機(jī)械制圖第二章.

1、12007-04-17機(jī)械工程材料精品課程第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的微觀結(jié)構(gòu)鐵碳合金相圖52007-04-17機(jī)械工程材料精品課程第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、純金屬晶體結(jié)構(gòu)1.晶體定義原子在三維空間作有規(guī)則的周期性重復(fù)排列的物質(zhì)2.特性恒定熔點(diǎn)、各向異性、規(guī)則外形7機(jī)械工程材料精品課程第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)1、晶體的描述1.晶格與晶胞陣點(diǎn)：將晶體的實(shí)際質(zhì)點(diǎn)(原子、分子)抽象為純粹的幾何點(diǎn)晶格：描述原子排列方式的幾何格架空間點(diǎn)陣晶胞：晶格中具有代表性的最小的幾何單元。晶格則由晶胞重復(fù)堆砌而成。晶格晶胞2007-04-179機(jī)械工程材料精品課程體心立方面心立方第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)2

2、、金屬中三種常見的晶體結(jié)構(gòu)體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格252007-04-17機(jī)械工程材料精品課程 第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)3. 純金屬實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）多晶體實(shí)際金屬大多是多晶體組織，即由晶粒和晶界組成晶粒-小的單晶體(10-110-3mm）晶界-位向不同的晶粒之間的界多晶體結(jié)構(gòu)-由許多位向不同的晶粒構(gòu)成奧氏體不銹鋼的顯微組織工業(yè)純鐵的顯微組織282007-04-17機(jī)械工程材料精品課程第二節(jié) 實(shí)際金屬的微觀結(jié)構(gòu)（2）晶體缺陷1.晶體缺陷的概念點(diǎn)缺陷空位、間隙原子、置換原子動(dòng)畫292007-04-17機(jī)械工程材料精品課程刃型位錯(cuò)第二節(jié) 實(shí)際金屬的微觀結(jié)構(gòu)線缺陷位錯(cuò)：晶體滑移區(qū)與未滑

3、移區(qū)的邊界線302007-04-17機(jī)械工程材料精品課程面缺陷晶界：晶體結(jié)構(gòu)相同但位向不同的晶粒之間的界面第二節(jié) 實(shí)際金屬的微觀結(jié)構(gòu)晶界、亞晶界 各種缺陷及附近晶格均處于畸變狀態(tài)，影響金屬力學(xué)性能，使金屬的強(qiáng)度、硬度提高，而韌性下降。重點(diǎn)：純金屬微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的關(guān)系重點(diǎn)：純金屬微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的關(guān)系32007-05-12機(jī)械工程材料精品課程第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)二、合金的晶體結(jié)構(gòu)幾個(gè)重要概念1、合金兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì), 如鐵碳合金等;2、組元組成合金最基本、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元 ，是組成合金的元素，但也可以是相，有二元、三元等；3、相合金組織中

4、成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相同的部分，有界面分開的均勻組成部分組成部分。62007-05-12機(jī)械工程材料精品課程基本相結(jié)構(gòu)正常價(jià)化合物電子化合物間隙化合物間隙化合物復(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物金屬化合物第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)組元相互作用不同不同相結(jié)構(gòu)置換固溶體固溶體間隙固溶體72007-05-12機(jī)械工程材料精品課程第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)一、固溶體 固態(tài)下，合金組元間相互溶解形成新相。特點(diǎn)：保持溶劑晶格類型1、分類 置換固溶體 、 間隙固溶體置換固溶體間隙固溶體92007-05-12機(jī)械工程材料精品課程第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)2、固溶體的性能固溶強(qiáng)化：溶入溶質(zhì)原子形成固溶體而使金屬強(qiáng)度、硬度升高。溶質(zhì)原子%， b、 H

