩個(gè)新固相的過程。共析轉(zhuǎn)變式：c d + e脫溶轉(zhuǎn)變式：d f + e g + *共析反應(yīng)是在固態(tài)下進(jìn)行的，原子擴(kuò)散較困難，易達(dá)到較大 的過冷度，形核率高，故共析組織要比共晶組織細(xì)得多。第59頁/共196頁 包晶相圖：兩組元在液態(tài)無限互溶，固態(tài)時(shí)有 限溶解，并發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變。包晶轉(zhuǎn)變-一個(gè)液相與一個(gè)固相形成另一個(gè)固相的

33、 過程。J L+ 包晶轉(zhuǎn)變式： LB + H J+ L+ LBHLL+ L+LLL第60頁/共196頁5.杠桿定律 合金在某溫度時(shí)處于兩相平衡狀態(tài)，其兩相的相對(duì)量（質(zhì)量百分比）可用杠桿定律求出： A B L L相質(zhì)量百分比: 相質(zhì)量百分比: O點(diǎn)-合金成分 A點(diǎn)-此溫度下L相成分點(diǎn) B點(diǎn)-此溫度下 相成分點(diǎn) L =OBAB100% =AOAB100%溫度線 0第61頁/共196頁合金成份(20Kg銅+30Kg鎳): Ni= 60 % 或 Cu= 40 % 兩相成份(直接在圖上讀出): 液相L(Ni)= 45 % 固相(Ni)= 80 % 兩相的質(zhì)量比(由杠桿定律求出): 或?qū)懗杀葦?shù)L: =(8

34、0-60):(60-45)=4:3L804560例1: 書上77頁第9題4580NiCuL=80-6060-45=43第62頁/共196頁兩相的相對(duì)質(zhì)量(由杠桿定律求出) 注意:相對(duì)質(zhì)量也稱為質(zhì)量百分?jǐn)?shù),一定要用百分?jǐn)?shù)表達(dá) 各相的質(zhì)量 WL =57.14% * 50 = 28.57 Kg W =42.86% * 50 = 21.43 Kg 注意：質(zhì)量是絕對(duì)質(zhì)量，用代號(hào)W或M都可以，結(jié)果不要用分?jǐn)?shù)80456080-6080-45=57.14%L=L=60-4580-45=42.86%第63頁/共196頁例2：請(qǐng)根據(jù)教材26頁的Pb-Sn相圖, 分析在下列溫 度時(shí)，Sn=30%的合金有哪些相? 哪

35、些組織? 它們的相對(duì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是否可以用杠桿定律 計(jì)算？是多少？（1）冷到300；（2）剛冷到183，共晶轉(zhuǎn)變尚未開始；（3）冷到183，共晶轉(zhuǎn)變正在進(jìn)行中；（4）共晶轉(zhuǎn)變剛結(jié)束，溫度仍在183；（5）冷到室溫20。第64頁/共196頁標(biāo)注相組成物的Pb-Sn相圖標(biāo)注組織組成物的Pb-Sn相圖（1）冷到300時(shí)，只有1個(gè)L相， 也只有1個(gè)L組織。不必用 杠桿定律計(jì)算，即可知： L=100%（2）剛冷到183，共晶轉(zhuǎn)變尚 未開始時(shí)，有2個(gè)相，即L 相和相；也有2個(gè)組織， 即L組織和組織 ?？捎?杠桿定律計(jì)算： 解答： L613019L30-19100%= 26.2%=61-19 =1- 26.2

