工程材料基礎(chǔ)ppt課件

1、第第1 1章章 工程資料根底工程資料根底 1.1 1.1 金屬資料的構(gòu)造金屬資料的構(gòu)造 1.2 1.2 工程資料的性能工程資料的性能1.3 1.3 鐵碳合金鐵碳合金 1.4 1.4 常用工程資料常用工程資料 前往前往1.5 1.5 鋼的熱處置鋼的熱處置 資料是人類(lèi)用來(lái)制造各種產(chǎn)品的物質(zhì)。機(jī)械工程中資料是人類(lèi)用來(lái)制造各種產(chǎn)品的物質(zhì)。機(jī)械工程中運(yùn)用的資料常按化學(xué)組成分為金屬資料、高分子資料、運(yùn)用的資料常按化學(xué)組成分為金屬資料、高分子資料、陶瓷資料三大類(lèi)。陶瓷資料三大類(lèi)。 目前在機(jī)械工業(yè)中運(yùn)用最廣的仍是金屬資料，由于目前在機(jī)械工業(yè)中運(yùn)用最廣的仍是金屬資料，由于金屬資料來(lái)源豐富，而且具有優(yōu)良的力學(xué)性能

2、、物理性金屬資料來(lái)源豐富，而且具有優(yōu)良的力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能和工藝性能。能、化學(xué)性能和工藝性能。 金屬資料的特性有：強(qiáng)度較高、塑性較好、導(dǎo)電性高、金屬資料的特性有：強(qiáng)度較高、塑性較好、導(dǎo)電性高、導(dǎo)熱性好、有金屬光澤等。導(dǎo)熱性好、有金屬光澤等。 高分子和陶瓷資料的某些力學(xué)性能不如金屬，但具有金屬資料不具備的某些特性，如耐腐蝕、電絕緣、隔音、減震、耐高溫、質(zhì)輕、來(lái)源豐富、價(jià)廉、成形加工容易等優(yōu)點(diǎn)，近年開(kāi)展較快。 資料性能的決議要素：化學(xué)成分、內(nèi)部組織和資料性能的決議要素：化學(xué)成分、內(nèi)部組織和形狀。其中形狀。其中“化學(xué)成分是改動(dòng)性能的根底，化學(xué)成分是改動(dòng)性能的根底，“處處置是改動(dòng)性能的手段，

3、置是改動(dòng)性能的手段，“組織是性能變化的根組織是性能變化的根據(jù)。據(jù)。 第1節(jié) 金屬資料的構(gòu)造1 1晶體。晶體。 其內(nèi)部原子在空間作有規(guī)那么的陳列，如食鹽、其內(nèi)部原子在空間作有規(guī)那么的陳列，如食鹽、金剛石等；純金屬及合金均屬于晶體。金剛石等；純金屬及合金均屬于晶體。2 2非晶體。非晶體。 其內(nèi)部原子雜亂無(wú)章地不規(guī)那么的堆積，如其內(nèi)部原子雜亂無(wú)章地不規(guī)那么的堆積，如玻璃、瀝青等。玻璃、瀝青等。 1.1.1 1.1.1 金屬的晶體構(gòu)造金屬的晶體構(gòu)造 3 3晶體構(gòu)造。晶體構(gòu)造。 指晶體中原子陳列的方式，如圖指晶體中原子陳列的方式，如圖1-1a1-1a所示。所示。 4 4晶格。晶格。 把晶體內(nèi)的每一個(gè)原子

4、看成一個(gè)小球，把這些把晶體內(nèi)的每一個(gè)原子看成一個(gè)小球，把這些小球用線條銜接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)空間格架，這種空間格架小球用線條銜接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)空間格架，這種空間格架叫晶格，如圖叫晶格，如圖1-1b 1-1b 所示。所示。5 5晶胞。晶格的最小幾何組成單元，如圖晶胞。晶格的最小幾何組成單元，如圖1-1c1-1c所示。所示。 6 6晶格常數(shù)。晶格常數(shù)。 晶胞中各棱邊的長(zhǎng)度，單位為晶胞中各棱邊的長(zhǎng)度，單位為 m10A1A10007金屬中常見(jiàn)的晶體構(gòu)造金屬中常見(jiàn)的晶體構(gòu)造 體心立方晶格：晶胞是一個(gè)正六方體，立方體的八體心立方晶格：晶胞是一個(gè)正六方體，立方體的八個(gè)角上和立方體的中心各有一個(gè)原子，如圖個(gè)角上和

5、立方體的中心各有一個(gè)原子，如圖1-2a1-2a。其原。其原子個(gè)數(shù)為：子個(gè)數(shù)為： ，如鉻、鈉等。，如鉻、鈉等。 2188/1圖圖1-2a 體心立方晶格體心立方晶格 面心立方晶格：晶胞是一個(gè)正六方體，立方體的八個(gè)面心立方晶格：晶胞是一個(gè)正六方體，立方體的八個(gè)角上和立方體的六個(gè)面的中心各有一個(gè)原子，如圖角上和立方體的六個(gè)面的中心各有一個(gè)原子，如圖1-2b1-2b。其原子個(gè)數(shù)為：其原子個(gè)數(shù)為： ，如鋁，銅等。，如鋁，銅等。 462/188/1 密排六方晶格：晶胞是一個(gè)正六方柱體，在六方柱體密排六方晶格：晶胞是一個(gè)正六方柱體，在六方柱體的十二個(gè)角上和上、下底面的中心各有一個(gè)原子，在上、的十二個(gè)角上和上、

6、下底面的中心各有一個(gè)原子，在上、下底面之間還均勻分布著三個(gè)原子如圖下底面之間還均勻分布著三個(gè)原子如圖1-2c1-2c。其原子個(gè)數(shù)。其原子個(gè)數(shù)為：為： ，如鎂、鋅等。，如鎂、鋅等。 6322/1126/1圖圖1-2b 面心立方晶格面心立方晶格圖圖1-2c 密排六方晶格密排六方晶格 1.1.2 合金的晶體構(gòu)造合金的晶體構(gòu)造 1.1.固溶體固溶體 合金在固態(tài)下溶質(zhì)原子溶入溶劑，仍堅(jiān)持溶劑晶格。合金在固態(tài)下溶質(zhì)原子溶入溶劑，仍堅(jiān)持溶劑晶格。根據(jù)固溶體晶格中溶劑與溶質(zhì)原子的相互位置的不同，可根據(jù)固溶體晶格中溶劑與溶質(zhì)原子的相互位置的不同，可分為置換固溶體如黃銅和間隙固溶體分為置換固溶體如黃銅和間隙固溶體

7、( (如鐵素體和奧氏如鐵素體和奧氏體體) )，如圖，如圖1-31-3和圖和圖1-41-4所示。所示。 合金是指由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素和合金是指由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素和非金屬元素，經(jīng)過(guò)熔化或其它方法結(jié)合而成的具有金屬特非金屬元素，經(jīng)過(guò)熔化或其它方法結(jié)合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。性的物質(zhì)。 組元是組成合金的最根本的、獨(dú)立的單元。組元可以組元是組成合金的最根本的、獨(dú)立的單元。組元可以是金屬、非金屬或化合物如滲碳體。是金屬、非金屬或化合物如滲碳體。 合金的晶體構(gòu)造大致可歸納為合金的晶體構(gòu)造大致可歸納為3 3類(lèi)，即固溶體、金屬類(lèi)，即固溶體、金屬化合物和機(jī)械混合物?；衔锖蜋C(jī)械

8、混合物。 固溶強(qiáng)化：當(dāng)溶質(zhì)原子溶解在溶劑晶體中時(shí)，溶劑的固溶強(qiáng)化：當(dāng)溶質(zhì)原子溶解在溶劑晶體中時(shí)，溶劑的晶格將發(fā)生畸變，晶格常數(shù)發(fā)生變化，如圖晶格將發(fā)生畸變，晶格常數(shù)發(fā)生變化，如圖1-51-5所示。原所示。原子尺寸相差大，化學(xué)性質(zhì)不同，都使畸變?cè)龃?，結(jié)果合金子尺寸相差大，化學(xué)性質(zhì)不同，都使畸變?cè)龃螅Y(jié)果合金的強(qiáng)度、硬度和電阻增高，塑性，韌性下降。溶入的溶質(zhì)的強(qiáng)度、硬度和電阻增高，塑性，韌性下降。溶入的溶質(zhì)原子越多，引起的晶格畸變也越大。這種由于溶質(zhì)原子的原子越多，引起的晶格畸變也越大。這種由于溶質(zhì)原子的溶入，使基體金屬溶劑的強(qiáng)度、硬度升高的景象就叫溶入，使基體金屬溶劑的強(qiáng)度、硬度升高的景象就叫固

