金屬工藝學-精課件

1金屬工藝學1金屬工藝學223材料發(fā)展概括▲《天工開物》—明朝科學家：宋應星箸▲石器時代陶器時代銅器時代：司母戊鼎（公元前11—16世紀）1130×780×1100戰(zhàn)國編鐘（前475—221年）65個總重2500Kg天然石，獸骨，樹枝泥巴（日曬→原始陶器；火燒→瓷器用具）

鐵器時代滄州大獅（公元953年）重50T,長5.3m,寬3m人工復合材料

塑料、橡膠、陶瓷、鈦合金、碳纖維、納米等《本草綱目》《農(nóng)政全書》—李時珍—徐光啟★智能材料3材料發(fā)展概括▲《天工開物》—明朝科學家：宋應星箸▲石4司母戊大方鼎鼎高133厘米，長110厘米，寬78厘米，重832.84公斤，是目前發(fā)現(xiàn)的最大青銅器。充分顯示出商代青銅鑄造業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)水平。4司母戊大方鼎5滄州鐵獅鑄造于公元953年。鐵獅子通高5.78米，身長6.5米，體寬3.17米，重約40噸5滄州鐵獅鑄造于公元953年。鐵獅子通高5.78米，身長6.6★世界四大材料：鋼鐵、木材、塑料、水泥

★材料分：金屬材料、非金屬材料、復合材料金屬材料—指鋼鐵、有色金屬等材料非金屬材料—無機高分子材料（陶瓷、水泥、木材等），

有機高分子材料（如塑料、橡膠）復合材料---玻璃鋼、碳纖維復合材料、硼纖維材料?！铿F(xiàn)在新材料----納米材料、智能材料6★世界四大材料：鋼鐵、木材、塑料、水泥★材料分：金屬材料、7

★材料按物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同分：

金屬材料、非金屬材料（有機高分子材料和陶瓷料)、復合材料★材料按用途不同分：

機械工程材料、土木工程材料、電工材料、電子材料

★材料按功能不同分：

結(jié)構(gòu)材料、功能材料、磁性材料等7★材料按物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同分：8本課程的性質(zhì)和目的技術(shù)基礎課2、目的：a獲得有關金屬材料的基本知識和金屬熱處理,具有選擇零件材料的能力

。b掌握零件的加工工藝知識，確定加工工藝路線的能力。c為后續(xù)課程和從事技術(shù)工作打下基礎。1、性質(zhì)：（特點：雜，多，廣，邏輯性差。）本課學習方法是：預習、筆記、復習、討論問題8本課程的性質(zhì)和目的技術(shù)基礎課2、目的：a獲得有關金屬材料9緒論什么叫金屬工藝學？

它是一門研究有關制造金屬零件工藝方法的綜合性技術(shù)基礎課。主要研究：（1）各種工藝方法本身的規(guī)律性及其在機械制造中的應用和相互聯(lián)系；（2）金屬零件的加工工藝過程和結(jié)構(gòu)工藝性；（3）常用金屬材料性能對加工工藝的影響；（4）工藝方法的綜合比較9緒論什么叫金屬工藝學？10零件的生產(chǎn)工藝過程選材選毛坯預先熱處理機械加工最終熱處理檢驗

應根據(jù)零件的性能要求、受載情況、服務條件、工作環(huán)境等：選材：金屬材料種類繁多，性能不一，而且材料的發(fā)展日新月異，而零件的性能要求、服役條件各不相同，再加上材料的資源、價格等多方面考慮。10零件的生產(chǎn)工藝過程選材選毛坯預先熱處理機械加工最終熱處理11毛坯選擇機械加工方法軸車削傳統(tǒng)的有現(xiàn)代的有有液態(tài)成形毛坯塑性成形毛坯連接成形毛坯粉末冶金成形型材等毛坯車削、刨削、銑削拉削、鏜削、磨削等數(shù)控加工、電火花加工、激光加工等特種加工方法零件的生產(chǎn)工藝過程11毛坯選擇機械加工方法軸車削傳統(tǒng)的有現(xiàn)代的有有液態(tài)成形毛坯12第一篇金屬材料的基本知識工程材料主要包括：金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復合材料四大類。金屬材料是現(xiàn)代制造機械的最主要材料。(？？)

它具有制造機器所需要的物理、化學和力學性能和優(yōu)良的工藝性能，包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、機加工性能等，并且較好的使用性能，包括物理性能、化學性能、力學性能等。12第一篇金屬材料的基本知識工程材料主要包括：金屬13金屬材料以合金為主，很少使用純金屬。合金是以一種金屬為基礎，加入其它金屬或非金屬，經(jīng)過熔煉、燒結(jié)或其它方法制成的具有金屬特性的材料。最常用的合金，有以鐵為基礎的鐵碳合金；有以銅或鋁為基礎的銅合金和鋁合金13金屬材料以合金為主，很少使用純金屬。14使用性能加工工藝性能金屬材料的性能力學性能物理化學性能鑄造性能 可鍛性可焊性切削加工性物理化學性能第一章金屬材料的主要性能Mechanicspropertiesofmetals14使用性能加工工藝性能金屬材料的性能力物理化學性能鑄造性能15力學性能：受外力作用下所表現(xiàn)出的性能。（機械性能）

指標：強度、塑性、硬度（靜載荷）

韌性（動載荷）疲勞強度（交變載荷）第一節(jié)金屬材料的力學性能15力學性能：受外力作用下所表現(xiàn)出的性能。（機械性能）指標16一、強度與塑性拉伸試樣拉伸試驗機試樣按GB6397—86制取，分長試樣L0=10d0，短試樣L0=5d0通過拉伸試驗測得大小。16一、強度與塑性拉伸試樣拉伸試驗機試樣按GB6397—8617拉伸過程經(jīng)歷四個階段：1.

彈性變形（OS）Oe段：直線階段，完全彈性變形eS段：極微量塑性變形2．屈服（s點）彈性變形：去除外力后能完全恢復到原來的形狀。塑性變形：外力消除后仍存在的永久變形。3．均勻塑性變形階段：（sb）應力:σ=F/A0

（MPa）應變:ε=△L/L0

4．縮頸（bk）-局部集中塑性變形17拉伸過程經(jīng)歷四個階段：1.彈性變形（OS）2．屈服（18說明：◆屈服點概念：力不增加仍能繼續(xù)伸長時的應力。用符號：s

表示◆抗拉強度概念：試樣拉斷前所承受的最大拉應力。用符號：b表示補充：bb

表示抗彎強度◆

彈性極限概念：在外力作用下產(chǎn)生彈性變形時所承受的最大拉應力。用符號：e表示。

18說明：◆屈服點概念：力不增加仍能繼續(xù)伸長時的應力。用符號19

中、高碳鋼和其他脆性金屬材料無明顯屈服現(xiàn)象，國家標準以產(chǎn)生0.2%塑性變形的應力來表示屈服強度，即：σ0.2=F0.2/A019中、高碳鋼和其他脆性金屬材料無明顯屈服現(xiàn)象，國家201、強度strength強度是指金屬抵抗永久變形（塑性變形）和斷裂

的能力。強度判據(jù)：屈服點（屈服強度s）、抗拉強度(b)