36、%=73.8%第65頁/共196頁標(biāo)注相組成物的Pb-Sn相圖標(biāo)注組織組成物的Pb-Sn相圖（3）冷到183，共晶轉(zhuǎn)變正在 進(jìn)行中，相是L、 、混存， 組織是L、(+ ) 混存， 無法用杠桿定律計(jì)算。（4）在183剛剛完成共晶轉(zhuǎn)變 時(shí)，相組成是 、，組織 組成是、 (+ )，都可 用杠桿定律計(jì)算： 97301997-30100%= 85.9%=97-19 相= 1-85.9% = 14.1% 613019組織()+ =73.8%61-1961-30=100%(+)= 26.2%，第66頁/共196頁標(biāo)注相組成物的Pb-Sn相圖標(biāo)注組織組成物的Pb-Sn相圖（5）冷到室溫20 時(shí)，相組成 是 、

37、 ，組織組成是 、 、 (+ ) 。99302= 71.1% 相， = 28.9%組織301961(+ ) (+ )30-19=61-19100%= 26.2% 19299=99-1999-2(1-26.2%)= 60.9%=19-299-2(1-26.2%)=12.9%第67頁/共196頁例3:已知A與B二組元在液態(tài)時(shí)無限互溶，A熔點(diǎn)為650，B熔點(diǎn)為560；在320時(shí)，A溶于B的最大溶解度為31%，室溫時(shí)為12%，但B不溶于A；在320，含42%B的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)，試： 作出A-B的合金相圖； 分析 A =25%合金的結(jié)晶過程,畫出冷卻曲線, 指出此合金在室溫時(shí)的相組成物和組織組成

38、物有哪些？并計(jì)算各相、各組織的相對(duì)質(zhì)量 （質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）為多少? 指出 B =20%合金在剛剛完成共晶轉(zhuǎn)變時(shí)的 組織組成物，并計(jì)算各自的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。第68頁/共196頁LL+L+ A + ALL+ AAB31%A12%A42%BA75-0100% A =1-85.23% =14.77% A =25% 合金室溫時(shí)相組成： 、A ； =88-0= 85.23% A65056032088750 此合金室溫時(shí)組織組成： 、A =85.23% A =14.77% （杠桿同上, 不必再計(jì)算） 合金相圖如下A =25%B =75%第69頁/共196頁6.相圖與性能的關(guān)系（自學(xué)教材29頁） B =20% 合金在

39、剛剛完成共晶轉(zhuǎn)變時(shí)組織組成： A 、（A+ ）42%BABA （A+） （A+）A4220031%AA42-20100%42-0= 52.38%= （A+）=1- 52.38%=47.62%B =20%第70頁/共196頁1-6 鐵碳合金一、鐵碳合金的基本相和基本組織基本相（5個(gè)）：L、 、 、 Fe3C (1) L相-鐵與碳的液溶體。 (2)相-碳在-Fe中的固溶體,最大溶解度C=0.09% 又稱為高溫鐵素體。(3)相-碳在-Fe中的固溶體,最大溶解度C=2.11% 又稱為奧氏體。(4)相-碳在-Fe中的固溶體,最大溶解度C=0.0218% 又稱為鐵素體。(5) Fe3C相-Fe和C形成的穩(wěn)

40、定化合物相,其C= 6.69%第71頁/共196頁（1）鐵素體F-碳溶于-Fe中形成的固溶體。 *F中碳的最大溶解度為0.0218%，F(xiàn)塑性、韌性好（2） 奧氏體A-碳溶于-Fe中形成的固溶體。 *A中碳的最大溶解度為2.11%，A硬度低、塑性好 （3） 滲碳體Fe3C-Fe與C形成的間隙化合物。 * Fe3C的 c=6.69%， Fe3C性能硬而脆 * 從L中析出的稱為Fe3CI；從A中析出的稱為Fe3CII；從F中析出的稱為Fe3CIII基本組織（10個(gè))：L、 F、 A 、Fe3CI、 Fe3CII 、Fe3CIII 、 P 、 、 LdLd第72頁/共196頁（4）珠光體P-由 c=0

