金屬材料與熱處理

1、L/O/G/O 金屬材料與熱處理金屬材料與熱處理v人類認(rèn)識(shí)和使用材料的人類認(rèn)識(shí)和使用材料的各個(gè)階段各個(gè)階段石器時(shí)代 青銅器時(shí)代鐵器時(shí)代 鋼鐵時(shí)代 人工合成材料時(shí)代 緒論緒論石器時(shí)代石器時(shí)代 舊石器 新石器 距今6000至4000年左右，分為舊石器時(shí)代和新石器時(shí)代。舊石器時(shí)代，人類只會(huì)采用敲打而成的石頭作為簡(jiǎn)單的工具；新石器時(shí)代，人類已學(xué)會(huì)通過磨制的方法將石頭制成工具，后期還學(xué)會(huì)用泥土來制作陶器 青銅器時(shí)代青銅器時(shí)代 商代四羊方尊商代四羊方尊 青銅時(shí)代約從公元前4000年至公元初年，希臘、埃及始于公元前3 000年以前，中國(guó)始于公元前1 800年。青銅器時(shí)代標(biāo)志著人類開始學(xué)會(huì)冶煉和使用金屬材料

2、鐵器時(shí)代鐵器時(shí)代 世界上最早鍛造出鐵器的是赫梯王國(guó)（今土耳其境內(nèi)），距今約3400年。由于鐵器比青銅器的硬度高4倍，所以極大地促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展 戰(zhàn)國(guó)鐵鋤鋼鐵時(shí)代鋼鐵時(shí)代 現(xiàn)代工業(yè)煉鋼現(xiàn)代工業(yè)煉鋼18世紀(jì)的工業(yè)革命使人類使用材料的歷史產(chǎn)生了重大突破，人類掌握了煉鋼的方法。鋼鐵時(shí)代的到來和蒸汽機(jī)的發(fā)明，使人類的生產(chǎn)力有了空前的發(fā)展，人們不再簡(jiǎn)單的使用工具，而開始使用真正意義的機(jī)器，這標(biāo)志著工業(yè)時(shí)代的來臨 人工合成材料時(shí)代人工合成材料時(shí)代 20世紀(jì)初酚醛樹脂的合成標(biāo)志著人類進(jìn)入到了人工合成材料時(shí)代。目前，傳統(tǒng)合成材料已有幾十萬種，而新材料的數(shù)量正在以每年約5的速度增長(zhǎng)；世界上現(xiàn)有800多萬種人

3、工合成的化合物，而且還以每年25萬種的速度增長(zhǎng)，其中相當(dāng)一部分將成為工業(yè)化生產(chǎn)的新材料，為人類社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展服務(wù) 金屬由單一元素構(gòu)成的具有特殊的光澤、延展性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性的物質(zhì)，如金、銀、銅、鐵、錳、鋅、鋁等。 合金由一種金屬元素與其他金屬元素或非金屬元素通過熔煉或其他方法合成的具有金屬特性的材料。 金屬材料金屬及其合金的總稱，即指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的，并具有金屬特性的物質(zhì)。 課程主要內(nèi)容：課程主要內(nèi)容：1金屬材料的基本知識(shí) 2金屬的性能3金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)4金屬材料及其應(yīng)用5熱處理的基本知識(shí)1金屬材料的基本知識(shí)金屬材料的基本知識(shí) 主要介紹金屬的晶體結(jié)構(gòu)及變形的相關(guān)知識(shí)。2金屬的

4、性能金屬的性能 主要介紹金屬的力學(xué)性能和工藝性能。3金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 主要介紹鐵碳合金的組織及鐵碳合金相圖 。4金屬材料及其應(yīng)用金屬材料及其應(yīng)用 主要介紹碳素鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬及硬質(zhì)合金等金屬材料的常用牌號(hào)、成分、組織、性能及用途，并介紹了國(guó)外常用金屬材料的牌號(hào)和新型工程材料的相關(guān)知識(shí)。5熱處理的基本知識(shí)熱處理的基本知識(shí) 主要介紹熱處理的原理（鋼在加熱、保溫、冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變）、熱處理的工藝（退火、正火、淬火、回火、表面熱處理等）及常用材料的典型熱處理工藝。第一章第一章 金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶11 金屬的晶體結(jié)構(gòu)12 純金屬的結(jié)晶13 觀察結(jié)晶過程（實(shí)驗(yàn)）11 金

