《工程材料》課程教案

<<工程材料及機械制造基礎(chǔ)》課程教案

機械工程系宛農(nóng)

緒論

一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)

本課程是高等工程本科學校機械類、近機類專業(yè)必修的以工藝為主的綜合性

技術(shù)基礎(chǔ)課。

通過本課程的學習，應(yīng)使學生

(1)獲得材料的基本知識、常用工程材料性能特點、改性方法及其選用原則。

(2)基本掌握常用熱加工和冷沖壓工藝的基礎(chǔ)知識。

(3)基本掌握機械加工工藝的基礎(chǔ)知識。

通過本課程的學習，使學生在機械工程材料和機械制造工藝方面具有初步的

選擇能力。為將來從事相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)工作奠定必要的基礎(chǔ)，同時也起到承前啟后

的作用，為學習其后續(xù)專業(yè)課打下必不可少的基礎(chǔ)。

二、課程教學的基本要求

(1)基本掌握常用工程材料的主要性能、應(yīng)用范圍和選用原則；

(2)基本掌握各種熱加工和冷沖壓方法的實質(zhì)、工藝特點、應(yīng)用范圍和影響產(chǎn)

品質(zhì)量的因素；

(3)初步掌握毛坯和零件的結(jié)構(gòu)工藝性，并具有初步設(shè)計毛坯和零件結(jié)構(gòu)的能

力；

(4)初步掌握最基本的機械切削加工方法的實質(zhì)、工藝過程、工藝特點和應(yīng)用

范圍；

(5)初步掌握零件的加工方法和加工方案選擇

(6)了解主要加工方法所用的設(shè)備、刀具、簡單夾具的基本結(jié)構(gòu)和使用范圍。

三、本課程學習要點及方法

學習相關(guān)理論及分析方法；了解化學成分一加工工藝及成型方法一組織結(jié)構(gòu)

一性能四者關(guān)系；掌握常用工程材料的特性、主要加工成型方法及應(yīng)用。

工程材料主線示意圖

四、教學安排

教學：詳略，部分內(nèi)容自學；

實踐：討論與實驗，思考題；

考試：70%考試成績+30%平時作業(yè)

五、實驗內(nèi)容

1.鐵碳合金平衡組織觀察2學時

2.45鋼熱處理實驗2學時

3.鐵碳合金熱處理組織觀察2學時

4.Q235/45鋼對焊實驗2學時

六、教材

《機械制造基礎(chǔ)》（上卜陳儀先梅順齊主編、中國水利水電出版社

七、教學參考書

1.《工程材料及應(yīng)用》周風云主編華科大出版社2002年

2.《金屬學原理》劉國勛主編冶金工業(yè)出版社1980年

3.《金屬學教程》盧光熙主編機械工業(yè)出版社1985年

4.《機械工程材料》王煥庭主編.大連理工大學出版社，1995年

5.《熱加工工藝基礎(chǔ)》司乃均主編，高等教育出版社出版，1998年3月

第1章金屬材料基礎(chǔ)知識

§1-1金屬材料的性能

/使用性能：力學、物理、化學性能等；

金屬的性能（

\工藝性能：鑄造、鍛造、焊接、切削性能等。

一、力學性能

材料的力學性能是它在外力/能量/環(huán)境（溫度、介質(zhì)）作用下表現(xiàn)出來的特

性。通常外力/能量稱為載荷/負荷。

力學性能包括：拉伸性能（彈性、強度、塑性）、硬度、沖擊性能、疲勞性

能、耐磨性等。

（一）拉伸試驗：

彈性模量E：彈性變形階段內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變的比值。/￡。E標志材料抵抗彈性變

形的能力，即剛度。

彈性滯后/滯彈性：實際工程材料加載后應(yīng)變未立即達到平衡值，卸載時變形未

立即消失，這種應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象，稱為彈性滯后/滯彈性。

1、強度：是指材料抵抗變形和破壞的能力。

（1）屈服強度/屈服點os：試樣屈服時承受的最小應(yīng)力，反映材料對明顯塑性

變形的抗力。

（2）條件屈服強度。0.2：試樣的塑性變形量為標距長度的0.2%時所對應(yīng)的應(yīng)

力值。

屈服強度和條件屈服強度是工程設(shè)計的重要依據(jù)之一。

（3）抗拉強度。b：表示材料在斷裂前所承受的最大應(yīng)力。它是變形要求不高的

構(gòu)件設(shè)計依據(jù)。

3、塑性：是材料在斷裂前發(fā)生的永久變形的能力。

延伸率3=(Ll-LO)/L0X100%

斷面收縮率①=(F0-F1)/FOX100%

其中，長試樣(L0=10D0)：記6/810

短試樣(L0=5D0)：記65

6、①f塑性越好。

(二)硬度：表示材料表面抵抗微區(qū)塑性變形的能力。

1、布氏硬度HB：

HB=P/F=2P/(JiD(D-SQRT(D*D-d*d)))

標示法：120HBs10/1000/30—610mm鋼球壓頭，載荷1000KG下保持30s

測定的布氏硬度為120o

500HBW5/750—65mm硬質(zhì)合金球，載荷750KG下保持10/15S測定的布氏

硬度為500o

2、洛氏硬度HRA、HRB、HRC

一定規(guī)格的硬質(zhì)合金，以一定的載荷壓入試樣表面，根據(jù)壓坑深度計算硬度

值。特點：簡單，方便。

3、維氏硬度HV：

壓頭：相對面夾角136°正四棱形錐體

HV=P/F=2*P*sin68°/d*d

標識：640HV30—30KG載荷保持10-15S測定的維氏硬度640；

640HV30/20—30KG載荷保持20S測定的維氏硬度640。

特點：各種金屬的表面硬度，測試面光潔度要求高。

4、肖氏硬度HS：沖頭(頂端-金剛石)自由落體

HS=K*h2/hl

式中，hl一自由落體高度，h2一反彈高度。

金屬塑變!-h2t-＞硬度t

特點：無破壞，適應(yīng)現(xiàn)場大件硬度測試。

5、莫氏硬度：劃痕硬度，測定陶瓷、礦石硬度。

（三）沖擊韌性ak：材料在沖擊載荷作用下抵抗變形的斷裂的能力。

一次沖擊試驗：擺錘沖擊，CHARPY—U,CHARPY-V試樣。

沖擊功Ak=G*（hl-h2）一沖斷前后的能量差或試樣變形、斷裂吸收的能量,J；

沖擊韌性ak=Ak/F=G*（hl-h2）/F,J/cm2

akt-材料韌性越好

脆性材料：ak值低的材料。

一般規(guī)律：溫度TI-akI,T!一定程度一aklI-材料韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)為

