項(xiàng)目一汽車工程材料

1、汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)項(xiàng)目一項(xiàng)目一 汽車工程材料汽車工程材料任務(wù)一任務(wù)一 汽車常用材料主要性能分析汽車常用材料主要性能分析任務(wù)二任務(wù)二 鐵碳合金鐵碳合金任務(wù)三任務(wù)三 汽車典型零件熱處理汽車典型零件熱處理任務(wù)四任務(wù)四 汽車零件汽車零件常用材料常用材料汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)任務(wù)任務(wù)引入引入圖圖1-1 1-1 汽車曲軸、活塞、齒輪汽車曲軸、活塞、齒輪汽車汽車曲軸、活塞、齒輪的曲軸、活塞、齒輪的主要性能有哪些？主要性能有哪些？汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)1 1掌握汽車常用材料的性能指標(biāo)。掌握汽車常用材料的性能指標(biāo)。2 2具有對(duì)不同汽車零件進(jìn)行主要性能具有對(duì)不同汽車零件進(jìn)行主要性

2、能 分析的能力分析的能力。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí) 一、一、金屬材料的使用性能金屬材料的使用性能 二、金屬材料的工藝性能二、金屬材料的工藝性能 汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 力學(xué)性能力學(xué)性能是指金屬材料在是指金屬材料在外力外力的作用下表現(xiàn)出來(lái)的作用下表現(xiàn)出來(lái)的特性。的特性。力力 學(xué)學(xué) 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo)強(qiáng)度強(qiáng)度硬度硬度疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度塑性塑性沖擊韌性沖擊韌性（一）力學(xué)性能（一）力學(xué)性能一、一、金屬材料的使用性能金屬材料的使用性能汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)（一）力學(xué)性能（一）力學(xué)性能兩個(gè)定義：兩個(gè)定義： 載荷載荷: : 金屬材料在加工及使用過(guò)程中所受到的金屬材料在加

3、工及使用過(guò)程中所受到的外力外力。 變形變形: : 金屬材料受金屬材料受載荷載荷作用而發(fā)生的幾何形狀和尺寸作用而發(fā)生的幾何形狀和尺寸 的變化稱為變形。的變化稱為變形。分類分類: : 靜載荷、沖擊載荷、變載荷靜載荷、沖擊載荷、變載荷分類分類: : 彈性變形、塑性變形彈性變形、塑性變形汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)A.A.拉伸試樣拉伸試樣按國(guó)標(biāo)規(guī)定按國(guó)標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣可分為：可分為： （1 1）板形試樣：板形試樣：原材原材料為板材或帶材。料為板材或帶材。短試樣短試樣l l0 0 5d5d0 0。 l l0 0為為試樣標(biāo)距試樣標(biāo)距，d d0 0為為試樣直徑試樣直徑。（2 2）圓形試樣：圓形試樣

4、：長(zhǎng)試樣長(zhǎng)試樣l l0 010d10d0 0，強(qiáng)度強(qiáng)度和和塑性塑性是根據(jù)是根據(jù)拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)測(cè)定出來(lái)的。測(cè)定出來(lái)的。標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣d d1 1汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣d d1 1汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 縮頸現(xiàn)象縮頸現(xiàn)象 拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸力拉伸力F F與與伸長(zhǎng)量伸長(zhǎng)量L L的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。 屈服屈服彈性彈性變形變形縮頸縮頸斷裂斷裂塑性塑性變形變形B.B.拉伸曲線（力拉伸曲線（力- -伸長(zhǎng)曲線）伸長(zhǎng)曲線）圖圖1-4 1-4 低碳鋼低碳鋼的拉伸曲線（應(yīng)力的拉伸曲線（應(yīng)力應(yīng)變曲線）應(yīng)變曲線）強(qiáng)化強(qiáng)化汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)

5、械基礎(chǔ)C.C.應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線（1 1）應(yīng)力應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上試樣承受的載荷。單位面積上試樣承受的載荷。（2 2）應(yīng)變：應(yīng)變：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的單位長(zhǎng)度的 伸長(zhǎng)量。伸長(zhǎng)量。應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線0 (MPa)FA0ll汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)1 1強(qiáng)度強(qiáng)度（1 1）屈服強(qiáng)度和規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力）屈服強(qiáng)度和規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力 材料的屈服強(qiáng)度（屈服極限），用材料的屈服強(qiáng)度（屈服極限），用 s s表示。表示。ss0 (MPa)FA 材料的材料的規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力，用，用 0.20.2表示。表示。0.20.20 (MPa)FA 強(qiáng)度強(qiáng)度是材料在載荷（外力）作用下抵抗是材料在載荷（

6、外力）作用下抵抗塑性變形塑性變形和和斷裂斷裂的的能力。能力。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 在拉伸試驗(yàn)中具在拉伸試驗(yàn)中具有有屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象的金屬材的金屬材料稱為料稱為塑性材料塑性材料，而，而工程上使用的金屬材工程上使用的金屬材料，大多數(shù)料，大多數(shù)沒(méi)有明顯沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象的屈服現(xiàn)象，這類金，這類金屬材料稱為屬材料稱為脆性材料脆性材料。有些脆性材料，不僅有些脆性材料，不僅沒(méi)有屈服現(xiàn)象，而且沒(méi)有屈服現(xiàn)象，而且也也不產(chǎn)生縮頸不產(chǎn)生縮頸。鑄鐵的拉伸曲線鑄鐵的拉伸曲線 汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)（2 2）抗拉強(qiáng)度）抗拉強(qiáng)度bb0 (MPa)FA 在工程上把在工程上把 稱為稱為屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比。 屈強(qiáng)比高屈強(qiáng)比高表

7、示材料的抗變形能力較強(qiáng)，不易發(fā)生塑性變形表示材料的抗變形能力較強(qiáng)，不易發(fā)生塑性變形，材料強(qiáng)度的有效利用率高；材料強(qiáng)度的有效利用率高； 屈強(qiáng)比低屈強(qiáng)比低表示材料的塑性較好，零件的安全可靠性越高。表示材料的塑性較好，零件的安全可靠性越高。sb/屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度和和抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度是機(jī)械零件設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)。是機(jī)械零件設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)。 材料的材料的抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度，用，用 b b表示。表示。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)2 2塑性塑性（1 1）斷后伸長(zhǎng)率）斷后伸長(zhǎng)率塑性塑性是材料斷裂前發(fā)生是材料斷裂前發(fā)生不可逆塑性變形不可逆塑性變形的能力。的能力。試樣拉斷后，試樣拉斷后，標(biāo)距伸長(zhǎng)量標(biāo)距伸長(zhǎng)量和和

8、原始標(biāo)距原始標(biāo)距的百分比。的百分比。100100%lll 5% 5%，塑性塑性材料；材料； 5% 5%，脆性脆性材料。材料。 長(zhǎng)試樣：長(zhǎng)試樣： ；短試樣：短試樣： 。105汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 試樣拉斷后，試樣拉斷后，橫截面積的縮減量橫截面積的縮減量與與原始橫截面積原始橫截面積的的百分比。百分比。（2 2）斷面收縮率）斷面收縮率010100%AAA 材料的材料的或或值越大值越大，表示材料的，表示材料的塑性越好塑性越好。塑性直接影。塑性直接影響到零件的成形加工及使用。響到零件的成形加工及使用。 汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)3 3硬度硬度 硬度硬度是指金屬材料抵抗是指金屬材料抵抗局部變形局部變形，