41、.77%的A共析生成的F與 Fe3C的機(jī)械混合物。 * P中F與Fe3C一般呈片狀分布， 經(jīng)特殊處理后可得到球狀P。 P的強(qiáng)度、硬度較好，塑性一般。（5）萊氏體高溫萊氏體Ld-由c=4.3%的液體共晶 生成的A和Fe3C的機(jī)械混合物。低溫萊氏體Ld-c=4.3%的Ld冷到室溫 后形成的P和Fe3C的機(jī)械混合物。Fe3CF片狀P球狀P第73頁/共196頁1.以相組成物標(biāo)注的Fe-Fe3C相圖L Fe3CL+ + +Fe3C L+ Fe3CL+ 11487270 .02180 . 772 . 114 . 36 . 69二、鐵碳合金狀態(tài)圖（ Fe-Fe3C相圖）FeFe3C +Fe3C 第74頁/共

42、196頁2.以組織組成物標(biāo)注的Fe-Fe3C相圖LAPLdLdFe3CL+A F+AF+P A + Fe3C P + Fe3CA +Fe3C + LdLd+ Fe3CP +Fe3C + LdLd+ Fe3CL+ Fe3CFF+ Fe3CL+ A 11487270 .02180 . 772 . 114 . 36 . 69第75頁/共196頁根據(jù)含碳量和組織的不同，鐵碳合金分為三類：工業(yè)純鐵：平衡組織為鐵素體及少量三次滲碳體鋼白口鑄鐵亞共析鋼：室溫平衡組織為鐵素體+珠光體共析鋼：室溫平衡組織為珠光體過共析鋼：室溫組織為珠光體+二次滲碳體亞共晶白口鑄鐵：P+ Fe3C +Ld共晶白口鑄鐵: Ld過共

43、晶白口鑄鐵: Ld+ Fe3C 工業(yè)純鐵鋼白口鑄鐵6 . 692 . 110. 02180第76頁/共196頁3. Fe-Fe3C相圖的學(xué)習(xí)要求相圖的形態(tài)會(huì)默畫特征點(diǎn)線數(shù)據(jù)要記牢 成分: 0.0218%、 0.77%、 2.11%、 4.3%、 6.69% F的最大碳量 共析成分 鋼鐵分界 共晶成分 Fe3C的碳量 溫度：727、1148 共析溫度 共晶溫度區(qū)域組織會(huì)分析（僅記單相區(qū)）6種合金冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變過程 亞共析、共析、過共析、亞共晶、共晶、過共晶第77頁/共196頁會(huì)用杠桿定律計(jì)算兩相區(qū)的組織相對(duì)量，并 比較性能：c1%時(shí)，隨碳量的增加，硬度；強(qiáng)度 、塑性、韌性會(huì)寫包晶、共晶、共析

44、轉(zhuǎn)變式 包晶轉(zhuǎn)變式：L 0.53 + 0.09 0.17 共晶轉(zhuǎn)變式：L 4.3 2.11 + Fe3C 共析轉(zhuǎn)變式： 0.77 0.0218 + Fe3C例1 : 根據(jù)相圖畫冷卻曲線，分析組織轉(zhuǎn)變（亞共析、共析、過共析、亞共晶、共晶、過共晶）第78頁/共196頁亞共析鋼的平衡冷卻曲線及組織轉(zhuǎn)變過程亞共析鋼室溫平衡組織金相照片F(xiàn) P第79頁/共196頁a)共析鋼的共析鋼的平衡冷卻曲線及組織轉(zhuǎn)變過程共析鋼室溫平衡組織金相照片 P第80頁/共196頁過共析鋼的平衡冷卻曲線及組織轉(zhuǎn)變過程過共析鋼室溫平衡組織金相照片 P Fe3C（網(wǎng)狀）第81頁/共196頁a)3211223 31以上1-22-33以

