金屬材料基礎(chǔ)知識ppt課件

1、 金屬資料根底知識金屬資料的根本定義金屬資料：是由金屬元素或以金屬元素為主金屬資料：是由金屬元素或以金屬元素為主要資料構(gòu)成的并具有金屬特性的工程資料。要資料構(gòu)成的并具有金屬特性的工程資料。 純金屬純金屬金屬資料金屬資料 合金合金金屬資料的性能金屬資料的性能力力學(xué)學(xué)性性能能物物理理性性能能化化學(xué)學(xué)性性能能工工藝藝性性能能金屬資料的性能運(yùn)用性能運(yùn)用性能力學(xué)性能力學(xué)性能 力學(xué)性能 指金屬在力的作用下所顯示出的與彈性和非彈性反響相關(guān)或涉及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的性能，如彈性、強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等 強(qiáng)度強(qiáng)度概念：金屬資料在外力作用下抵抗塑性變概念：金屬資料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的才干形和破壞的才干

2、。經(jīng)過拉伸實(shí)驗(yàn)測得大小。經(jīng)過拉伸實(shí)驗(yàn)測得大小。強(qiáng)度的大小通常用應(yīng)力來表示。強(qiáng)度的大小通常用應(yīng)力來表示。 =F/S -應(yīng)力應(yīng)力 Pa 1 Pa=1N/m2 1M Pa=106Pa 按載荷的作用方式不同，強(qiáng)度可分為：抗按載荷的作用方式不同，強(qiáng)度可分為：抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、和抗扭強(qiáng)度。、和抗扭強(qiáng)度。留意：普通多以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬強(qiáng)留意：普通多以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬強(qiáng)度高低的目的。度高低的目的。拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸實(shí)驗(yàn)金屬的抗拉強(qiáng)度和塑金屬的抗拉強(qiáng)度和塑性都是經(jīng)過拉伸實(shí)驗(yàn)測性都是經(jīng)過拉伸實(shí)驗(yàn)測定定GB/T228.1-20191. 拉伸試樣拉伸試樣2.

3、 力力伸長曲線以低碳鋼試樣為例伸長曲線以低碳鋼試樣為例3. 脆性資料的拉伸曲線脆性資料的拉伸曲線1. 拉伸試樣拉伸試樣GB6397-86長試樣：長試樣：L0=10d0短試樣：短試樣：L0=5d0 萬能資料實(shí)驗(yàn)機(jī) a) WE系列液壓式 b) WDW系列電子式2. 力伸長曲線力伸長曲線彈性變形階段彈性變形階段 0p屈服階段屈服階段 ss頸縮景象頸縮景象 bz拉伸實(shí)驗(yàn)中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線。拉伸實(shí)驗(yàn)中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線。強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段 sb (a)試樣 (b)伸長 (c)產(chǎn)生縮頸 (d)斷裂拉伸試樣的頸縮景象拉伸試樣的頸縮景象LF0 03. 脆性資料的拉伸曲線與低碳鋼試樣相對

4、比脆性資料的拉伸曲線與低碳鋼試樣相對比脆性資料在斷裂前沒有明顯的屈服景象。脆性資料在斷裂前沒有明顯的屈服景象。 強(qiáng)度目的1屈服點(diǎn)s資料產(chǎn)生屈服時的最小應(yīng)力。單位為MPa。s= Fs/A0式中，F(xiàn)s是屈服時的最小載荷(N)；A0是試樣原始截面積。對于無明顯屈服景象的金屬資料如高碳鋼、鑄鐵，丈量屈服點(diǎn)很困難，工程上經(jīng)常采用剩余伸長為0.2原長時的應(yīng)力0.2作為屈服強(qiáng)度目的，稱為規(guī)定剩余伸長應(yīng)力。0.2= F0.2/A02抗拉強(qiáng)度b資料在拉斷前所接受的最大應(yīng)力，單位為MPa?？估瓘?qiáng)度表示資料抵抗均勻塑性變形的最大才干，也是設(shè)計(jì)機(jī)械零件和選材的主要根據(jù)。b= Fb/A0式中，F(xiàn)b是試樣斷裂前所接受的最