脆性狀態(tài)（脆性轉(zhuǎn)變），相應(yīng)的溫度一冷脆轉(zhuǎn)變溫度。

冷脆轉(zhuǎn)變溫度II-材料低溫沖擊性能越好一使用的溫度范圍寬。

（四）疲勞特性

1、疲勞：材料經(jīng)長時間低于其屈服強度的交變應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)力作用下所發(fā)生的

斷裂現(xiàn)象。

疲勞裂紋產(chǎn)生（表面或內(nèi)部薄弱部位）一疲勞裂紋擴展（有效承載面積I）一瞬

間斷裂。

2、疲勞極限：材料能經(jīng)受無限次應(yīng)力交變而不發(fā)生疲勞斷裂的最大應(yīng)力。測定

方法一一旋轉(zhuǎn)彎曲試驗（對稱循環(huán)疲勞極限。-1一|omax|=|omin|）,。一N關(guān)

系曲線。

A

應(yīng)力\

。\

0-1

107

循環(huán)次數(shù)N

鋼鐵一循環(huán)周次N2107,發(fā)生疲勞斷裂對應(yīng)的最大應(yīng)力=。-1

條件疲勞極限一循環(huán)周次N=l（）7或N=1（）8時的最大應(yīng)力。

陶瓷、塑料疲勞極限低，金屬、復(fù)合材料疲勞極限高。

3、高周與低周疲勞

高周疲勞（機械疲勞）：交變應(yīng)力低于屈服強度，斷裂時的循環(huán)周次多（N

21（）7）；

低周疲勞：交變應(yīng)力接近或超過屈服強度，斷裂時的循環(huán)周次少

（N=102-105）O

（五）耐磨性：材料對磨損的抵抗能力，用試樣單位面積的磨損厚度或試樣單位

體積（重量）的減少表示。

I摩擦系數(shù)，t材料硬度ft材料耐磨性。

二、物理化學性能

1、導電性：R=PL/S

溫度Ttf金屬基本粒子振動振幅tf限制自由電子運動fptf導電性I

溫度Tt-非金屬材料中離子鍵、共價鍵中價電子動能t-PI-導電性t

2、熱膨脹及導熱性

溫度Tt一金屬基本粒子振動振幅原子間距tt體積、線尺寸t（熱膨脹）

線膨脹系數(shù)：單位長度、單位溫度的伸長量（mm/C-mm）o

導熱現(xiàn)象：熱能從高溫區(qū)向低溫區(qū)的傳輸現(xiàn)象。

熱導率入：表示當溫度梯度為l℃/m時，單位時間、單位面積的傳熱量（W/m?K）

Xt-材料的導熱性能越好，金屬》非金屬

（三）耐腐蝕性

腐蝕：材料因環(huán)境的介質(zhì)侵蝕而造成的損傷和破壞，如氧化。

耐腐蝕性：材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力，用年腐蝕深度Ka（mm/a）評定。

一般地說，非金屬材料》金屬材料

三、工藝性能

材料的工藝性能是其力學性能、物理、化學性能的綜合。

1、鑄造性：液體金屬能充滿比較復(fù)雜的鑄型并獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的性能。

主要指標：流動性、收縮率、偏析系數(shù)

如共晶成分的合金鑄造性好

2、可鍛（軋）性（塑性加工性）：材料進行壓力加工（鍛造、壓延、拉拔、軋制）

的性能。

主要指標：塑型變形能力、變形抗力

如金屬高溫時變形抗力I、塑型變形能力t一可鍛（軋）性t

鋼的可鍛性好、鑄鐵則極差。

3、可焊性：指材料是否易于焊接在一起并能保證焊縫質(zhì)量的性能，如無氣孔、

裂紋缺陷。如低碳鋼可焊性》中、高碳鋼》鑄鐵。

4、切削加工性能：指材料進行切削加工的難易程度。

硬度tf一切削抗力大一切削加工性能I

硬度II排屑困難（粘刀）一切削加工性能I

最佳硬度HB160/230

§1-2晶體結(jié)構(gòu)基本知識

一、晶體與非晶體（粒子聚集的組態(tài)）

1、定義：

晶體：固態(tài)物質(zhì)中的基本粒子呈周期性有規(guī)律排練，這種物質(zhì)稱為晶體。

非晶體：固態(tài)物質(zhì)中的基本粒子呈不規(guī)律的排練，這種物質(zhì)稱為非晶體。

二、晶格與晶胞

晶體中基本粒子排列方式多樣性：無限

如基本粒子=等徑剛球質(zhì)點，作質(zhì)點間連線，得到三維空間中的規(guī)則陣列一晶體

點陣，質(zhì)點——結(jié)點/陣點。

營格/空高、陣：加象而用于描述基本粒子在晶體中排列方式的的幾何空間格架。

特點：各質(zhì)點的環(huán)境相同，周期重復(fù)排列

晶胞：組成晶格的最小幾何單元

（a）晶體結(jié)構(gòu)（b）晶格（c）晶胞

關(guān)系：晶胞在三維空間重復(fù)排列一晶格/空間點陣

三、晶格常數(shù)與晶系

取任一質(zhì)點為原點，點陣三條棱作X、Y、Z軸，棱長a、b、c（nm）夾角

a、B、丫六參數(shù)表示晶胞的形狀及大小。

棱長a、b、c夾角a、B、丫六參數(shù)組合方式：七大晶系、14種晶胞。

同素異構(gòu)現(xiàn)象（多形性）：同一金屬不同溫度/壓力下具有不同的晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。

同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（多形性轉(zhuǎn)變）：具有多形性的金屬在溫度或壓力變化時，由一種

晶體點陣變?yōu)榱硪环N晶體點陣的轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物一同素異構(gòu)晶體。

四、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1、體心立方（b.b.c）：

形狀及排列方式：立方體、立方體八個結(jié)點及其中心各一個原子

特點：a=b=c、a=p=y=90°如a-Fe、Cr、Mo、Wo.V、Ta、Nb、Na

(c)

體心立方晶格

2、面心立方（f.c.c）：

形狀及排列方式：立方體、立方體八個結(jié)點和六個面的中心各一個原子

特點：a=b=c、a=B=Y=90°

如丫-Fe、Ag、Cu、Ni、Pb

面心立方晶格

3、密排六方(c.p.h)

形狀及排列方式：正六棱柱，上下面結(jié)點及中心各一個原子，棱柱中心三個原子

特點：a=bWc、a=B=90°y=120°

如Mg、Zn>Be、Cd

⑷(6)(e)

密排六方晶格

4、晶胞中原子數(shù)N

b.b.cN=8*l/8+l=2

f.c.cN=8*1/8+6*1/2=4

c.p.hN=12*1/6+2*l/2+3=6

5、原子半徑r

原子視同等徑剛球，原子半徑片最近鄰兩原子中心距的一半。

b.b.cr=sqr(3)/4a(體對角線的四分之一)

f.c.cr=sqr(2)/4a(面對角線的四分之一)

c.p.hr=l/2a(c/a=1.633時)