9、溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化。 2.金屬化合物金屬化合物 組成合金的元素相互化合構(gòu)成一種新的晶格組成的物質(zhì)。組成合金的元素相互化合構(gòu)成一種新的晶格組成的物質(zhì)。它的晶體構(gòu)造與性能，和原兩組元都不同，如滲碳體它的晶體構(gòu)造與性能，和原兩組元都不同，如滲碳體 就就是鐵和碳組成的晶格復(fù)雜的碳化物，普通具有高硬度和高脆是鐵和碳組成的晶格復(fù)雜的碳化物，普通具有高硬度和高脆性。性。CFe33.3.機(jī)械混合物機(jī)械混合物 由兩種或兩種以上的組元、固溶體或金屬化合物按一由兩種或兩種以上的組元、固溶體或金屬化合物按一定分量比例組成的均勻物質(zhì)稱(chēng)為機(jī)械混合物。定分量比例組成的均勻物質(zhì)稱(chēng)為機(jī)械混合物。 混合物中各組成部分仍按本人原來(lái)的

10、晶格方式結(jié)合成混合物中各組成部分仍按本人原來(lái)的晶格方式結(jié)合成晶體，如鐵素體和滲碳體構(gòu)成珠光體?；旌衔锏男阅苋Q晶體，如鐵素體和滲碳體構(gòu)成珠光體?；旌衔锏男阅苋Q于組成混合物的各部分的性能，及其數(shù)量、大小、分布和于組成混合物的各部分的性能，及其數(shù)量、大小、分布和形狀。形狀。 1.1.3 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶1結(jié)晶。結(jié)晶。 指金屬的原子由近程有序形狀液態(tài)轉(zhuǎn)變生指金屬的原子由近程有序形狀液態(tài)轉(zhuǎn)變生長(zhǎng)程有序形狀晶態(tài)的過(guò)程。長(zhǎng)程有序形狀晶態(tài)的過(guò)程。2 2純金屬結(jié)晶的冷卻曲線。純金屬結(jié)晶的冷卻曲線。 金屬液非常緩慢的冷卻時(shí)，金屬液非常緩慢的冷卻時(shí)，記錄溫度隨時(shí)間而變化的曲線，如圖記錄溫度隨時(shí)間而變化的曲線

11、，如圖1-61-6所示。出現(xiàn)程度所示。出現(xiàn)程度線段的緣由是結(jié)晶時(shí)放出大量的結(jié)晶潛熱，補(bǔ)償了金屬向線段的緣由是結(jié)晶時(shí)放出大量的結(jié)晶潛熱，補(bǔ)償了金屬向周?chē)⑹У臒崃俊Ｖ車(chē)⑹У臒崃俊?3 3過(guò)冷。過(guò)冷。 在實(shí)踐結(jié)晶過(guò)程中，金屬在實(shí)踐結(jié)晶過(guò)程中，金屬液只需冷卻到實(shí)際結(jié)晶溫度熔點(diǎn)液只需冷卻到實(shí)際結(jié)晶溫度熔點(diǎn)以下的某個(gè)溫度時(shí)才結(jié)晶的景象。實(shí)以下的某個(gè)溫度時(shí)才結(jié)晶的景象。實(shí)際結(jié)晶溫度際結(jié)晶溫度 和實(shí)踐結(jié)晶溫度和實(shí)踐結(jié)晶溫度 之間之間的溫度差的溫度差 叫過(guò)冷度，它與冷卻速叫過(guò)冷度，它與冷卻速度有關(guān)，冷卻越快，過(guò)冷度越大，反度有關(guān)，冷卻越快，過(guò)冷度越大，反之。之。0TnTT圖圖1-6 冷卻曲線冷卻曲線4 4結(jié)

12、晶過(guò)程。結(jié)晶過(guò)程。 晶體形核和生長(zhǎng)過(guò)程。如圖晶體形核和生長(zhǎng)過(guò)程。如圖1-71-7所示，在所示，在液體金屬開(kāi)場(chǎng)結(jié)晶時(shí)，在液體中某些區(qū)域構(gòu)成一些有規(guī)那液體金屬開(kāi)場(chǎng)結(jié)晶時(shí)，在液體中某些區(qū)域構(gòu)成一些有規(guī)那么陳列的原子團(tuán)，成為結(jié)晶的中心，即晶核么陳列的原子團(tuán)，成為結(jié)晶的中心，即晶核 形核過(guò)形核過(guò)程。然后原子按一定規(guī)律向這些晶核聚集，而不斷長(zhǎng)大，程。然后原子按一定規(guī)律向這些晶核聚集，而不斷長(zhǎng)大，構(gòu)成晶粒生長(zhǎng)過(guò)程。在晶體長(zhǎng)大的同時(shí)，新的晶核又構(gòu)成晶粒生長(zhǎng)過(guò)程。在晶體長(zhǎng)大的同時(shí)，新的晶核又繼續(xù)產(chǎn)生并長(zhǎng)大。當(dāng)全部長(zhǎng)大的晶體都相互接觸，液態(tài)金繼續(xù)產(chǎn)生并長(zhǎng)大。當(dāng)全部長(zhǎng)大的晶體都相互接觸，液態(tài)金屬完全消逝，結(jié)晶完成。

13、由于各個(gè)晶粒生長(zhǎng)時(shí)的方向不一，屬完全消逝，結(jié)晶完成。由于各個(gè)晶粒生長(zhǎng)時(shí)的方向不一，大小不等，在晶粒和晶粒之間構(gòu)成界面，稱(chēng)為晶界。大小不等，在晶粒和晶粒之間構(gòu)成界面，稱(chēng)為晶界。 圖圖1-7 結(jié)晶過(guò)程表示圖結(jié)晶過(guò)程表示圖5 5單晶體。單晶體。 結(jié)晶后，每個(gè)晶核長(zhǎng)成為一個(gè)晶體，稱(chēng)為結(jié)晶后，每個(gè)晶核長(zhǎng)成為一個(gè)晶體，稱(chēng)為單晶體。單晶體。 6 6多晶體。多晶體。 由許多外形不規(guī)那么、大小不等、陳列位由許多外形不規(guī)那么、大小不等、陳列位向不同的小顆粒晶體組成。在多晶體中，這些小顆粒晶向不同的小顆粒晶體組成。在多晶體中，這些小顆粒晶體叫晶粒；晶粒與晶粒之間的界面叫晶界。晶粒的大小體叫晶粒；晶粒與晶粒之間的界面

14、叫晶界。晶粒的大小影響資料的力學(xué)、物理、化學(xué)性能，普通情況下，晶粒影響資料的力學(xué)、物理、化學(xué)性能，普通情況下，晶粒越細(xì)，強(qiáng)度和硬度越高，塑性和韌性越好。由于晶粒越越細(xì)，強(qiáng)度和硬度越高，塑性和韌性越好。由于晶粒越細(xì)小，晶界就多，晶界處的晶體陳列極不規(guī)那么，界面細(xì)小，晶界就多，晶界處的晶體陳列極不規(guī)那么，界面犬牙交錯(cuò)，相互咬合，因此加強(qiáng)了金屬之間的結(jié)合力。犬牙交錯(cuò)，相互咬合，因此加強(qiáng)了金屬之間的結(jié)合力。 7 7細(xì)晶強(qiáng)化。細(xì)晶強(qiáng)化。 用細(xì)化晶粒的方法來(lái)提高金屬資料的力用細(xì)化晶粒的方法來(lái)提高金屬資料的力學(xué)性能。金屬凝固后的晶粒大小與凝固過(guò)程中形核的多學(xué)性能。金屬凝固后的晶粒大小與凝固過(guò)程中形核的多少和