5、大載荷N。 強(qiáng)度的意義強(qiáng)度的意義強(qiáng)度是指金屬資料抵抗塑性變形和斷裂的才干，強(qiáng)度是指金屬資料抵抗塑性變形和斷裂的才干，普通鋼材的屈服強(qiáng)度在普通鋼材的屈服強(qiáng)度在2001000MPa 之間。之間。強(qiáng)度越高，闡明資料在任務(wù)時越可以接受較高強(qiáng)度越高，闡明資料在任務(wù)時越可以接受較高的載荷。當(dāng)載荷一定時，選用高強(qiáng)度的資料，的載荷。當(dāng)載荷一定時，選用高強(qiáng)度的資料，可以減小構(gòu)件或零件的尺寸，從而減小其自可以減小構(gòu)件或零件的尺寸，從而減小其自重。重。因此，提高資料的強(qiáng)度是資料科學(xué)中的重要課因此，提高資料的強(qiáng)度是資料科學(xué)中的重要課題，稱之為資料的強(qiáng)化。題，稱之為資料的強(qiáng)化。 斷后伸長率由于同一資料用不同長度的試樣測

6、得的斷后伸長率由于同一資料用不同長度的試樣測得的斷后伸長率數(shù)值不數(shù)值不同，因此應(yīng)注明試樣尺寸比例。如同，因此應(yīng)注明試樣尺寸比例。如: 10試樣試樣 L0=10d0 5 試樣試樣 L0=5d010100%oLLL試樣拉斷后的標(biāo)距mm1L oL 試樣原始標(biāo)距mm 斷面收縮率010100%SSL試樣斷裂后縮頸處的最小橫截面積mm21S oS 試樣原始截面積mm2和和是用來判別資料在斷裂前所能產(chǎn)生的最大塑性變形量是用來判別資料在斷裂前所能產(chǎn)生的最大塑性變形量大小。大小。普通以為普通以為5的資料為塑性資料，如低碳鋼；的資料為塑性資料，如低碳鋼；5的的為脆性資料，如灰鑄鐵為脆性資料，如灰鑄鐵 . 塑性對資

7、料的意義塑性對資料的意義:1.是金屬資料進(jìn)展壓力加工的必要條件是金屬資料進(jìn)展壓力加工的必要條件;2.提高平安性提高平安性:由于零件在任務(wù)時萬一超載，也會由于塑性變形使資料強(qiáng)由于零件在任務(wù)時萬一超載，也會由于塑性變形使資料強(qiáng)化而防止忽然斷裂化而防止忽然斷裂 強(qiáng)度與塑性是一對相互矛盾的性能目的。在金屬資料強(qiáng)度與塑性是一對相互矛盾的性能目的。在金屬資料的工程運(yùn)用中，要提高強(qiáng)度，就要犧牲一部分塑性。的工程運(yùn)用中，要提高強(qiáng)度，就要犧牲一部分塑性。反之，要改善塑性，就必需犧牲一部分強(qiáng)度。反之，要改善塑性，就必需犧牲一部分強(qiáng)度。正所謂正所謂“魚和熊掌二者不能兼得。但經(jīng)過細(xì)化金屬魚和熊掌二者不能兼得。但經(jīng)過細(xì)

8、化金屬資料的顯微組織，可以同時提高資料的強(qiáng)度和塑性資料的顯微組織，可以同時提高資料的強(qiáng)度和塑性 硬 度硬度：硬度實(shí)驗(yàn)方法:壓入法 它是資料性能的一個綜合的物理量。(表示金屬資料在一個小的體積范圍內(nèi)金屬資料抵抗部分變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的才干硬度是各種零件和工具必需具備的力學(xué)性能目的。布氏硬度HB洛氏硬度HR維氏硬度HV 資料抵抗外表部分塑性變形的才干。資料抵抗外表部分塑性變形的才干。1、布氏硬度實(shí)驗(yàn)布氏硬度計(jì) 原理:用一定直徑的球體淬火鋼球或硬質(zhì)合金球以相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)力壓入待測資料外表，堅(jiān)持規(guī)定時間并到達(dá)穩(wěn)定形狀后卸除實(shí)驗(yàn)力，丈量資料外表壓痕直徑，以計(jì)算硬度的一種壓痕硬度實(shí)驗(yàn)方法。2、布