9、特別是，特別是塑性變形、壓痕塑性變形、壓痕或或劃傷劃傷的能力。的能力。布氏硬度布氏硬度 HB HB 洛氏硬度洛氏硬度 HR HR 維氏硬度維氏硬度 HVHV壓入法壓入法硬度試驗(yàn)方法：硬度試驗(yàn)方法：汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)（1 1）布氏硬度）布氏硬度壓頭壓頭淬火鋼球淬火鋼球 HBSHBS：布氏硬度值：布氏硬度值 450450的材料；的材料；硬質(zhì)合金球硬質(zhì)合金球 HBWHBW：布氏硬度值：布氏硬度值450450650650的材料。的材料。222HBS(HBW)0.1020.1020.102 ()FFFADhD DDd汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差?。ㄒ驂汉鄞螅瑪?shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。缺

10、點(diǎn)：缺點(diǎn)：壓痕面積較大，測(cè)量費(fèi)時(shí)，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。應(yīng)用：應(yīng)用：常用于測(cè)量較軟材料、灰鑄鐵、有色金屬、退火正火鋼材的硬度。不適于測(cè)量成品零件或薄件的硬度。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)（2 2）洛氏硬度）洛氏硬度壓頭壓頭120120金剛石圓錐體金剛石圓錐體 HRAHRA與與HRCHRC淬火鋼球淬火鋼球 HRBHRB初試驗(yàn)力初試驗(yàn)力F F1 1總試驗(yàn)力總試驗(yàn)力F F主試驗(yàn)力主試驗(yàn)力F F2 2F = FF = F1 1 + F+ F2 2汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)測(cè)量操作簡(jiǎn)單，方便快捷，壓痕小；測(cè)量范圍大，能測(cè)較薄工件。測(cè)量精度較低，可比性差，不同標(biāo)尺的硬度值不能比較。例如：例如

11、： 50HRC40HRC 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：應(yīng)用：應(yīng)用：可用于成品檢驗(yàn)和薄件表面硬度檢驗(yàn)。不適于測(cè)量組織不均勻材料。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)（3 3）維氏硬度）維氏硬度 與布氏硬度試驗(yàn)原理基本相同，只是改用與布氏硬度試驗(yàn)原理基本相同，只是改用金剛石四棱錐體金剛石四棱錐體作壓頭。作壓頭。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：可測(cè)較薄的硬化層可測(cè)較薄的硬化層及很軟、很硬的材料。及很軟、很硬的材料。2HV0.1020.1891壓痕FFSd汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)4 4沖擊韌性沖擊韌性 沖擊韌性沖擊韌性采采用的測(cè)定方法是用的測(cè)定方法是擺錘式一次沖擊擺錘式一次沖擊試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法。 沖擊韌性沖擊韌性是指金屬材料在沖擊載荷

12、作用下是指金屬材料在沖擊載荷作用下斷裂時(shí)吸收變形斷裂時(shí)吸收變形能量能量的能力。的能力。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)沖擊韌度沖擊韌度是指沖擊試樣是指沖擊試樣缺口處單位橫截面面積缺口處單位橫截面面積上的上的沖擊吸收功沖擊吸收功。2KK(J/cm )NAS 沖擊韌度沖擊韌度（ ）：）：K沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)原理示意圖原理示意圖K () (J)AGHGhG Hh沖擊吸收功：沖擊吸收功：汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)-40-20020204060TT，k k 急劇急劇，韌性韌性脆性脆性。韌脆轉(zhuǎn)變溫度：材料由韌脆轉(zhuǎn)變溫度：材料由韌性韌性狀態(tài)向狀態(tài)向脆性脆性狀態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度。狀態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度。K()T 汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基

13、礎(chǔ) Titanic Titanic鋼板鋼板強(qiáng)度強(qiáng)度高，高，韌韌性性很差，特別是在低溫呈很差，特別是在低溫呈脆性脆性，沖擊試樣是典型的沖擊試樣是典型的脆性斷口脆性斷口，近代船用鋼板的沖擊試樣則具近代船用鋼板的沖擊試樣則具有相當(dāng)好的有相當(dāng)好的韌性韌性。 Titanic Titanic鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗(yàn)結(jié)果鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗(yàn)結(jié)果TitanicTitanic沉沒(méi)原因：沉沒(méi)原因：汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 疲勞強(qiáng)度（疲勞強(qiáng)度（-1-1 ）是材料在無(wú)數(shù)次重復(fù)的交變載荷作用是材料在無(wú)數(shù)次重復(fù)的交變載荷作用下不發(fā)生斷裂的下不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力最大應(yīng)力，其大小與

14、應(yīng)力變化的其大小與應(yīng)力變化的次數(shù)次數(shù)有關(guān)。有關(guān)。5.5.疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，零部件在一處或幾處產(chǎn)生局在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，零部件在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后，產(chǎn)生裂紋或突然產(chǎn)部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后，產(chǎn)生裂紋或突然產(chǎn)生斷裂的過(guò)程，這種破壞稱為生斷裂的過(guò)程，這種破壞稱為疲勞破壞疲勞破壞（或疲勞斷裂）。（或疲勞斷裂）。對(duì)于對(duì)于黑色金屬（鋼材）黑色金屬（鋼材）規(guī)定循環(huán)次數(shù)為規(guī)定循環(huán)次數(shù)為N=10N=107 7次，對(duì)應(yīng)次，對(duì)應(yīng)有有色金屬色金屬循環(huán)次數(shù)為循環(huán)次數(shù)為N=10N=108 8次。次。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)（二二）物理物理性能性能1.1

15、.密度；密度；2.2.熔點(diǎn)；熔點(diǎn)；3.3.導(dǎo)熱性；導(dǎo)熱性； 4.4.導(dǎo)電性；導(dǎo)電性；5.5.熱膨脹性。熱膨脹性。金屬材料的金屬材料的物理性能物理性能是指金屬固有的屬性。是指金屬固有的屬性。 物物 理理 性性 能能汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)（三三）化學(xué)化學(xué)性能性能 化化 學(xué)學(xué) 性性 能能1.1.耐腐蝕性；耐腐蝕性；2.2.抗氧化性；抗氧化性；3.3.化學(xué)穩(wěn)定性?；瘜W(xué)穩(wěn)定性。 化學(xué)性能化學(xué)性能是指金屬材料在是指金屬材料在常溫或高溫條件下常溫或高溫條件下抵抵抗抗外界介質(zhì)外界介質(zhì)對(duì)其對(duì)其化學(xué)侵蝕化學(xué)侵蝕的能力。的能力。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)二、金屬材料的工藝性能二、金屬材料的工藝性能金屬材料的金屬材料