屈服強度和抗拉強度在設計機械和選擇、評定金屬材料時有重要意義。機械零件多σs以作為強度設計的依據(jù)。對于脆性材料在強度計算時，則以σb為依據(jù)。201、強度strength強度是指金屬抵抗永久變形（塑性212、塑性plasticity概念：在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。判據(jù)：斷后伸長率、斷后斷面收縮率◆斷后伸長率Percentageelongationafterfracture概念：試樣斷后標準的伸長量與標準的百分比。用符號

表示其中：Lk—斷后試樣長度mmLo—試樣原始長度mm◆斷后斷面收縮率概念：斷后截面處面積的最大縮減量與原始截面面積百分比。用符號Ψ

表示，讀作[撲灑哎]說明：伸長率和收縮率在實際應用中，一般是用表示塑性大小。、Ψ越大，材料的塑性越好。通常認為<5%脆性材料。良好的塑性是金屬材料進行塑性加工的必要條件。其中：Ao—試樣原始橫截面積mm2A1—斷口處橫截面積mm2212、塑性plasticity概念：在外力作用下產(chǎn)生永22補充資料：GB/T228—2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》

規(guī)定：斷后伸長率A表示；斷面收縮率Z表示；屈服強度Re表示；抗拉強度Rm表示；此規(guī)定代替GB228---87，從2002年7月執(zhí)行。22補充資料：23二、硬度Hardness硬度—是指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標。它直接影響到材料的耐磨性及切削加工性。硬度測定方法有壓入法、劃痕法、回彈高度法等。金屬材料的硬度可用專門儀器（硬度計）來測試，常用的有布氏硬度機、洛氏硬度機等。23二、硬度Hardness硬度—是指材料抵抗局部變形24布氏硬度試驗原理圖

式中：P—試驗力，N；

D—壓頭的直徑,mm

◆

HBS表示用淬火鋼球作為壓頭測出的硬度值。數(shù)值∠450(S-streel)◆

HBW表示用硬質(zhì)合金球作為壓頭測出的硬度值。數(shù)值450—650適用于未經(jīng)淬火的鋼、鑄鐵、有色金屬或質(zhì)地輕軟的軸承合金。1、布氏硬度（HB）

◆表示法：數(shù)字在前、字母在后。如200HBS、I50HBS～175HBS；標注時不要寫成HBS=200，或HBS=150～175，或500HBS，不要出現(xiàn)單位；數(shù)值差不要超過300?！舨灰藴y量薄件、成品件。因壓痕大。說明：24布氏硬度試驗原理圖式中：P—試驗力，N；◆HBS表252、洛氏硬度

（HR）

原理是用120°的金剛石圓錐或尺寸很小的淬火鋼球作為壓頭，在一定的壓力作用下，壓入材料表面，在指示盤上顯示出硬度值大小。注：根據(jù)壓頭形式和載荷不同，能夠測試從軟到硬各種硬度的材料。規(guī)定有九種表示硬度方法，A~K。常用三種：HRA,HRB,HRCHRC應用最廣，可用于測硬度很高的材料。表示法：1、數(shù)字在前、字母在后，如45HRC；35HRC～38HRC2、HRC適用范圍數(shù)值20～70；小于或大于這個范圍均為標注錯誤！如17HRC；75HRC；HRC=15～19等。

3、在圖紙標注時注意數(shù)值差應≯5，否則為標注錯誤。HRC=100-(h2-h1)/0.002當硬度在200~600HB,HRC≈1/10HB252、洛氏硬度（HR）原理是用120°26布氏硬度與洛氏硬度的特點比較洛氏硬度的特點：

洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料，而且壓痕很小，幾乎不損傷工件表面，故在鋼件熱處理質(zhì)量檢查中應用最多。但洛氏硬度由于壓痕較小，硬度代表性就差些，如果材料中有偏析或組織不均的情況，則所測硬度值的重復性也差。布氏硬度的特點：布氏硬度因壓痕面積較大，HB值的代表性較全面，而且實驗數(shù)據(jù)的重復性也好，但由于淬火鋼球本身的變形問題，不能試驗太硬的材料，一般在HB450以上的就不能使用。由于壓痕較大，成品檢驗也有困難。通常用于測定鑄鐵、有色金屬、低合金結(jié)構(gòu)鋼等材料的硬度。26布氏硬度與洛氏硬度的特點比較洛氏硬度的特點：布氏硬度的特27三、韌性（Impacthardness）概念：韌性是指金屬在斷裂前吸收變形能量的能力。判據(jù)：通過沖擊實驗來測定。1.擺錘式一次沖擊實驗GB229—94規(guī)定：將材料制成帶有V型缺口標準沖擊試樣。說明：對于脆性材料試樣一般不開缺口;

韌性值與溫度有關。2.多次沖擊試驗——小能量多次沖擊沖擊韌度αK=AK/S(J/cm2)式中：Ak—折斷試樣所消耗的沖擊功（J）

S—試樣斷口處的原始截面積（cm2）

27三、韌性（Impacthardness）概念：韌性是28四、疲勞強度（fatiguestrength）◆概念：當金屬材料在無數(shù)次重復或交變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應力，叫做疲勞強度?！舨牧系钠趶姸韧ǔＴ谛D(zhuǎn)對稱彎曲疲勞試驗機上測定。在循環(huán)載荷作用下，材料承受一定的循環(huán)應力σ和斷裂時相應的環(huán)次數(shù)N之間的關系可以用曲線來描述

無數(shù)次應力循環(huán)，對于鋼材為107，有色金屬和某些超高強度鋼常取108。

◆σ-1

???28四、疲勞強度（fatiguestrength）◆概念29復習與思考題：1、某廠購進一批鋼材，從中制取d0=10mm的圓形截面短試樣，經(jīng)拉伸實驗后，測得Fb=33.81KN,Fs=20.68KN,Lk=65mm,dk=6mm.試問這批鋼材的力學性能是否合格？（注：GB699—88規(guī)定此種鋼材的力學性能判據(jù)：b=375MPa；s=225MPa;5=27%;=55%)。2、下列硬度要求或?qū)懛ㄊ欠袂‘敚繛槭裁?？?）HRC12～17；（2）HRC=50～60Kgf/mm2；（3）500～530HBS；（4）70HRC～75HRC；（5）230HBW；3、整體硬度要求230HBS～250HBS的軸類零件，精加工后再抽查，應選用什么硬度計測量硬度較合適？4、一緊固螺釘在使用過程中發(fā)現(xiàn)有塑性變形，是因為螺釘材料的力學性能哪一判據(jù)的值不足？5、用洛氏硬度試驗方法能否直接測量成品或教薄工件？為什么？29復習與思考題：30第二章鐵碳合金第一節(jié)純鐵的晶體結(jié)構(gòu)及其同素異晶轉(zhuǎn)變晶體:原子按一定幾何形狀作有規(guī)律的重復排列的固體物質(zhì);非晶體則反之。特點：晶體——①有熔點；②具有各向異性。如：食鹽，冰，金剛石，固態(tài)金屬等。