15、晶核長(zhǎng)大速度有關(guān)，晶核越多，長(zhǎng)大速度越慢，晶少和晶核長(zhǎng)大速度有關(guān)，晶核越多，長(zhǎng)大速度越慢，晶粒越細(xì)。而過(guò)冷度越大，產(chǎn)生的晶核越多，晶核多，每粒越細(xì)。而過(guò)冷度越大，產(chǎn)生的晶核越多，晶核多，每個(gè)晶核長(zhǎng)大遭到制約，構(gòu)成的晶粒就越細(xì)小。個(gè)晶核長(zhǎng)大遭到制約，構(gòu)成的晶粒就越細(xì)小。 為了合理地運(yùn)用和加工金屬資料，必需了解其運(yùn)為了合理地運(yùn)用和加工金屬資料，必需了解其運(yùn)用性能和工藝性能。用性能和工藝性能。 第第2 2節(jié)節(jié) 工程資料的性能工程資料的性能 運(yùn)用性能：指各個(gè)零件或構(gòu)件在正常任務(wù)時(shí)金屬運(yùn)用性能：指各個(gè)零件或構(gòu)件在正常任務(wù)時(shí)金屬資料應(yīng)具備的性能，它決議了金屬資料的運(yùn)用范圍、資料應(yīng)具備的性能，它決議了金屬資

16、料的運(yùn)用范圍、運(yùn)用的可靠性和壽命。包括力學(xué)性能、物理性能、化運(yùn)用的可靠性和壽命。包括力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能。學(xué)性能。 工藝性能：指金屬資料在冷、熱加工過(guò)程中應(yīng)具工藝性能：指金屬資料在冷、熱加工過(guò)程中應(yīng)具備的性能，它決議了金屬資料的加工方法。包括鑄造備的性能，它決議了金屬資料的加工方法。包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處置性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處置性能。性能。1.2.1 金屬資料的性能金屬資料的性能 金屬資料的剛度、強(qiáng)度、彈性、塑性是經(jīng)過(guò)拉伸實(shí)金屬資料的剛度、強(qiáng)度、彈性、塑性是經(jīng)過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定的，規(guī)范試樣如圖驗(yàn)來(lái)測(cè)定的，規(guī)范試樣如圖1-81-8所示，

17、把試樣安裝在拉所示，把試樣安裝在拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上，并對(duì)試樣施加一個(gè)緩慢添加的軸向拉力，伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上，并對(duì)試樣施加一個(gè)緩慢添加的軸向拉力，試樣產(chǎn)生變形，直至斷裂。試樣產(chǎn)生變形，直至斷裂。 力學(xué)性能機(jī)械性能：指金屬資料具有的抵抗一定力學(xué)性能機(jī)械性能：指金屬資料具有的抵抗一定外力作用而不被破壞的性能。金屬資料的力學(xué)性能主要有：外力作用而不被破壞的性能。金屬資料的力學(xué)性能主要有：剛度、強(qiáng)度、彈性、塑性、硬度、沖擊韌度、斷裂韌度和剛度、強(qiáng)度、彈性、塑性、硬度、沖擊韌度、斷裂韌度和疲勞強(qiáng)度等。疲勞強(qiáng)度等。 1.2.1.1 金屬資料的力學(xué)性能金屬資料的力學(xué)性能圖圖1-8 圓形拉伸試樣圓形拉伸試樣 拉伸曲線：以低碳

18、鋼為例，其拉伸曲線如圖拉伸曲線：以低碳鋼為例，其拉伸曲線如圖1-91-9所示，所示，負(fù)荷為縱坐標(biāo)，絕對(duì)伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)。負(fù)荷為縱坐標(biāo)，絕對(duì)伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)。0kbsePPPbsePl圖圖1-9 低碳鋼拉伸曲線低碳鋼拉伸曲線1.1.強(qiáng)度強(qiáng)度 拉伸曲線拉伸曲線oeoe段是直線，段是直線，金屬資料處在彈性變形階金屬資料處在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比例段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比例關(guān)系，服從虎克定律，其關(guān)系，服從虎克定律，其比值稱(chēng)彈性模量，是衡量比值稱(chēng)彈性模量，是衡量資料抵抗彈性變形才干的資料抵抗彈性變形才干的目的。目的。 1 1彈性極限。彈性極限。 金屬資料產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)所能接受的最金屬資料產(chǎn)生完全彈性

19、變形時(shí)所能接受的最大應(yīng)力值，單位大應(yīng)力值，單位MPa MPa 。即。即0APeeeP試樣發(fā)生完全彈性變形的最大載荷試樣發(fā)生完全彈性變形的最大載荷N；0A試樣的原始橫截面積試樣的原始橫截面積mm2 。式中式中2 2抗拉強(qiáng)度?？估瓘?qiáng)度。 當(dāng)負(fù)荷繼續(xù)添加超越當(dāng)負(fù)荷繼續(xù)添加超越s s點(diǎn)后，變形量隨著負(fù)點(diǎn)后，變形量隨著負(fù)荷的添加而急劇添加，當(dāng)負(fù)荷超越荷的添加而急劇添加，當(dāng)負(fù)荷超越b b點(diǎn)，變形集中在試樣的點(diǎn)，變形集中在試樣的某一部位上，試樣在該部位出現(xiàn)縮頸景象，拉伸變形集中某一部位上，試樣在該部位出現(xiàn)縮頸景象，拉伸變形集中在縮頸處。繼續(xù)施加負(fù)荷，試樣在在縮頸處。繼續(xù)施加負(fù)荷，試樣在k k點(diǎn)斷裂。資料斷裂

20、前所點(diǎn)斷裂。資料斷裂前所接受的最大應(yīng)力，即為抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度極限，它也是試接受的最大應(yīng)力，即為抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度極限，它也是試樣可以堅(jiān)持均勻塑性變形的最大應(yīng)力樣可以堅(jiān)持均勻塑性變形的最大應(yīng)力 。 b0APbbbP試樣被拉斷前所接受的最大載荷試樣被拉斷前所接受的最大載荷N；0A試樣的原始橫截面積試樣的原始橫截面積mm2 。式中式中3 3屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) 。 開(kāi)場(chǎng)產(chǎn)生屈服景象時(shí)的應(yīng)力稱(chēng)為屈服點(diǎn)，開(kāi)場(chǎng)產(chǎn)生屈服景象時(shí)的應(yīng)力稱(chēng)為屈服點(diǎn)，其含義指在外力作用下開(kāi)場(chǎng)產(chǎn)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力，其含義指在外力作用下開(kāi)場(chǎng)產(chǎn)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力，也即資料抵抗微量塑性變形的才干。也即資料抵抗微量塑性變形的才干。 s0APss

21、條件屈服極限：有些塑性較低的資料沒(méi)有明顯的屈服條件屈服極限：有些塑性較低的資料沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)，難于確定產(chǎn)生塑性變形的最小應(yīng)力。故規(guī)定當(dāng)試樣產(chǎn)點(diǎn)，難于確定產(chǎn)生塑性變形的最小應(yīng)力。故規(guī)定當(dāng)試樣產(chǎn)生生0.2%0.2%的塑性變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為資料開(kāi)場(chǎng)產(chǎn)生明顯的塑性變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為資料開(kāi)場(chǎng)產(chǎn)生明顯塑性變形時(shí)的屈服強(qiáng)度，稱(chēng)為條件屈服極限塑性變形時(shí)的屈服強(qiáng)度，稱(chēng)為條件屈服極限 。 2 . 0 零件設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)塑性資料采用屈服強(qiáng)度；脆性資料采用零件設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)塑性資料采用屈服強(qiáng)度；脆性資料采用抗拉強(qiáng)度。抗拉強(qiáng)度。 sP試樣發(fā)生屈服時(shí)的載荷試樣發(fā)生屈服時(shí)的載荷N；0A試樣的原始橫截面積試樣的原始橫截面積mm

