材料材料及熱處理知識(shí)

1、第一章 材料的性能1.1 材料的力學(xué)性能力學(xué)性能：材料在外力作用時(shí)所表現(xiàn)的性能（又稱機(jī)械性能），如強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度等。變形：材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化。外力去除后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形，外力去除后不能夠恢復(fù)的變形稱為塑性變形。 1.1.1 彈性與剛度應(yīng)力-應(yīng)變曲線：是描述應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的曲線，它是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試樣所承受的載荷與變形量的變化所繪制的關(guān)系曲線。 彈性極限：在應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，OA段為彈性變形階段，此時(shí)卸掉載荷，試樣恢復(fù)到原來(lái)尺寸。A點(diǎn)多對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為材料承受最大彈性變形的應(yīng)力稱為彈性極限，用p表示。比例極限：其中OA部分為一斜直線，應(yīng)力與應(yīng)變呈比例關(guān)系，A

2、點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為保持這種比例關(guān)系的最大應(yīng)力稱為比例極限，用e表示。由于大多數(shù)材料的A點(diǎn)和A點(diǎn)幾乎重合在一起，一般不做區(qū)分。彈性模量E：在彈性形變范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變的比值。彈性模量是材料最穩(wěn)定的性質(zhì)之一，它的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外， 其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對(duì)彈性模量的影響很小。剛度：材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力，可以通過(guò)增加橫截面積或改變截面形狀的方法來(lái)提高零件的剛度。1.1.2 強(qiáng)度與塑性一、 強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。根據(jù)加載方式的不同，強(qiáng)度指標(biāo)有許多種，其中以拉伸試驗(yàn)測(cè)得的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo)應(yīng)用最多。1. 屈服強(qiáng)

3、度屈服現(xiàn)象：應(yīng)力超過(guò)B點(diǎn)后，材料將發(fā)生塑性變形。在BC段，材料發(fā)生塑性變形而應(yīng)力不會(huì)增加的現(xiàn)象。屈服強(qiáng)度：B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服強(qiáng)度，用s表示。屈服強(qiáng)度反映材料抵抗永久變形的能力，是最重要的零件設(shè)計(jì)指標(biāo)之一。2. 抗拉強(qiáng)度頸縮現(xiàn)象：CD段為均勻變形階段。在這一階段，應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣黾?，產(chǎn)生應(yīng)變強(qiáng)化。變形超過(guò)D點(diǎn)后，試樣開始發(fā)生局部塑性變形，即出現(xiàn)頸縮?？估瓘?qiáng)度：隨應(yīng)變?cè)黾?，?yīng)力明顯下降，并迅速在E點(diǎn)斷裂。D點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力，稱為抗拉強(qiáng)度，用b表示?？估瓘?qiáng)度反映材料抵抗斷裂破壞的能力，也是零件設(shè)計(jì)和材料評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。二、 塑性：是指材料受力破壞前承受最大塑性變形的

4、能力，指標(biāo)為伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。伸長(zhǎng)率：為試樣拉斷后，標(biāo)距部分的殘余伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距之比的百分率。(l1-l0) /l0*100%，l0為原長(zhǎng)， l1為斷裂后長(zhǎng)度。斷面收縮率：為試樣斷裂后，橫截面積最大縮減量與原始橫截面積之比的百分率。(F0-F1)/ F0 *100%，F(xiàn)0為試件原始截面積， F1為斷口處的截面積。屈服現(xiàn)象：應(yīng)力超過(guò)B點(diǎn)后，材料將發(fā)生塑性變形。在BC段，材料發(fā)生塑性變形而應(yīng)力不會(huì)增加的現(xiàn)象。屈服強(qiáng)度：B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服強(qiáng)度，用s表示。屈服強(qiáng)度反映材料抵抗永久變形的能力，是最重要的零件設(shè)計(jì)指標(biāo)之一。2.2 晶體結(jié)構(gòu)的基本概念2.2.1 晶體與非晶體固體物質(zhì)按原子在空間的排列

5、方式可分為晶體與非晶體。晶體：原子在空間呈規(guī)則排列的固體物質(zhì)；如正常狀態(tài)下的金屬、食鹽、單晶硅。非晶體：原子在空間呈無(wú)序排列的固體物質(zhì)；如普通玻璃、石蠟、松香的等。晶體和非晶體在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化。 2.2.2 晶格如果把組成晶體的原子看作是剛性球體，那么晶體就是由這些剛性球體按一定規(guī)律周期性堆垛而成，如下圖所示。為研究方便，假設(shè)將剛性球體縮為處于球心的點(diǎn)，稱為結(jié)點(diǎn)。由結(jié)點(diǎn)所形成的陣列 稱為空間點(diǎn)陣。用假想的直線將這些結(jié)點(diǎn)連接起來(lái)所形成的三維空間格架稱為晶格。晶格直觀地表示了晶體中原子的排列規(guī)律。 2.3 金屬的結(jié)構(gòu) 2.3.1 金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)（1）體心立方晶格（b.c