非晶體——①無熔點；②各向同性。如：玻璃，松香，瀝青等。Ferrocarbonalloy一、金屬的結(jié)晶1、基本概念30第二章鐵碳合金第一節(jié)純鐵的晶體結(jié)構(gòu)31金屬結(jié)晶:

crystallization或者描述為：原子由不規(guī)則排列到有規(guī)則排列過程。冷卻曲線與過冷度ΔT℃T0T1時間O冷卻曲線★平臺：結(jié)晶過程時間。是結(jié)晶時放出的熱（潛熱）造成的?！颰0——理論結(jié)晶溫度T1—實際結(jié)晶溫度T0—T1=

ΔT過冷度過冷是結(jié)晶的必要條件！結(jié)論：冷卻速度↗——△T↗

或者說：△T↗——△F（結(jié)晶能量）↗——結(jié)晶驅(qū)動力↗——結(jié)晶傾向↗由液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程。31金屬結(jié)晶:crystallization或者描述32金屬的結(jié)晶過程：

原子團

形核

晶核長大

小晶粒

晶粒（外形不規(guī)則的小晶體）形核：自身晶核、外來晶核晶核長大方式：樹枝狀方式32金屬的結(jié)晶過程：原子團形核晶核長大小晶粒晶粒33晶界—晶粒間的分界面；單晶體—結(jié)晶方位完全一致的晶體;多晶體—由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。33晶界—晶粒間的分界面；單晶體—結(jié)晶方位完全一致的晶體;34細化晶粒的方法增加冷卻速度，增大過冷度；增加外來晶核（孕育處理）;采用機械、超聲波振動、電磁攪拌等；晶粒粗細對材料力學性能的影響

晶粒越細，強度越高，塑性和韌性也越好。34細化晶粒的方法增加冷卻速度，增大過冷度；晶粒粗細對材料力35ABCuNi●●12LS合金結(jié)晶的特點：1、一個溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，有兩個相變點（因為合金有兩組元）。2、結(jié)晶出的固相成分與液相成分不同（液相成分不斷改變）。3、形成單相、兩相混合物、單相與兩相混合物。L+St℃τO1●●2LL→S（L+S）S冷卻曲線35ABCuNi●●12LS合金結(jié)晶的特點：1、一個溫度范圍36二、純鐵的晶體結(jié)構(gòu)晶格與晶胞晶格：表示晶體中原子排列形成的空間格子。晶胞：組成晶格最基本的幾何單元。晶格常數(shù)——a,b,ca=b=c且互垂直，表示晶胞幾何形狀大小形成的原因：各原子之間相互吸引力與排斥力相平衡結(jié)果。36二、純鐵的晶體結(jié)構(gòu)晶格與晶胞晶格：表示晶體中原子排列形成37純鐵的晶格結(jié)構(gòu)：1.體心立方晶格

body—centeredcubiclattice特點：b

較好。如：＜912℃Fe,Cr,Mo,V等。含有2個原子體積組成。2.面心立方晶格

face—centeredcubiclattice特點：較好。如：＞912℃Fe,Cu,Al等金屬。含有4個原子體積組成。37純鐵的晶格結(jié)構(gòu)：1.體心立方晶格body—cent383.密排六方晶格

hexagonalclosepackedlattice特點：硬度高、脆性大。如：鋅(Zn),鎂(Mg),鎘(Cd)等金屬。abCa=b＜c4.晶格致密度——原子排列的緊密程度。致密度=————=———原子體積晶胞體積—4/3πr3a3結(jié)果：體心=0.68面心=0.74六方=0.74原子半徑r=a383.密排六方晶格hexagonalclosepa391538co1394oc912oc室溫δ-Feγ-Feα-Fe體心立方面心立方體心立方概念

金屬在固態(tài)下，隨著溫度的改變其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的現(xiàn)象。實質(zhì)原子重新排列，結(jié)構(gòu)不同，金屬體積發(fā)生改變（二次結(jié)晶或重結(jié)晶）意義

可以用熱處理的方法即可通過加熱、保溫、冷卻來改變材料的組織，從而達到改善材料性能的目的。三、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變391538co1394oc912oc室溫δ-Feγ-Fe40第二節(jié)鐵碳合金的基本組織一、基本概念1、合金

alloy由兩種或兩種以上金屬元素或者金屬元素與非金屬元素熔合在一起，構(gòu)成的具有金屬特性的物質(zhì)。2、組元

constituent組成合金的最基本的獨立的物質(zhì)稱組元，簡稱“元”。如：黃銅Cu—Zn；硬鋁Al—Cu等都稱二元合金。

3、相

phase

指同一化學成分，同一結(jié)構(gòu)并以界面互相分開的均勻組成部分。例如：單一的液相；單一的固相；液相、固相兩相共存。4、相圖表示合金系中合金狀態(tài)與溫度、成分之間的關系的圖解。如：鐵碳合金狀態(tài)圖5、組織

structure借助于放大鏡、顯微鏡下觀察到具有某種形態(tài)、形貌特征的組成部分。40第二節(jié)鐵碳合金的基本組織一、基本概念1、合金a41鐵碳合金的組織分：固溶體、金屬化合物、機械混合物一、固溶體

solidsolution◆

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；糖水

水—溶劑，糖—溶質(zhì)?！舴诸悾喊慈苜|(zhì)原子在溶劑中分布情況不同，分置換固溶體和間隙固溶體兩類①置換固溶體——溶質(zhì)原子替換晶格上的原子②間隙固溶體——溶質(zhì)原子溶入晶格原子間隙41鐵碳合金的組織分：固溶體、金屬化合物、機械混合物一、固溶42◆特征：（1）晶格仍保持原晶格（溶劑）。（2）化學成分在一定范圍內(nèi)可改變。（3）性能隨化學成分改變而逐漸變化?！粜阅埽涸斐扇軇┚Ц窕?，強度、硬度上升。這種現(xiàn)象稱固溶強化。若溶質(zhì)原子質(zhì)量分數(shù)（含量）適當，其力學性能高?！翳F碳合金屬于碳溶入鐵的晶格中的間隙固溶體。42◆特征：（1）晶格仍保持原晶格（溶劑）。（2）化學成分431、鐵素體（F）---0.006-0.0218）%C)——碳在α—Fe中所形成的間隙固溶體。

組織：100%鐵素體特點：塑性、韌性好，強度、硬度低。

應用：工業(yè)用純鐵2、奧氏體（A）---（0.77-2.11）%C

——碳溶解在γ-Fe中形成的固溶體。特點：只在723℃以上存在，塑性好、硬度低。應用：鋼的壓力加工就在奧氏體狀態(tài)下進行。431、鐵素體（F）---0.006-0.0218）%C44◆特征（1）具有一定的化學成分。（2）與任一組元成分不同。（3）熔點高脆性大硬度高?！粜阅芫Ц駨碗s斜方，σ、HB↗↗，δ、ak↘↘，脆性大二、化合物

compound◆概念合金元素之間發(fā)生相互作用而生成的一種具有金屬特性的新相。如Fe與C→Fe3C,黃銅中CuZn◆滲碳體（Fe3C）：Fe與C形成的金屬化合物。（6.67%C）