22、2 。式中式中2.2.塑性塑性 塑性指金屬資料在靜載荷作用時(shí)，在斷裂前產(chǎn)生塑性塑性指金屬資料在靜載荷作用時(shí)，在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的才干，反映資料塑性的力學(xué)性能目的有延伸率變形的才干，反映資料塑性的力學(xué)性能目的有延伸率 和和斷面收縮率斷面收縮率 。1 1延伸率。延伸率。 指試樣拉斷后其標(biāo)距長(zhǎng)度的相對(duì)伸長(zhǎng)值。即指試樣拉斷后其標(biāo)距長(zhǎng)度的相對(duì)伸長(zhǎng)值。即 %10000lllk2 2斷面收縮率。斷面收縮率。 指試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大指試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大相對(duì)收縮值。相對(duì)收縮值。 %10000AAAkkl試樣斷裂后的標(biāo)距長(zhǎng)度；試樣斷裂后的標(biāo)距長(zhǎng)度；0l試樣的原始標(biāo)距長(zhǎng)度；試樣的原始標(biāo)距長(zhǎng)度

23、；式中式中kA試樣斷裂出的最小橫截面積；試樣斷裂出的最小橫截面積；0A試樣的原始橫截面積；試樣的原始橫截面積；式中式中3.3.硬度硬度 硬度指金屬資料抵抗外物壓入其外表的才干，也是衡硬度指金屬資料抵抗外物壓入其外表的才干，也是衡量金屬資料軟硬程度的一種力學(xué)性能目的。工程上常用的量金屬資料軟硬程度的一種力學(xué)性能目的。工程上常用的有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。 1 1布氏硬度布氏硬度HBS(HBW)HBS(HBW)。 布氏硬度是在布氏硬度計(jì)上進(jìn)展丈布氏硬度是在布氏硬度計(jì)上進(jìn)展丈量的，用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^，以相應(yīng)的實(shí)量的，用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球?yàn)?/p>

24、壓頭，以相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)力壓入試樣外表，堅(jiān)持規(guī)定的時(shí)間后，卸除實(shí)驗(yàn)力，在試驗(yàn)力壓入試樣外表，堅(jiān)持規(guī)定的時(shí)間后，卸除實(shí)驗(yàn)力，在試樣外表構(gòu)成壓痕，以壓痕球形外表所接受的平均負(fù)荷作為布樣外表構(gòu)成壓痕，以壓痕球形外表所接受的平均負(fù)荷作為布氏硬度值，如圖氏硬度值，如圖1-101-10示。示。 222HBS(HBW)dDDDF圖圖1-10 布氏硬度實(shí)驗(yàn)原理圖布氏硬度實(shí)驗(yàn)原理圖F實(shí)驗(yàn)力實(shí)驗(yàn)力kgf；D球體直徑球體直徑mm；d壓痕平均直徑壓痕平均直徑mm。式中式中 在做布氏實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需丈量出在做布氏實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需丈量出d d值即可從有關(guān)表格上值即可從有關(guān)表格上查出相應(yīng)的布氏硬度值。壓頭為鋼球時(shí)，為查出相應(yīng)的布氏硬度值

25、。壓頭為鋼球時(shí)，為HBSHBS，適用于，適用于布氏硬度布氏硬度450450以下的資料；壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，為以下的資料；壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，為HBWHBW，適用于布氏硬度適用于布氏硬度650650以下的資料。優(yōu)點(diǎn)：丈量結(jié)果準(zhǔn)確，以下的資料。優(yōu)點(diǎn)：丈量結(jié)果準(zhǔn)確，缺陷：壓痕大，不適宜廢品檢驗(yàn)。缺陷：壓痕大，不適宜廢品檢驗(yàn)。 2 2洛氏硬度。洛氏硬度。 洛氏硬度是用壓頭壓入的壓痕深度作為丈洛氏硬度是用壓頭壓入的壓痕深度作為丈量硬度值的根據(jù)量硬度值的根據(jù), ,如圖如圖1-111-11所示?？梢灾苯訌穆迨嫌捕扔?jì)的所示?？梢灾苯訌穆迨嫌捕扔?jì)的表盤(pán)上讀出，它是一個(gè)相對(duì)值，人們規(guī)定每表盤(pán)上讀出，它是一個(gè)相對(duì)值

26、，人們規(guī)定每0.002mm0.002mm壓痕深壓痕深度為一個(gè)洛氏硬度單位。洛氏硬度用度為一個(gè)洛氏硬度單位。洛氏硬度用HRAHRA、HRBHRB和和HRCHRC來(lái)表示。來(lái)表示。HRCHRC采用頂角為采用頂角為120120的金剛石圓錐體為壓頭，施加的金剛石圓錐體為壓頭，施加150kgf150kgf的的外力，主要用于淬火鋼等較硬資料的測(cè)定，常用硬度值為外力，主要用于淬火鋼等較硬資料的測(cè)定，常用硬度值為20-67HRC20-67HRC； HRA HRA采用外加載荷為采用外加載荷為60kgf60kgf，用于丈量高硬度薄，用于丈量高硬度薄層，常用硬度值為層，常用硬度值為70-85HRA70-85HRA；H

27、RBHRB采用直徑采用直徑1.588mm1.588mm的鋼球，的鋼球，100kgf100kgf的外加載荷，用于硬度較低的資料，常用硬度值為的外加載荷，用于硬度較低的資料，常用硬度值為25-100HRB25-100HRB。優(yōu)點(diǎn)：丈量迅速簡(jiǎn)便，壓痕小，可在廢品零件。優(yōu)點(diǎn)：丈量迅速簡(jiǎn)便，壓痕小，可在廢品零件上檢測(cè)上檢測(cè) 。3 3維氏硬度維氏硬度HVHV。 測(cè)試的根本原理與布氏硬度一樣，但測(cè)試的根本原理與布氏硬度一樣，但壓頭采用錐面夾角壓頭采用錐面夾角的金剛石正四棱錐體，維氏硬度實(shí)驗(yàn)的金剛石正四棱錐體，維氏硬度實(shí)驗(yàn)所用載荷小，壓痕深度淺，適用于丈量零件薄的外表硬所用載荷小，壓痕深度淺，適用于丈量零件薄

28、的外表硬化層的硬度。實(shí)驗(yàn)載荷可恣意選擇，故可測(cè)硬度范圍寬，化層的硬度。實(shí)驗(yàn)載荷可恣意選擇，故可測(cè)硬度范圍寬，任務(wù)效率較低。任務(wù)效率較低。4. 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度1 1交變應(yīng)力周期性應(yīng)力。交變應(yīng)力周期性應(yīng)力。 應(yīng)力的大小、方向周期應(yīng)力的大小、方向周期性變化。有對(duì)稱(chēng)周期性應(yīng)力和非對(duì)稱(chēng)周期性應(yīng)力。性變化。有對(duì)稱(chēng)周期性應(yīng)力和非對(duì)稱(chēng)周期性應(yīng)力。2疲勞。疲勞。 構(gòu)件在低于屈服強(qiáng)度的交變應(yīng)力作用下，經(jīng)構(gòu)件在低于屈服強(qiáng)度的交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間任務(wù)而發(fā)生忽然斷裂，而無(wú)明顯的塑性變過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間任務(wù)而發(fā)生忽然斷裂，而無(wú)明顯的塑性變形的景象。形的景象。3疲勞曲線。疲勞曲線。 反映接受的交變應(yīng)力與斷裂前的應(yīng)力周期反

29、映接受的交變應(yīng)力與斷裂前的應(yīng)力周期次數(shù)間的關(guān)系曲線，如圖次數(shù)間的關(guān)系曲線，如圖1-12所示。所示。圖圖1-12 疲勞曲線疲勞曲線4 4疲勞極限。疲勞極限。 由圖由圖1-121-12可見(jiàn)，可見(jiàn)，應(yīng)力愈高，循環(huán)次數(shù)愈少，反之應(yīng)力愈高，循環(huán)次數(shù)愈少，反之亦然。亦然。 當(dāng)應(yīng)力低到一定值時(shí)，當(dāng)應(yīng)力低到一定值時(shí)，循環(huán)次數(shù)無(wú)窮大，表示資料可經(jīng)循環(huán)次數(shù)無(wú)窮大，表示資料可經(jīng)無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)而不失效；此應(yīng)無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)而不失效；此應(yīng)力即為疲勞強(qiáng)度疲勞極限。力即為疲勞強(qiáng)度疲勞極限。對(duì)稱(chēng)彎曲疲勞極限用對(duì)稱(chēng)彎曲疲勞極限用 表表示示 ；無(wú)限次當(dāng)然不是數(shù)學(xué)上的；無(wú)限次當(dāng)然不是數(shù)學(xué)上的無(wú)窮大，只是一個(gè)很大的數(shù)而已，無(wú)窮大，只是