45、下亞共晶白口鑄鐵的平衡冷卻曲線及組織轉(zhuǎn)變過程LFe 1 2 3 4 5 6 6.69溫度( )LAALd亞共晶白口鑄鐵室溫平衡組織金相照片 Ld P時(shí)間溫度PLdc( % )（魚骨狀）第82頁/共196頁共晶白口鑄鐵的平衡冷卻曲線及組織轉(zhuǎn)變過程共晶白口鑄鐵室溫平衡組織金相照片21 LdLd1以上L1-2Ld122第83頁/共196頁312過共晶白口鑄鐵的平衡冷卻曲線及組織轉(zhuǎn)變過程過共晶白口鑄鐵室溫平衡組織金相照片 LdFe3CL1以上213 31-2LdFe3C22-3LFe3C3以下LdFe3C第84頁/共196頁例2.計(jì)算珠光體中F與Fe3C的相對(duì)百分含量FPFe3C0.02186.690

46、.77FFe3C解: 在珠光體中 =F6.69-0.776.69-0.0218 100 %=88.78%Fe3C=1-F=11.22%反過來,也可驗(yàn)證: =C88.78%0.0218%+11.22%6.69%=0.77%珠光體P中的第85頁/共196頁例3.說明下列各滲碳體的生成條件： 一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、 共晶滲碳體、共析滲碳體。解: 一次滲碳體Fe3C : 液相中析出； 二次滲碳體Fe3C : 奧氏體A中析出； 三次滲碳體Fe3C : 鐵素體F中析出； 共晶滲碳體: =4.3%的液相共晶反應(yīng)產(chǎn)物； 共析滲碳體: =0.77%的A共析反應(yīng)的產(chǎn)物。 C C第86頁/共196頁例

47、4.有c=1.15%的A鐵塊10Kg，緩慢冷卻至 727以下，問： F 和 Fe3C 各有多少Kg？ P 和先共析 Fe3C 各有多少Kg？ 畫出室溫時(shí)的顯微組織示意圖， 并標(biāo)明組織組成物。解: 可按相組成物計(jì)算: 6.69 - 1.156.69 0.0218WF =108.308 KgWFe3C=10 8.308 =-1.692 Kg即 F 有 8.308 Kg，F(xiàn)e3C 有 1.692 Kg第87頁/共196頁可按組織組成物計(jì)算:WP =6.69 1.156.69 0.7710=9.358 KgWFe3C=10 9.358 =-0.642 Kg即 P 有 9.358 Kg，先共析 Fe3C

48、 有 0.642 Kg 室溫時(shí)的顯微組織 示意圖如右所示:PFe3C 第88頁/共196頁三、碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響 從鐵碳相圖可以看到，鐵與碳形成合金時(shí)，含碳量的多少將直接影響Fe與C的原子結(jié)合方式，從而獲得不同的組織和性能。 C極少時(shí)，F(xiàn)e與C形成間隙固溶體 F 或 A； C超過溶解度后，F(xiàn)e與C形成化合物 Fe3C，且隨著C量的增加，不僅滲碳體的數(shù)量在增加，其存在形式也從分布在 F 基上（即 P）逐步變?yōu)榉植荚?A 的晶界上（即網(wǎng)狀的Fe3C），最后發(fā)展到 Fe3C 作為基體出現(xiàn)在 Ld 中。第89頁/共196頁 對(duì)亞共析和共析鋼來說，基體是F， Fe3C是作為強(qiáng)化相出現(xiàn)在P中的

49、。且隨C，P，故材料強(qiáng)度、硬度就越高，塑性和韌性則有所下降。 而對(duì)過共析鋼，分布在晶界上并連成網(wǎng)狀的Fe3C使整個(gè)材料脆性增加，造成強(qiáng)度、塑性、韌性的下降。 對(duì)白口鑄鐵來說， 硬而脆的Fe3C作為基體出現(xiàn)，從而使整個(gè)材料的性能特別硬脆，難以切削加工，因此實(shí)際生產(chǎn)中很少應(yīng)用此類材料。第90頁/共196頁第91頁/共196頁1-7 碳鋼一、碳鋼的分類 低碳鋼按碳量分 中碳鋼 高碳鋼 含碳量小于2.11%的鐵碳合金0.25 0.6 %低 中 高按用途分結(jié)構(gòu)鋼工具鋼第92頁/共196頁 按質(zhì)量分 普通鋼優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼按脫氧程度分沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼第93頁/共196頁二、碳鋼的牌號(hào) 1.（普通）碳素