16、的工藝性能工藝性能是指材料加工成形的難易程度。是指材料加工成形的難易程度。零件冷軋、冷拔、冷沖機(jī)加工焊接材板材、棒材、型材、管熱軋機(jī)加工鍛件熱鍛鑄錠機(jī)加工鑄件鑄造冶煉 工藝性能往往是由工藝性能往往是由物理性能、化學(xué)性能物理性能、化學(xué)性能和和力學(xué)性能力學(xué)性能綜合作用所決綜合作用所決定的，不能簡(jiǎn)單用一個(gè)物理參數(shù)來(lái)表示。定的，不能簡(jiǎn)單用一個(gè)物理參數(shù)來(lái)表示。 零件的制造過(guò)程：零件的制造過(guò)程：1 1鑄造性能鑄造性能2 2鍛造性能鍛造性能3 3焊接性能焊接性能4 4切削加工性能切削加工性能汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)3 3焊接性能焊接性能鑄造性能鑄造性能是指金屬在鑄造生產(chǎn)中表現(xiàn)出的工藝性能。是指金屬在鑄造生產(chǎn)

17、中表現(xiàn)出的工藝性能。 焊接性能焊接性能是指金屬材料對(duì)焊接成形的適應(yīng)性，也就是指是指金屬材料對(duì)焊接成形的適應(yīng)性，也就是指在一定的焊接工藝條件下，金屬材料獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難在一定的焊接工藝條件下，金屬材料獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。易程度。 切削加工性能切削加工性能是指金屬材料被切削加工的難易程度。是指金屬材料被切削加工的難易程度。鍛造性能鍛造性能是指鍛造金屬材料的難易程度。是指鍛造金屬材料的難易程度。1 1鑄造鑄造性能性能2 2鍛造鍛造性能性能4 4切削加工切削加工性能性能汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)任務(wù)任務(wù)實(shí)施實(shí)施 一、汽車曲軸的主要性能分析一、汽車曲軸的主要性能分析 二、二、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的主

18、要性能分析汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的主要性能分析 三、汽車變速器齒輪的主要性能分析三、汽車變速器齒輪的主要性能分析汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)一、汽車曲軸的主要性能分析一、汽車曲軸的主要性能分析1 1具有高的具有高的強(qiáng)度強(qiáng)度、一定的、一定的沖擊韌性沖擊韌性，以抵抗沖擊載荷。，以抵抗沖擊載荷。2 2具有足夠的彎曲和扭轉(zhuǎn)具有足夠的彎曲和扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度，以抵抗彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷。，以抵抗彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷。3 3具有足夠的具有足夠的剛度剛度，以抵抗曲軸磨損變形。，以抵抗曲軸磨損變形。4 4軸頸表面軸頸表面具有高的具有高的硬度硬度和和耐磨性耐磨性。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)二二、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的主要性能分析、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)

19、活塞的主要性能分析1 1要有足夠的要有足夠的強(qiáng)度強(qiáng)度，以抵抗不同載荷。，以抵抗不同載荷。2 2要有足夠的要有足夠的剛度剛度，以抵抗變形磨損。，以抵抗變形磨損。3 3導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性好，耐高壓、耐高溫，以適應(yīng)惡劣的工作條件。好，耐高壓、耐高溫，以適應(yīng)惡劣的工作條件。4 4耐腐蝕性耐腐蝕性好，以抵抗燃?xì)獾幕瘜W(xué)腐蝕。好，以抵抗燃?xì)獾幕瘜W(xué)腐蝕。5 5質(zhì)量小，重量輕質(zhì)量小，重量輕，盡可能減小往復(fù)慣性力。，盡可能減小往復(fù)慣性力。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)三三、汽車、汽車變速器齒輪變速器齒輪的主要性能分析的主要性能分析1 1齒面有足夠的齒面有足夠的硬度硬度，以抵抗齒面磨損、點(diǎn)蝕、膠合以及，以抵抗齒面磨損、點(diǎn)蝕、膠

20、合以及 塑性變形等。塑性變形等。2 2齒心有足夠的齒心有足夠的強(qiáng)度強(qiáng)度和較好的和較好的韌性韌性，以抵抗齒根折斷和沖，以抵抗齒根折斷和沖 擊載荷。擊載荷。3 3有良好的有良好的加工工藝性能加工工藝性能及及熱處理性能熱處理性能，使之便于加工且，使之便于加工且 便于提高其力學(xué)性能便于提高其力學(xué)性能。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)任務(wù)任務(wù)引入引入 鋼和鑄鐵都是以鐵和碳為主要元素組成的合鋼和鑄鐵都是以鐵和碳為主要元素組成的合金，統(tǒng)稱為金，統(tǒng)稱為鐵碳合金鐵碳合金。鐵碳合金鐵碳合金基本組織包含哪基本組織包含哪些，力學(xué)性能如何？鐵碳合金相圖有哪些應(yīng)用？些，力學(xué)性能如何？鐵碳合金相圖有哪些應(yīng)用

21、？汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)1 1掌握金屬的晶體結(jié)構(gòu)和同素異晶轉(zhuǎn)變。掌握金屬的晶體結(jié)構(gòu)和同素異晶轉(zhuǎn)變。2 2掌握鐵碳合金的基本組織。掌握鐵碳合金的基本組織。3. 3. 掌握鐵碳合金相圖的應(yīng)用。掌握鐵碳合金相圖的應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí) 一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)和同素異晶轉(zhuǎn)變一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)和同素異晶轉(zhuǎn)變 二、合金的晶體結(jié)構(gòu)二、合金的晶體結(jié)構(gòu) 三、三、鐵碳合金的基本組織鐵碳合金的基本組織 四、鐵碳合金相圖四、鐵碳合金相圖 五、五、鐵碳合金的分類鐵碳合金的分類汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)與同素異晶轉(zhuǎn)變一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)與同素異晶轉(zhuǎn)變（1 1）晶體和非晶

22、體）晶體和非晶體 晶晶 體：體：原子在空間原子在空間呈有序排列的呈有序排列的固態(tài)物質(zhì)固態(tài)物質(zhì)。 具有規(guī)則的外形；具有規(guī)則的外形； 具有一定的熔點(diǎn)；具有一定的熔點(diǎn)； 具有具有各向異性各向異性。 沒(méi)有規(guī)則的外形；沒(méi)有規(guī)則的外形； 沒(méi)有固定的熔點(diǎn)；沒(méi)有固定的熔點(diǎn)； 具有具有各向同性各向同性。 非晶體：非晶體：原子或分子原子或分子無(wú)規(guī)則的堆積在一起的無(wú)規(guī)則的堆積在一起的固固態(tài)物質(zhì)態(tài)物質(zhì)。固態(tài)物質(zhì)根據(jù)其原子排列特征，可分為固態(tài)物質(zhì)根據(jù)其原子排列特征，可分為晶體晶體和和非晶體非晶體兩類。兩類。1.1.金屬的金屬的晶體晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)：指在晶體內(nèi)部，原子、離子或原子集