6、.c）：Body-Centered Cubic Lattice體心立方晶格的晶胞如下圖所示，為一個(gè)立方體。在立方體的8個(gè)頂角各有一個(gè)與相鄰晶胞共有的原子，立方體中心還有一個(gè)原子。具有體心立方晶格的金屬有-Fe、Cr、Mo、W、V、Nb等。 體心立方晶格晶格常數(shù)：abc，故只用a即可表示；晶胞原子數(shù)：2，每個(gè)頂點(diǎn)的原子為八個(gè)晶胞所共有；原子半徑：體對(duì)角線上原子間距的一半；配位數(shù)：8；致密度：0.68。（2）面心立方晶格（f.c.c）：Face-Centered Cubic Lattice面心立方晶格的晶胞如下圖所示，也是一個(gè)立方體。除在立方體的8個(gè)頂角上各有一個(gè)與相鄰晶胞共有的原子外，在6個(gè)面的

7、中心也各有一個(gè)共有的原子。屬于這種晶格的金屬有：-Fe，Ni，A1，Cu，Pb，Au，Rh等。3.3 鐵碳合金相圖3.3.1 鐵碳合金的組元和相一、基本概念鐵碳合金：碳鋼和鑄鐵的統(tǒng)稱，都是以鐵和碳為基本組元的合金碳 鋼：含碳量為0.0218%2.11%的鐵碳合金鑄 鐵：含碳量大于2.11%的鐵碳合金鐵碳合金相圖：研究鐵碳合金的工具，是研究碳鋼和鑄鐵成分、溫度、組織和性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)，也是制定各種熱加工工藝的依據(jù)。注：由于含碳量大于Fe3C的含碳量（6.69%）時(shí)，合金太脆，無(wú)實(shí)用價(jià)值，因此所討論的鐵碳合金相圖實(shí)際上是Fe-Fe3C二、組元1.純鐵純鐵指的是室溫下的-Fe，強(qiáng)度、硬度低，塑

8、性、韌性好。2.碳碳是非金屬元素，自然界存在的游離的碳有金剛石和石墨，它們是同素異構(gòu)體。3.碳在鐵碳合金中的存在形式有三種：C與Fe形成金屬化合物，即滲碳體；C以游離態(tài)的石墨存在于合金中。C溶于Fe的不同晶格中形成固溶體；A. 鐵素體：C溶于-Fe中所形成的間隙固溶體，體心立方晶格，用符號(hào)“F”或“”表示，鐵素體是一種強(qiáng)度和硬度低，而塑性和韌性好的相，鐵素體在室溫下可穩(wěn)定存在。B. 奧氏體：C溶于-Fe中所形成的間隙固溶體，面心立方晶格，用符號(hào)“A”或“”表示，奧氏體強(qiáng)度低、塑性好，鋼材的熱加工都在奧氏體相區(qū)進(jìn)行，奧氏體在高溫下可穩(wěn)定存在。C. C與Fe形成金屬化合物：即滲碳體Fe3C，F(xiàn)e與

9、C組成的金屬化合物，F(xiàn)e與C組成的金屬化合物，含碳量為6.69。以“Fe3C”或“Cm”符號(hào)表示，滲碳體的熔點(diǎn)為1227，硬度很高(HB800)而脆，塑性幾乎等于零。滲碳體在鋼和鑄鐵中，一般呈片狀、網(wǎng)狀或球狀存在。它的形狀和分布對(duì)鋼的性能影響很大，是鐵碳合金的重要強(qiáng)化相。碳在a-Fe中溶解度很低，所以常溫下碳以滲碳體或石墨的形式存在。3.3.2 鐵碳合金相圖的分析1.鐵碳合金相圖由三個(gè)相圖組成：包晶相圖、共晶相圖和共析相圖；2.相圖中有五個(gè)單相區(qū)：液相L、高溫鐵素體、鐵素體 、奧氏體 、滲碳體 Fe3C； 3.相圖中有三條水平線：HJB水平線（1495）：包晶線，發(fā)生包晶反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為奧氏體