9、氏硬度值 用球面壓痕單位面積上所接受有平均壓力表示。 如：120HBS 500HBW4、丈量范圍 用于丈量灰鑄鐵、構(gòu)造鋼、非鐵金屬及非金屬資料等.3、優(yōu)缺陷1丈量值較準(zhǔn)確，反復(fù)性好，可測組織不均勻資料鑄鐵2可測的硬度值不高3不測試廢品與薄件4丈量費(fèi)時，效率低1、洛氏硬度實(shí)驗(yàn)洛氏硬度計(jì) 原理: 用金剛石圓錐或淬火鋼球，在實(shí)驗(yàn)力的作用下壓入試樣外表，經(jīng)規(guī)定時間后卸除實(shí)驗(yàn)力，用丈量的剩余壓痕深度增量來計(jì)算硬度的一種壓痕硬度實(shí)驗(yàn)。 2、洛氏硬度值 用丈量的剩余壓痕深度表示?？蓮谋肀P上直接讀出。如：50HRC 其中A、B、C為不同的標(biāo)尺4、丈量范圍 用于丈量淬火鋼、硬質(zhì)合金等資料.3、優(yōu)缺陷1實(shí)驗(yàn)簡單、

10、方便、迅速2壓痕小，可測廢品，薄件3數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，應(yīng)測三點(diǎn)取平均值4不應(yīng)測組織不均勻資料，如鑄鐵。1、維氏硬度實(shí)驗(yàn) 原理:用夾角為的金剛石四棱錐體壓頭，運(yùn)用很小實(shí)驗(yàn)力F49.03-980.07N壓入試樣外表，測出壓痕對角線長度d。2、維氏硬度值 用壓痕對角線長度表示。如：640HV。 4、丈量范圍 常用于測薄件、鍍層、化學(xué)熱處置后的表層等。3、優(yōu)缺陷1丈量準(zhǔn)確，運(yùn)用范圍廣硬度從極軟到極硬2可測廢品與薄件3試樣外表要求高，費(fèi)工。 沖擊韌性 強(qiáng)度、硬度、塑性等力學(xué)性能目的都是資料在靜載荷作用下的表現(xiàn)。 資料在任務(wù)時還經(jīng)常遭到動載荷的作用，沖擊載荷就是常見的一種。 在設(shè)計(jì)和制造受沖擊載荷的零件和工具

11、如鍛錘、沖床、鉚釘槍等時，必需思索所用資料除具有足夠的靜載荷作用下得力學(xué)性能目的外，還必需具有足夠的抵抗沖擊載荷的才干。 沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別在于加載時間短、加載速率高、應(yīng)力集中。由于加載速率提高，金屬形變速率也隨之添加。 沖擊載荷對資料的作用效果或破壞效應(yīng)大于靜載荷。 資料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的才干，稱為沖擊韌性。 例如：玻璃在沖擊載荷作用下非常容易破裂，闡明其沖擊韌性很低。 沖擊實(shí)驗(yàn) 沖擊試樣 沖擊實(shí)驗(yàn)原理 沖擊韌性的表示方法 如不能制備規(guī)范試佯，可采用寬度7.5mm或5mm等小尺寸試祥,試樣的其他尺寸及公差與相應(yīng)缺口的規(guī)范試樣一樣，缺口應(yīng)開在試樣的窄面上。其中5mm10mm55

12、mm試樣常用于薄板資料的檢驗(yàn)。 焊接接頭沖擊試樣的外形和尺寸與相應(yīng)的規(guī)范試樣一樣，但其缺口軸線該當(dāng)垂直焊縫外表。 原理 沖擊韌性可以經(jīng)過一次擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)來測定，實(shí)驗(yàn)時將帶有U型或V型缺口的沖擊試樣放在實(shí)驗(yàn)機(jī)架的支座上，將擺錘升至高度H1，使其具有勢能mgH1；然后使擺錘由此高度自在下落將試樣沖斷，并向另一方向升高至H2，這時擺錘的勢能為mgH2。 所以，擺錘用于沖斷試樣的能量 AK=mgH1-H2，即為沖擊功焦耳/J。資料沖擊韌性的表示方法 按照國標(biāo)GB/T2292019，U型缺口試樣和V型缺口試樣的沖擊能量分別表示為KU和KV，并用下標(biāo)數(shù)字2或8表示擺錘刀刃半徑，如KU2 ，其單位是焦耳J。