23、團(tuán)指在晶體內(nèi)部，原子、離子或原子集團(tuán)規(guī)則排列的規(guī)則排列的方式方式。晶格：晶格：抽象的用于描述原子在晶體中排列方式的抽象的用于描述原子在晶體中排列方式的空間幾何格架空間幾何格架。 晶胞：晶胞：組成晶格的能反映其特征和規(guī)律的組成晶格的能反映其特征和規(guī)律的最基本幾何單元最基本幾何單元。（2 2）晶格和晶胞）晶格和晶胞 原子排列原子排列晶格晶格晶胞晶胞汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)（3 3）三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)）三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)-鐵（鐵（912912以下的鈍鐵）、以下的鈍鐵）、鉻、鉬、鎢、釩鉻、鉬、鎢、釩體心立方晶格示意圖體心立方晶格示意圖 原子排列原子排列 晶格晶格 晶胞晶胞 體心立方晶格體心立方

24、晶格汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)-鐵（鐵（13941394912912的鈍鐵）、的鈍鐵）、銅、鋁、鎳等銅、鋁、鎳等 原子排列原子排列 晶格晶格 晶胞晶胞 面心立方晶格示意圖面心立方晶格示意圖 面心立方晶格面心立方晶格汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)鈹、鎂、鋅、鎘等鈹、鎂、鋅、鎘等原子排列原子排列 晶格晶格 晶胞晶胞密排六方晶格示意圖密排六方晶格示意圖 密排六方晶格密排六方晶格汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)（4 4）實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)）實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)由許多晶粒組成的晶體稱為由許多晶粒組成的晶體稱為多晶體多晶體，實(shí)際金屬就是多晶體。，實(shí)際金屬就是多晶體。實(shí)際金屬實(shí)際金屬晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)晶

25、體缺陷：晶體缺陷： 點(diǎn)缺陷：點(diǎn)缺陷：不規(guī)則區(qū)域在空間三個(gè)方向上的尺寸都很小，不規(guī)則區(qū)域在空間三個(gè)方向上的尺寸都很小，主要是主要是空位、間隙原子、置換原子空位、間隙原子、置換原子。 實(shí)際晶體中，排列不規(guī)則的區(qū)域稱為實(shí)際晶體中，排列不規(guī)則的區(qū)域稱為晶體缺陷晶體缺陷。 在實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，晶格的某些結(jié)點(diǎn)上沒(méi)有原子，則稱這在實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，晶格的某些結(jié)點(diǎn)上沒(méi)有原子，則稱這結(jié)點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)為空位空位。位于晶格空隙之間的原子稱為。位于晶格空隙之間的原子稱為間隙原子間隙原子。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 線缺陷：線缺陷：不規(guī)則區(qū)域在一個(gè)方向的尺寸很大，在另外兩不規(guī)則區(qū)域在一個(gè)方向的尺寸很大，在另外兩個(gè)方向的尺寸都很小，

26、主要是個(gè)方向的尺寸都很小，主要是位錯(cuò)位錯(cuò)，即晶體中某處有一列或若干，即晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 面缺陷：面缺陷：一維尺度很小，而二維尺度較大的原子錯(cuò)排區(qū)域，一維尺度很小，而二維尺度較大的原子錯(cuò)排區(qū)域，主要是主要是晶界晶界和和亞晶界亞晶界。 汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)2 2金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶（1 1）結(jié)晶的基本概念）結(jié)晶的基本概念 結(jié)晶：結(jié)晶：物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程稱為物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程稱為凝固凝固，凝固后的，凝固后的固態(tài)物質(zhì)可以為固態(tài)物質(zhì)可以為晶態(tài)晶態(tài)，也可以為，也可以為非晶態(tài)非晶態(tài)。如果通過(guò)凝固形成。如果通過(guò)

27、凝固形成晶體晶體，稱為，稱為結(jié)晶結(jié)晶。 金屬材料的凝固金屬材料的凝固是典型的是典型的結(jié)晶結(jié)晶過(guò)程，而過(guò)程，而玻璃的凝固玻璃的凝固過(guò)程過(guò)程是是非晶體凝固非晶體凝固過(guò)程。過(guò)程。金屬的結(jié)晶：金屬的結(jié)晶：是指液態(tài)金屬凝固成固態(tài)金屬晶體的過(guò)程。是指液態(tài)金屬凝固成固態(tài)金屬晶體的過(guò)程。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)純液態(tài)金屬純液態(tài)金屬的冷卻曲線的冷卻曲線（理想狀態(tài)理想狀態(tài)）純液態(tài)金屬純液態(tài)金屬的冷卻曲線的冷卻曲線（實(shí)際狀態(tài)實(shí)際狀態(tài)）時(shí)間時(shí)間/s s0T T0 0：理論結(jié)晶溫度：理論結(jié)晶溫度T T1 1：實(shí)際結(jié)晶溫度：實(shí)際結(jié)晶溫度 T = TT = T0 0-T-T1 1（過(guò)冷度過(guò)冷度）T T0 0溫度溫度/CT

28、T1 1時(shí)間時(shí)間/s sa a：結(jié)晶開(kāi)始點(diǎn)結(jié)晶開(kāi)始點(diǎn) b b：結(jié)晶終了點(diǎn)：結(jié)晶終了點(diǎn)溫度溫度/CT T0 0 ab0 結(jié)晶平臺(tái)：由結(jié)晶平臺(tái)：由結(jié)晶潛熱結(jié)晶潛熱導(dǎo)致，即金屬液固轉(zhuǎn)變所導(dǎo)致，即金屬液固轉(zhuǎn)變所釋放的潛熱釋放的潛熱與與系系統(tǒng)散熱量統(tǒng)散熱量相等的結(jié)果。相等的結(jié)果。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)（2 2）金屬的結(jié)晶過(guò)程）金屬的結(jié)晶過(guò)程從從宏觀角度宏觀角度看結(jié)晶規(guī)律：看結(jié)晶規(guī)律： 結(jié)晶是在一定的結(jié)晶是在一定的過(guò)冷度過(guò)冷度下完成的，即存在下完成的，即存在過(guò)冷現(xiàn)象過(guò)冷現(xiàn)象。 結(jié)晶過(guò)程是在結(jié)晶過(guò)程是在恒溫恒溫下完成的。下完成的。包括晶核包括晶核形核形核和和長(zhǎng)大長(zhǎng)大兩個(gè)基本過(guò)程。兩個(gè)基本過(guò)程。 形核形核方

29、式：方式：自發(fā)形核自發(fā)形核與與非自發(fā)形核非自發(fā)形核 長(zhǎng)大長(zhǎng)大方式：方式：平面方式平面方式與與樹(shù)枝狀方式樹(shù)枝狀方式從從微觀角度微觀角度看結(jié)晶規(guī)律：看結(jié)晶規(guī)律：汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) * *自發(fā)形核自發(fā)形核 從液態(tài)內(nèi)部由金屬本身原子從液態(tài)內(nèi)部由金屬本身原子自發(fā)長(zhǎng)出結(jié)晶核心自發(fā)長(zhǎng)出結(jié)晶核心的的過(guò)程叫做自發(fā)形核，形成的過(guò)程叫做自發(fā)形核，形成的結(jié)晶核心結(jié)晶核心叫做叫做自發(fā)晶核自發(fā)晶核。 * *非自發(fā)形核非自發(fā)形核 依附于雜質(zhì)依附于雜質(zhì)而生成晶核的過(guò)程叫做非自發(fā)形核，而生成晶核的過(guò)程叫做非自發(fā)形核，形成的形成的結(jié)晶核心結(jié)晶核心叫做叫做非自發(fā)晶核非自發(fā)晶核。 晶核的形成晶核的形成汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)均