5、屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體一、晶體與非晶體二、金屬的晶格類型二、金屬的晶格類型 三、單晶體與多晶體三、單晶體與多晶體 四、晶體的缺陷四、晶體的缺陷 一、晶體與非晶體非晶體氣態(tài)液態(tài)固態(tài)晶體物質(zhì)存在狀態(tài)存在狀態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)晶體和非晶體的對(duì)比項(xiàng)目晶體非晶體定義原子呈有序、有規(guī)則排列原子呈有序、有規(guī)則排列的物質(zhì)的物質(zhì) 原子呈無序、無規(guī)則堆積原子呈無序、無規(guī)則堆積的物質(zhì)的物質(zhì) 性能特點(diǎn)具有規(guī)則的幾何形狀具有規(guī)則的幾何形狀 有一定的熔點(diǎn)，性能呈各有一定的熔點(diǎn)，性能呈各向異性向異性 沒有規(guī)則的幾何形狀沒有規(guī)則的幾何形狀 有固定的熔點(diǎn)，性能呈各有固定的熔點(diǎn)，性能呈各向同性向同性 典型物質(zhì)石

6、英、云母、明礬、食鹽、石英、云母、明礬、食鹽、硫酸銅、糖、味精硫酸銅、糖、味精 玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠橡膠 二、金屬的晶格類型 晶格類型晶格類型金屬中原子排列的規(guī)律。 晶格晶格為了清楚地表示晶體中原子排列的規(guī)律，將原子簡(jiǎn)化為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，再用假想的線將它們連接起來，形成一個(gè)能反映原子排列規(guī)律的空間格架。 晶胞晶胞晶格中能夠完整地反映晶體晶格特征的最小幾何單元。晶格與晶胞晶格與晶胞體心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格 三、單晶體與多晶體 晶粒晶粒組成金屬的小晶體。 晶界晶界由晶粒間不規(guī)則排列的原子構(gòu)成。 單晶體和多晶體單晶體和多晶體四、晶體的缺陷 晶體缺陷晶體缺陷由

7、于各種原因，實(shí)際晶體中原子的規(guī)律排列受到干擾和破壞，使晶體中的某些原子偏離正常位置，造成原子排列的不完全性。常見的晶體缺陷常見的晶體缺陷12 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶*一、純金屬的結(jié)晶過程一、純金屬的結(jié)晶過程 二、晶粒大小對(duì)金屬材料的影響二、晶粒大小對(duì)金屬材料的影響 三、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?nèi)⑼禺悩?gòu)轉(zhuǎn)變 結(jié)晶結(jié)晶金屬?gòu)母邷匾后w狀態(tài)冷卻凝固為原子有序排列的固體狀態(tài)的過程。 結(jié)晶潛熱結(jié)晶潛熱結(jié)晶的過程中放出的熱量。 一、純金屬的結(jié)晶過程 過冷度過冷度理論結(jié)晶溫度和實(shí)際結(jié)晶溫度（T1）之間存在的溫度差（T= T0 T1）。金屬結(jié)晶時(shí)，冷卻越快，其實(shí)際結(jié)晶的溫度就越低，過冷度T也就越大。結(jié)晶冷卻曲線結(jié)晶冷

8、卻曲線金金屬屬的的結(jié)結(jié)晶晶過過程程二、晶粒大小對(duì)金屬材料的影響 晶粒愈細(xì)，強(qiáng)度、硬度愈高，塑性、韌性也愈好。 形核率形核率單位時(shí)間、單位體積所形成的晶核數(shù)，用字母N表示。 細(xì)化晶粒的方法：（1）增加過冷度 （2）變質(zhì)處理 （3）振動(dòng)處理 三、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?cè)诠虘B(tài)下，金屬隨溫度的改變由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象。 純鐵的冷卻曲線純鐵的冷卻曲線 19世紀(jì)末，著名物理家居里在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)現(xiàn)磁石的一個(gè)物理特性，就是當(dāng)磁石加熱到一定溫度時(shí)，原來的磁性就會(huì)消失。后來，人們把這個(gè)溫度叫 “居里點(diǎn)”。 居里點(diǎn)也稱居里溫度或磁性轉(zhuǎn)變點(diǎn)純鐵同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變示意圖13 觀察結(jié)晶過程