5、B, 、 k固溶強(qiáng)化是提高合金力學(xué)性能重要途徑之一。102007-05-12機(jī)械工程材料精品課程第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)二、金屬化合物合金組元間按一定比例發(fā)生相互反應(yīng)而形成化合物，如Fe3C、CuAl2等。晶格類型與性能均不同于任一組元。一般可用分子式表示。具有一定的金屬性質(zhì)。 性能特點(diǎn)：三高 (高熔點(diǎn)、高硬度、高脆性) 細(xì)小的金屬化合物均勻分布在固溶體基體上時(shí)，將使合金強(qiáng)度、硬度明顯提高，稱為彌散強(qiáng)化。是提高合金力學(xué)性能重要途徑之一。132007-05-12機(jī)械工程材料精品課程第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)Fe-C合金中的相：組元之間相互溶解固溶體：鐵素體(F)、奧氏體(A)組元之間相互反應(yīng)金屬化合物：滲

6、碳體（Fe3C)82007-04-17機(jī)械工程材料精品課程第二節(jié) 金屬的結(jié)晶一、金屬結(jié)晶的一般過程金屬結(jié)晶過程示意圖純金屬的結(jié)晶過程是形核和長大的過程。 晶核形成-過冷度兩種形核方式：均勻形核：晶核在均勻液相中由液相的一些原子集團(tuán)直接形成，不受雜質(zhì)粒子或外表面的影響。非均勻形核： 晶核依附于固態(tài)雜質(zhì)或模壁上形成。這是金屬凝固過程中主要形核方式。 長大方式：一般金屬結(jié)晶時(shí)，多數(shù)以樹枝狀方式長大。182007-04-17機(jī)械工程材料精品課程第二節(jié) 金屬的結(jié)晶一般金屬結(jié)晶時(shí)，多數(shù)以樹枝狀方式長大。2、晶粒大小與控制晶粒越細(xì)小，金屬的強(qiáng)度、塑性、韌性越高。3、鑄錠的組織模具鍛坯氣泡鎂合金鑄件中的夾雜物

7、(a)縱向剖面 (b)橫向剖面 鑄錠組織 (a)縱向剖面 (b)橫向剖面 鑄錠組織示意圖鑄錠特點(diǎn)：組織不均勻、還存在各種缺陷，是影響鑄件或鑄錠的質(zhì)量和力學(xué)性能的因素 332007-05-12機(jī)械工程材料精品課程單相區(qū)L單相區(qū)+雙相區(qū)L+雙相區(qū)L+雙相區(qū)L+三相共存區(qū)(MEN水平線)單相區(qū) 第二節(jié) 金屬的結(jié)晶二、合金的結(jié)晶合金相圖 鐵碳合金是以鐵和碳為基本組元的合金。一般將碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0218%2.11%的鐵碳合金稱為碳鋼，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%的稱為鑄鐵。鐵碳合金鐵碳合金1 1、鐵碳合金基本組織鐵碳合金基本組織 23奧氏體-單相組織珠光體-復(fù)相組織第三節(jié) 鐵碳合金相圖思考：什么是合金

8、相？Fe、C元素可形成那些相？組織：泛指用金相觀察方法看到的由各相的形態(tài)、數(shù)量、尺寸和分布組成的關(guān)系和構(gòu)造情況。合金相是組織的基本單位。第三節(jié) 鐵碳合金相圖1.鐵素體 鐵素體是碳在-Fe中的固溶體，用符號(hào)“F”表示。其組織結(jié)構(gòu)與組織形態(tài)如圖3所示。鐵碳合金的基本組織：圖3 鐵素體鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體 (1)在727有最大溶解度， wC =0.0218%。 (2)強(qiáng)度和硬度低，韌性塑性好。力學(xué)性能如表2所示。1 1）鐵素體的特點(diǎn)）鐵素體的特點(diǎn) 24b 180280MN/m270%80%0.2100170MN/m230%50%硬度5080HBSak1.82.5MJ/m2b250M