30、勻長(zhǎng)大均勻長(zhǎng)大 晶核的長(zhǎng)大晶核的長(zhǎng)大樹(shù)枝狀方式樹(shù)枝狀方式平面方式平面方式汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)結(jié)論：金屬的結(jié)晶過(guò)程形核與長(zhǎng)大過(guò)程。金屬液形成晶核晶核長(zhǎng)大形成晶體汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)3 3金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變體心立體心立方晶格方晶格 體心立體心立方晶格方晶格 面心立面心立方晶格方晶格 物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：純鐵在純鐵在15381538熔熔化，純鐵液體化，純鐵液體結(jié)結(jié)晶晶為固體后，在為固體后，在冷卻至室溫過(guò)程冷卻至室溫過(guò)程中，經(jīng)歷兩次中，經(jīng)歷兩次同同素異晶素異晶轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 同素異晶：同素異晶：元素相同，結(jié)構(gòu)元素相同，結(jié)構(gòu)不同。不同。 二次結(jié)晶二次結(jié)晶汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)

31、合金：合金：由兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬元素與非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元素組成的具有金屬性質(zhì)金屬性質(zhì)的物質(zhì)。的物質(zhì)。組元：組元：組成合金的組成合金的基本物質(zhì)基本物質(zhì)。 相：相：指金屬或合金中具有相同成分、相同結(jié)構(gòu)并以界面指金屬或合金中具有相同成分、相同結(jié)構(gòu)并以界面相互分開(kāi)的相互分開(kāi)的各個(gè)均勻的組成部分各個(gè)均勻的組成部分。 組織：組織：指用肉眼或借助于放大鏡、顯微鏡觀察到的指用肉眼或借助于放大鏡、顯微鏡觀察到的材料材料內(nèi)部的形態(tài)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的形態(tài)結(jié)構(gòu)。 如如: : 黃銅：黃銅：Cu-ZnCu-Zn，鋁合金：，鋁合金：Al-SiAl-Si。1.1.合金的

32、組元合金的組元二、合金的晶體結(jié)構(gòu)二、合金的晶體結(jié)構(gòu)2.2.相和組織相和組織汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 根據(jù)構(gòu)成合金各組元之間相互作用的不同，固態(tài)合金的相可分根據(jù)構(gòu)成合金各組元之間相互作用的不同，固態(tài)合金的相可分為為固溶體、金屬化合物固溶體、金屬化合物和和機(jī)械混合物機(jī)械混合物三類。三類。 固溶體固溶體3.3.合金的組織合金的組織固溶體固溶體強(qiáng)度、硬度較低，塑性、韌性較好強(qiáng)度、硬度較低，塑性、韌性較好。 汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 金屬化合物金屬化合物 機(jī)械混合物機(jī)械混合物 金屬化合物金屬化合物是合金組元是合金組元之間相互發(fā)生作用而形成具之間相互發(fā)生作用而形成具有金屬特性的一種有金屬特性的一種新相新相

33、。 金屬化合物金屬化合物晶體結(jié)構(gòu)復(fù)晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熔點(diǎn)高，硬而脆。雜，熔點(diǎn)高，硬而脆。 機(jī)械混合物的性能介于固溶體和金屬化合物之間，即機(jī)械混合物的性能介于固溶體和金屬化合物之間，即強(qiáng)度、硬度較高，塑性、韌性較好強(qiáng)度、硬度較高，塑性、韌性較好。 汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)三、鐵碳合金的基本組織三、鐵碳合金的基本組織 1.1.鐵素體：鐵素體：碳溶解在碳溶解在-Fe-Fe中的間隙固溶體（中的間隙固溶體（F F），它仍保持），它仍保持-Fe-Fe的的體心立方晶格體心立方晶格結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 由于由于-Fe-Fe晶粒間隙小，碳在晶粒間隙小，碳在-Fe-Fe中溶解度極小，室溫時(shí)僅中溶解度極小，室溫時(shí)僅為為0.00

34、08%0.0008%， 727727最大為最大為0.0218%0.0218%，所以是幾乎不含碳的純鐵。，所以是幾乎不含碳的純鐵。 塑性塑性和和沖擊韌度較好沖擊韌度較好，而，而強(qiáng)度、硬度較低強(qiáng)度、硬度較低。鐵素體原子排列鐵素體原子排列汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 因晶格間隙較大，碳在因晶格間隙較大，碳在-Fe-Fe中的解度要比在中的解度要比在-Fe-Fe中大，在中大，在727727時(shí)為時(shí)為0.77%0.77%，在，在11481148時(shí)溶解度最大，可達(dá)時(shí)溶解度最大，可達(dá)2.11%2.11%。 奧氏體的奧氏體的強(qiáng)度強(qiáng)度、硬度較低硬度較低，但，但具有良好的塑性具有良好的塑性，是絕大多數(shù)，是絕大多數(shù)鋼高溫進(jìn)

35、行壓力加工的理想組織。鋼高溫進(jìn)行壓力加工的理想組織。 2. 2.奧氏體：奧氏體：碳溶解在碳溶解在-Fe-Fe中的間隙固溶體（中的間隙固溶體（A A），它扔保持），它扔保持-Fe-Fe的的面心立方晶格面心立方晶格結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。奧氏體原子排列奧氏體原子排列汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 3.3.滲碳體：滲碳體：鐵與碳形成的金屬化合物（鐵與碳形成的金屬化合物（FeFe3 3C C）。含碳量為）。含碳量為6.69%6.69%，硬度很高硬度很高（大于（大于800HBW800HBW），），脆性大脆性大，塑性塑性和和沖擊韌度幾沖擊韌度幾乎為零乎為零。 4. 4.珠光體：珠光體：鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物（鐵素體

36、和滲碳體組成的機(jī)械混合物（P P）。）。力學(xué)力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間，性能介于鐵素體和滲碳體之間，綜合性能良好綜合性能良好。即。即強(qiáng)度較好強(qiáng)度較好，硬硬度適中度適中，并具有一定的塑性。并具有一定的塑性。 鐵素體、奧氏體、滲碳體鐵素體、奧氏體、滲碳體屬于屬于單相組織單相組織，珠光體、萊氏體珠光體、萊氏體屬屬于于兩相混合組織兩相混合組織。 5.5.萊氏體：萊氏體：奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物（奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物（L Ld d）。）。萊氏萊氏體中由于大量滲碳體存在，其性能與滲碳體相似，即體中由于大量滲碳體存在，其性能與滲碳體相似，即硬度高硬度高，塑塑性差。性差。 汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)