6、致密度K與配位數(shù)

兩者是描述晶體中原子排列密集程度的參數(shù)。

致密度K：晶胞中原子體積與晶胞體積之比。

b.b.cK=晶胞原子數(shù)*原子體積/晶胞體積=2*4*n*rt4/3/at3=68%

f.c.cK=晶胞原子數(shù)*原子體積/晶胞體積=4*4*Ji*rt4/3/at3=74%

c.p.hK=晶胞原子數(shù)*原子體積/晶胞體積=6*4*n*rt4/3/(6*

sqr(3)*a*a*c/4)=74%

配位數(shù):晶格中與任一原字相等距離并最近的原子數(shù)。

b.b.c8f.c.c=c.p.h=12

致密度K與配位數(shù)t一原子排列密集程度t

7晶向與晶面

晶向：晶體中，通過原子中心的許多表示不同方位的直線。

晶面：通過原子中心的二維平面。

密勒指數(shù)標定：晶向指數(shù)、晶面指數(shù)

1)晶向指數(shù)標定：

過原點作//欲定晶向的直線，定直線上任一點坐標，并最小化，記[UVW]

如有負數(shù)，可標為fnvw]

[uvw]//[uvw],方向相反

立方晶系原子排練的高度對稱，存在原子排練完全相同，彼此不平行的晶向一晶

向族，記(uvw)族，如(100)=[100]>[010]>[001]X[100]、[010]>[001]

2)晶面指數(shù)標定：

求欲定晶面在三坐標的截距，取倒數(shù)，按比例最簡整數(shù)化，記(hkl),如(110)。

立方晶系存在原子排練完全相同，彼此不平行的晶面一晶面族。如{100}=(100)

(010)(001)0

晶面指數(shù)標定

3)晶向及晶面的原子密度：

晶向原子密度：晶向單位長度上的原子數(shù)；

晶面原子密度：晶面單位面積上的原子數(shù)。

計算結(jié)果表明，不同晶向/晶面，其原子分布密度不同一結(jié)合力不同性能不同

(單晶體的各向異性)

b.c.c密排方向〈111〉、密排面{110}彈性模量E<110>E<100）

f.c.c密排方向〈110〉、密排面{111}

單晶體：晶體內(nèi)部原子規(guī)則排練的位向不發(fā)生變化的晶體。

多晶體：由無數(shù)位向不同的微小單晶體/晶粒組成的晶體。

單晶體多晶體

單晶體與多晶體示意圖

8實際金屬晶體的結(jié)構(gòu)特點

I）多晶體的組合

實際金屬材料是多晶體，由許多外形不規(guī)則的單晶體集合而成。這些單晶體屬于

同一位向一晶粒。

息里.導力匕導力例1辦鬼后卜

偽各向異性「不同晶粒內(nèi)原方位向各不相同，使其各向異性互相抵消，以至多晶

體材料的性能在各方面一致。

2）晶體中的缺陷

（一）點缺陷：指三維尺寸都很小，不超過幾個原子直徑的缺陷。

1、空位：晶格上無原子的結(jié)點。原因：熱振動使原子脫離原結(jié)點。

2、間隙原子：在晶格以外存在的原子。一般是較小直徑的異類原子，如C、B、

N、Ho

3、置換原子：占據(jù)晶格結(jié)點的異類原子，一般是直徑相當或較大的原子。

點缺陷存在f原子平衡狀態(tài)破壞一晶格歪扭（畸變）一性能變化（強硬度t、導

電性I）

,換原子間

晶格空位

點缺陷示意圖

（二）線缺陷：晶體中二維尺度很小而第三維尺度較大的缺陷，如晶體中一列或

數(shù)列原子發(fā)生有規(guī)律的位置錯動。

如刃型位錯及刃型位錯線EFo

正刃型位錯-晶體從上部多插入的原子面；

負刃型位錯?。壕w從下部多插入的原子面；

特點：1、離刃型位錯線距離I一原子排練錯動t一位錯線周圍存在畸變和應(yīng)力

場

2、-L：上部：壓應(yīng)力，下部：拉硬力；T：上部：拉硬力，下部：壓應(yīng)力

3、位錯線的易動性：移動方向//晶體上、下兩部分相對滑移方向。

4、實際金屬中位錯數(shù)量很多，連接成網(wǎng)狀。位錯數(shù)量t-強硬度t、導電性I

正刃型位錯

負刃型位錯

線缺陷示意圖

(三)面缺陷：是指二維尺寸很大而第三維尺寸很小的缺陷，如晶界，亞晶界

1、晶界特點：原子排列不規(guī)則(過度層)，晶格畸變大，高能不穩(wěn)定狀態(tài)

2、亞晶界/亞結(jié)構(gòu)/嵌鑲塊：實際多晶體的每一個晶粒中，存在許多尺寸很小

(100-1000A),位向差也很小(1-2°)的小晶塊。

特點：原子排列不規(guī)則，程度〈晶界，系列刃型位錯組成，

小角度品界一業(yè)品界

面缺陷示意圖

總結(jié)：

缺陷產(chǎn)生的影響因素：晶體生成條件、原子熱運動、加工過程等。

點、線、面缺陷破壞了原子排練的完整性一金屬力學、物理、化學性能變化。

掌握其變化規(guī)律，用于改善金屬力學、物理、化學性能。

J理論值

制\X加工硬化

Ib退火態(tài)二

位錯密度PA

金屬強度與位錯密度的關(guān)系

§1-3金屬的結(jié)晶過程

凝固與結(jié)晶

凝固：物質(zhì)從液態(tài)經(jīng)冷卻轉(zhuǎn)化為固態(tài)的過程。

結(jié)晶：通過凝固形成晶體物質(zhì)的過程。

一、金屬結(jié)晶時的過冷現(xiàn)象

溫度T—時間曲線（冷卻曲線）

理論結(jié)晶溫度TO

實際結(jié)晶溫度Tn

理論結(jié)晶溫度To：金屬在無限緩慢冷卻條件下（平衡冷卻條件）的結(jié)晶溫度。

過冷現(xiàn)象：金屬實際結(jié)晶溫度Tn低于理論結(jié)晶溫度TO的現(xiàn)象。

過冷度理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度之差，AT=T0-Tn。

冷速t-*ATt-*TnIo

二、結(jié)晶的條件

（一）、能量條件

最小自由能原理：等溫等壓條件下，甲狀態(tài)f乙狀態(tài)