50、結(jié)構(gòu)鋼： Q235 - AF 屈服質(zhì)量等級(jí)（A、B、C、D四級(jí)） A最差，D最好脫氧方式（F、Z、bZ、TZ） 碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于一般的工程結(jié)構(gòu)（鋼窗、鋼筋等）和不太重要的機(jī)械零件及焊接件。s235MPa第94頁/共196頁 2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼： 45 數(shù)字代表碳量（c）的萬分之幾 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造重要的機(jī)械零件。如 08、08F、10、10F 的冷軋薄板可制造儀表儀器的外殼和汽車、拖拉機(jī)的沖壓件；15、20、25常制造尺寸小、負(fù)荷輕、表面耐磨、心部軟韌的零件; 而40、45主要制造重要的受力和傳遞運(yùn)動(dòng)的零件; 55、60、65用于制作負(fù)荷不大、尺寸較小的彈簧。*專門用途應(yīng)標(biāo)出，如2

51、0g代表鍋爐用鋼*含錳較高也應(yīng)注明, 如50Mn第95頁/共196頁 3.碳素工具鋼（優(yōu)質(zhì)、高級(jí)優(yōu)質(zhì)）： T8 T8A 碳素工具鋼的紅硬性差，只能用于制造手工用的低速運(yùn)動(dòng)的刀具、量具、模具等。如T7、T8（T7A、T8A）用于制造受震動(dòng)和沖擊、要求高韌性的工具（鑿子、錘子、沖頭）； T10、T12（ T10A、T12A）用于制造不受震動(dòng)但要求極高硬度的工具（銼刀、鋸條、絲錐）。數(shù)字代表碳量（c）的千分之幾工具高級(jí)優(yōu)質(zhì)第96頁/共196頁 4.鑄造碳鋼（鑄鋼）：ZG200-400 s b 用于制造形狀特別復(fù)雜且受力較大，須鑄造成形的鋼質(zhì)零件。 低碳鑄鋼具有良好的導(dǎo)磁性，常用于鑄造電磁吸盤和電機(jī)殼

52、體等；中碳鑄鋼的綜合機(jī)械性能好，廣泛用于鑄造重要的復(fù)雜機(jī)器零件，如軋鋼機(jī)機(jī)架、機(jī)車機(jī)架、重型齒輪、減速機(jī)殼體等；高碳鑄鋼因韌性較差，很少應(yīng)用。要求特別高的零件或工具可采用合金鑄鋼，如ZGMn13等。第97頁/共196頁一、鑄鐵的種類與應(yīng)用按碳的主要存在形式（或斷口顏色）分類: （1）白口鑄鐵碳主要以滲碳體形式存在于萊氏體中， 斷口呈銀白色。硬而脆，極少用作結(jié)構(gòu) 材料，主要用作煉鋼或生產(chǎn)鑄鐵的原料。（2）灰鑄鐵碳主要石墨形式存在，其斷口呈暗灰色， 有一定的力學(xué)性能和良好的被切削性能， 普遍應(yīng)用于工業(yè)中。（3）麻口鑄鐵碳以滲碳體+石墨混存。斷口呈白+灰， 生產(chǎn)中很少采用。 1-8 鑄鐵（c2.11