9、（實(shí)驗(yàn)）觀察結(jié)晶過程（實(shí)驗(yàn)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過觀察透明鹽類的結(jié)晶過程及組織特征，理解通過觀察透明鹽類的結(jié)晶過程及組織特征，理解金屬的結(jié)晶理論。金屬的結(jié)晶理論。2通過觀察鑄錠表面，建立金屬晶體以樹枝狀形態(tài)通過觀察鑄錠表面，建立金屬晶體以樹枝狀形態(tài)成長(zhǎng)的直觀認(rèn)識(shí)。成長(zhǎng)的直觀認(rèn)識(shí)。 由于液態(tài)金屬的結(jié)晶過程難以直接觀察，而由于液態(tài)金屬的結(jié)晶過程難以直接觀察，而鹽類也是晶體物質(zhì)，其溶液的結(jié)晶過程和金屬很鹽類也是晶體物質(zhì)，其溶液的結(jié)晶過程和金屬很相似，區(qū)別僅在于鹽類是在室溫下依靠溶劑蒸發(fā)相似，區(qū)別僅在于鹽類是在室溫下依靠溶劑蒸發(fā)使溶液過飽和而結(jié)晶，金屬則主要依靠過冷，故使溶液過飽和而結(jié)晶，金屬則主要依靠過

10、冷，故完全可通過觀察透明鹽類溶液的結(jié)晶過程來了解完全可通過觀察透明鹽類溶液的結(jié)晶過程來了解金屬的結(jié)晶過程。金屬的結(jié)晶過程。 二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)器材1. 生物顯微鏡和放大鏡。2. 接近飽和的氯化銨或硝酸鉛水溶液（由實(shí)驗(yàn)室預(yù)先制好）。3. 干凈玻璃片和吸管。4. 酒精燈或電吹風(fēng)。5. 有枝晶的金屬鑄件實(shí)物。第二章第二章 金屬材料的性能金屬材料的性能21 金屬材料的損壞與塑性變形22 金屬的力學(xué)性能23 金屬的工藝性能24 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)21 金屬材料的損壞與塑性變形金屬材料的損壞與塑性變形一、與變形相關(guān)的幾個(gè)概念二、金屬的變形三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化一、與變形相關(guān)的幾個(gè)概念一

11、、與變形相關(guān)的幾個(gè)概念 （1 1）靜載荷）靜載荷大小不變或變化過程緩慢的載荷。 （2 2）沖擊載荷）沖擊載荷在短時(shí)間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷。 （3 3）交變載荷）交變載荷大小、方向或大小和方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷。1 1載荷載荷 載荷載荷金屬材料在加工及使用過程中所受的外力。 根據(jù)載荷作用性質(zhì)的不同分：載荷的作用形式載荷的作用形式 內(nèi)力內(nèi)力工件或材料在受到外部載荷作用時(shí)，為保持其不變形，在材料內(nèi)部產(chǎn)生的一種與外力相對(duì)抗的力，稱為。2 2內(nèi)力內(nèi)力 應(yīng)力應(yīng)力假設(shè)作用在零件橫截面上的內(nèi)力大小均勻分布，單位橫截面積上的內(nèi)力。3 3應(yīng)力應(yīng)力SFR R：應(yīng)力，Pa；F：外力，N；S：橫截面面

12、積，m2。二、金屬的變形二、金屬的變形彈性變形彈性變形彈塑性變形彈塑性變形斷裂斷裂滑移與位錯(cuò)滑移與位錯(cuò)金屬變形實(shí)驗(yàn)金屬變形實(shí)驗(yàn)金屬塑性變形的影響因素：金屬塑性變形的影響因素：1晶粒位向的影響2晶界的作用3晶粒大小的影響 三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化 形變強(qiáng)化（加工硬化）形變強(qiáng)化（加工硬化）冷塑性變形除了使晶粒的外形發(fā)生變化外，還會(huì)使晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)密度增加，晶格畸變加劇，從而使金屬隨著變形量的增加，使其強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性下降。 塑性變形后的金屬組織 金屬的塑性變形，在外形變化的同時(shí)，晶粒的形狀也會(huì)發(fā)生變化。通常晶粒會(huì)沿變形方向壓扁或拉長(zhǎng)。22 金