13、 沖擊吸收能量的大小直接由實(shí)驗(yàn)機(jī)的刻度盤上直接讀出。 沖擊吸收能量的值越大，資料的韌性越大，越可以接受較大的沖擊載荷。 沖擊吸收能量K或沖擊韌性值K越大，資料的韌性越大，越可以接受較大的沖擊載荷。普通把沖擊吸收能量低的資料稱為脆性資料，沖擊吸收能量高的資料稱為韌性資料。 缺口沖擊實(shí)驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)就是丈量迅速簡便 用于控制資料的冶金質(zhì)量和鑄造、鍛造、焊接及熱處置等熱加工工藝的質(zhì)量。 用來評定資料的冷脆傾向測定韌脆轉(zhuǎn)變溫度。設(shè)計(jì)時要求機(jī)件的服役溫度高于資料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 沖擊實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用 沖擊實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用 缺口沖擊實(shí)驗(yàn)由于其本身反映一次或少數(shù)次大能量沖擊破斷抗力，因此對某些特殊服役條件下的零件，如彈殼

14、、裝甲板、石油射孔槍等，有一定的參考價值。 經(jīng)過一次擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)測定的沖擊吸收吸收能量K是一個由強(qiáng)度和塑性共同決議的綜合性力學(xué)性能目的，不能直接用于零件和構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算，但它是一個重要參考，所以將資料的沖擊韌性列為金屬資料的常規(guī)力學(xué)性能，ReL(Rr0.2)、Rm、A、Z和K被稱為金屬資料常規(guī)力學(xué)性能的五大目的。低溫脆性隨溫度降低，資料由韌性形狀轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈孕螤畹木跋?。冷脆：資料因溫度降低導(dǎo)致沖擊韌性的急劇下降并引起脆性破壞的景象。對壓力容器、橋梁、汽車、船舶的影響較大。低溫脆性 沖擊韌性與溫度有親密的關(guān)系，溫度降低，沖擊韌性隨之降低。當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟葧r資料的韌性急劇下降，資料將由韌性形狀轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

15、脆性形狀。這一溫度稱為轉(zhuǎn)變溫度 Tt 。 轉(zhuǎn)變溫度 Tt 越低，闡明資料的低溫韌性越好，對于在冰冷地域運(yùn)用的資料要非常重要。 金屬資料的成分對韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響很大，普通的碳素鋼，其韌脆轉(zhuǎn)變溫度 Tt 大約為-20，某些合金鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度 Tt 可達(dá)-40以下。TITANIC建造中的建造中的Titanic 號號TITANIC的沉沒的沉沒與船體資料的質(zhì)量與船體資料的質(zhì)量直接有關(guān)直接有關(guān)1912年4月號稱永不沉沒的泰坦尼克號Titanic首航沉沒于冰海，成了20世紀(jì)令人難以忘懷的凄慘海難。20世紀(jì)80年代后，資料科學(xué)家經(jīng)過對打撈上來的泰坦尼克號船板進(jìn)展研討，回答了80年的未解之謎。由于Titan

16、ic 號采用了含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，當(dāng)船在冰水中撞擊冰山時，脆性船板使船體產(chǎn)生很長的裂紋，海水大量涌入使船迅速沉沒。以下圖中左面的試樣取自海底的Titanic號，沖擊試樣是典型的脆性斷口，右面的是近代船用鋼板的沖擊試樣。 提高沖擊韌性的途徑 沖擊韌性是一個對資料組織構(gòu)造相當(dāng)敏感的量，所以提高資料的沖擊韌性的途徑有： 改動資料的成分，如參與釩、鈦、鋁、氮等元素，經(jīng)過細(xì)化晶粒來提高其韌性，尤其是低溫韌性； 提高資料的冶金質(zhì)量，減少偏析、夾渣、 氣泡等缺陷； 疲勞強(qiáng)度 疲勞概念：在交變應(yīng)力作用下，零件所接受的應(yīng)力低于資料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過較長時間的任務(wù)后產(chǎn)生裂紋或忽然發(fā)生完