特點：硬度高，塑性差（幾乎等于零）；在鋼中起骨架作用。

注意：條件許可時，滲碳體會分解成鐵+石墨。44◆特征（1）具有一定的化學成分。（2）與任一組元成分不45三、機械混合物

mixture◆概念：兩相按固定比例構(gòu)成的組織（復合相），稱機械混合物。如鐵碳合金中F與Fe3C結(jié)合為P◆特征：各相保持自己的晶格類型、性能特點。強度、硬度適中，目前鋼鐵材料中大部分是這種組織。1、珠光體（P）：室溫組織組成：鐵素體+滲碳體（F+Fe3C）性能：強度和硬度高；塑性較差，層片狀。2、萊氏體（Le）：高溫組織組成：奧氏體+滲碳體（A+Fe3C）性能：強度和硬度高；塑性較差，不能進行壓力加工。在室溫下：因A轉(zhuǎn)變成（P+Fe3C），萊氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厝R氏體（Le’）。45三、機械混合物mixture◆概念：兩相按46鐵素體奧氏體珠光體萊氏體鐵碳合金基本組織滲碳體二次滲碳體三次滲碳體46鐵素體奧氏體珠光體萊氏體鐵碳合金基本組織滲碳體二次滲碳體47第三節(jié)鐵碳合金狀態(tài)圖◆狀態(tài)圖的建立——通過熱分析法獲得Fe與C形成：FeCFe3CFe2CFeC----Wc=6.69%----Wc=9.3%----Wc=17.8%Fe3CFe2CFeC說明：GB3102—93規(guī)定W稱為質(zhì)量分數(shù)，下標為含某元素W----weight分量、重量Fe—Fe3C簡化狀態(tài)圖47第三節(jié)鐵碳合金狀態(tài)圖◆狀態(tài)圖的建立——通過熱分析48鐵碳合金狀態(tài)簡圖48鐵49◆四個基本相：L，A，F(xiàn)，F(xiàn)e3C一、鐵碳合金狀態(tài)圖的分析◆特性點：A、C、D、E、G、P、S和Q點含義；◆特性線：

ACD線——液相線(Liquidus)AECF線——固相線(Solidus)ECF線(EutecticLine)——共晶線（1148℃）

PSK線(EutectoidLine)——共析線（727℃）

GS線（A3）——奧氏體中開始析出鐵素體線。

ES線（Acm）——碳在γ-鐵中的溶解度線。

PQ線——碳在α-鐵中的溶解度線?！籼匦詤^(qū)域：兩相區(qū)液相+固相；固相+固相49◆四個基本相：L，A，F(xiàn)，F(xiàn)e3C一、鐵碳合金狀態(tài)圖50工業(yè)純鐵共析鋼亞共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵◆鐵碳合金分類50工業(yè)純鐵共析鋼亞共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄51二、鋼在結(jié)晶過程中的組織轉(zhuǎn)變亞共析鋼共析鋼過共析鋼ⅠⅠⅡⅡⅢⅢAF+ALEA+Fe3CⅡL+A51二、鋼在結(jié)晶過程中的組織轉(zhuǎn)變亞共析鋼共析鋼過共析鋼ⅠⅠⅡ52AEGPQSFeLAL+AFF+AF+PPP+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ0.772.11Ⅰ

、共析鋼WC=0.77%Ⅰ●1●2●3PⅡ、亞共析鋼Ⅱ●1●2●3●41●●2●3●4●4'LL+AAF+AA→PP+F冷卻曲線過共析鋼

WC=1.0%52AEGPQSFeLAL+AFF+AF+PPP+Fe3C53共析鋼組織轉(zhuǎn)變示意圖Eutectoidtransformation53共析鋼組織轉(zhuǎn)變示意圖Eutectoidtransfo54亞共析鋼組織轉(zhuǎn)變示意圖Sub-eutectoid54亞共析鋼組織轉(zhuǎn)變示意圖Sub-eutectoid55過共析鋼組織轉(zhuǎn)變示意圖Over-eutectoid55過共析鋼組織轉(zhuǎn)變示意圖Over-eutectoid56共晶成分組織轉(zhuǎn)變示意圖Eutectictransformation56共晶成分組織轉(zhuǎn)變示意圖Eutectictransfo57亞共晶成分組織轉(zhuǎn)變示意圖Sub-Eutectictransformation57亞共晶成分組織轉(zhuǎn)變示意圖58過共晶成分組織轉(zhuǎn)變示意圖Sub-Eutectictransformation58過共晶成分組織轉(zhuǎn)變示意圖59Ⅰ：亞共析鋼LAF+PⅡ：共析鋼LAPⅢ：過共析鋼LAFe3CⅡ+PⅣ：亞共晶生鐵LA+LeP+Le’Ⅴ：共晶生鐵LLeLe’Ⅵ：過共晶生鐵LFe3CⅠ+LeFe3CⅠ+Le’五種成分的鐵-碳合金，從冷卻、結(jié)晶和直到室溫的組織形成過程：59Ⅰ：亞共析鋼LAF601.組織變化：隨碳含量增加，滲碳體（Fe3C）量增多，基體由鐵素體（F）變成珠光體（P）、繼而又轉(zhuǎn)變成萊氏體（Le）；形態(tài)也由片狀變成網(wǎng)狀。

2.性能變化：小于1.0%時，隨碳含量增加，強度和硬度提高，韌性和塑性降低；大于1.0%時，網(wǎng)狀滲碳體出現(xiàn)，硬度雖增大，但強度下降。所以高碳鋼適于制造模具和工具。工業(yè)用鋼碳小于1.4%。碳對鐵碳合金組織和性能影響601.組織變化：碳對鐵碳合金組織和性能影響61

1.在鑄造中應用：ApplicationinFoundry（1）確定鋼和鑄鐵澆注溫度；（2）判斷其流動性好壞和收縮大小。

2.在鍛造中應用：ApplicationinForging

確保鋼在奧氏體區(qū)域內(nèi)變形。

3.在熱處理中應用：ApplicationinHeattreatment

制定熱處理工藝依據(jù)。鐵碳合金相圖應用

ApplicationofFe-CEquilibriumDiagram611.在鑄造中應用：ApplicationinFo62第三章鋼的熱處理

Heattreatmentofcarbonsteel熱處理概念GB/T7372—99——將鋼在固態(tài)下，通過加熱、保溫、冷卻以獲得預期的組織和性能的工藝。原理：改變組織。目的：改變鋼的工藝性能；強化鋼材；滿足使用要求。t℃o時間τ加熱保溫冷卻熱處理工藝曲線本章重點：熱處理基本理論；常用熱處理工藝；熱處理組織、性能特點。62第三章鋼的熱處理Heattreatment63熱處理分類按目的、加熱條件和特點不同分：——退火、正火、淬火、回火。是討論的重點

（1）整體熱處理

bulkheat--treatment（2）表面熱處理

surfaceheat--treatment——火焰加熱法、感應加熱法。（3）化學熱處理

thermo-chemicaltreatment——滲碳、滲氮、碳氮共滲等（4）特殊熱處理specialhent-treatment——形變熱處理、磁場熱處理、真空熱處理、激光熱處理等。63熱處理分類按目的、加熱條件和特點不同分：——退火、正火、64第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時的組織轉(zhuǎn)變GPQSEAFF+AA+Fe3CⅡpF+PP+Fe3CⅡ加熱時：“C”下標如：AC1；AC3；AccmAC3AccmAC1冷卻時：“r”下標如：Ar1；Ar3