甲狀態(tài)自由能＞乙狀態(tài)自由能，轉(zhuǎn)變的驅(qū)動力=乙狀態(tài)自由能-甲狀態(tài)自由能

自由能F：物質(zhì)能量狀態(tài)，F(xiàn)=系統(tǒng)內(nèi)能U-絕對溫度T*燧S（表征原子排列混亂

程度參數(shù)）

固體金屬（s）:Fs=Us-T*Ss

溫度T

T>TO時,FKFs,S-*L（熔化）

T〈TO時，F(xiàn)l>Fs,LfS（結(jié)晶）

欲使液體金屬結(jié)晶成固體，需冷卻到To以下的某一溫度Tn一過冷現(xiàn)象的原因。

過冷是金屬結(jié)晶的必要條件，ATt-AFt->結(jié)晶傾向t

（二）、結(jié)構(gòu)條件

固體金屬：長程有序結(jié)構(gòu)

液體金屬：成分起伏一瞬時近程有序結(jié)構(gòu)一結(jié)晶核心/晶核一長大。

結(jié)晶本質(zhì)：金屬從一種原子排練狀態(tài)過渡到另一種排練狀態(tài)的過程。

一次結(jié)晶：金屬從液體過渡到固體晶態(tài)的轉(zhuǎn)變。

二次結(jié)晶：金屬從一種固體過渡到另一種固體晶態(tài)的轉(zhuǎn)變。

（三）、結(jié)晶的過程：晶核形成+晶核長大

過冷液體金屬中能量起伏+成分起伏~局部形核（微小晶體-晶粒）一長大、其它

部位再形核一長大。。。。。。一晶粒相遇一多晶體

3W(c)

四、晶粒大小結(jié)晶過程示意圖

晶粒大小與形核、長大過程有關(guān)。

（一）、形核方式

1、自發(fā)形核：是無擇優(yōu)位置的形核，主要依賴過冷度提供結(jié)晶動力和近程有序

原子集團提供晶坯。

特點：過冷度t-AFt-單位時間、單位體積內(nèi)結(jié)晶核心（近程有序原子集團）

數(shù)量tf形核率Nt

2、非自發(fā)形核：依附于系統(tǒng)中某些現(xiàn)成的固相（如雜質(zhì)或固體微粒）的形核。

特點：雜質(zhì)或固體微粒與液體金屬的晶格類型和晶格常數(shù)相近一非自發(fā)形核作用

t

實際金屬結(jié)晶時，非自發(fā)形核起優(yōu)先和主導作用。

（二）、晶粒長大

長大初期晶核規(guī)則幾何外形一棱角處散熱快一優(yōu)先成長一一次晶軸一再分枝（二

次晶軸）。。。。f多次晶軸f樹枝狀晶體/狀晶一各次晶軸接觸f晶粒

晶粒長大過程中，震動或液體流動一晶軸轉(zhuǎn)動、折斷f位向差一亞晶粒、位錯

（三）、晶粒大小/晶粒度

晶粒大?。簡挝幻娣e的晶粒數(shù)或晶粒平均直徑表示。

晶粒度：八級，一級最粗、八級最細

晶粒尺寸I-金屬材料常溫強度、塑性、韌性t

單位體積晶粒數(shù)Z8形核率N/長大速度G

9

林

幺

隹

尊

嚼

H過冷度

過冷度對晶粒大小的影響

過冷度ATt-AN>AG-N/Gt-單位體積晶粒數(shù)Zt—晶粒尺寸I

（四）、變質(zhì)處理：在液體金屬中，加入固體微粒，起非自發(fā)形核作用核心作用

或抑制晶體長大的作用以達到細化晶粒的目的。所用的物質(zhì)一變質(zhì)劑。

思考題

1.常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？a-Fe、丫-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、

V、Mg、Zn各屬何種晶體結(jié)構(gòu)？

2.以純鐵為例說明什么是同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？

3.金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是什么？晶核的形成率和成長率受到哪些因素的影響？

4.在鑄造生產(chǎn)中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生產(chǎn)中如何應(yīng)用變質(zhì)處理？

作業(yè)：教材：P211510111214

第2章合金結(jié)構(gòu)和相圖

合金：是指由兩種以上的金屬或金屬和非金屬元素經(jīng)熔煉/燒結(jié)/或其它方法使之

結(jié)合在一起而形成具有金屬特性的物質(zhì)。

組元：組成合金最簡單、最基本且能獨立存在的物質(zhì)。

按組元數(shù)目分：二元合金、三元合金、四元合金。。。。。

合金的結(jié)晶：形核+長大，較純金屬復(fù)雜，存在組元間的相互作用。

§2-1合金中的相結(jié)構(gòu)

一、相結(jié)構(gòu)及性能

相：合金中化學成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并以界面互相分開的均勻組成部分。

（顯微）組織：用肉眼或顯微鏡觀察到的材料微觀形貌，是由合金中不同形狀、

大小、數(shù)量和分布的相組成。

不同相一不同組織一不同性能的合金

（一）、固溶體：合金中的組元互相溶解，結(jié)晶時形成一種在某組元的晶格中含

有其它組元的新固相。

溶劑：合金中含量較多，且與固溶體晶體結(jié)構(gòu)相同的組元，如Fe-C合金中的Fe。

溶質(zhì)：進入溶劑中的其它組元，其含量相對較少多，如Fe-C合金中的C。

固溶體的濃度：溶質(zhì)原子溶入固溶體的數(shù)量。

固溶體的溶解度：在一定條件下，固溶度在固溶體中的極限濃度。

1、置換固溶體：溶質(zhì)原子取代部分溶劑原子而占據(jù)晶格結(jié)點位置的固溶體。

/有限固溶體：溶質(zhì)在溶劑中的溶解度有限

置換固溶體（

、無限固溶體：無溶解度限制，溶質(zhì)溶劑原子互相取代不改變晶格類型。

無限固溶體形成條件：溶質(zhì)溶劑組元晶格類型同、原子尺寸接近、得失電子能力

相當。

a）b]

間隙固溶體原子模型示意圖

置換固溶體原子模型示意圖

2、間隙固溶體：溶質(zhì)原子分布在溶劑晶格間隙（＜O.lnm）中一有限固溶體

形成條件：溶質(zhì)原子半徑/溶劑原子半徑＜0.59,溶質(zhì)原子：C、N、B、H、O

3、固溶體性質(zhì)

溶質(zhì)溶劑半徑差異f晶格畸變一強硬度t塑、韌性微；一綜合機械性能一合金基

體相

固溶強化：通過形成固溶體而使金屬強度、硬度增加的現(xiàn)象。

（二）、金屬化合物/中間相：合金組元間發(fā)生相互作用而形成的一種晶格類型和

性能完全不同于原來任一組元的新固相，離子鍵+共價鍵+金屬鍵

1、正常價化合物：遵循正?；蟽r規(guī)律、具有一定的成分的化合物。

2、電子化合物：按一定電子濃度（化合物價電子數(shù)/原子數(shù)）組成一有色金屬組

成相。

3、間隙化合物：由原子半徑較大的過渡族金屬元素與原子半徑較小的C、N、B、

H等非金屬元素互相作用而形成。

1）、簡單結(jié)構(gòu)的間隙化合物/間隙相：非金屬元素原子半徑/金屬元素原子半徑

<0.59,b.b.c、f.c.c結(jié)構(gòu)，如TiC、VC、ZrC等。

特點：高熔點、高硬度，高合金鋼和硬質(zhì)合金組成相。

2）、復(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物：非金屬元素原子半徑/金屬元素原子半徑>0.59