17、全斷裂的景象稱為金屬的疲勞。 2019年6月3日，德國發(fā)生了戰(zhàn)后最繁重的一同鐵路交通事故。一列高速列車脫軌，呵斥100多人遇難。 事故的緣由曾經(jīng)查清，是由于一節(jié)車廂的車輪“內(nèi)部疲勞斷裂引起的。首先是一個車輪的輪箍發(fā)生斷裂，導(dǎo)致車輪脫軌，進(jìn)而呵斥車廂橫擺，此時列車正好過橋，橫擺的車廂以其宏大的力量將橋墩撞斷，呵斥橋梁坍塌，壓住了經(jīng)過的列車車廂，并使已經(jīng)過橋洞的車頭及前5節(jié)車廂斷開，而后面的幾節(jié)車廂那么在宏大慣性的推進(jìn)下接二連三地撞在坍塌的橋體上，從而導(dǎo)致了這場近50年來德國最繁重的鐵路事故。變動載荷和循環(huán)應(yīng)力 1.變動載荷 引起疲勞破壞的外力，指載荷大小、甚至方向均隨時間變化的載荷，其在單位面積

18、上的平均值即為變動應(yīng)力。 變動應(yīng)力可分為規(guī)那么周期變動應(yīng)力(也稱循環(huán)應(yīng)力)和無規(guī)那么隨機(jī)變動應(yīng)力兩種。金屬疲勞產(chǎn)生的緣由a)應(yīng)力大小變化 b)c應(yīng)力大小和方向都變化 d) 應(yīng)力大小和方向無規(guī)那么變化 1.平均應(yīng)力平均應(yīng)力2.應(yīng)力幅應(yīng)力幅2minmaxm2minmaxat一個應(yīng)力循環(huán)一個應(yīng)力循環(huán)mamaxmin 疲勞斷裂疲勞斷裂 零件在循環(huán)應(yīng)力作用下零件在循環(huán)應(yīng)力作用下,在一處或幾處產(chǎn)生在一處或幾處產(chǎn)生部分永久性累積損傷部分永久性累積損傷,經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后忽然產(chǎn)經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后忽然產(chǎn)生斷裂的過程生斷裂的過程,稱為疲勞斷裂稱為疲勞斷裂. 疲勞斷裂由疲勞裂紋產(chǎn)生疲勞斷裂由疲勞裂紋產(chǎn)生擴(kuò)展擴(kuò)展瞬時斷瞬

19、時斷裂三個階段組成。裂三個階段組成。 雖然疲勞失效的最終結(jié)果是部件的忽然斷裂,但實(shí)踐上它們是一個逐漸失效的過程，從開場出現(xiàn)裂紋到最后破斷需求經(jīng)過很長的時間。 疲勞斷裂的宏觀斷口普通由三個區(qū)域組成，即疲勞裂紋產(chǎn)生區(qū)裂紋源、裂紋擴(kuò)展區(qū)和最后斷裂區(qū)。疲勞斷口疲勞斷口3.疲勞斷口疲勞斷口軸的疲勞斷口軸的疲勞斷口疲勞輝紋掃描電鏡照片疲勞輝紋掃描電鏡照片 當(dāng)應(yīng)力低于某值時，資料經(jīng)受無限次循環(huán)應(yīng)力也不發(fā)生疲勞斷裂，此應(yīng)力稱為資料的疲勞極限，記作RR為應(yīng)力比，就是S-N曲線中的平臺位置對應(yīng)的應(yīng)力。 通常，資料的疲勞極限是在對稱彎曲疲勞條件下R1測定的，對稱彎曲疲勞極限記作-1。4.疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度疲勞曲線：實(shí)

20、驗(yàn)證明，普通鋼鐵資料所受交變應(yīng)力最大值疲勞曲線：實(shí)驗(yàn)證明，普通鋼鐵資料所受交變應(yīng)力最大值max與其失效前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)疲勞壽命與其失效前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)疲勞壽命 N的曲線關(guān)系。的曲線關(guān)系。 假設(shè)疲勞曲線上沒有程度部分，常以規(guī)定斷裂循環(huán)次數(shù)對應(yīng)的應(yīng)力為條件疲勞極限。 對普通低、中強(qiáng)度鋼：107周次 對高強(qiáng)度鋼：108周次 對鋁合金，不銹鋼：108周次 對鈦合金：107周次 在工程中，有時根據(jù)零件壽命的要求，在規(guī)定的某一循環(huán)周次下，測出max，并稱之為疲勞強(qiáng)度，實(shí)踐上就是條件疲勞極限。 在工程中，有時根據(jù)零件壽命的要求，在規(guī)定的某一循環(huán)周次下，測出max，并稱之為疲勞強(qiáng)度，實(shí)踐上就是條件疲勞極限。提