30、一個(gè)很大的數(shù)而已，對(duì)于鋼鐵資料為對(duì)于鋼鐵資料為107107，有色金屬，有色金屬資料為資料為108 108 。15. 沖擊韌度沖擊韌度 指金屬資料抵抗沖擊負(fù)荷的才干，可用擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)指金屬資料抵抗沖擊負(fù)荷的才干，可用擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)來(lái)測(cè)定金屬資料的沖擊值。如圖來(lái)測(cè)定金屬資料的沖擊值。如圖1-13，1-14所示。沖擊韌所示。沖擊韌度值可用下式計(jì)算。度值可用下式計(jì)算。FGhGHFAkkk沖擊韌度沖擊韌度J/cm2 ；kA沖擊吸收功沖擊吸收功J；G擺錘分量擺錘分量N；H擺錘抬升高度擺錘抬升高度m；h擺錘沖擊后的高度擺錘沖擊后的高度m；F試樣缺口底部處橫截面積試樣缺口底部處橫截面積cm2 。式中式中 物

31、理性能指不發(fā)生化學(xué)反響就能表現(xiàn)出來(lái)的性能，如物理性能指不發(fā)生化學(xué)反響就能表現(xiàn)出來(lái)的性能，如密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。 1.2.1.2 金屬資料的物理和化學(xué)性能金屬資料的物理和化學(xué)性能 化學(xué)性能是資料在化學(xué)介質(zhì)的作用下所表現(xiàn)出來(lái)的性化學(xué)性能是資料在化學(xué)介質(zhì)的作用下所表現(xiàn)出來(lái)的性能。如資料的耐腐蝕性能、抗氧化性能和化學(xué)穩(wěn)定性能等。能。如資料的耐腐蝕性能、抗氧化性能和化學(xué)穩(wěn)定性能等。 1.2.1.3 金屬資料的工藝性能金屬資料的工藝性能 金屬資料的工藝性能指金屬資料順應(yīng)加工工藝要求金屬資料的工藝性能指金屬資料順應(yīng)加工工藝要求的才干。按

32、工藝方法的不同，可分為鑄造性能、鍛造性的才干。按工藝方法的不同，可分為鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處置性能。能、焊接性能、切削加工性能和熱處置性能。1 1鑄造性能。鑄造性能。 指利用金屬的可熔性將其熔化后，注入鑄指利用金屬的可熔性將其熔化后，注入鑄型制成鑄件的難易程度，包括金屬液體的流動(dòng)性和收縮性。型制成鑄件的難易程度，包括金屬液體的流動(dòng)性和收縮性。 2 2鍛造性能。鍛造性能。 指金屬資料在鍛造過(guò)程中接受壓力加工而指金屬資料在鍛造過(guò)程中接受壓力加工而具有的塑性變形才干。具有的塑性變形才干。 3 3焊接性。焊接性。 指資料被焊接的難易性質(zhì)。指資料被焊接的難易性質(zhì)。 4 4切削加

33、工性。表示對(duì)資料進(jìn)展切削的難易程度，可用切削加工性。表示對(duì)資料進(jìn)展切削的難易程度，可用切削抗力的大小、加工外表質(zhì)量、排屑的難易程度和切削切削抗力的大小、加工外表質(zhì)量、排屑的難易程度和切削刀具的壽命來(lái)衡量。刀具的壽命來(lái)衡量。 5 5熱處置工藝性。熱處置工藝性。 目的有淬硬性、淬透性、淬火變形與目的有淬硬性、淬透性、淬火變形與淬裂、外表氧化與脫碳、過(guò)熱與過(guò)燒、回火穩(wěn)定性與脆性。淬裂、外表氧化與脫碳、過(guò)熱與過(guò)燒、回火穩(wěn)定性與脆性。 非金屬資料的根本性能包括物理性能、力學(xué)性能、非金屬資料的根本性能包括物理性能、力學(xué)性能、與水有關(guān)和與熱有關(guān)的性能及耐久性。與水有關(guān)和與熱有關(guān)的性能及耐久性。1.2.2 非

34、金屬資料的性能非金屬資料的性能1.2.2.1非金屬資料的力學(xué)性能非金屬資料的力學(xué)性能 非金屬的力學(xué)性能包括強(qiáng)度、剛度、韌性、蠕變性、非金屬的力學(xué)性能包括強(qiáng)度、剛度、韌性、蠕變性、減摩性等，普通高分子資料的塑性、剛度、韌性較鋼低；減摩性等，普通高分子資料的塑性、剛度、韌性較鋼低；但具減摩性。陶瓷在常溫下不具塑性，沖擊韌度、斷裂韌但具減摩性。陶瓷在常溫下不具塑性，沖擊韌度、斷裂韌度、抗拉強(qiáng)度比金屬低。度、抗拉強(qiáng)度比金屬低。 1 1強(qiáng)度。金屬資料普通用拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)定，而脆性資強(qiáng)度。金屬資料普通用拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)定，而脆性資料如陶瓷和玻璃采用彎曲實(shí)驗(yàn)，高聚合物的應(yīng)力料如陶瓷和玻璃采用彎曲實(shí)驗(yàn)，高聚合物的應(yīng)力應(yīng)

35、變用應(yīng)變用拉伸實(shí)驗(yàn)。拉伸實(shí)驗(yàn)。 強(qiáng)度和變形的概念與金屬資料一樣，不同處如下：強(qiáng)度和變形的概念與金屬資料一樣，不同處如下： 2 2變形。除彈性變形、塑性變形、彈性模量外，還變形。除彈性變形、塑性變形、彈性模量外，還有徐變?nèi)渥?、松弛。徐變指資料在恒定載荷的作用下，有徐變?nèi)渥?、松弛。徐變指資料在恒定載荷的作用下，隨時(shí)間的延伸而變形不斷增長(zhǎng)的景象。松弛指總的變形不隨時(shí)間的延伸而變形不斷增長(zhǎng)的景象。松弛指總的變形不變，但塑性變形增大，彈性變形減小，載荷與應(yīng)力逐漸降變，但塑性變形增大，彈性變形減小，載荷與應(yīng)力逐漸降低的景象。低的景象。 1.2.2.2 非金屬資料的物理性能非金屬資料的物理性能1 1松散密度

36、。松散密度。 資料在自然形狀下包括孔隙或空隙在內(nèi)的資料在自然形狀下包括孔隙或空隙在內(nèi)的單位體積的質(zhì)量。即單位體積的質(zhì)量。即00Vm2密度。密度。 資料在絕對(duì)密實(shí)形狀下單位體積的質(zhì)量。資料在絕對(duì)密實(shí)形狀下單位體積的質(zhì)量。式中式中 松散密度松散密度kg/m3 ； 資料的質(zhì)量資料的質(zhì)量kg； 資料在自然形狀下的體積資料在自然形狀下的體積m3 。 0m0V3 3孔隙?？紫?。 用孔隙率作為衡量目的，即資料內(nèi)部空隙體用孔隙率作為衡量目的，即資料內(nèi)部空隙體積占資料總體積的百分比。積占資料總體積的百分比。4 4資料的脹縮：指由于大氣中溫度、濕度變化或其他介質(zhì)資料的脹縮：指由于大氣中溫度、濕度變化或其他介質(zhì)的作