；ArcmAr3Ar1Arcm奧氏體的形成以共析鋼為例，室溫P→F+Fe3C混合物F—體心立方WC=0.0218%;Fe3C—密排六方WC=6.69%AC1A

面心立方WC=0.77%*奧氏體形成的過程是Fe、C原子的擴散過程一、加熱時64第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時的組織轉(zhuǎn)變GPQSEAFF+A65Fe3CF●A核●AA形成過程：（1）奧氏體的形核與長大（2）剩余Fe3C的溶解（3）奧氏體的均勻化6.69%0.0218%影響A形成的因素1、加熱速度、溫度的影響。2、原始組織的影響。3、化學成分的影響晶粒大小與控制（1）合理選擇加熱溫度和保溫時間。（2）選擇原始材料晶粒粒狀

P

組織。（3）加入一定量的合金元素，抑制A

晶粒長大。65Fe3CF●A核●AA形成過程：（1）奧氏體的形核與長66A1溫度時間O連續(xù)冷卻等溫冷卻●●●▲過冷A——冷卻到A1

線以下暫時存在的A?！葴乩鋮s——將A

由高溫冷卻到A1

線以下某個溫度等溫停留一段時間，然后冷卻下來的方式?！葴剞D(zhuǎn)變——在等溫保持時，過冷A發(fā)生的轉(zhuǎn)變二、冷卻時66A1溫度時間O連續(xù)冷卻等溫冷卻●●●▲過冷A——冷卻到67（2）將試樣加熱到850℃—900℃，保溫一段時間。A1tτO850—900（3）將試樣分別放入不同溫度的等溫槽（爐）中，如：700℃、650、600、550、500、450、400、200等700650600550500450200230Ms2、曲線分析時間—溫度—組織轉(zhuǎn)變關系曲線，簡稱“TTT”線。PBM按溫度劃分三個區(qū)：高溫區(qū)：A1—550℃→珠光體型轉(zhuǎn)變P

中溫區(qū)：550℃—Ms→貝氏體型轉(zhuǎn)變B低溫區(qū)：Ms（230）以下→馬氏體型轉(zhuǎn)變M1、等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立以共析鋼為例（1）制成若干101.5mm的試樣。碳在α—Fe中的過飽和固溶體，稱為馬氏體。硬度很高：62HRC-65HRC，耐磨性好。67（2）將試樣加熱到850℃—900℃，保溫一段時間。A1683、過冷A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能550600650A1MsPBM（1）珠光體型轉(zhuǎn)變——產(chǎn)物

P由于冷卻速度不等，得到的P

層片厚薄不同，三種：①、A1—650℃，△T小，P粒粗，160HBS—250HBS“P”表示。P②、650—600℃，△T稍大，P粒較細，薄F與Fe3C，”S”表示，sarbite

索氏體，25—35HRC。S③、600—550℃，△T大，P粒很細，用

T表示，troostite托氏體；35HRC—48HRC。T（2）貝氏體型轉(zhuǎn)變--B

bainite727——奧氏體轉(zhuǎn)變成過飽和鐵素體和極細小的滲碳體的混合物，稱“貝氏體”。分B上、B下，B上硬脆無使用價值，B下力學性能較好?！a(chǎn)中常用。350B上B下（3）馬氏體型轉(zhuǎn)變—Mmartensite△T極大，F(xiàn)e、C原子不能擴散，C全部溶于α—Fe中，體積↑，產(chǎn)生應力。面心立方：γ—Fe體心立方α—FeT+M+A'M+A'683、過冷A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能55060065069第二節(jié)鋼的退火與正火一、退火

annealing

GB/T7232—1999概念：將工件加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝，稱退火?！獙僬w熱處理的一種。分：完全退火、等溫退火、球化退火、去應力退化、再結(jié)晶退火等。1、完全退火fullannealing（1）概念：將工件加熱到AC3+30—50℃完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻，獲得接近平衡組織（P+F）的退火工藝。AA3Ac3完全退火P+F（2）目的：細化晶粒，提高性能；消除應力，防止變形；降低硬度。提高切削加工性。（3）應用：亞共析鋼；鑄件；鍛件；焊接件。69第二節(jié)鋼的退火與正火一、退火annealing702、球化退火spheroidizingannealing（1）概念：使工件中碳化物球狀化而進行的退火工藝。A+Fe3CⅡP+Fe3CⅡAAc130—50℃完全退火球化退火加熱溫度Ac1+30—50℃（2）目的：↓HB，↑切削加工性（195HBS左右）；為淬火做準備。（3）應用：過共析鋼，模具鋼，合金工具鋼。3、去應力退火

tressrelievisng（1）、概念：將工件加熱到500—600℃左右，保留一段時間，然后隨爐冷到200—300℃，再空冷的方法。去應力退火500600（2）目的：去除內(nèi)應力，穩(wěn)定尺寸，減少變形。（3）應用：鑄件，鍛造件，焊接件，切削加工件。702、球化退火spheroidizingannea71二、正火

normalizingAF+AA+Fe3CP+Fe3CSFPG1、概念：將工件加熱到奧氏體化狀態(tài)，然后在空氣中冷卻的熱處理工藝。2、加熱溫度：Ac3或Accm+30—50℃正火AccmAc330—50℃3、目的：細化晶粒，調(diào)整硬度，消除網(wǎng)狀Fe3C。4、應用：碳鋼件。三、退火與正火的選擇1、使用性能：工件要求不高，用正火；形狀復雜、大件用退火。2、可加工性：WC≤0.45%碳鋼用正火；高碳鋼用退火，↓HB。3、經(jīng)濟性：正火——經(jīng)濟；退火——工藝繁雜；71二、正火normalizingAF+AA+Fe372第三節(jié)鋼的淬火與回火一、淬火

quenching卒ZU（兵）CU（忽然）蘸1、概念——將工件加熱到奧氏體化后以適當?shù)姆绞嚼鋮s獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。2、目的：提高硬度，高彈性和耐磨性。3、加熱溫度亞共析鋼：AC3+30—50℃過共析鋼：AC1+30—50℃AA+Fe3CⅡM+A'少M+Fe3CⅡ+A‘很少4、保溫時間：太短——奧氏體化不均勻，出現(xiàn)軟點；太長——鋼件表面出現(xiàn)氧化、脫碳、晶粒粗大。72第三節(jié)鋼的淬火與回火一、淬火quenching735、淬火冷卻介質(zhì)水：較快，易變形開裂。油：較慢，減少變形，如10#、20#機油。食鹽水：冷卻能力提高，加10%NaCI，6、淬火方法：單介質(zhì)7、鋼的淬透性和淬硬性（1）淬透性

hardenability

：獲得硬度深度和硬度分布的能力。硬度層越深，淬透性越好。（2）淬硬性

hardeningcapacity

：淬火后獲得的最高硬度的能力。取決于WC的含量；當WC≤0.7%，隨WC↑，淬透性↑；當WC>0.7%，隨WC↑，淬透性↓。（3）對力學性能的影響：淬透性好的鋼，力學性能高；淬透性差的鋼，尤其是心部力學性能底，受力易變形。735、淬火冷卻介質(zhì)水：較快，易變形開裂。油：較慢，減少變形74二、回火

tempering1、概念：淬火后的工件，再加熱到A1以下某一溫度、保溫一定時間，然后冷卻到室溫的工藝。2、目的：（1）使工件獲得要求的力學性能；（2）穩(wěn)定工件尺寸；（3）消除或減少內(nèi)應力；（4）改善工件的切削加工性。3、回火方法（組織轉(zhuǎn)變、性能、應用）（1）低溫回火（150—250℃）——獲得組織M回；58—65HRC；用于高碳鋼、工具鋼（刀具、量具、模具）、滾動軸承鋼。74二、回火tempering1、概念：淬火后的工件，再75（2）中溫回火（350—500）℃——回火后σb、σs