21、高疲勞極限的途徑提高疲勞極限的途徑(1)(1)在零件構(gòu)造設(shè)計(jì)中盡量防止尖角、缺口在零件構(gòu)造設(shè)計(jì)中盡量防止尖角、缺口和截面突變。和截面突變。 (2) (2) 提高零件外表加工質(zhì)量。提高零件外表加工質(zhì)量。 (3) (3) 對資料外表進(jìn)展強(qiáng)化處置。對資料外表進(jìn)展強(qiáng)化處置。物理性能密度熔點(diǎn)導(dǎo)熱性導(dǎo)電性熱膨脹性磁性化學(xué)性能耐蝕性抗氧化性化學(xué)穩(wěn)定性金屬的工藝性能金屬的工藝性能工藝性能是指金屬資料對不同加工工藝方法的應(yīng)才干。金屬資料及合金在鑄造工藝中獲得優(yōu)良鑄件的才干稱為鑄造性能。1、流動性：熔融金屬的流動才干稱為流動性。主要受金屬化學(xué)成份和澆注溫度等的影響。2、收縮性：鑄件在凝固和冷卻過程中，其體積和尺寸

22、減小的景象稱為引縮性。3、偏析傾向：金屬凝固后，內(nèi)部化學(xué)成分和組織的不均勻景象稱為偏析。 鑄造性能： 鍛造性能：用鍛壓成形方法獲得優(yōu)良鍛件的難易程度稱為鍛造性能。鑄鐵不能鍛壓 。 焊接性能：大量接性能是指金屬資料對焊接加工的順應(yīng)性。切削加性能：切削加工性能金屬資料的難易程度稱為切削加工性能。 金屬的晶體構(gòu)造1、 晶體與非晶體： 固體物質(zhì)按其原子陳列的特征，可分為晶體和非晶體。 非晶體的原子作不規(guī)那么的陳列，如松香、玻璃、瀝青等。 晶體的原子那么按一定次序作有規(guī)那么的陳列，如金剛石、 石墨及固態(tài)金屬和合金。 性能差別：晶體具有一定的凝固點(diǎn)和熔點(diǎn)，非晶體沒有； 晶體具有各向異性，非晶體各向同性等。

23、 簡單總結(jié)：簡單總結(jié)：晶體：非晶體：固態(tài)的金屬和合金都是晶體。固態(tài)的金屬和合金都是晶體。晶格晶格原子陳列構(gòu)成的空間格子原子陳列構(gòu)成的空間格子晶胞晶胞組成晶格最根本的單元組成晶格最根本的單元0-101A=10m2、 晶體構(gòu)造的根底知識1晶格：把每個原子看成一個點(diǎn)結(jié)點(diǎn)，把這些點(diǎn)用直線銜接起來，所構(gòu)成一個空間格子。 2晶胞：能代表整個晶格中原子陳列規(guī)律的最小單元。 3晶格常數(shù) ：晶胞中各棱邊的長度(及夾角)。簡單立方晶格與晶胞表示圖：(a)晶體中原子陳列 (b)晶格 (c)晶胞簡單立方晶格與晶胞表示圖原子在晶格中的位置關(guān)系可以用晶面和晶向來表示。 4晶面：經(jīng)過原子中心的平面晶面：經(jīng)過原子中心的平面5

24、晶向：經(jīng)過原子中心的直線所指的方向晶向：經(jīng)過原子中心的直線所指的方向3、常見的金屬晶格類型1體心立方晶格: a=b=c，=90 常見金屬：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等體心立方晶胞模型； 晶胞； 晶胞原子數(shù)2面心立方晶格:常見金屬： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等面心立方晶胞模型； 晶胞； 晶胞原子數(shù)3密排六方晶格:常見金屬： Mg、Zn、 Be、Cd等密排六方晶胞 模型； 晶胞； 晶胞原子數(shù)4 、金屬的實(shí)踐晶體構(gòu)造1晶體缺陷：金屬晶體中，原子陳列或多或少地存在偏離理想構(gòu)造的區(qū)域，稱為晶體缺陷。 1點(diǎn)缺陷 晶體中的點(diǎn)缺陷 空位； 間隙原子； 置換原子 點(diǎn)缺陷表示圖(2線缺陷 線缺陷