13、屬的力學(xué)性能金屬的力學(xué)性能一、強(qiáng)度二、塑性三、硬度四、沖擊韌性*五、疲勞強(qiáng)度 任何機(jī)械零件或工具，在使用過程中，往往要受到各種形式外力的作用，這就要求金屬材料必須具有一種承受機(jī)械載荷而不超過許可變形或不破壞的能力，這種能力就是材料的力學(xué)性能力學(xué)性能。一、強(qiáng)度一、強(qiáng)度 強(qiáng)度強(qiáng)度金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。其大小用應(yīng)力表示。 l 抗拉強(qiáng)度拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)定l 抗壓強(qiáng)度l 抗剪強(qiáng)度l 抗扭強(qiáng)度l 抗彎強(qiáng)度 1 1拉伸試樣拉伸試樣 d試樣直徑 Lo標(biāo)距長(zhǎng)度低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)2 2力伸長(zhǎng)曲線力伸長(zhǎng)曲線 l 彈性變形階段l 屈服階段l 強(qiáng)化階段l 縮頸階段力拉伸曲線力拉伸曲線3 3強(qiáng)度

14、指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo) （1 1）屈服強(qiáng)度）屈服強(qiáng)度當(dāng)金屬材料出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在實(shí)驗(yàn)期間發(fā)生塑性變形而力不增加的應(yīng)力點(diǎn)。屈服強(qiáng)度分為上屈服強(qiáng)度ReH和下屈服強(qiáng)度ReL。ReL 試樣的下屈服強(qiáng)度，N/mm2；FeL 試樣屈服時(shí)的最小載荷，N；So 試樣原始橫截面面積，mm2。 規(guī)定產(chǎn)生0.2殘余伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力為條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度Rp0.2，替代ReL，稱為條件（名義）屈服強(qiáng)度條件（名義）屈服強(qiáng)度。 2 2抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度R Rm m 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度材料在斷裂前所能承受的最大的應(yīng)力。 Rm 抗拉強(qiáng)度，MPa； Fm 試樣在屈服階段后所能抵抗的最大力（無明顯屈服的材料，為試驗(yàn)期間的最大力）， N； So

15、 試樣原始橫截面面積，mm2 。 二、塑性二、塑性塑性塑性材料受力后在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。 1 1斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率A A 試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距之比的百分率。 uooLLAL2 2斷面收縮率斷面收縮率Z Z 試樣拉斷后，縮頸處面積變化量與原始橫截面面積比值的百分率。 ouo100%SSZSouo100%SSZS 【例例】有一直徑 d =10mm，Lo=100mm 的低碳鋼試樣，拉身實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)得FeL=21kN，F(xiàn)m=29kN，du=5.65mm，Lu=138mm。求此試樣的ReL、Rm、A11.3、Z。 解題過程解題過程三、硬度三、硬度 硬度硬度材料抵抗局部變形，特別是塑性

16、變形、壓痕或劃痕的能力。硬度是通過在專用的硬度試驗(yàn)機(jī)上實(shí)驗(yàn)測(cè)得的。 布氏硬度試驗(yàn)機(jī) 洛氏硬度試驗(yàn)機(jī) 維氏硬度試驗(yàn)機(jī) 1 1布氏硬度布氏硬度 布氏硬度值布氏硬度值用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力來表示，單位為MPa，但一般均不標(biāo)出，用符號(hào)HBW表示：2220.102 ()FFHBWSD DDd布氏硬度原理布氏硬度原理表示方法：表示方法： 布氏硬度用硬度值、硬度符號(hào)、壓頭直徑、實(shí)驗(yàn)力及實(shí)驗(yàn)力保持時(shí)間表示。當(dāng)保持時(shí)間為1015s時(shí)可不標(biāo)。 例：例：170HBW10/1000/30： 直徑10mm的壓頭，在9807N（1000kg）的試驗(yàn)力作用下，保持30 s時(shí)測(cè)得的布氏硬度值為170。600HB

17、W1/30/20： 直徑為1mm壓頭，在294.2N（30kg）的實(shí)驗(yàn)力作用下，保持20 s時(shí)測(cè)得的布氏硬度值為600。 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 主要用于測(cè)定鑄鐵、有色金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)處理后的各種軟鋼等硬度較低的材料。 2 2洛氏硬度洛氏硬度 洛氏硬度計(jì)表盤 洛氏硬度試驗(yàn)原理 洛氏硬度原理洛氏硬度原理HR=100 002. 0h002. 0h表示方法：表示方法： 符號(hào)HR前面的數(shù)字表示硬度值。HR后面的字母表示不同的洛氏硬度標(biāo)尺。 例：例：45HRC表示用C標(biāo)尺測(cè)定的洛氏硬度值為45。 常用的三種洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和適用范圍常用的三種洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和適用范圍 硬度標(biāo)硬度標(biāo)尺尺壓