較高，內(nèi)應力消除，ak

較好。回火組織：T回；用于彈簧鋼制造的彈性件、鍛模。（3）高溫回火

(500—650)℃——回火組織：S回；特點是綜合力學性能好。應用廣泛，汽車、拖拉機、機車，承受較大載荷的結(jié)構(gòu)零件，如：軸、齒輪等。淬火+高溫回火稱調(diào)質(zhì)處理，簡稱：調(diào)質(zhì)(trawn)說明：①回火組織與等溫冷卻轉(zhuǎn)變組織的區(qū)別：S回、T回是粒狀，而S、T是片狀；②正火與調(diào)質(zhì)硬度很接近，但結(jié)構(gòu)件一般經(jīng)調(diào)質(zhì)而不正火后用，因調(diào)質(zhì)綜合力學性能好。75（2）中溫回火（350—500）℃——回火后σb、σ764、回火脆性：一般來講，隨回火溫度↑，其σ、HB↓，δ、ak↑，但在250—350℃之間其ak↓的現(xiàn)象，稱“回火脆性”。碳化物沿著馬氏體周圍析出，形成脆性薄殼，受力易裂紋。1、退火、正火、淬火、回火簡稱“四把火”的概念、工藝、目的、應用。

小結(jié)：2、回火后的組織性能、應用如何？764、回火脆性：一般來講，隨回火溫度↑，其σ、HB↓，δ、77第四節(jié)表面淬火和化學熱處理一、表面淬火surfaceheat--treatment1、概念：將工件快速加熱，表面達到淬火溫度立即淬火（噴水），表面層獲得M，而心部保持了原有的韌性、塑性且達到表面耐磨的工藝。2、應用：齒輪、凸輪、套筒、頂桿等，WC=0.4%—0.5%較好。3、方法：按加熱方式不同，分為：感應加熱和火焰加熱77第四節(jié)表面淬火和化學熱處理一、表面淬火surf78二、化學熱處理概念：是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表面，改變化學成分、組織和性能的熱處理工藝。二、工藝方法滲碳、滲氮（氮化）78二、化學熱處理概念：是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性791、滲碳：向工件表面深入碳原子過程，↑WC，滲碳層0.5—2mm.（1）目的：提高耐磨性；此時心部有良好的韌性；“外強里韌”。（2）應用：低碳鋼，低合金鋼。（3）方法：氣體滲碳，固體滲碳。（4）熱處理：滲碳、淬火+低溫回火。2、氮化：向工件表面滲入活性氮原子——形成硬度極高的合金氮化物。（1）目的：提高硬度、耐磨性，提高疲勞強度，耐蝕性。（2）應用：含較高合金元素的鋼，V、W、AI、Mo、Cu等（3）方法：離子滲氮——氨氣791、滲碳：向工件表面深入碳原子過程，↑WC，滲碳層0.580第四章工業(yè)用鋼鋼主要由生鐵冶煉而重點是常見牌號的含義、性能、應用。GB/T13304—1991規(guī)定鋼分（按化學成分）非合金鋼（碳鋼）、低合金鋼、合金鋼三類。80第四章工業(yè)用鋼鋼主要由生鐵冶煉而重點是常見牌號的含義、81第一節(jié)碳素鋼（簡稱：碳鋼）carbon-steel碳鋼（非合金鋼）——是指WC<1.5%，并含有少量Si、Mn、P、S等元素的鐵碳合金。一、化學成分對碳鋼性能的影響（了解）1、錳Mn作用：脫氧，F(xiàn)eO還原Fe；與S作用→MnS降低熱脆性；提高強度、硬度。有益元素2、硅Si作用：與鋼液中FeO生成爐渣，提高鋼質(zhì)量；溶于F中，固溶強化。有益元素。3、硫S作用：形成FeS(熔點1190℃），在晶界處，在1100℃—1200℃時，壓力加工，產(chǎn)生脆裂?！盁岽唷?。有害元素4、磷P作用：全部溶于F中，固溶強化；σ、HB↑↑，在低溫下引起脆斷——“冷脆”。有害元素81第一節(jié)碳素鋼（簡稱：碳鋼）carbon-steel82二、碳鋼的牌號和用途（1）按鋼中含碳量多少分：低碳鋼中碳鋼高碳鋼Wc<0.25%Wc=0.25%—0.6%Wc>0.6%（2）碳鋼按鋼的品質(zhì)分：（S、P含量多少）碳素結(jié)構(gòu)鋼:優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼:碳素工具鋼:S、P較高；Ws≤0.05%,Wp≤0.045%Ws≤0.035%,Wp≤0.035%;Ws≤0.02%.Wp≤0.03%;82二、碳鋼的牌號和用途（1）按鋼中含碳量多少分：低碳鋼Wc831、碳素結(jié)構(gòu)鋼

GB700—1988牌號由代表屈服點的字母Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法四部分組成。其中質(zhì)量等級分別用A、B、C、D表示。A的S、P量高，D的S、P量最低，且質(zhì)量最好。如：Q235—A.FQ——“屈”字漢語拼音字首235——σs≥235MPaA——質(zhì)量等級A級F——脫氧方法，指“沸騰鋼”制造的鋼材，一般不標出。牌號有：Q195；Q215；Q235；Q255；Q275五類。831、碳素結(jié)構(gòu)鋼GB700—1988牌號由代表屈服點的842、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼——S、P含量較低，用于重要零件GB699—88規(guī)定：牌號用兩位數(shù)字表示。其中兩位數(shù)字表示含碳量萬分之幾。如：08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75。如:45鋼是WC=0.45%20Mn、65Mn等稱含錳量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。3、碳素工具鋼GB1298—88規(guī)定：牌號用“碳”字漢語拼音字首“T”+數(shù)字表示。數(shù)字表示W(wǎng)C的千分之幾。如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。如T10鋼WC=1%；T10A中的“A”表示為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。用途見P32，表1—6842、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼——S、P含量較低，用于重要零件GB685補充：鑄鋼

GB/T5613—1995牌號：用“鑄鋼”漢語拼音字首ZG表示。如：ZG200—400

用變速箱體、殼等，焊接性好。200——σs≥200MPa400——σb≥400MPa還有：ZG230—450；用力不大的閥體、軸承蓋。ZG270—500熱軋曲軸、連桿等注意：碳鋼分類；說出常見鋼號20、45、65Mn、Q235B、Q235A、T7、T10、T10A、T12、ZG200—400等，屬哪類鋼，有何性能特點，用途。85補充：鑄鋼GB/T5613—1995牌號：用86第二節(jié)低合金鋼合金鋼分類：1、按含合金元素量多少：（1）低合金鋼（2）中合金鋼（3）高合金鋼W含量<3%W含量>10%W含量=3%—10%2、按用途分：（1）合金結(jié)構(gòu)鋼（2）合金工具鋼（3）特殊性能鋼——軸、齒輪、鋼筋、型鋼等——刀具、模具、手用工具等——不銹鋼、耐熱鋼、耐蝕鋼等86第二節(jié)低合金鋼合金鋼分類：1、按含合金元素量多少：（1871、成分：WC<0.2%；合金元素強化鐵素體。2、性能：良好的δ、ak，較高的σb、σs；3、鋼號、用途：P33表1—7