25、就是晶格中的位錯景象。常見的位錯類型有刃型位錯、螺型位錯等。如下圖。 位錯也引起晶格畸變。金屬強(qiáng)度與位錯密度的關(guān)系是：位錯的存在可降低理想晶體的強(qiáng)度，大量的位錯又可使其強(qiáng)度提高。 消費(fèi)中普通采用添加位錯的方法提高資料的強(qiáng)度。ABEHGF透射電鏡察看鈦合金中的位錯線高分辨率電鏡察看刃位錯白點(diǎn)為原子3面缺陷：外表、界面晶界是不同位向晶粒的過度部位，寬度為510個原子間距。晶界的過渡層構(gòu)造表示圖面缺陷表示圖面缺陷:孿晶雙晶2多晶體構(gòu)造多晶體構(gòu)造單晶體單晶體- 晶體內(nèi)部的晶格方位完全一致。晶體內(nèi)部的晶格方位完全一致。晶粒晶粒外形不規(guī)那么而內(nèi)部晶格方位一致的小晶體。外形不規(guī)那么而內(nèi)部晶格方位一致的小晶體

26、。晶界晶界晶粒之間的界面。晶粒之間的界面。多晶體多晶體許多晶粒組成的晶體構(gòu)造。許多晶粒組成的晶體構(gòu)造。工業(yè)上運(yùn)用的金屬都是：工業(yè)上運(yùn)用的金屬都是：由許多小晶體晶粒組成的多晶體。由許多小晶體晶粒組成的多晶體。 多晶體的晶粒和晶界表示圖多晶體的晶粒和晶界表示圖二、 金屬的結(jié)晶過程和同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1 純金屬的結(jié)晶：1結(jié)晶的概念：液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程。2純金屬的冷卻曲線To時間溫度實(shí)際冷卻曲線實(shí)踐冷卻曲線T1結(jié)晶平臺(是由結(jié)晶潛熱導(dǎo)致)過冷景象過冷景象 過冷是結(jié)晶的必要條件。過冷是結(jié)晶的必要條件。過冷度過冷度 T = T0 T12、純金屬的結(jié)晶過程：、純金屬的結(jié)晶過程：純金屬結(jié)晶過程表示圖純金屬

27、結(jié)晶過程表示圖液態(tài)金屬液態(tài)金屬溫度降至熔點(diǎn)附近溫度降至熔點(diǎn)附近自發(fā)形核自發(fā)形核中心長大中心長大液態(tài)金屬消逝。液態(tài)金屬消逝。根本過程：形核，長大，即晶核的生成和晶核的長大。根本過程：形核，長大，即晶核的生成和晶核的長大。3、金屬結(jié)晶后晶粒的大小對金屬力學(xué)性能的影響 普通來說，晶粒愈細(xì)，晶界愈多，晶格排列方向犬牙交錯，相互咬合，加強(qiáng)金屬結(jié)合力，因此金屬的強(qiáng)度和硬度愈高，同時塑性和韌性也愈好。 細(xì)化晶粒的途徑1添加過冷度：冷卻速度愈大，過冷度愈大，形核數(shù)量愈多，晶粒愈細(xì)。 2蛻變處置：在實(shí)踐消費(fèi)中，經(jīng)過向金屬液中參與某些物質(zhì)稱為蛻變劑，在金屬液中構(gòu)成大量分散的人工的非自發(fā)晶核，從而獲得細(xì)小的鑄造晶粒

28、，這種處置方法稱為蛻變處置。 3振動：對正在結(jié)晶的金屬施以機(jī)械振動、超聲波振動和電磁振動，均可使樹枝晶尖端破碎而添加新的中心，提高形核率，使晶粒細(xì)化。 4、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 一種金屬能以幾種晶格類型存在的性質(zhì)，叫做同素異構(gòu)性，如Fe, Co, Ti等。 固態(tài)金屬隨溫度不同而改動其晶格類型的過程，稱為金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 4熱處置：5壓力加工：由于鋼鐵發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,因此可以對鋼鐵進(jìn)展熱處置. 鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 金屬鑄錠的組織特點(diǎn) 細(xì)等軸晶區(qū) 液體金屬注入錠模時，由于錠模溫度不高，傳熱快，外層金屬遭到激冷，過冷度大，生成大量的晶核。同時模壁也能起非自發(fā)晶核的作用。結(jié)果，在金屬的表層構(gòu)成一層厚