37、機(jī)械基礎(chǔ)鐵碳合金中的基本相：鐵碳合金中的基本相： 在在鐵碳合金中鐵碳合金中一共有一共有三個(gè)相三個(gè)相，即，即鐵素體、奧氏體鐵素體、奧氏體和和滲碳體滲碳體。 但但一般僅存在于一般僅存在于，所以，所以室溫下室溫下所有所有的鐵碳合金中只有的鐵碳合金中只有兩個(gè)相兩個(gè)相，就是，就是鐵素體鐵素體和和滲碳體滲碳體。 由于鐵素體中的含碳量非常少，所以可以認(rèn)為由于鐵素體中的含碳量非常少，所以可以認(rèn)為鐵鐵碳合金碳合金中的中的碳碳絕大部分存在于絕大部分存在于滲碳體滲碳體中。中。 汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)四、鐵碳合金相圖四、鐵碳合金相圖Fe3CFe2CFeC溫度溫度FeC(6.69%C)FeCFeC二元相圖二元相圖汽車

38、汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)PSKPSK共析線共析線-A-A1 1線線ECFECF共晶線共晶線ACDACD線線液相線液相線AECFAECF線線固相線固相線GSGS線線-A-A3 3 線線ESES線線-A-Acmcm線線純鐵的純鐵的熔點(diǎn)熔點(diǎn)15381538共晶點(diǎn)共晶點(diǎn)11481148滲碳體熔點(diǎn)滲碳體熔點(diǎn)12271227共析點(diǎn)共析點(diǎn)727727同素異同素異晶轉(zhuǎn)變晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)點(diǎn)912912碳在奧氏體中的最碳在奧氏體中的最大溶解度點(diǎn)大溶解度點(diǎn)11481148汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 特性點(diǎn)特性點(diǎn) 的符號(hào)的符號(hào) 溫度溫度 t/t/ 含碳量含碳量 w wc c% % 含含 義義A AB BC CD DE EG GP

39、PS S 15381538 1495 1495 1148 1148 1227 1227 1148 1148 912 912 727 727 727 727 0 00.530.534.34.36.696.692.112.110 00.02180.02180.770.77純鐵熔點(diǎn)純鐵熔點(diǎn)包晶反應(yīng)液態(tài)合金的濃度包晶反應(yīng)液態(tài)合金的濃度共晶點(diǎn)共晶點(diǎn) 滲碳體的熔點(diǎn)滲碳體的熔點(diǎn)（計(jì)算值計(jì)算值）碳在碳在-Fe-Fe中的最大溶解度點(diǎn)中的最大溶解度點(diǎn)-Fe -Fe -Fe-Fe同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)碳在碳在-Fe-Fe中的最大溶解度點(diǎn)中的最大溶解度點(diǎn)共析點(diǎn)共析點(diǎn)鐵碳合金相圖中主要特性點(diǎn)的含義鐵碳合金相圖中主

40、要特性點(diǎn)的含義汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖相區(qū)分析相圖相區(qū)分析 單相區(qū)單相區(qū)-5 5個(gè)個(gè): : 液相區(qū)（液相區(qū)（L L）-ABCD-ABCD以上區(qū)域；以上區(qū)域； 固溶體區(qū)（固溶體區(qū)（）-AHNA-AHNA； 奧氏體區(qū)（奧氏體區(qū)（A A）-NJESGN-NJESGN； 鐵素體區(qū)（鐵素體區(qū)（F F）-GPQ-GPQ； 滲碳體區(qū)（滲碳體區(qū)（FeFe3 3C C）-DFKL-DFKL線段區(qū)域。線段區(qū)域。兩相區(qū)兩相區(qū)-7 7個(gè)個(gè): 7: 7個(gè)兩相區(qū)分別存在于兩個(gè)相應(yīng)的單相區(qū)之間。個(gè)兩相區(qū)分別存在于兩個(gè)相應(yīng)的單相區(qū)之間。 L +-AHJBAL +-AHJBA； A +-HN

41、JHA +-HNJH； L + A-BJECBL + A-BJECB； L + FeL + Fe3 3C-DCFDC-DCFD； A + F-GPSGA + F-GPSG； A + FeA + Fe3 3C-ESKFCEC-ESKFCE； F + FeF + Fe3 3C-PQLKSPC-PQLKSP。三相區(qū)三相區(qū)-3 3個(gè)個(gè): : （三個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變：包晶、共晶、共析）（三個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變：包晶、共晶、共析） 包晶線包晶線-（發(fā)生在（發(fā)生在14951495）水平線）水平線HJBHJB（L + + AL + + A）；）； 共晶線共晶線-（發(fā)生在（發(fā)生在11481148）水平線）水平線ECFECF（L

42、+ A + FeL + A + Fe3 3C C）；）； 共析線共析線-（發(fā)生在（發(fā)生在 727727）水平線）水平線PSKPSK（F + A + FeF + A + Fe3 3C C）。）。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)亞共亞共析鋼析鋼過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 過(guò)共晶白口鑄鐵過(guò)共晶白口鑄鐵 亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵工工業(yè)業(yè)純純鐵鐵共共析析鋼鋼共共晶晶白白口口鑄鑄鐵鐵汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)五、鐵碳合金的分類五、鐵碳合金的分類根據(jù)相圖，將鐵碳合金分為根據(jù)相圖，將鐵碳合金分為三大類三大類7 7種：種：1.1.工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵： wc 0.0218%0.0218%； 2.2.鋼：鋼：（0.02182.11%

43、0.02182.11%）亞共析鋼（亞共析鋼（0.02180.77%0.02180.77%） 共析鋼（共析鋼（0.77%0.77%） 過(guò)共析鋼（過(guò)共析鋼（0.772.11%0.772.11%） 3.3.白口鑄鐵：白口鑄鐵：（2.116.69%2.116.69%）亞共晶白口鑄鐵（亞共晶白口鑄鐵（2.114.30%2.114.30%） 共晶白口鑄鐵（共晶白口鑄鐵（4.30%4.30%） 過(guò)共晶白口鑄鐵（過(guò)共晶白口鑄鐵（4.306.69%4.306.69%） 低碳鋼低碳鋼（0.02180.25%0.02180.25%）中碳鋼中碳鋼（0.250.6%0.250.6%）高碳鋼高碳鋼（0.61.5%0.61

44、.5%）工程實(shí)踐工程實(shí)踐中鋼的分類：中鋼的分類：汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)任務(wù)任務(wù)實(shí)施實(shí)施 一、鐵碳合金的基本組織及其力學(xué)性能一、鐵碳合金的基本組織及其力學(xué)性能 二、鐵碳合金相圖二、鐵碳合金相圖在選材方面的應(yīng)用在選材方面的應(yīng)用 三、三、鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖在熱處理工藝方面的應(yīng)用在熱處理工藝方面的應(yīng)用汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)一、鐵碳合金的基本組織及其力學(xué)性能一、鐵碳合金的基本組織及其力學(xué)性能1 1鐵素體鐵素體 鐵素體的強(qiáng)度、硬度很低，其硬度值為鐵素體的強(qiáng)度、硬度很低，其硬度值為505080HBS80HBS， 但它具有良好的塑性和韌性。但它具有良好的塑性和韌性。2 2奧氏體奧氏體 奧氏體具有良好