18、頭類型壓頭類型總測(cè)試力總測(cè)試力(N)(N)硬度值有效范圍硬度值有效范圍應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例HRCHRC120120金剛石圓錐體金剛石圓錐體1471.02067HRC一般淬火鋼一般淬火鋼HRBHRB1.581.5875mm 硬質(zhì)合金球硬質(zhì)合金球980.725100HRB軟鋼、退火鋼、銅合金等軟鋼、退火鋼、銅合金等HRAHRA120120金剛石圓錐體金剛石圓錐體588.46085HRA硬質(zhì)合金、表面淬火鋼等硬質(zhì)合金、表面淬火鋼等四、沖擊韌性四、沖擊韌性 沖擊韌性沖擊韌性金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。材料的沖擊韌性用夏比擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來測(cè)定。 沖擊試樣 用試樣所吸收的能量用試樣所吸收的能量K

19、的大小來作為衡量材料韌性好壞的的大小來作為衡量材料韌性好壞的指標(biāo)，稱為指標(biāo)，稱為沖擊吸收能量沖擊吸收能量。用。用U形和形和V形缺口試樣測(cè)得的沖形缺口試樣測(cè)得的沖擊吸收能量分別用擊吸收能量分別用KU和和KV表示。表示。 沖擊實(shí)驗(yàn)沖擊實(shí)驗(yàn)*五、疲勞強(qiáng)度五、疲勞強(qiáng)度 由于所承受的載荷為交變載荷，零件承受的應(yīng)力雖低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的工作后，仍會(huì)產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂。金屬這樣的斷裂現(xiàn)象稱為疲勞疲勞斷裂斷裂。金屬材料抵抗交變載荷作用而不產(chǎn)生破壞的能力稱為疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度。疲勞極限用符號(hào)R1表示。 23 金屬的工藝性能金屬材料的一般加工過程金屬材料的一般加工過程 金屬材料的工藝性能金屬材料的

20、工藝性能金屬材料對(duì)不同加工工藝方法的適應(yīng)能力。它包括鑄造性能、鍛造性能、切削加工性能和焊接性能、熱處理性能等。 冶煉鑄造鑄件鑄錠熱鍛熱軋焊接機(jī)加工冷軋、冷拔、冷沖板料、棒材、型材、管材機(jī)加工機(jī)加工零件一、鑄造性能二、鍛壓性能三、焊接性能四、切削加工性能五、熱處理性能一、鑄造性能一、鑄造性能 鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力，主要取決于金屬的流動(dòng)性、收縮性流動(dòng)性、收縮性和偏析傾向偏析傾向等。 1 1流動(dòng)性流動(dòng)性 熔融金屬的流動(dòng)能力。 2 2收縮性收縮性 鑄造合金由液態(tài)凝固和冷卻至室溫的過程中，體積和尺寸減小的現(xiàn)象。 3 3偏析傾向偏析傾向 金屬凝固后，內(nèi)部化學(xué)成分和組織不均勻現(xiàn)象。

21、二、鍛壓性能二、鍛壓性能 用鍛壓成形方法得優(yōu)良鍛件的難易程度。常用塑性塑性和變形抗力變形抗力兩個(gè)指標(biāo)來綜合衡量。 三、焊接性能三、焊接性能 金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性，也就是在一定焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。 對(duì)碳鋼和低合金鋼而言，焊接性能主要與其化學(xué)成分化學(xué)成分有關(guān)（其中碳的影響最大）。 四、切削加工性能四、切削加工性能 切削加工性能切削加工性能切削金屬材料的難易程度。一般用工件切削時(shí)的切削速度、切削抗力的大小、斷屑能力、刀切削速度、切削抗力的大小、斷屑能力、刀具的耐用度具的耐用度以及加工后的表面粗糙度表面粗糙度來衡量。 表表面加工硬化面加工硬化切削塑性金屬材料時(shí)，工件在加工