37、用而導(dǎo)致的資料的膨脹或收縮。的作用而導(dǎo)致的資料的膨脹或收縮。 1.2.2.3 與水有關(guān)的性能與水有關(guān)的性能 水對(duì)資料性能有很大影響，特別對(duì)強(qiáng)度，抗腐蝕性、水對(duì)資料性能有很大影響，特別對(duì)強(qiáng)度，抗腐蝕性、耐久性。主要有親水性、吸水性、耐水性、抗?jié)B性。耐久性。主要有親水性、吸水性、耐水性、抗?jié)B性。 1親水性。資料在空氣中與水接觸，假設(shè)資料分子與水親水性。資料在空氣中與水接觸，假設(shè)資料分子與水分子之間的附著力大于水分子之間的內(nèi)聚力，水就能潮濕分子之間的附著力大于水分子之間的內(nèi)聚力，水就能潮濕資料的外表，三相資料、水、空氣交點(diǎn)處，沿水滴外資料的外表，三相資料、水、空氣交點(diǎn)處，沿水滴外表的切線與資料外表的

38、夾角表的切線與資料外表的夾角 叫潮濕角，假設(shè)叫潮濕角，假設(shè) 為親為親水性資料；反之為憎水性資料。水性資料；反之為憎水性資料。090 2吸水性。指資料吸收水分的才干。資料吸水到達(dá)飽吸水性。指資料吸收水分的才干。資料吸水到達(dá)飽和形狀時(shí)的含水率叫吸水率。他與孔隙率和孔隙特征有關(guān)。和形狀時(shí)的含水率叫吸水率。他與孔隙率和孔隙特征有關(guān)。 3 3耐水性。指資料長(zhǎng)期在水的作用下，其強(qiáng)度不顯著耐水性。指資料長(zhǎng)期在水的作用下，其強(qiáng)度不顯著降低的性能。降低的性能。 4 4抗?jié)B性。指資料抵抗壓力水浸透的性能?？?jié)B性。指資料抵抗壓力水浸透的性能。 1 1導(dǎo)熱性。與金屬資料的導(dǎo)熱系數(shù)一樣。導(dǎo)熱性。與金屬資料的導(dǎo)熱系數(shù)一樣

39、。 1.2.2.4 與熱有關(guān)的性能與熱有關(guān)的性能 2 2熱容。指資料在加熱時(shí)能吸收熱量，冷卻時(shí)能放出熱熱容。指資料在加熱時(shí)能吸收熱量，冷卻時(shí)能放出熱量的性質(zhì)，單位質(zhì)量資料每升高一度所需求的熱量稱(chēng)為比量的性質(zhì)，單位質(zhì)量資料每升高一度所需求的熱量稱(chēng)為比熱容熱容c(J/kgK)c(J/kgK)。 3 3耐熱性。指資料長(zhǎng)期在熱環(huán)境下抵抗熱破壞的才干。耐熱性。指資料長(zhǎng)期在熱環(huán)境下抵抗熱破壞的才干。4 4耐燃性。指資料對(duì)火焰和高溫的抵抗性能；可分為不耐燃性。指資料對(duì)火焰和高溫的抵抗性能；可分為不燃資料、難燃資料，易燃資料。燃資料、難燃資料，易燃資料。 5 5耐火性。指資料長(zhǎng)期抵抗高熱而不熔化的性能，耐熔性

40、，耐火性。指資料長(zhǎng)期抵抗高熱而不熔化的性能，耐熔性，耐火資料還應(yīng)不變形，能承載；分為耐火資料、難熔資料、耐火資料還應(yīng)不變形，能承載；分為耐火資料、難熔資料、易熔資料。易熔資料。 思索題思索題1. 解釋以下名詞術(shù)語(yǔ)：晶體、晶格、過(guò)冷、固溶體、解釋以下名詞術(shù)語(yǔ)：晶體、晶格、過(guò)冷、固溶體、化合物、機(jī)械混合物?；衔?、機(jī)械混合物。3. 何謂硬度，硬度實(shí)驗(yàn)方法主要有哪幾種？并簡(jiǎn)單引何謂硬度，硬度實(shí)驗(yàn)方法主要有哪幾種？并簡(jiǎn)單引見(jiàn)其中一種。見(jiàn)其中一種。4. 資料的工藝性能包括哪幾種？資料的工藝性能包括哪幾種？5. 非金屬資料與水和熱有關(guān)的性能主要有？非金屬資料與水和熱有關(guān)的性能主要有？2. 試述純金屬的結(jié)晶

41、過(guò)程。試述純金屬的結(jié)晶過(guò)程。第第3節(jié)節(jié) 鐵碳合金鐵碳合金FeFeFeC912C1394C1538000 純鐵液體體心立方晶格體心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格體心立方晶格體心立方晶格1.3.1 鐵碳合金的根本組織和性能鐵碳合金的根本組織和性能1. 鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變 金屬在固態(tài)下發(fā)生的晶格構(gòu)造的轉(zhuǎn)變叫同素異晶金屬在固態(tài)下發(fā)生的晶格構(gòu)造的轉(zhuǎn)變叫同素異晶構(gòu)轉(zhuǎn)變。金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變也是一種結(jié)晶過(guò)程，構(gòu)轉(zhuǎn)變。金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變也是一種結(jié)晶過(guò)程，有一定的轉(zhuǎn)變溫度和過(guò)冷度；也有晶核的構(gòu)成和長(zhǎng)大兩有一定的轉(zhuǎn)變溫度和過(guò)冷度；也有晶核的構(gòu)成和長(zhǎng)大兩個(gè)階段。故同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變又稱(chēng)為重結(jié)晶。鐵的同素異構(gòu)

42、個(gè)階段。故同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變又稱(chēng)為重結(jié)晶。鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?nèi)缦滤尽＾D(zhuǎn)變?nèi)缦滤尽?.2.鐵素體鐵素體F F 碳溶于碳溶于 中的固溶體，它堅(jiān)持體心立方晶格構(gòu)造。中的固溶體，它堅(jiān)持體心立方晶格構(gòu)造。其顯微組織如圖其顯微組織如圖1-151-15，溶解度，溶解度0.008%0.008% 0.02%0.02%，故性質(zhì)接，故性質(zhì)接近純鐵，強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好。近純鐵，強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好。 Fe3.3.奧氏體奧氏體A A 碳溶于碳溶于 中的固溶體，堅(jiān)持面心立方晶格構(gòu)造。其中的固溶體，堅(jiān)持面心立方晶格構(gòu)造。其顯微組織如圖顯微組織如圖1-161-16，溶解度，溶解度0.77%0.77% 2.11%2.

43、11%，其強(qiáng)度和，其強(qiáng)度和硬度略高于鐵素體，塑性、韌性較好。硬度略高于鐵素體，塑性、韌性較好。 Fe4.4.滲碳體滲碳體Fe3CFe3C 鐵和碳組成的金屬化合物，復(fù)雜斜方晶體構(gòu)造。含碳量鐵和碳組成的金屬化合物，復(fù)雜斜方晶體構(gòu)造。含碳量為為6.69%6.69%，其硬度很高，塑性、韌性幾乎為零，脆性極大，其硬度很高，塑性、韌性幾乎為零，脆性極大，在一定條件下分解為鐵和石墨。在一定條件下分解為鐵和石墨。 6.6.萊氏體萊氏體LdLd 萊氏體在萊氏體在7270C7270C以上，由奧氏體與滲碳體組成的機(jī)械以上，由奧氏體與滲碳體組成的機(jī)械混合物，稱(chēng)為高溫萊氏體混合物，稱(chēng)為高溫萊氏體LdLd；在；在7270

44、C7270C以下，該組織轉(zhuǎn)變以下，該組織轉(zhuǎn)變?yōu)橛芍楣怏w與滲碳體組成的機(jī)械混合物，稱(chēng)為低溫萊氏體為由珠光體與滲碳體組成的機(jī)械混合物，稱(chēng)為低溫萊氏體LdLd。其顯微組織如圖。其顯微組織如圖1-181-18，其力學(xué)性能與滲碳體類(lèi)似，其力學(xué)性能與滲碳體類(lèi)似，硬度較高，脆性較大。硬度較高，脆性較大。 5.5.珠光體珠光體P P 珠光體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。其顯微組織珠光體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。其顯微組織如圖如圖1-171-17，珠光體強(qiáng)度較高，塑性、韌性和硬度介于滲碳，珠光體強(qiáng)度較高，塑性、韌性和硬度介于滲碳體和鐵素體之間。體和鐵素體之間。 1.3.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 鐵碳合金