Fe3C、Cr23c6、Cr7C3

特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬而脆，高合金鋼組成相一強化相。

二、合金相圖

合金與純金屬結(jié)晶對比：復(fù)雜

1、結(jié)晶溫度：合金：溫度范圍；純金屬：恒溫

2、成分：合金：變化；純金屬：無變化

（一）基本知識

1、合金系：兩個或兩個以上的組元按不同比例配制的一系列不同成分的合金，

Pb-Sn合金系。

2、相圖：用于描述合金系在平衡條件下，各成分合金的結(jié)晶過程以及相和組織

存在范圍與變化規(guī)律的示意圖一合金冶煉、鑄、鍛、焊、熱工藝制定的重要依據(jù)。

（二）、二元相圖繪制

相變溫度確定法：熱分析法、膨脹法、電阻法、X射線

1、配制不同成分的Cu-Ni合金若干；

2、測定緩冷條件下各合金冷卻曲線；

3、溫度一成分坐標系標出冷卻曲線臨界溫度；

4、連線。

建立Cu-Ni相圖的示意圖

三、相圖結(jié)晶分析

（一）、勻晶相圖

勻晶相圖合金的結(jié)晶過程

1、特點：兩組元能形成無限固溶體，Ag-Au、Fe-Cr、Au-Pt。

平衡結(jié)晶過程：L_>L+aa

2、枝晶偏析：實際金屬結(jié)晶時，由于不平衡結(jié)晶，先析出的晶體含有較多的高

熔點組元，由此形成晶粒內(nèi)部的化學成分不均勻現(xiàn)象。

枝晶偏析一力學性能、耐腐蝕性能I工藝性能惡化

消除法：高溫擴散退火

Cu-Ni合金枝

晶偏析示意圖

3、杠桿定律

兩相區(qū)平衡結(jié)晶時，溫度一定，兩相質(zhì)量比一定。

Ml*ax=Ma*xc

證明：M1+Ma=1(1)

Ml*a+Ma*c=x(2)

(1)(2)->Ml=(c-x)/(c-a)=xc/ac,Ma=(x-a)/(c-a)=ax/ac

Ml/Ma=xc/ax

杠桿定律的證明和力學比喻

(二)、共晶相圖：

1、定義：

共晶反應(yīng)：一定成分的液相，在恒溫下同時結(jié)晶出兩種成分、結(jié)構(gòu)都不同的固相

的反應(yīng)。

反應(yīng)產(chǎn)物aM+BN：兩相機械混合物一共晶體

特點：1)恒溫、三相共存2)MN成分之間合金都發(fā)生此反應(yīng)3)亞、過共晶

劃分法

4)MF、NG溶解度曲線的意義

共晶相圖：合金兩組元，液態(tài)無限互溶、固態(tài)有限互溶，并發(fā)生共晶反應(yīng)所構(gòu)成

的相圖。

2、平衡結(jié)晶過程：

組織組成物：合金組織中具有確定本質(zhì)和特殊形態(tài)的組成部分。

合金I：L(>1)-L+a(1-2)-a(2-3)-a+BH

室溫：組織組成物a+8H,相組成物a+B

合金H：L(E)-LE-aM+BN-aM+BN+aH+BH(共晶合金)

室溫：組織組成物aM+BN,相組成物a+8

Pb-Sn合金相圖及成分線

aM、BN相對數(shù)量：

aM=EN/MN=(97.5-61.9)/(97.5-19)=45%

PN=l-aM=55%

合金HI：L(>1)-L+a(1-2)-aM+(aM+BN)(2)-a+(a+B)+3II

(2-3)(亞共晶合金)

室溫：組織組成物a+(a+B)+BH,相組成物a+B

合金IV：L(>1)fL+B(1-2)-BN+(aM+BN)(2)fB+(a+B)+aII

(2-3)(過共晶合金)

室溫：組織組成物B+(a+B)+aII,相組成物a+p

（三）、其它相類型反應(yīng)及相圖

1、包晶反應(yīng)：恒溫條件下由一種液相與一種固相相互作用轉(zhuǎn)化為另一種固相的

反應(yīng)。

Le+aBc

L+a

2、共析反應(yīng)：從均勻的固相同時析出兩中化學成分和晶格結(jié)構(gòu)完全不同的新固

相的反應(yīng)，其產(chǎn)物一共析體。

yd-*ac+Be

反應(yīng)產(chǎn)物粗細：共析反應(yīng)固態(tài)中進行，原子擴散慢，共析體較共晶細密。

形成穩(wěn)定化合物的相圖：穩(wěn)定化合物視同一組元。

五、由相圖分析合金性能

合金的使用性能與相圖的關(guān)系（示意圖）

ABAB

合金的鑄造性能與相圖的關(guān)系（示意圖）

§2-1鐵碳合金相圖

鐵碳合金：以鐵和碳兩種元素為基本組元的合金。

一、組元特性

1、純鐵

鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：

8-Fe=Y-Fe=a-Fe

特點：強度、硬度低，塑性好

2、碳

游離碳：金剛石、石墨G

石墨G特點：簡單六方晶格，同層原子間距小，結(jié)合力強；層間間距大，結(jié)合

力強，層-層易分離，沿著層面生長，結(jié)晶形狀一片狀。強硬度低、塑性極差。

鐵碳合金中C的存在形式：間隙固溶體（鐵素體F）、金屬化合物Fe3c（滲碳體）、

游離石墨G

二、鐵碳雙重相圖

Fe3CfFe+C

Fe—Fe3C：亞穩(wěn)系

Fe—G：穩(wěn)定系

三、Fe—Fe3c相圖特征

1、基本相

鐵素體F：C溶入a-Fe中所形成的間隙固溶體，b.c.c

特點：強硬度低、塑性好。

奧素體A：C溶入y-Fe中所形成的間隙固溶體，f.c.c

特點：強硬度不高、塑性好，可壓力加工，無磁性

滲碳體Fe3cC與鐵形成的金屬化合物。

特點：硬而脆

6固溶體：C溶入6-Fe中所形成的間隙固溶體，b.c.c,高溫相（1394-1538℃）

2、特性點、線分析

轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（AE+Fe3C）：A和共晶滲碳體的機械混合物一萊氏體Ld,冷卻至室溫