22、表面層的硬度明顯提高而塑性下降的現(xiàn)象。 五、熱處理性能五、熱處理性能 l 淬透性l 淬硬性l 過熱敏感性l 變形開裂傾向l 回火脆性傾向l 氧化脫碳傾向24 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1 拉伸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2 硬度測(cè)試液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸實(shí)驗(yàn)布氏硬度測(cè)試步驟布氏硬度測(cè)試步驟洛氏硬度測(cè)試步驟洛氏硬度測(cè)試步驟第三章第三章 鐵碳合金鐵碳合金31 合金及其組織32 鐵碳合金的基本組織與性能33 鐵碳合金相圖34 碳素鋼35 觀察鐵碳合金的平衡組織 （實(shí)驗(yàn)）黑色金屬黑色金屬以鐵及以鐵碳為主的合金（鋼鐵）。有色金屬有色金屬其他金屬及其合金。 31 合金及其組織合金及其組織一、合金的基本概念一、合金

23、的基本概念二、合金的組織二、合金的組織一、合金的基本概念一、合金的基本概念 合金合金以一種金屬為基礎(chǔ)，加入其他金屬或非金屬，經(jīng)過熔合而獲得的具有金屬特性的材料。即合金是由兩種或兩種以上的元素所組成的金屬材料。 組元組元組成合金最簡(jiǎn)單的、最基本的、能夠獨(dú)立存在的元物質(zhì)，簡(jiǎn)稱元元。 相相合金中成分、結(jié)構(gòu)及性能相同的組成部分。 組織組織合金中不同相之間相互組合配置的狀態(tài)。換言之，數(shù)量、大小和分布方式不同的相構(gòu)成了合金不同的組織。 二、合金的組織二、合金的組織1 1固溶體固溶體 間隙固溶體 置換固溶體2 2金屬化合物金屬化合物3 3混合物混合物單相組織單相組織多相組織多相組織1 1固溶體固溶體 一種組

24、元的原子溶入另一組元的晶格中所形成的均勻固相。 間隙固溶體間隙固溶體溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格中而形成的固溶體。 置換固溶體置換固溶體溶質(zhì)原子置換了溶劑晶格結(jié)點(diǎn)上某些原子而形成的固溶體。間隙固溶體置換固溶體2 2金屬化合物金屬化合物 在合金中，當(dāng)溶質(zhì)含量超過固溶體的溶解度時(shí)，除可形成固溶體外，還將出現(xiàn)新的相，其晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元，而是組元之間相互作用形成一種具有金屬特性的物質(zhì)。 兩種或兩種以上的相按一定的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成的物質(zhì)。 3 3混合物混合物 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化無論是間隙固溶體還是置換固溶體，在其形成過程中，都會(huì)使溶劑晶格發(fā)生畸變，從而使合金對(duì)變形的抗力增加。也即通過溶入溶質(zhì)元素形成固溶體而

25、使金屬材料強(qiáng)度、硬度提高的現(xiàn)象。 間隙固溶體置換固溶體32 鐵碳合金的基本組織與性能鐵碳合金的基本組織與性能一、鐵素體（一、鐵素體（F）二、奧氏體（二、奧氏體（A）三、滲碳體（三、滲碳體（Fe3C或或Cm）四、珠光體（四、珠光體（P）五、萊氏體（五、萊氏體（Ld）一、鐵素體（一、鐵素體（F F） 碳溶解在Fe中形成的間隙固溶體，用符號(hào) F 表示。 鐵素體的晶胞示意圖 鐵素體的顯微組織 二、奧氏體（二、奧氏體（A A） 碳溶于Fe中形成的間隙固溶體，用符號(hào)A表示。 奧氏體的晶胞示意圖 奧氏體的顯微組織 三、滲碳體（三、滲碳體（Fe3C或或Cm） 滲碳體是含碳量為6.69的鐵與碳的金屬化合物，其化

26、學(xué)式為Fe3C。 滲碳體的晶胞示意圖 四、珠光體（四、珠光體（P P） 珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，用符號(hào)P表示。 光學(xué)顯微鏡觀察組織 電子顯微鏡觀察組織 五、萊氏體（五、萊氏體（Ld）萊氏體是奧氏體和滲碳體的混合物，用符號(hào)Ld表示。 低溫萊氏體的顯微組織 低溫萊氏體低溫萊氏體室溫下的萊氏體，由珠光體和滲碳體組成，用符號(hào)Ld表示。 33 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖一、鐵碳合金相圖的組成一、鐵碳合金相圖的組成二、二、FeFe3C相圖中特性點(diǎn)、線的含義及相圖中特性點(diǎn)、線的含義及 各區(qū)域內(nèi)的組各區(qū)域內(nèi)的組織織三、鐵碳合金的分類三、鐵碳合金的分類四、典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析四、典型鐵碳合金結(jié)晶過程分