45、相圖：表示在平衡形狀下鐵碳合金的化學(xué)成分、相、組織與溫度的關(guān)系圖。利用它可以研討鋼和鑄鐵的內(nèi)部組織及其變化規(guī)律，從而為更好的利用它們，并為制定熱處置、壓力加工等工藝規(guī)程打下根底。在工程中普通研討的鐵碳合金形狀圖實(shí)踐上都是鐵與滲碳體兩組元構(gòu)成的形狀圖，如圖1-19所示。 鋼：含碳量小于鋼：含碳量小于2.11%的鐵碳合金；的鐵碳合金； 鑄鐵：含碳量大于鑄鐵：含碳量大于2.11%的鐵碳合金。的鐵碳合金。 圖圖1-19 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖LL+AAF+AFF+PPP+Fe3CIIP+Fe3CII+LdA+Fe3CIIA+Fe3CII+LdLdLdL+Fe3CILd+Fe3CILd+Fe3CI 相

46、圖上的特性線和點(diǎn)如下：相圖上的特性線和點(diǎn)如下： 2AECF線固相線。當(dāng)合金冷卻到此線時(shí)，金屬液線固相線。當(dāng)合金冷卻到此線時(shí)，金屬液全部結(jié)晶為固相，在此線以下區(qū)域?yàn)楣滔?。全部結(jié)晶為固相，在此線以下區(qū)域?yàn)楣滔唷?1ACD線液相線。當(dāng)金屬液冷卻到此線時(shí)開(kāi)場(chǎng)結(jié)線液相線。當(dāng)金屬液冷卻到此線時(shí)開(kāi)場(chǎng)結(jié)晶，在此線以上區(qū)域?yàn)橐合唷＞?，在此線以上區(qū)域?yàn)橐合唷?由于圖中左上角部分在適用中用途不大，故不予分析。由于圖中左上角部分在適用中用途不大，故不予分析。3A點(diǎn)。純鐵的熔點(diǎn)點(diǎn)。純鐵的熔點(diǎn)15380C。4 4D D點(diǎn)。滲碳體的熔點(diǎn)點(diǎn)。滲碳體的熔點(diǎn)12270C12270C。 5 5C C點(diǎn)。共晶點(diǎn)，溫度點(diǎn)。共晶點(diǎn)，溫度

47、11480C11480C，成分，成分4.3%C4.3%C。共晶：指合。共晶：指合金在一定的條件金在一定的條件( (溫度、成分溫度、成分) )下，由液體合金中同時(shí)結(jié)下，由液體合金中同時(shí)結(jié)晶出兩種不同的晶體，而構(gòu)成一種特殊的共晶體組織的晶出兩種不同的晶體，而構(gòu)成一種特殊的共晶體組織的轉(zhuǎn)變。即轉(zhuǎn)變。即 6.69%C32.11%C4.3%CC11484.3%CCFeALdL06 6ECFECF線共晶線。含碳量在線共晶線。含碳量在2.11%2.11%6.69%6.69%的鐵碳合金，的鐵碳合金，冷卻到此線時(shí)冷卻到此線時(shí)11481148度，將發(fā)生共晶反響，同時(shí)結(jié)晶出度，將發(fā)生共晶反響，同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳

48、體的共晶混合物萊氏體。奧氏體和滲碳體的共晶混合物萊氏體。 7 7ESES線。是碳在線。是碳在 中的溶解度曲線，中的溶解度曲線，E E點(diǎn)表示在點(diǎn)表示在11480C11480C時(shí)碳在時(shí)碳在 中的最大溶解度為中的最大溶解度為2.11%2.11%。隨著溫度降。隨著溫度降低，溶解度下降，即含碳量大于低，溶解度下降，即含碳量大于0.77%0.77%的奧氏體冷卻過(guò)程的奧氏體冷卻過(guò)程中都將從奧氏體中析出滲碳體次生滲碳體，常稱(chēng)為中都將從奧氏體中析出滲碳體次生滲碳體，常稱(chēng)為AcmAcm線線FeFe8 8GSGS線。線。 是冷卻過(guò)程不同含碳量的奧氏體中析出鐵素體的是冷卻過(guò)程不同含碳量的奧氏體中析出鐵素體的轉(zhuǎn)變線，常

49、稱(chēng)為轉(zhuǎn)變線，常稱(chēng)為A3A3線。線。1010PSKPSK線共析線。線共析線。 含碳量在含碳量在0.02%0.02%6.69%6.69%的鐵碳合的鐵碳合金，冷卻到此線時(shí)金，冷卻到此線時(shí)7270C7270C，將發(fā)生共析反響，從奧氏，將發(fā)生共析反響，從奧氏體中同時(shí)結(jié)晶出鐵素體和滲碳體的共析混合物珠光體。即體中同時(shí)結(jié)晶出鐵素體和滲碳體的共析混合物珠光體。即A1A1線。線。 9 9S S點(diǎn)。共析點(diǎn)，溫度點(diǎn)。共析點(diǎn)，溫度7270C7270C，成分，成分0.77%0.77%。共析轉(zhuǎn)變：。共析轉(zhuǎn)變：指合金在一定條件下，由一種固相轉(zhuǎn)變成兩個(gè)固相的機(jī)指合金在一定條件下，由一種固相轉(zhuǎn)變成兩個(gè)固相的機(jī)械混合物的過(guò)程。械

50、混合物的過(guò)程。 即：即： 6.69%C30.02%C0.77%C7270.77%CCFeFPA0 C1.3.3 鐵碳合金的組織轉(zhuǎn)變鐵碳合金的組織轉(zhuǎn)變 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 含碳量小于含碳量小于0.0218%0.0218%的鐵碳合金，的鐵碳合金， 鋼鋼 含碳量在含碳量在0.0218%0.0218%2.11%2.11%的鐵碳合金，的鐵碳合金， 共析鋼共析鋼 含碳量等于含碳量等于0.77%0.77%， 亞共析鋼亞共析鋼 含碳量小于含碳量小于0.77%0.77%， 過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 含碳量位于含碳量位于0.77%0.77%2.11%2.11%， 白口鑄鐵白口鑄鐵 含碳量在含碳量在2.11%2.11%6.6

51、9%6.69%的鐵碳合金的鐵碳合金 共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵 含碳量等于含碳量等于4.3% 4.3% ， 亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 含碳量位于含碳量位于2.11%4.3% 2.11%4.3% 過(guò)共晶白口鑄鐵過(guò)共晶白口鑄鐵 含碳量位于含碳量位于4.3%4.3%6.69% 6.69% 1. 鋼的結(jié)晶過(guò)程鋼的結(jié)晶過(guò)程 為方便起見(jiàn)，按照鐵碳合金的分類(lèi)，為方便起見(jiàn)，按照鐵碳合金的分類(lèi)，把相圖分為鋼和白口鐵兩部分；如圖把相圖分為鋼和白口鐵兩部分；如圖1-20為經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的鋼的鐵碳合金相圖。下面為經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的鋼的鐵碳合金相圖。下面分析其結(jié)晶過(guò)程：分析其結(jié)晶過(guò)程：1共析鋼如圖共析鋼如圖I號(hào)合金的結(jié)晶過(guò)程號(hào)合金

52、的結(jié)晶過(guò)程CFeFPAALL3727ttt0321C 其室溫組織為珠光體，為層片狀組其室溫組織為珠光體，為層片狀組織，具有較高的強(qiáng)度織，具有較高的強(qiáng)度 =800MPa，硬度，硬度HBS=230,塑性較低塑性較低 =12%。b圖圖1-20 鋼的鐵碳合金相圖鋼的鐵碳合金相圖0.772.11C%2亞共析鋼如圖亞共析鋼如圖II號(hào)合金的結(jié)晶過(guò)程號(hào)合金的結(jié)晶過(guò)程FAAALL321tttCFeFPF3727t04C 其室溫組織為鐵素體加珠光體，其顯其室溫組織為鐵素體加珠光體，其顯微組織如圖微組織如圖1-21a；其性能介于鐵素體和珠；其性能介于鐵素體和珠光體之間；隨含碳量升高，珠光體量增多，光體之間；隨含碳量