45、的塑性和較低的變形抗力。奧氏體具有良好的塑性和較低的變形抗力。3 3滲碳體滲碳體 滲碳體的硬度高、脆性大，塑性和沖擊韌度幾乎等于滲碳體的硬度高、脆性大，塑性和沖擊韌度幾乎等于 零，在鋼中起強(qiáng)化作用。零，在鋼中起強(qiáng)化作用。4 4珠光體珠光體 珠光體的力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間。珠光體的力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間。5 5萊氏體萊氏體 萊氏體的性能和滲碳體相似，硬度很高約萊氏體的性能和滲碳體相似，硬度很高約700HBW700HBW，塑，塑 性極差。性極差。 汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)二、在選材方面的應(yīng)用二、在選材方面的應(yīng)用 需要塑性、韌性好的材料，可選用低碳鋼；對(duì)工作中承受沖需要塑性、韌性好的

46、材料，可選用低碳鋼；對(duì)工作中承受沖擊載荷和要求較高強(qiáng)度的各種機(jī)械零件，希望強(qiáng)度和韌性都比較擊載荷和要求較高強(qiáng)度的各種機(jī)械零件，希望強(qiáng)度和韌性都比較好，可選用中碳鋼；制造各種切削工具、模具及量具時(shí)，需要高好，可選用中碳鋼；制造各種切削工具、模具及量具時(shí)，需要高的硬度、耐磨性，可選用高碳鋼。對(duì)于形狀復(fù)雜的箱體、機(jī)器底的硬度、耐磨性，可選用高碳鋼。對(duì)于形狀復(fù)雜的箱體、機(jī)器底座等，可選用熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好的鑄鐵材料。座等，可選用熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好的鑄鐵材料。 鐵碳合金在固態(tài)加熱或冷卻過(guò)程中均有相的變化，所以鋼和鐵碳合金在固態(tài)加熱或冷卻過(guò)程中均有相的變化，所以鋼和鑄鐵可以進(jìn)行有相變的退火、正火、淬火和回火等

47、熱處理。奧氏鑄鐵可以進(jìn)行有相變的退火、正火、淬火和回火等熱處理。奧氏體有溶解碳和其他合金元素的能力，而且溶解度隨溫度的提高而體有溶解碳和其他合金元素的能力，而且溶解度隨溫度的提高而增加。增加。三、在熱處理方面的應(yīng)用三、在熱處理方面的應(yīng)用汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)任務(wù)任務(wù)引入引入 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸頸處要求有汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸頸處要求有高的硬度和耐磨高的硬度和耐磨性性；汽車齒輪要求齒面具有；汽車齒輪要求齒面具有足夠的硬度，同時(shí)齒心足夠的硬度，同時(shí)齒心具有較好的韌性具有較好的韌性。 為達(dá)到使用要求，曲軸、齒輪必須進(jìn)行為達(dá)到使用要求，曲軸、齒輪必須進(jìn)行熱處理。熱處理。那么，那么，它

48、們采用了哪些熱處理工藝它們采用了哪些熱處理工藝，其作用如何？，其作用如何？汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)1 1掌握鋼的熱處理概念。掌握鋼的熱處理概念。2 2掌握汽車典型零件的熱處理方法及應(yīng)用。掌握汽車典型零件的熱處理方法及應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí) 一、一、鋼的熱處理的組織改變?cè)礓摰臒崽幚淼慕M織改變?cè)?二、鋼的熱處理二、鋼的熱處理汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 熱處理熱處理是將鋼鐵材料在是將鋼鐵材料在固態(tài)下固態(tài)下以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫加熱、保溫和和冷卻冷卻，以獲得所需組織和性能的工藝過(guò)程，可用，以獲得所需組織和性能的工藝過(guò)程，可用下下圖所示的工圖

49、所示的工藝曲線表示。藝曲線表示。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)一、鋼的熱處理的組織改變?cè)硪?、鋼的熱處理的組織改變?cè)? 1鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變（1 1）鋼的相變點(diǎn)）鋼的相變點(diǎn)平衡平衡相變相變點(diǎn)：點(diǎn)：加熱加熱相變相變點(diǎn)：點(diǎn)：冷卻冷卻相變相變點(diǎn)：點(diǎn)：A A1 1、A A3 3、A AcmcmAcAc1 1、AcAc3 3、AcAccmcmArAr1 1、ArAr3 3、ArArcmcmu加熱工序目的：加熱工序目的：得到奧氏體（得到奧氏體（A A）。）。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)F FFeFe3 3C CA A未溶未溶FeFe3 3C C殘余殘余FeFe3 3C CA AA A共析鋼中奧氏體形

50、成過(guò)程示意圖共析鋼中奧氏體形成過(guò)程示意圖（1 1）奧氏體晶核的形成）奧氏體晶核的形成 （2 2）奧氏體晶核的長(zhǎng)大）奧氏體晶核的長(zhǎng)大（3 3）剩余滲碳體的溶解）剩余滲碳體的溶解 （4 4）奧氏體的均勻化）奧氏體的均勻化奧氏體形成過(guò)程奧氏體形成過(guò)程四個(gè)階段：四個(gè)階段：（2 2）奧氏體的形成）奧氏體的形成 任何成分的鋼任何成分的鋼加熱到加熱到A Ac1c1點(diǎn)以上時(shí)，都要發(fā)生點(diǎn)以上時(shí)，都要發(fā)生珠光體珠光體向向奧氏奧氏體體的轉(zhuǎn)變，并使其成分均勻化，即進(jìn)行的轉(zhuǎn)變，并使其成分均勻化，即進(jìn)行奧氏體化奧氏體化。 轉(zhuǎn)變過(guò)程遵從轉(zhuǎn)變過(guò)程遵從結(jié)晶結(jié)晶的普遍規(guī)律。的普遍規(guī)律。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 使零件內(nèi)外溫度均勻

51、和轉(zhuǎn)變完全使零件內(nèi)外溫度均勻和轉(zhuǎn)變完全，而且還可以，而且還可以獲得成分均勻的獲得成分均勻的奧氏體奧氏體，以便鋼冷卻后獲得良好的組織和性能。，以便鋼冷卻后獲得良好的組織和性能。 冷卻方式冷卻方式隨爐緩冷隨爐緩冷空冷空冷油冷油冷水冷水冷冷卻速度冷卻速度10/min10/min10/s10/s150/s150/s600/s600/s所得硬度所得硬度 12HRC12HRC26HRC26HRC41HRC41HRC63HRC63HRC表表1-31-3冷卻速度與力學(xué)性能冷卻速度與力學(xué)性能2 2鋼的熱處理保溫階段的目的鋼的熱處理保溫階段的目的3 3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 珠光

52、體珠光體 索氏體索氏體 （1 1）珠光體（）珠光體（P P）：）：形成溫度為形成溫度為 A A1 1650650，片層較厚，片層較厚，500500倍光鏡下可辨，硬度值小于倍光鏡下可辨，硬度值小于20HRC20HRC。 （2 2）索氏體（）索氏體（S S）：）：形成溫度為形成溫度為650650600600，片層較薄，片層較薄，800-1000800-1000倍光鏡下可辨，硬度值為倍光鏡下可辨，硬度值為222235HRC35HRC。 共析鋼冷卻轉(zhuǎn)變后所獲得組織的形成溫度和硬度共析鋼冷卻轉(zhuǎn)變后所獲得組織的形成溫度和硬度：汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) （3 3）托氏體（）托氏體（T T）：）：形成溫度為形