10、。L0.53+0.090.17ECF水平線（1148）：共晶線，發(fā)生共晶反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物，稱為萊氏體，用“Le”表示。L 4.32.11+ Fe3CPSK水平線（727）：共析線，發(fā)生共析反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，稱為珠光體，用“P”表示。共析線又稱為A1線0.77F0.0218+ Fe3C4.圖中的特性點(diǎn)A點(diǎn)：純鐵的熔點(diǎn)C點(diǎn)：共晶點(diǎn)D點(diǎn): Fe3C的熔點(diǎn)E點(diǎn)：-Fe中的最大溶碳量G點(diǎn)：-Fe-Fe的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)J點(diǎn)：包晶點(diǎn)N點(diǎn)：-Fe-Fe的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)S點(diǎn)：共析點(diǎn)5.圖中的特性線ABCD液相線AHJECF固相線GS、GP為 -Fe固溶體轉(zhuǎn)變線

11、HN、JN為奧氏體A固溶體轉(zhuǎn)變線ES線為碳在奧氏體A中的固溶線，隨著溫度下降，C的溶解度下降，當(dāng)含碳量超過(guò)0.77%的鐵碳合金自1148冷卻到727時(shí)，會(huì)從奧氏體中析出滲碳體，稱為二次滲碳體，標(biāo)記為Fe3C。ES線又稱為Acm線。PQ線為碳在-Fe中的固溶線，隨著溫度下降，C的溶解度下降，鐵碳合金自727向室溫冷卻時(shí)，會(huì)從鐵素體中析出滲碳體，稱為三次滲碳體。標(biāo)記為Fe3C，但因?yàn)槲龀隽繕O少，在含碳量高的合金中不予以考慮。CD線是從液體中結(jié)晶出滲碳體的開始溫度線，從液體中結(jié)晶出的滲碳體稱為一次滲碳體，標(biāo)記為Fe3C。鐵碳合金：碳鋼和鑄鐵的統(tǒng)稱，都是以鐵和碳為基本組元的合金冬季(lylsg555)

12、技術(shù)：上將 財(cái)富：財(cái)神 積分：21109 經(jīng)驗(yàn)：13929 聲望：5199 時(shí)長(zhǎng)：136230個(gè)人資料 給他留言 帖子合集      舉報(bào) 回復(fù) 引用并回復(fù) 維護(hù)3.3.3 典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程一、鐵碳合金的分類1.工業(yè)純鐵（<0.0218%C）室溫下的平衡組織幾乎全部為鐵素體的鐵碳合金，工業(yè)上很少使用2.鋼（0.0218%-2.11%C）高溫組織為單相奧氏體，易于變形。根據(jù)室溫組織的不同分為三類亞共析鋼（0.0218%-0.77%C）：指室溫下的平衡組織為鐵素體與珠光體的鐵碳合金，有熟鐵之稱；共析鋼（0.77%C）：指室

13、溫下的平衡組織為珠光體的鐵碳合金，即碳素工具鋼中的T8鋼；過(guò)共析鋼（0.77%C- 2.11%C）：指室溫下的平衡組織為珠光體與二次滲碳體的鐵碳合金。3.白口鑄鐵（ 2.11% - 6.69%C）指液態(tài)結(jié)晶時(shí)都有共晶反應(yīng)且室溫下的平衡組織中皆含有變態(tài)萊氏體的一類鐵碳合金，其斷口白亮而得名，俗稱生鐵。亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵過(guò)共晶白口鑄鐵二、結(jié)合下圖，分析7種典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及其組織變化 冬季(lylsg555)技術(shù)：上將 財(cái)富：財(cái)神 積分：21109 經(jīng)驗(yàn)：13929 聲望：5199 時(shí)長(zhǎng)：136230個(gè)人資料 給他留言 帖子合集      舉報(bào) 回復(fù) 引用并回復(fù) 維護(hù)1. 工業(yè)純鐵的結(jié)晶過(guò)程（圖中合金）12點(diǎn)：勻晶反應(yīng)形成鐵素體23點(diǎn)：不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變34點(diǎn)：開始從鐵素體中析出奧氏體，4點(diǎn)后全部轉(zhuǎn)化為奧氏體45點(diǎn)：不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變56點(diǎn)：開始從奧氏體中析出鐵素體，6點(diǎn)后全部轉(zhuǎn)化為鐵素體67點(diǎn)：不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變7點(diǎn)以后:開始從鐵素體中析出三次滲碳體工業(yè)純鐵結(jié)晶過(guò)程的基本反應(yīng)：勻晶反應(yīng)十固溶體轉(zhuǎn)變反應(yīng)二次析出反應(yīng) 工業(yè)純鐵的室溫組織：F十Fe3C 純鐵的結(jié)晶過(guò)程中的組織變化過(guò)程冬季(lylsg555)技術(shù)：上將 財(cái)富：財(cái)神 積分：21109 經(jīng)驗(yàn)：13929 聲望：5199