9、N/m285%0.2120MN/m250%硬度80HBSak2.0MJ/m22 表鐵素體的力學(xué)性能表3 純鐵的力學(xué)性能第三節(jié) 鐵碳合金相圖 奧氏體是碳在-Fe中的固溶體，用符號(hào)“A”表示。高溫奧氏體的顯微組織如圖4所示。奧氏體的特點(diǎn)： 2.奧氏體25圖4 奧氏體 (1)在1148時(shí)有最大溶解度wC= 2.11%。當(dāng)727時(shí)，wC=0.77%。 (2)其力學(xué)性能與碳含量及晶粒大小有關(guān)，硬度低塑性好，形變能力好。3.滲碳體 滲碳體是鐵和碳的化合物，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.67%，用“Fe3C”或表示。 滲碳體的特點(diǎn)：硬度高、塑性、韌性幾乎為零。 第三節(jié) 鐵碳合金相圖4.復(fù)相組織珠光體（P）和萊氏體（Ld）

10、鐵素體(F)+滲碳體(FeC3) 珠光(P)+滲碳體(FeC3) 珠光體組織（P） 萊氏體組織（Ld）第三節(jié) 鐵碳合金相圖 鐵碳合金相圖是研究鋼鐵材料的成分、相和組織的變化規(guī)律以及與性能之間關(guān)系的重要工具。 鐵碳合金相圖如動(dòng)畫11所示。2 2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖26動(dòng)畫11 鐵碳合金相圖第三節(jié) 鐵碳合金相圖1 1）相區(qū)區(qū)域）相區(qū)區(qū)域27動(dòng)畫12 鐵碳合金相區(qū)分析第三節(jié) 鐵碳合金相圖2 2）各特性線）各特性線28動(dòng)畫13 鐵碳合金相圖特性線3 3）主要特性點(diǎn)）主要特性點(diǎn)29特特性性點(diǎn)點(diǎn)溫溫度度wC100100含含 義義特特性性線線含含 義義ACDEFGKPSQ153811481227114

11、8114891272772772760004.36.692.116.6906.690.02180.770.0057純鐵的熔點(diǎn)共晶點(diǎn)滲碳體的熔點(diǎn)碳在奧氏體中的最大溶解度滲碳體的成分-Fe-Fe轉(zhuǎn)變點(diǎn)滲碳體的成分碳在鐵素體中最大溶解度共析點(diǎn)碳在鐵素體中的溶解度 ACCDAEGSGPESPQECFPSK液相線，液態(tài)合金開始結(jié)晶出奧氏體液相脫溶線，液相開始脫溶出Fe3C固相線，即奧氏體結(jié)晶終了線奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體開始線，即A3線奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體終了線脫溶線，奧氏體脫溶出Fe3C，(Acm線)脫溶線，鐵素體開始脫溶出Fe3C共晶轉(zhuǎn)變線，LC EFe3C共析轉(zhuǎn)變線，S PFe3C，即A1線注:本表是指冷

12、卻過程中相變的含義表表4 鐵碳合金的特性點(diǎn)鐵碳合金的特性點(diǎn)第三節(jié) 鐵碳合金相圖 隨著合金中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，在合金的室溫組織中不僅滲碳體的數(shù)量增加，其形態(tài)、分布也有變化，因此合金的力學(xué)性能也相應(yīng)變化（見圖5）。3 3、鐵碳合金室溫組織性能隨成分的變化規(guī)律、鐵碳合金室溫組織性能隨成分的變化規(guī)律30圖5 鐵碳合金室溫組織性能變化規(guī)律第三節(jié) 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖的應(yīng)用可以應(yīng)用情況：1、選材方面的應(yīng)用（1）各種型鋼、建筑用鋼，塑性、韌性較好，選用低碳鋼。（2）承受沖擊載荷要求強(qiáng)度、塑性、韌性較好的機(jī)械零件， 選用中碳鋼 （0.25-0.5%） （3）承受沖擊、高硬度耐磨性好的工具鋼，高碳鋼（0.55%）（4）形狀復(fù)雜、不受沖擊、要求高硬度、耐磨性的鑄件