的萊氏體一變態(tài)萊氏體（低溫萊氏體）

CD線：液體中結(jié)晶出Fe3C開始線，從液體中直接結(jié)晶出的Fe3C----次滲碳體

Fe3CI

ES線（Acm線）：C在A中的溶解度曲線，也是Fe3c從A中開始析出線，析出

線的Fe3C—二次滲碳體Fe3CIIo

PQ線：C在F中的溶解度曲線，也是Fe3c從F中開始析出線，析出線的Fe3C—

三次滲碳體Fe3CIIIo

GS線（A3線）：合金冷卻時自A中開始析出F的臨界溫度線。

鐵碳合金相圖

§4-2鐵碳合金平衡結(jié)晶過程

一、鐵碳合金分類

（一）、工業(yè)純鐵：室溫下的平衡組織為F的鐵碳合金（CV0.02%）。

（二）、鋼：高溫固態(tài)組織為單相A的鐵碳合金（0.02%<C<2.11%）。塑性良好,

可鍛、軋

1、亞共析鋼：室溫下的平衡組織為F+P的鐵碳合金（0.02%<C<0.77%）o

2、共析鋼：室溫下的平衡組織僅為P的鐵碳合金（C=0.77%）。

3、過共析鋼：室溫下的平衡組織為P+Fe3cH的鐵碳合金(0.77%<C<2.11%)。

(三)、白口鑄鐵：液態(tài)結(jié)晶時都有共晶反應(yīng)且室溫平衡組織有變態(tài)萊氏體的鐵

碳合金(2.11%<C<6.69%)。熔點低、流動性好、鑄造性好，不能鍛、軋加工。

1、亞共晶白口鑄鐵：室溫下的平衡組織為變態(tài)萊氏體+P+Fe3cH的鐵碳合金

(2.11%<C<4.3%)o

2、共晶白口鑄鐵：室溫下的平衡組織為變態(tài)萊氏體的鐵碳合金(C=4.3%)。

3、過共晶白口鑄鐵：室溫下的平衡組織為變態(tài)萊氏體+Fe3cl的鐵碳合金(4.3%<

C<%6.69%)o

二、鐵碳合金平衡結(jié)晶過程

(一)、共析鋼

LT+AfAfA+(Fp+Fe3C)-*Fp+Fe3C^F+Fe3C+Fe3CIII

F=(6.69-0.77)/(6.99-0.02)=88%

Fe3C=1-0.88=12%

P形貌特征：指紋狀，F(xiàn)和Fe3c片層相間

共析鋼結(jié)晶過程示意圖

(二)亞共析鋼(0.40%C))

組織形貌特征：F白色塊狀，P暗色片層狀

組織比例:F=(0.77-0.4)/(0.77-0.02)=49%,P=51%

相比例：F=(6.69-0.4)/6.69=94,Fe3c=6%

C%t-P%t

亞共析鋼結(jié)晶過程示意圖

LfL+A—A-A+F-F+(Fp+Fe3C)-F+(F+Fe3C)+Fe3CIII

(三)、過共析鋼(1.20%C)

L—L+A—A-A+Fe3Cn—(Fp+Fe3C)+Fe3CII

組織比例:Fe3CII=(1.2-0.77)/(6.69-0.77)=7%,P=93%

相比例：Fe3C=(1.20-0.02)/6.69=18%,F=82%

組織形貌特征：Fe3CII白色網(wǎng)狀，P暗色片層狀

過4M結(jié)晶過程示意圖

(四)、白口鑄鐵

1、共晶白口鑄鐵：L-L+Ld(Ae+Fe3C)TLd—Ld(A+Fe3C+Fe3CII)—Ld，(P+

Fe3C+Fe3CII)

組織形貌特征：Fe3CH與共晶Fe3c在一起，白色，兩者難分辨；P：黑色斑點

或條狀。

北晶白口懶結(jié)晶過程云意國

2、亞共晶白口鑄鐵：L-L+A-L+Ld(Ae+Fe3C)+A^Ld+A->Ld(A+Fe3C+

Fe3CII)+A+Fe3CII-Ld,(P+Fe3C+Fe3CII)+P+Fe3CII

組織形貌特征：P：黑色樹枝狀，P周圍是白色網(wǎng)狀

亞共晶白口鑄鐵結(jié)晶過程示意圖

3、過共晶白口鑄鐵：L-L+Fe3CI—L+Ld(Ae+Fe3C)+Fe3CI-Ld++Fe3cl-

Ld(A+Fe3C+Fe3CII)+Fe3CI^Ld,(P+Fe3C+Fe3CII)+Fe3CI

組織形貌特征：Fe3cl白色條帶狀，Ld'黑白點條狀。

過共晶白口就結(jié)晶過程示意圖

總結(jié)

§2-3碳對鐵碳合金的影響

C%tfFe3ctfP%tf強硬度t,塑/韌性；-中低碳鋼（結(jié)構(gòu)鋼）

C%t網(wǎng)狀Fe3CHt~強度/塑/韌性I,硬度t-中高碳鋼（工具鋼）

C%ttt-Ld出現(xiàn),Fe3c塊狀基體一硬度tt,耐磨性t,塑/韌性II,-白口

鑄鐵

思考題

1.何謂相組成物和組織組成物？何為“杠桿定律”？“杠桿定律”的應(yīng)用范圍

及用途。

2.鐵碳合金有那些基本相？從組織反應(yīng)的角度看，純鐵、鋼、鑄鐵有何區(qū)別？

3.純鐵的三個同素異構(gòu)體是什么？晶體結(jié)構(gòu)如何？

4.a—Fe和鐵素體有何區(qū)別？丫一Fe和奧氏體有何區(qū)別？

5.從組織的角度看，滲碳體有哪幾種基本的形態(tài)？

5.按含碳量可將鐵碳合金分為那幾類？它們的力學性能隨含碳量的增加有何

變化規(guī)律？

作業(yè)：教材P4123671112

第3章常用金屬材料

§3-1碳鋼

實際鐵碳合金材料含有Si、Mn、P、S、H、N、O等雜質(zhì)。

一、鋼鐵制品生產(chǎn)過程

鐵礦+焦炭+石灰一高爐煉鐵一轉(zhuǎn)爐煉鋼一連鑄/鑄鋼（結(jié)晶）一軋/鍛一機械廠（鍛/機加

/熱）、鑄造

二、鋼^組織及缺陷

鎮(zhèn)靜鋼：鋼液澆鑄前進行了充分脫氧，澆鑄后不發(fā)生C-0反應(yīng)而處于鎮(zhèn)靜狀態(tài)。

成分均勻，組織致密。

沸騰鋼：鋼液澆鑄前脫氧不充分，澆鑄后發(fā)生C-0反應(yīng)而形成狀態(tài)。

半鎮(zhèn)靜鋼：介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間。

（一）、鋼^組織特點：三晶區(qū)