Q295；Q345

；Q390；Q420；Q460常用的是：Q345

代替舊標準16Mn4、熱處理：熱軋后，正火狀態(tài)使用。低合金高強度鋼（原：低合金鋼）合金元素總量<3%，主要用于橋梁、井架、電視塔架、船舶等。871、成分：WC<0.2%；合金元素強化鐵素體。2、性88第三節(jié)合金鋼牌號：標出化學元素和含量，含碳量WC兩位數(shù)字+元素符號+數(shù)字含元素量的%<1.5%不標出1.5—2.5%用2表示2.5—3.5%用3表示主加元素WC的萬分之幾例如：40Cr、60Si2Mn、20CrMnTi一、合金結(jié)構(gòu)鋼88第三節(jié)合金鋼牌號：標出化學元素和含量，含碳量W89二、合金工具鋼Alloytool—steel

1、合金刃具鋼——要求高的硬度、耐磨性，保證一定的壽命。性能特點：熱硬性好——在較高溫度下保持較高硬度的能力；如600℃時硬度達60HRC鋼號、用途熱處理：球化退火、淬火+低溫回火60HRC—63HRC2、量具鋼3、模具鋼GB1299—85——按工作條件不同分：冷變形模具鋼（冷作模具鋼）、熱變形模具鋼（熱作模具鋼）兩類。89二、合金工具鋼Alloytool—steel1、90三、特殊性能鋼specialsteel(了解）1、不銹鋼GB1220—92具有抵抗大氣或其他介質(zhì)腐蝕的鋼稱為不銹鋼。WCr>12%（1）鉻不銹鋼：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13（2）鉻鎳不銹鋼：1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9另：鐵素體不銹鋼：1Cr17——容器，日用品2、耐磨鋼

GB5680—98P1233、——又稱“高錳鋼”，強烈沖擊力作用下發(fā)生硬化現(xiàn)象。如牌號：ZGMn13—1；ZGMn13—2

；等應用防彈板、鐵道叉、履帶板、顎板、鏟斗、保險箱等。3、耐熱鋼90三、特殊性能鋼specialsteel(91第二章金屬材料的基礎知識第一節(jié)金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體結(jié)構(gòu)的基本概念BaseknowledgeoftheMetallicmaterical1.晶體與非晶體概念：原子按一定幾何形狀作有規(guī)律的重復排列的固體物質(zhì)——稱晶體；非晶體則反之。特點：晶體——①有熔點；②具有各向異性。如：食鹽，冰，金剛石，金屬等。

非晶體——①無熔點；②各向同性。如：玻璃，松香，瀝青等。91第二章金屬材料的基礎知識第一節(jié)金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶92二、常見的晶格類型1.體心立方晶格

body—centeredcubiclattice特點：b

較好。如：＜912℃Fe,Cr,Mo,V等。體心立方晶格含有2個原子體積組成。2.面心立方晶格

face—centeredcubiclattice特點：較好。如：＞912℃Fe,Cu,Al等金屬。含有4個原子體積組成。面心立方晶格92二、常見的晶格類型1.體心立方晶格body—cen93晶格與晶胞晶格：表示晶體中原子排列形成的空間格子。晶胞：組成晶格最基本的幾何單元。abc晶胞示意圖原子晶格常數(shù)——a,b,ca=b=c且互垂直表示晶胞幾何形狀大小晶體中的原子排列晶面結(jié)點形成的原因：各原子之間相互吸引力與排斥力相平衡結(jié)果。93晶格與晶胞晶格：表示晶體中原子排列形成的空間格子。晶胞：943.密排六方晶格

hexagonalclosepackedlattice特點：硬度高、脆性大。如：鋅(Zn),鎂(Mg),鎘(Cd)等金屬。abCa=b＜c4.晶格致密度——原子排列的緊密程度。致密度=————=———原子體積晶胞體積—43πr3a3結(jié)果：體心=0.68面心=0.74六方=0.74原子半徑r=a943.密排六方晶格hexagonalclosepa95三、金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)(教材20頁三)（一）、多晶體結(jié)構(gòu)晶粒晶界多晶體示意圖由多個單晶粒組成的晶體為多晶體通常：鋼鐵材料晶粒尺寸為0.1～0.001mm◆

顯微組織：在顯微鏡下觀察到其形態(tài)、大小、分布不同的組成物。（二）、晶格缺陷1、點缺陷：在長、寬、高方向尺寸都有很小變化的一種缺陷。↗↘間隙原子晶格空位95三、金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)(教材20頁三)（一）、962、線缺陷：在晶格中呈線狀分布的缺陷。↗↗，↘↘3、面缺陷：呈面狀分布的缺陷。↑↑，↓↓線缺陷面缺陷962、線缺陷：在晶格中呈線狀分布的缺陷。↗↗，↘↘397第二節(jié)合金的相結(jié)構(gòu)一、有關合金的基本概念1、合金

alloy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)。2、組元

constituent組成合金的最基本的獨立的物質(zhì)稱組元，簡稱“元”。如：黃銅Cu—Zn；硬鋁Al—Cu等都稱二元合金。

3、系

system由給定組元可以按不同比例配制一系列成分不同的合金，簡稱：“系”。97第二節(jié)合金的相結(jié)構(gòu)一、有關合金的基本概念1、合金984、相圖：表示合金系中合金狀態(tài)與溫度、成分之間的關系的圖解。如：鐵碳合金狀態(tài)圖5、相

phase

：指同一化學成分，同一結(jié)構(gòu)并以界面互相分開的均勻組成部分。如固相、液相等。

6、組織

structure：借助于放大鏡、顯微鏡下觀察到具有某種形態(tài)、形貌特征的組成部分。

二、合金的相結(jié)構(gòu)1、固溶體

solidsolution◆

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；糖水

水—溶劑，糖—溶質(zhì)。984、相圖：表示合金系中合金狀態(tài)與溫度、成分之間的關系99◆分類：按溶質(zhì)原子在溶劑中分布情況不同，分置換固溶體和間隙固溶體兩類①置換固溶體——溶質(zhì)原子替換晶格上的原子②間隙固溶體——溶質(zhì)原子溶入晶格原子間隙a)間隙固溶體b)置換固溶體特征：晶格類型不變，化學成分有限，性能發(fā)生變化99◆分類：按溶質(zhì)原子在溶劑中分布情況不同，分置換固100◆特征：（1）晶格仍保持原晶格（溶劑）。（2）化學成分在一定范圍內(nèi)可改變。（3）性能隨化學成分改變而逐漸變化?！粜阅埽涸斐删Ц窕儯瑥姸?、硬度上升。這種現(xiàn)象稱固溶強化。若溶質(zhì)原子質(zhì)量分數(shù)（含量）適當，其力學性能高。2、金屬化合物compound◆概念：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Fe與C→Fe3C100◆特征：（1）晶格仍保持原晶格（溶劑）。（2）化學成101◆特征（1）具有一定的化學成分。（2）與任一組元成分不同。（3）熔點高脆性大硬度高?！粜阅芫Ц駨碗s斜方，σ、HB↗↗，δ、ak↘↘，脆性大3、機械混合物mixture◆概念：兩相按固定比例構(gòu)成的組織（復合相），稱機械混合物。如鐵碳合金中F與Fe3C結(jié)合為P◆特征：各相保持自己的晶格類型、性能特點。強度、硬度適中，目前鋼鐵材料中大部分是這種組織。101◆特征（1）具有一定的化學成分。（2）與任一組元成分102第三節(jié)純金屬的結(jié)晶一、結(jié)晶的概念1、結(jié)晶