27、析五、鐵碳合金的成分、組織與性能的關(guān)系五、鐵碳合金的成分、組織與性能的關(guān)系六、六、FeFe3C相圖的應(yīng)用相圖的應(yīng)用一、鐵碳合金相圖的組成一、鐵碳合金相圖的組成 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖表示在緩慢冷卻（或緩慢加熱）的條件下，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形。 Fe C相圖的組成 在鐵碳合金中，鐵和碳可以形成一系列的化合物，如Fe3C 、Fe2C 、FeC 等。簡(jiǎn)化后的FeFe3C相圖 二、二、FeFe3C相圖中特性點(diǎn)、線的含義及各相圖中特性點(diǎn)、線的含義及各區(qū)域內(nèi)的組織區(qū)域內(nèi)的組織1 1主要特性點(diǎn)主要特性點(diǎn)2 2主要特性線主要特性線主要特性點(diǎn)主要特性點(diǎn)主要特性線主要特性線三、鐵碳合金

28、的分類三、鐵碳合金的分類 純鐵純鐵含碳量小于0.0218%的鐵碳合金。 鋼鋼含碳量大于0.0218%而小于2.11%的鐵碳合金。 鑄鐵鑄鐵含碳量大于2.11%的鐵碳合金。 四、典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析四、典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析1共析鋼 共析鋼在室溫時(shí)的組織是珠光體，合金的組織按下列順序變化：2亞共析鋼亞共析鋼的室溫組織由珠光體和鐵素體組成合金亞共析鋼的室溫組織由珠光體和鐵素體組成合金的組織按下列順序變化：的組織按下列順序變化： 3過共析鋼室溫下為珠光體和網(wǎng)室溫下為珠光體和網(wǎng)狀二次滲碳體組織。狀二次滲碳體組織。鋼中含碳量越多，二鋼中含碳量越多，二次滲碳體也越多。次滲碳體也越多。 4白口鑄鐵v亞

29、共晶白口鑄鐵v共晶白口鑄鐵v過共晶白口鑄鐵隨含碳量的不同，其組織順序： FF+PPP+ Fe3 CP+ Fe3 C+ + Fe3 C 含碳量越高，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性、韌性越低，這在鋼經(jīng)過熱處理后表現(xiàn)尤為明顯。 dLdLdL五、鐵碳合金的成份、組織與性能的關(guān)系五、鐵碳合金的成份、組織與性能的關(guān)系六、六、FeFe3C相圖的應(yīng)用相圖的應(yīng)用1作為選材的依據(jù) 2在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用3在鍛造工藝上的應(yīng)用4在熱處理工藝上的應(yīng)用34 碳素鋼碳素鋼一、鋼中常存元素及其對(duì)性能的影響一、鋼中常存元素及其對(duì)性能的影響二、碳素鋼的分類二、碳素鋼的分類三、碳素鋼牌號(hào)及用途三、碳素鋼牌號(hào)及用途 碳素鋼碳素鋼簡(jiǎn)稱碳鋼，

30、是最基本的鐵碳合金。它是指在冶煉時(shí)沒有特意加入合金元素，且含碳量大于0.0218%而小于2.11%的鐵碳合金。 一、鋼中常存元素及其對(duì)性能的影響一、鋼中常存元素及其對(duì)性能的影響 錳錳有益元素，有很好的脫氧能力，還可與硫形成MnS，從而消除了硫的有害作用。 硅硅有益元素，脫氧能力比錳強(qiáng)，還能提高鋼的強(qiáng)度及質(zhì)量，硅作為雜質(zhì)一般應(yīng)不超過0.4%。 硫硫有害元素，常以FeS形式存在，易使鋼材變脆（熱脆性）。 磷磷有害元素，它使鋼在低溫時(shí)變脆（冷脆性）。 氫氫有害元素，能造成氫脆、白點(diǎn)等缺陷。二、碳素鋼的分類二、碳素鋼的分類1 1按鋼的含碳量分按鋼的含碳量分 低碳鋼：C0.25 中碳鋼： 0.25C 0.60 高碳鋼：C 0.602 2按鋼的質(zhì)量分按鋼的質(zhì)量分 普通鋼：S 0.050，P 0