53、%的鐵碳合金）第98頁/共196頁按石墨的形狀分類:(1)灰口鑄鐵在鋼的基體（F、F+P、P）上分布 有片狀石墨，斷口呈暗灰色。力學(xué)性能比較低 （經(jīng)孕育處理可提高），但鑄造性能極佳（流 動(dòng)性好，收縮小），并具有較好的減震性、吸 音性。用于制造機(jī)床床身、底座、減速器箱體、 泵體、閥體、氣缸體等。（鑄后去應(yīng)力退火） *普通灰口鑄鐵: 粗片狀石墨 *孕育灰口鑄鐵: 細(xì)片狀石墨（鐵水中加孕育劑）第99頁/共196頁(2)可鍛鑄鐵在鋼的基體（F、F+P、P）上分布 有團(tuán)絮狀石墨。是由白口鑄鐵經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的高溫 石墨化退火而形成的，力學(xué)性能較好，特別是 韌性較高，并具有一定的耐腐蝕性。常用于制 造棘輪、鏈條、

54、制動(dòng)器等承受沖擊振動(dòng)的薄壁 小零件及彎頭、三通等管道件和閥門等。(3)球墨鑄鐵在鋼的基體（F、F+P、P）上分布 有球狀石墨。是在澆注前向鐵水中加入孕育劑 和球化劑而形成的，強(qiáng)度高，是以鐵代鋼的重 要材料。用于制造載荷大、受力復(fù)雜的曲軸、 汽車齒輪等。（鑄后退火、正火、調(diào)質(zhì)等）第100頁/共196頁(4)蠕墨鑄鐵在鋼的基體（F、F+P、P）上分布 有蠕蟲狀石墨。比灰口鑄鐵強(qiáng)度高，比球墨鑄 鐵鑄造性、耐熱性、抗疲勞性好。（鑄后正火、 退火）(2)合金鑄鐵在鐵水中添加某些合金元素，可得 到某種特殊性能，如加硅、鋁、鉻能提高耐熱 性，加硅、鋁、鉻、銅、鎳能提高耐腐蝕性。*耐磨鑄鐵 *耐熱鑄鐵 *耐蝕

55、鑄鐵按化學(xué)成份分類:(1)普通鑄鐵: 以鐵、碳為主，少量雜質(zhì)第101頁/共196頁灰口鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵(片狀石墨)(團(tuán)絮狀石墨)(球狀石墨)(蠕蟲狀石墨)第102頁/共196頁二、鑄鐵的石墨化過程鑄鐵中析出碳原子形成石墨的過程鐵水中析出A中析出Fe3C分解 鐵碳合金中，碳有兩種存在形式，即化合態(tài)滲碳體和游離態(tài)石墨。對(duì)滲碳體形式存在的鐵碳合金加熱和保溫，則滲碳體將分解為鐵和石墨。所以，滲碳體只是一種亞穩(wěn)定的相，石墨才是一種穩(wěn)定的相。 描述鐵碳合金的結(jié)晶過程一般用Fe-Fe3C與Fe-G（石墨）雙重相圖。實(shí)線為Fe-Fe3C相圖；虛線為Fe-G相圖第103頁/共196頁 鐵碳合金石墨化

56、過程分高溫、中溫、低溫三個(gè)階段。高溫石墨化：是指共晶溫度以上結(jié)晶出一次石墨G以及 由共晶反應(yīng)產(chǎn)生共晶石墨G晶的階段；中溫石墨化：是指在共晶溫度至共析溫度之間，從奧氏 體中析出二次石墨G的階段；低溫石墨化：是指在共析溫度析出共析石墨G析的階段。 在高溫、中溫階段，碳原子的擴(kuò)散能力強(qiáng)，石墨化過程比較容易進(jìn)行；而在低溫階段，碳原子的擴(kuò)散能力較弱，石墨化過程進(jìn)行困難。 如果高溫、中溫和低溫石墨化都沒有實(shí)現(xiàn)，碳只能以Fe3C形式存在，將獲得白口鑄鐵。如果高溫、中溫石墨化得以實(shí)現(xiàn)，碳將主要以 G 形式存在，獲得灰鑄鐵。若僅僅實(shí)現(xiàn)高溫石墨化，碳將以 G 和 Fe3C 兩種形式存在，獲得的鑄鐵稱為麻口鑄鐵。第