53、升高，珠光體量增多，故強(qiáng)度硬度添加，塑性韌性下降。故強(qiáng)度硬度添加，塑性韌性下降。3過(guò)共析鋼如圖過(guò)共析鋼如圖III號(hào)合金的結(jié)晶過(guò)程號(hào)合金的結(jié)晶過(guò)程II3tttCFeAAALL321CFeFPCFe3II3727t04C其室溫組織為滲碳體加珠光體，其顯微組其室溫組織為滲碳體加珠光體，其顯微組織如圖織如圖1-21b；隨含碳量升高，滲碳體量；隨含碳量升高，滲碳體量增多，故硬度添加，韌性下降。增多，故硬度添加，韌性下降。圖圖1-20 鋼的鐵碳合金相圖鋼的鐵碳合金相圖0.772.11C% 鑄鐵根據(jù)含碳量的不同可分為共晶白鑄鐵根據(jù)含碳量的不同可分為共晶白口鑄鐵口鑄鐵4.3%C、亞共晶白口鑄鐵、亞共晶白口鑄鐵

54、 4.3%C；其簡(jiǎn)化的鐵碳合金相圖如；其簡(jiǎn)化的鐵碳合金相圖如圖圖1-22所示，下面分別分析其結(jié)晶過(guò)程。所示，下面分別分析其結(jié)晶過(guò)程。2. 白口鑄鐵的結(jié)晶過(guò)程白口鑄鐵的結(jié)晶過(guò)程圖圖1-22 生鐵的鐵碳合金相圖生鐵的鐵碳合金相圖2.114.36.690C1共晶白口鑄鐵如圖共晶白口鑄鐵如圖V的結(jié)晶過(guò)程的結(jié)晶過(guò)程CFeCFeALdCFeALdL3II3tt3t211 CFeCFePLd3II3727t02C其室溫組織為萊氏體。其室溫組織為萊氏體。 其室溫組織為珠光體加萊氏體。顯其室溫組織為珠光體加萊氏體。顯微組織如圖微組織如圖1-23a。圖圖1-22 生鐵的鐵碳合金相圖生鐵的鐵碳合金相圖2.114.3

55、6.690C2亞共晶白口鑄鐵如圖亞共晶白口鑄鐵如圖IV的結(jié)晶過(guò)程的結(jié)晶過(guò)程CFeALdAALL3tt21CFeCFeALdCFeA3II3II3tt32 CFeCFePLdCFeP3II3II3t33過(guò)共晶白口鑄鐵如圖過(guò)共晶白口鑄鐵如圖IIV的結(jié)晶過(guò)程的結(jié)晶過(guò)程I33tI3tCFCFeALdCFLL21eeI33II3ttCFeCFeCFeALd32 I33II3tCFeCFeCFePLd3 其室溫組織為滲碳體加萊氏體。顯其室溫組織為滲碳體加萊氏體。顯微組織如圖微組織如圖1-23b。1.3.4 鐵碳合金相圖的運(yùn)用鐵碳合金相圖的運(yùn)用 1 1在鑄造中的運(yùn)用。在鑄造中的運(yùn)用。 根據(jù)相圖可以知道各種成

56、分的鋼和鑄根據(jù)相圖可以知道各種成分的鋼和鑄鐵的結(jié)晶溫度，可確定合金的澆注溫度，知道合金的凝固溫鐵的結(jié)晶溫度，可確定合金的澆注溫度，知道合金的凝固溫度范圍，判別流動(dòng)性以及縮孔、縮松的傾向。共晶成分的合度范圍，判別流動(dòng)性以及縮孔、縮松的傾向。共晶成分的合金，結(jié)晶溫度較低，偏析較小，流動(dòng)性好，因此鑄造合金的金，結(jié)晶溫度較低，偏析較小，流動(dòng)性好，因此鑄造合金的成分常選用接近共晶成分。成分常選用接近共晶成分。 2 2在鍛造中的運(yùn)用。鋼中有奧氏體組織時(shí)，塑性好，變形在鍛造中的運(yùn)用。鋼中有奧氏體組織時(shí)，塑性好，變形是抗力低，便于塑性變形，故常選擇單相奧氏體區(qū)域的適當(dāng)是抗力低，便于塑性變形，故常選擇單相奧氏體

57、區(qū)域的適當(dāng)溫度范圍。溫度范圍。 3 3在熱處置中的運(yùn)用。在熱處置中的運(yùn)用。 相圖反映了不同成分的合金在緩相圖反映了不同成分的合金在緩慢加熱或冷卻時(shí)，所發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變溫度，是制定熱處置慢加熱或冷卻時(shí)，所發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變溫度，是制定熱處置工藝的根據(jù)。工藝的根據(jù)。思索題：思索題：1.1.何謂奧氏體、鐵素體、滲碳體、珠光體、萊氏體，它何謂奧氏體、鐵素體、滲碳體、珠光體、萊氏體，它們的性能如何？們的性能如何？2.2.試簡(jiǎn)述鐵碳合金形狀圖中試簡(jiǎn)述鐵碳合金形狀圖中C C點(diǎn)、點(diǎn)、S S點(diǎn)、點(diǎn)、ECFECF線、線、PSKPSK線、線、ESES線和線和GSGS線的物理含義。線的物理含義。3.3.試分析含碳試分析含碳

58、0.4%C0.4%C、0.77%C0.77%C、1.0%C1.0%C、3.0%C3.0%C、4.3%C4.3%C和和5.0%C5.0%C的合金在極緩慢冷卻時(shí)組織的轉(zhuǎn)變過(guò)程，并指出其的合金在極緩慢冷卻時(shí)組織的轉(zhuǎn)變過(guò)程，并指出其室溫組織。室溫組織。 第第4節(jié)節(jié) 常用工程資料常用工程資料1.4.1 1.4.1 常用工程資料的分類(lèi)常用工程資料的分類(lèi) 工工程程 資資料料金屬資料金屬資料碳素鋼碳素鋼合金鋼合金鋼碳素構(gòu)造鋼碳素構(gòu)造鋼碳素工具鋼碳素工具鋼合金構(gòu)造鋼合金構(gòu)造鋼合金工具鋼合金工具鋼特殊性能鋼特殊性能鋼鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵有色金屬：銅合

59、金、鋁合金等有色金屬：銅合金、鋁合金等非金屬資料非金屬資料高分子資料：塑料、橡膠、復(fù)合資料等高分子資料：塑料、橡膠、復(fù)合資料等陶瓷資料：普通瓷、氧化鋁陶瓷、氧化硅陶瓷、碳化硅陶陶瓷資料：普通瓷、氧化鋁陶瓷、氧化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷瓷、氮化硼陶瓷鋼鋼1.4.2.1 1.4.2.1 碳素鋼分類(lèi)和牌號(hào)碳素鋼分類(lèi)和牌號(hào)1 1按鋼的含碳量分類(lèi)：按鋼的含碳量分類(lèi)： 低碳鋼低碳鋼 中碳鋼中碳鋼 高碳鋼高碳鋼 %25. 0%04. 0cw%6 . 0%25. 0cwcw%6 . 02 2按鋼的質(zhì)量分類(lèi)：有害雜質(zhì)硫、磷的含量按鋼的質(zhì)量分類(lèi)：有害雜質(zhì)硫、磷的含量普通碳素鋼普通碳素鋼 優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼

60、 高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼 %050. 0 %,045. 0spww%035. 0 %,035. 0spww%030. 0 %,035. 0spww1.4.2 常用金屬資料常用金屬資料1.分類(lèi)分類(lèi)3 3按用途分為：按用途分為： 碳素構(gòu)造鋼：碳素構(gòu)造鋼： 制造各種機(jī)器零件及工程構(gòu)件，大都是低碳制造各種機(jī)器零件及工程構(gòu)件，大都是低碳鋼、中碳鋼，屬普通碳素鋼或優(yōu)質(zhì)碳素鋼。鋼、中碳鋼，屬普通碳素鋼或優(yōu)質(zhì)碳素鋼。 碳素工具鋼：碳素工具鋼： 制造各種刃具、量具和模具等，大都是高碳制造各種刃具、量具和模具等，大都是高碳鋼，屬優(yōu)質(zhì)鋼或高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。鋼，屬優(yōu)質(zhì)鋼或高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。4 4按冶煉時(shí)脫氧程度的不同分類(lèi)按