crystallization由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w晶體的過程。或者描述為：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。如水——冰2、冷卻曲線與過冷度ΔT℃T0T1時間O冷卻曲線★平臺：結(jié)晶過程時間。是結(jié)晶時放出的熱（潛熱）造成的?！颰0——理論結(jié)晶溫度T1—實際結(jié)晶溫度T0—T1=

ΔT過冷度過冷是結(jié)晶的必要條件！T—temperation102第三節(jié)純金屬的結(jié)晶一、結(jié)晶的概念1、103結(jié)論：冷卻速度↗——△T↗或者說：△T↗——△F（結(jié)晶能量）↗——結(jié)晶驅(qū)動力↗——結(jié)晶傾向↗二、結(jié)晶過程過程：不斷形核和晶核不斷長大的過程。三、晶粒大小控制1、晶粒越細小，力學性能越高。103結(jié)論：冷卻速度↗——△T↗或者說：△T↗——△F104FF結(jié)果：小雞蛋不易碎，大雞蛋容易碎舉例：兩組大小不同的雞蛋受力情況2、細化晶粒方法：（1）增加△T。（2）孕育處理（變質(zhì)處理）。（3）附加振動或攪拌。104FF結(jié)果：小雞蛋不易碎，大雞蛋105四、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變——補充內(nèi)容鐵絲加熱實驗示意圖鐵絲標尺支架現(xiàn)象：加熱時鐵絲伸長，到912℃開始收縮。若冷卻時從1000℃到912℃出現(xiàn)伸長現(xiàn)象?！舾拍睿涸诠虘B(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-——同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?！衾鋮s曲線：用冷卻曲線表示出此現(xiàn)象。實質(zhì)是：原子排列不同，結(jié)構(gòu)不同，金屬體積發(fā)生改變105四、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變——補充內(nèi)容鐵絲加熱實驗示意圖鐵106冷卻曲線：溫度℃時間—liquid結(jié)晶過程δ—Fe

體心立方晶格γ—Fe

面心立方晶格α—Fe體心立方晶格轉(zhuǎn)變式：α—Fe→

γ—Fe→

δ—Fe

9121394體心面心體心或者：γ—Fe——α—Fe912℃臨界轉(zhuǎn)變溫度

面心體心體心——2個原子體積面心——4個原子體積106冷卻曲線：溫度℃時間—liq107第四節(jié)合金的結(jié)晶描述合金的結(jié)晶過程用“二元相圖”解釋一、二元合金相圖的建立：—————用熱分析法繪制如：Cu—Ni合金CuNi成分變化：Cu由100%→0%；Ni由0%→100%0100溫度AB10831452℃L----liquidS---solidL+SWNi%→※結(jié)晶過程分析：70%Cu+30%Ni合金1●●21點以上為液體L到1點開始結(jié)晶出固體S1—2間為兩相區(qū)L+S到2點時全為固體S2點以下為固體107第四節(jié)合金的結(jié)晶描述合金的結(jié)晶過程用“二元相108ABCuNi●●12LSAB上線——液相線AB下線——固相線二、合金結(jié)晶的特點：1、一個溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，有兩個相變點（因為合金有兩組元）。2、結(jié)晶出的固相成分與液相成分不同（液相成分不斷改變）。3、形成單相、兩相混合物、單相與兩相混合物。L+St℃τO1●●2LL→S（L+S）S冷卻曲線108ABCuNi●●12LSAB上線——液相線AB下線——109第五節(jié)鐵碳合金

Ferrocarbonalloy一、鐵碳合金狀態(tài)圖1、狀態(tài)圖的建立——通過熱分析法獲得Fe與C形成：FeCFe3CFe2CFeC----Wc=6.69%----Wc=9.3%----Wc=17.8%Fe3CFe2CFeC說明：GB3102—93規(guī)定W稱為質(zhì)量分數(shù)，下標為含某元素W----weight分量、重量Fe—Fe3C簡化狀態(tài)圖109第五節(jié)鐵碳合金Ferrocarbon110二、狀態(tài)圖作用：（1）研究鋼鐵的成分、組織和性能之間關系理論基礎。（2）制定熱加工工藝的依據(jù)。簡化Fe—Fe3C狀態(tài)圖※三、基本組織1、鐵素體

F

Ferrite

——碳在α—Fe中所形成的間隙固溶體。特點：塑性、韌性好，強度、硬度低。110二、狀態(tài)圖作用：（1）研究鋼鐵的成分、組織和性能之間關1112、奧氏體

A—austenite英國金相學家碳在γ—Fe中的間隙固溶體。特點：塑性較好，強度較低3、滲碳體

Fe3C是Fe與C的化合物。特點：硬度很高，很脆，塑性幾乎等于零，在鋼中起強化作用。-----cementite4、珠光體

P—pearlite（日本）是F與Fe3C機械混合物，WC=0.77%特點：有一定的強度、塑性，層片狀。1112、奧氏體A碳在γ—Fe中的間隙固溶體。特點：塑性較1125、萊氏體

Ld--Ledeburite德國金相學家特點：硬而脆，不能進行壓力加工。是高溫下A與Fe3C的機械混合物→共晶反應的產(chǎn)物。Wc=4.3%反應式：L4.3===Ld

(A+Fe3C)1148℃注：隨溫度降低至727℃時，A轉(zhuǎn)變?yōu)镻，室溫下變成：P+Fe3C共晶組織，稱為低溫萊氏體

L'dL'd==（P+Fe3C）F、A、Fe3C是單相組織P、Ld

是混合物1125、萊氏體Ld--Ledeburite德國金相學家113第二節(jié)Fe—Fe3C狀態(tài)圖分析一、分類工業(yè)純鐵碳鋼白口鑄鐵亞共析鋼共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵113第二節(jié)Fe—Fe3C狀態(tài)圖分析一、分類工業(yè)純鐵碳114★力學性能變化：隨碳含量增加，其強度、硬度↑，塑性、韌性↓。但當WC>0.9%后，其HB↑↑，σb、δ、ak↓↓二、狀態(tài)圖中的特性點、線、區(qū)域組織請打開教材40頁，二部分。114★力學性能變化：隨碳含量增加，其強度、硬度↑，塑性、韌115鋼鐵力學性能與碳含量WC的關系115鋼鐵力學性