1、表層細晶區(qū)：鋼^模壁外來晶核，冷速快

2、柱狀晶區(qū)：垂直模壁方向冷速快，優(yōu)先長大

3、中心等軸晶區(qū)：冷速慢，過冷度小，散熱無方向

（二）、鋼筵缺陷

1、縮孔和疏松：鋼液結(jié)晶時體積收縮所致。

集中體積收縮一縮孔，鍛/軋時不能焊合

分散體積收縮一疏松，鍛/軋時不能焊合

2、雜質(zhì)：上部：P、S,下部：氧化物，如SiO2,FeO

（三）、雜質(zhì)對碳鋼性能的影響

1、P、S的影響

P固溶F-強硬度t塑韌性II

Pt-Fe3P-脆性轉(zhuǎn)變Tt-冷脆現(xiàn)象

St-晶界處Fe-FeS共晶體（988℃）-高溫加工開裂一熱脆現(xiàn)象

2、Si、Mn的影響

Si、Mn脫氧殘存物，強化F

MnS親合力/熔點/熱塑性》FeS,加MnIS的危害

三、碳鋼分類、牌號及應(yīng)用

（一）分類

W0.250低碳

0.25-0.60中碳

>0.60高碳

P%S%

<0.045W0.055普通碳鋼

<W0.040<0.040優(yōu)質(zhì)碳鋼

W0.035W0.030高級優(yōu)質(zhì)碳鋼

用途：結(jié)構(gòu)鋼，工具鋼

（二）、牌號

1、普通碳結(jié)鋼：Q235-A?FQ275—D-bQ255-C?TZ

特點：只保證力學性能，熱軋態(tài)應(yīng)用，板、型材，橋梁、建筑結(jié)構(gòu)件。

2、優(yōu)質(zhì)碳結(jié)鋼：同時保證力學性能和化學成分，熱處理使用，車輛、機械結(jié)構(gòu)

件

08、20、45、60—平均C含量為0.08%、0.20%、0.45%、0.60%的優(yōu)質(zhì)碳結(jié)鋼

ZG45—平均C含量為0.45%的鑄鋼

3、碳素工具鋼：

T8、T10—平均C含量為0.8%、1.00%的碳素工具鋼。

T12A—平均C含量為1.20%的高級碳素工具鋼。

§3-2合金鋼：

煉鋼時有目的地加入一定量的一種或一種以上的金屬或非金屬元素，這類含

有所加合金元素的鋼稱為合金鋼。

特點：力學性能提高/特殊物理化學性能（溫度/腐蝕/磨損/電磁）/工藝性能（淬

透性）

成本/壓加/機加/焊接復(fù)雜化

一、合金鋼分類及編號

合金含量：低合金鋼（〈5%）、中合金鋼（5-10%）、高合金鋼（＞10%）

正火/鑄造組織：P、M、F、A、Le鋼

用途：合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼

編號：1、合金結(jié)構(gòu)鋼：40Cr、38CrMnAlA、18Cr2Ni4W

2、合金工具鋼:9Cr2、9SiCr、CrWMn

3、特殊鋼：GCr9、GCrl5、GCrl5SiMn、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Y12、

Y40Mn

二、合金元素在鋼中的作用

1、強化鋼中基本相

合金F：固溶強化Si、Mn、Ni、W、Mo、Cr

原子半徑差t晶體結(jié)構(gòu)差t~F強化效果f

2、合金滲碳體M3C/特殊碳化物M23c6、M7c3、MC

硬度/穩(wěn)定性高于Fe3c-t強硬度/耐磨性/熱硬性

3、改變鐵碳相圖相區(qū)

1）Y穩(wěn)定化元素一一使A3l,A4f,丫穩(wěn)定存在區(qū)擴大。

a）與Y區(qū)無限固溶一一Ni、Mn、Co,開啟Y區(qū)一一量大時，室溫為丫相;

b）與丫區(qū)有限固溶C、N、Cu----擴大丫區(qū)；

2）a穩(wěn)定化元素----使A3t,A4l,丫穩(wěn)定存在區(qū)縮小。

a）完全封閉Y區(qū)——Cr、V與a-Fe完全互溶，Cr量大時室溫也為a相;

W、Mo.Ti等部分溶解；

b)縮小Y區(qū)---Nb等。

Me和Fe的作用

在Y-Fe中有較大溶解度并穩(wěn)定丫相的元素稱為A形成元素；

在a-Fe中有比較大溶解度并使丫固溶體不穩(wěn)定的元素稱為F形成元素。

A形成元素均使S、E點向左下方移動，

F形成元素使S、E點向左上方移動。

S點左移一意味著共析C量減小，如：12%Cr時，共析C量為0.4%。合

金元素對共析C量(S點)的影響。

E點左移一意味著出現(xiàn)萊氏體的C量降低，如：高速鋼中含C量僅0.8%,

但已有Ld組織。

Me對共析C量的影響Me對共析溫度的影響

對臨界點的影響

A形成元素Ni、Mn等使％(A3)線向下移動；

F形成元素Cr、Si等使A1(A3)線向下移動。

對Y-Fe區(qū)的影響

A形成元素Ni、Mn等使丫-Fe區(qū)擴大一鋼在室溫下也為A體一奧氏體鋼;