57、104頁/共196頁1、影響石墨化的因素化學(xué)成分：C、Si促進(jìn)石墨化，Mn、S阻礙石墨化冷速越慢（即鑄件壁越厚），越有利于石墨化過程冷卻速度：2、石墨化對(duì)鑄鐵基體組織的影響 石墨化越充分，基體中的C量就越少，即基體將從 PF+P F，從而使鑄件的力學(xué)性能降低。 為獲得灰鑄鐵鑄件，同時(shí)又避免產(chǎn)生過多的、粗大的片狀石墨，通常應(yīng)將鐵水的成分控制在c = 2.54.0，Si = 1.02.0，而將 S 限制在0.15以下。 第105頁/共196頁F基灰口鑄鐵F+P基灰口鑄鐵P基灰口鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵F基球墨鑄鐵F+P基球墨鑄鐵P基球墨鑄鐵第106頁/共196頁舉例：根據(jù)書中P.38頁的圖

58、1-47分析：用含碳 2%、硅 3%的鐵水澆注圖示階梯形鑄件，各部分的性能是否相同？15304050P基F+P基F基（最強(qiáng)硬）（最軟）（適中）第107頁/共196頁10 20 30 40 50 60 70 7654（C+Si）%壁厚（mm）白口麻口P+G（石墨）F+G（石墨）F+P+G（石墨）第108頁/共196頁三、鑄鐵的牌號(hào)舉例HT150灰口鑄鐵b不低于150MPaKTZ550-04可鍛鑄鐵珠光體基（此處H-黑心，B-白心）b不低于550MPa不低于4%第109頁/共196頁QT600-3球墨鑄鐵b不低于600MPa不低于3%RuT380蠕墨鑄鐵b不低于380MPa第110頁/共196頁1

59、-9 鋼的熱處理 將鋼在固態(tài)下進(jìn)行不同方式的加熱、保溫和冷卻，從而改變其內(nèi)部組織，獲得所需性能的工藝過程稱為鋼的熱處理。 純粹利用鋼材的原始性能來滿足對(duì)零件日益趨高的使用要求常常是不經(jīng)濟(jì)的，有時(shí)甚至是不可能的。 對(duì)同一種材料施以不同的熱處理工藝獲得截然不同的性能，可滿足加工和使用要求。第111頁/共196頁 因此熱處理的應(yīng)用日益廣泛，幾乎80%的機(jī)械零件都要熱處理，至于工具（刀具、量具、模具）和軸承則100%都要進(jìn)行熱處理,以延長(zhǎng)零件的使用壽命。 一、熱處理的基本概念 1.目的改善組織和性能2.機(jī)理固態(tài)相變（純金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、 合金的晶體結(jié)構(gòu)改變）及原子擴(kuò)散？鋼燒紅后放入水中急冷會(huì)變硬，紫

60、銅卻不會(huì)第112頁/共196頁4.分類3.工藝過程加熱+保溫+冷卻加熱保溫冷卻普通熱處理（整體熱處理）表面熱處理化學(xué)熱處理形變熱處理第113頁/共196頁5.過熱和過冷過熱-加熱時(shí)高于平衡轉(zhuǎn)變溫度才發(fā)生相變過冷-冷卻時(shí)低于平衡轉(zhuǎn)變溫度才發(fā)生相變*加熱轉(zhuǎn)變溫度： Ac1、Ac3、AccmAc1Ac3Accm*平衡轉(zhuǎn)變溫度： A1、A3、Acm AcmA3A1*冷卻轉(zhuǎn)變溫度： Ar1、Ar3、Arcm Ar3Ar1Arcm第114頁/共196頁二、鋼加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變（屬于平衡轉(zhuǎn)變）奧氏體化+奧氏體長(zhǎng)大1.奧氏體的形成過程（=形核+長(zhǎng)大）第115頁/共196頁*完全A化（加熱至Ac3或 Accm 以