53、成溫度為600600550550，片層極薄，電鏡，片層極薄，電鏡下可辨，硬度值為下可辨，硬度值為353542HRC42HRC。托氏體托氏體 珠光體、索氏體、托氏體珠光體、索氏體、托氏體三種組織無(wú)本質(zhì)區(qū)別，只是三種組織無(wú)本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)形態(tài)上有上有粗細(xì)粗細(xì)之分，因此其界限也是相對(duì)的。之分，因此其界限也是相對(duì)的。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)上貝氏體上貝氏體下貝氏體下貝氏體（4 4）貝氏體（）貝氏體（B B）：）： 上貝氏體（上貝氏體（B B上上）：）：形成溫度為形成溫度為550550350350，在光鏡下呈，在光鏡下呈羽毛羽毛狀狀，硬度值為，硬度值為404045HRC45HRC。 下貝氏體（下貝氏體

54、（B B下下）：）：形成溫度為形成溫度為350350230230，在光鏡下呈，在光鏡下呈竹葉竹葉狀狀，硬度值為，硬度值為454555HRC55HRC。（500500）（500500）汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)板條狀板條狀-低碳馬氏體（低碳馬氏體（C%C%0.2%0.2%），在光鏡下呈），在光鏡下呈細(xì)板條狀細(xì)板條狀；針片狀針片狀-高碳馬氏體（高碳馬氏體（C%C% 1%1%），在光鏡下呈），在光鏡下呈竹葉狀竹葉狀。板條狀馬氏體板條狀馬氏體針片狀馬氏體針片狀馬氏體（5 5）馬氏體（）馬氏體（M M）：）：形成溫度在形成溫度在230230以下，硬度值為以下，硬度值為555565HRC65HRC。（100

55、01000）（15001500）汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)熱熱處處理理普普 通通熱處理熱處理表表 面面熱處理熱處理退火、正火、退火、正火、淬火、回火。淬火、回火。表面表面 淬火淬火化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱淬火感應(yīng)加熱淬火火焰加熱淬火火焰加熱淬火鋼的滲碳鋼的滲碳鋼的滲氮鋼的滲氮二、鋼的熱處理二、鋼的熱處理汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 根據(jù)熱處理的作用不同，熱處理一般可分為根據(jù)熱處理的作用不同，熱處理一般可分為預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理和和最最終熱處理終熱處理。 只有當(dāng)工件性能要求不只有當(dāng)工件性能要求不高時(shí)，才作為高時(shí)，才作為最終熱處理最終熱處理。一般零件生產(chǎn)的工藝路線：一般零件生產(chǎn)的工藝路線：汽車汽車機(jī)

56、械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 退火退火是將鋼件加熱到高于或低于鋼的臨界點(diǎn)，保溫一定時(shí)間，隨是將鋼件加熱到高于或低于鋼的臨界點(diǎn)，保溫一定時(shí)間，隨后在后在爐爐中或埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中緩慢中或埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷冷卻，以獲得接近平衡組織卻，以獲得接近平衡組織的一種熱處理工藝，又稱的一種熱處理工藝，又稱“燜火燜火”。 （一）普通熱處理（一）普通熱處理1 1退火退火加熱溫度加熱溫度Ac3+3050消除殘余內(nèi)應(yīng)力消除殘余內(nèi)應(yīng)力500650去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火消除加工硬化消除加工硬化使Fe3C球化，降低硬度，提高塑性，改善切削加工性改善切削加工性能能；為淬火作組織準(zhǔn)備。Ac1+2030球化退火球化退火不完全退火

57、不完全退火亞共析鋼細(xì)化晶粒，均勻化組織；降低硬度，便于切削加工降低硬度，便于切削加工；消除內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力。適用鋼種適用鋼種退火目的退火目的退火工藝退火工藝再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火完全退火完全退火過(guò)共析鋼合金工具鋼所有碳鋼650700所有碳鋼汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)2. 2. 正火正火 正火是將鋼件加熱到正火是將鋼件加熱到A Ac3c3（對(duì)于亞共析鋼）或（對(duì)于亞共析鋼）或AcAccmcm （對(duì)于過(guò)（對(duì)于過(guò)共析鋼）以上共析鋼）以上30305050，保溫后從爐內(nèi)取出，在，保溫后從爐內(nèi)取出，在空空氣中氣中冷冷卻卻的熱處理工藝。的熱處理工藝。正火目的：正火目的： 對(duì)于低、中碳鋼（對(duì)于低、中碳鋼（w wc c0

58、.6%0.6%），目的與退火的相同。），目的與退火的相同。 對(duì)于過(guò)共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火對(duì)于過(guò)共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。作組織準(zhǔn)備。 對(duì)于普通件，作為最終熱處理。對(duì)于普通件，作為最終熱處理。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)3.3.淬火淬火 將鋼件加熱到將鋼件加熱到A Ac3c3或或A Ac1c1以上以上30305050，保溫一定時(shí)間后，在，保溫一定時(shí)間后，在水、水、鹽水或油鹽水或油等介質(zhì)中等介質(zhì)中快速冷卻快速冷卻，從而獲得馬氏體或貝氏體組織的一種，從而獲得馬氏體或貝氏體組織的一種熱處理工藝。熱處理工藝。 淬火目的：淬火目的： 提高鋼的強(qiáng)度、硬度，使鋼強(qiáng)化

59、；提高鋼的強(qiáng)度、硬度，使鋼強(qiáng)化； 與不同回火處理相配合，獲得所需要的力學(xué)性能。與不同回火處理相配合，獲得所需要的力學(xué)性能。淬透性和淬硬性：淬透性和淬硬性： 淬透性淬透性：是指鋼在淬火時(shí)：是指鋼在淬火時(shí)奧氏體奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體馬氏體的難易程度。的難易程度。 淬硬性淬硬性：是指鋼在理想條件下進(jìn)行淬火硬化所能達(dá)到的：是指鋼在理想條件下進(jìn)行淬火硬化所能達(dá)到的最高硬最高硬度度的能力。的能力。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)4.4.回火回火 把淬火后的鋼件重新加熱到把淬火后的鋼件重新加熱到AcAc1 1線以下，保溫一段時(shí)間，再線以下，保溫一段時(shí)間，再以以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻到室溫的熱處理工藝。冷

60、卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鹉康模夯鼗鹉康模?減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開(kāi)裂。減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開(kāi)裂。 獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性?；鼗鹂烧{(diào)整硬度、韌性。汽車汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)淬火淬火 + + 高溫回火高溫回火 = = 調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理回火分類：回火分類：名稱名稱溫度溫度組織組織用途用途材料硬度材料硬度低溫回火低溫回火150150250250回火馬氏體回火馬氏體耐磨件耐磨件585864HRC64HRC中溫回火中溫回火350350500500回火托氏體回火托氏體彈簧等彈簧等353545H