F形成元素Cr、Si等使Y-Fe區(qū)縮小一使鋼在高溫下仍為F體一鐵素體鋼。

4、Me在鋼中的存在形式

Me的存在形式

非K形成元素只以原子態(tài)存在于鋼的基體中，在K中的溶解量極少。K形

成元素可存在于基體中，也可在K中。一般有幾種形式：

1、溶于固溶體（A或F）,間隙和置換兩類。包括缺陷中的存在；

2、形成各種K（C、N化物）；

3、存在于金屬間化合物中，常在高合金鋼中出現(xiàn)；

4、各類夾雜物（如氧化物、硫化物等）；

5、自由態(tài)，極少數(shù)元素，如Pb在超過其微量溶解度后，以自由態(tài)存在。

Me在不同狀態(tài)下的分布

Me在鋼中的分布是不均勻的，受熱處理條件影響：

1、退火態(tài)非K形成元素絕大多數(shù)固溶于基體中，而K形成元素視C和

本身量多少而定。優(yōu)先形成K,余量溶入基體。

2、正火態(tài)與退火態(tài)沒有本質(zhì)區(qū)別。

3、淬火態(tài)Me的分布與淬火工藝有關(guān)。溶入A體的元素淬火后存在于M、

B中或AR中；未溶者仍在K中。

4、回火態(tài)低溫回火，Me不發(fā)生重新分布；>400C,Me開始重新分布。

非K形成元素仍然留在基體中，K形成元素逐步進入析出的K中，其程度決定

于回火溫度和時間。

5、熱處理影響

強C化物形成元素Nb\Ti\W\Mo\CrIFe/C擴散難溶一tA化溫度

合金元素右移C曲線一淬透性t-緩慢冷卻得當M/B/1殘A

合金元素t回火穩(wěn)定性IM殘A分解一t紅硬性

二次硬化

三、合金結(jié)構(gòu)鋼

定義：用于制作工程構(gòu)件和機械零件的合金鋼。

一）、普通低合金鋼

性能：強韌性/壓加性/焊接性

C<0.25%主合金Mn<2%,微合金Ti、V、NbCu、P

16Mn、14MnNb、15MnV、16MnCu

熱軋/正火態(tài)：F+P

二）、滲碳鋼

性能：表硬心韌

CO.10-0.25%主合金：Mn、Ni、Cr、B,輔助Ti、V、Mo、W

20C、20MnV、20CrMnTi、20Cr2Ni4A

熱處理：滲碳+淬火+低回

三）、調(diào)質(zhì)鋼

性能：綜合力學性能

中C0.35-0.50%,主合金Cr、Mn、Ni、Si、B,輔助V、Mo

40Cr、40MnB、35CrMo、42CrMo

熱處理：淬火+高回：S回

四）、彈簧鋼

性能：高彈簧極限/屈強比/疲勞強度+一定韌性

0.5-0.70%C,主合金Si、Mn,輔助Cr、Mo、V

55SiMnVB、60Si2Mn、5OCrV

熱處理：淬火+中回：T回

五）、軸承鋼

性能：高硬度/耐磨性HRC62-64/接觸疲勞強度/足夠韌性/高純潔度

0.95-1.05%C,主合金Cr,輔助Si、Mn、Mo

GCr6、GCr9、GCrl5、GCrl5SiMn、GCrl5SiMo

熱處理：球化退火、淬火+低回：M回+細K+殘A

四、合金工具鋼

合金工具鋼：用于制作刃具、量具和模具的合金鋼。

一）、合金刃具鋼

性能：高硬度/耐磨性/紅硬性/足夠韌性

1、低合金：0.9-1.1%C,主合金Cr、Si、Mn,輔助W、V

熱處理：淬火+低回：M回+細K+殘A

2、高速鋼：0.7-1.3%C,主合金W、Mo、Cr、V

鍛造加工，熱處理：等溫退火+淬火+高回三次：M回+細K+殘AHRC64-68

二）、合金模具鋼

1、冷作模具鋼：<300℃,冷沖/擠壓/鍛/拉絲/磋絲

性能：高硬度/耐磨性疲勞強度/足夠韌性/熱處理變形小

1.0-2.0%C合金Cr、Mo、V、W

9Cr2、9SiCr,CrWMn、GCrl5>Crl2Crl2MoV

熱處理：淬火+低回：M回+細K+殘A

2、熱作模具鋼：工作溫度（600℃,熱鍛模、擠壓模、精鍛模

性能：高強韌性/足夠/耐磨性熱硬性/熱疲勞性

中C0.4-0.6%,合金Cr、Mn、Ni、Mo、V、W

5CrMMo、5CrNiMo、3Cr2W8V、H13

熱處理：淬火+中高回：T回/S回/M回+K

五）、量具鋼

同合金刃具鋼

熱處理：球化退火、淬火+冷處理+低回+人工時效：M回+細K+殘A

五、特殊性能鋼

特殊性能鋼：具有特殊物理、化學性能的合金鋼。

一、不銹鋼：抗大氣腐蝕、抗化學介質(zhì)腐蝕鋼

金屬腐蝕：金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生作用而引起破壞的現(xiàn)象。

1）加入Cr、Al、Si,形成致密的保護層Cr2O3、A12O3、SiO2；

2）I合金各相電位差：Cr>13%-*JF/Fe3C電位差->t耐腐蝕

3）獲得單相組織，化學物理性能一致

CH3型不銹鋼:0Crl3、lCrl3、2Crl3、3Crl3>4Crl3

高Cr鋼：Cr27—35

A體不銹鋼：18-8：

固溶處理：加熱1050-1150℃,是A中K全部溶解，淬火冷卻，獲得單相A體

組織；

目的：消除K和防止晶間腐蝕，軟化/T耐腐蝕

二、耐熱鋼

抗氧化性、持久強度、蠕變極限

強化途徑：W、Mo、Cr、V合金化t再結(jié)晶T、Nb、Ti、Mo,Cr第二相強化/控

制粒度

三、低溫鋼：F型、低CM型、A體型

四、耐磨鋼：ZGMnl3

§3-3鑄鐵

鑄鐵：C含量大于2.11%,并含有Si、Mn、P、S等元素的鐵碳合金。

特點：強度、塑/韌性不及鋼，良好的鑄造性、價低

一、鑄鐵的石墨化過程及組織

高溫（>1000℃）長時間下：Fe3c-3Fe+C

亞穩(wěn)相Fe3C->穩(wěn)定相G鑄鐵的石墨化

原因：Fe3c比G更接近鑄鐵成分，形成Fe3c容易，在時間、溫度和成分滿足

的條件下，G可直接從鐵水中結(jié)晶。

這就是鐵碳雙重相圖形成的原因。P55

鑄鐵的石墨化三個階段：

（一）、第一階段（高溫石墨化階段）

過共晶：L->L+GI

共晶、亞共晶：Lc'—Ae'+G共晶

高溫長時間退火：Fe3CI-3Fe+G

Fe3C共晶-3Fe+G

（二）、第二階段（中間石墨化階段）1154-738℃：

A-A+GII

（三）、第三階段（低溫石墨化階段）：

共析轉(zhuǎn)變：As'-Fp'+G

溫度低，原子擴散慢，共析轉(zhuǎn)變不充分。

三階段轉(zhuǎn)變充分：鑄鐵組織F+G；

第一、二階段轉(zhuǎn)變充分，第三階段抑制，鑄鐵組織P+G；

第一、二階段轉(zhuǎn)變充分，第三階段不充分，鑄鐵組織F+P+G

二、影響石墨化的因素

C%tfG晶核tftG化過程一促進G化兀素；

Si：共晶點左移，I共晶點C含量，tTE-促進G化元素；

Ceq=C+Si/3,Ceq接近共晶點，鑄造性能最佳。

S：tFe-C結(jié)合力，IC的擴散速度一阻礙G化元素；

Mn：形成MnS,消除S的不利影響（作用?。┮蛔璧KG化元素

P：促進G化元素作用小。

冷卻速度II/鑄件壁厚t-有利G化進程

三、鑄鐵類型

（-）灰口鑄鐵（HT）

特點：1、C、Si含量高，G化能力強，G呈片狀

2、基體組織：F、F+P、P

3、片狀G割裂基體組織，破壞基體