29、度不大、晶粒很細(xì)的細(xì)晶區(qū)。 金屬鑄錠的組織特點(diǎn) 柱狀晶區(qū) 細(xì)晶區(qū)構(gòu)成的同時，錠模溫度升高，液體金屬的冷卻速度降低，過冷度減小， 生核速率降低，但此時長大速度遭到的影響較小。結(jié)晶時，優(yōu)先長大方向即一次晶軸方向與散熱最快方向普通為往外垂直模壁的方向的反方向一致的晶核向液體內(nèi)部平行長大，結(jié)果構(gòu)成柱狀晶區(qū)。 金屬鑄錠的組織特點(diǎn) 粗等軸晶區(qū) 隨著柱狀晶區(qū)的開展，液體金屬的冷卻速度很快降低，過冷度大大減小，溫度差不斷降低，趨于均勻化；散熱逐漸失去方向性，所以在某個時候，剩余液體中被推來和漂浮來的、以及從柱狀晶上被沖下的二次晶枝的碎塊，能夠成為晶核，向各個方向均勻長大，最后構(gòu)成一個粗大的等軸晶區(qū)。三、 合金

30、的晶體相構(gòu)造1 合金的根本概念1合金：由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬組成的具有金屬特性的物質(zhì)。 2組元：指組成合金的最根本的、能獨(dú)立存在的物質(zhì)。 如化學(xué)元素、金屬化合物。 3合金系：指有一樣組元，而成分比例不同的一系列合金。 4相：在金屬或合金中，具有一樣成分且晶格構(gòu)造一樣，并與其他部分有界面分開的均勻組成部分。相與相之間有明顯的界面。 合金中常見的相有：液相、純金屬、固溶體和金屬化合物等。 2 合金組織1固溶體：溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格而仍堅(jiān)持溶劑晶格類型的晶體。1置換固溶體：溶質(zhì)原子替代溶劑原子的某些位置，所 構(gòu)成的固溶體。 *溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑相差不大時，才干置換，可構(gòu)成無限固

31、溶體：2間隙固溶體：溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格的空隙中構(gòu)成固溶體。溶質(zhì)原子小，與溶劑原子直徑比為 0.59 。溶解度有限。 固溶體的兩種類型 (a)置換固溶體 (b)間隙固溶體3固溶體的力學(xué)性能 不論構(gòu)成置換固溶體還是間隙固溶體，由于溶質(zhì)原子和溶劑原子大小不一，化學(xué)性質(zhì)也不盡一樣，都呵斥固溶體的晶格畸變，導(dǎo)致固溶體的強(qiáng)度和硬度升高，即發(fā)生固溶強(qiáng)化 。 固溶體中溶質(zhì)原子引起的晶格畸變表示圖 a正畸變 b負(fù)畸變(a)(b)2金屬化合物：合金各組成元素之間相互作用，并按一定的整數(shù)比化合而成的一種新的具有金屬性質(zhì)的物質(zhì)，可用分子式表示。如Fe3C、WC等。特點(diǎn)：1其晶格類型和性能不同于任一組元；2普通具有更

32、復(fù)雜的晶體構(gòu)造，熔點(diǎn)高，硬而脆；3能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但降低合金的塑性。3機(jī)械混合物：各組元既不相互溶解，又不構(gòu)成化合物，而是按一定的分量比以混合方式存在。機(jī)械混合物既可以是純金屬、固溶體或金屬化合物各自的混合物，也可以是它們之間的混合物。Fe-C相圖Fe-C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形狀或組織隨溫度變化的圖形。鐵素體F碳原子溶入-Fe中構(gòu)成的間隙固溶體，稱做鐵素體。由于體心立方格的-Fe的晶體格間隙半徑只需0.036nm，而碳原子半徑為0.077nm，所以鐵素體對碳的溶解度很小。在727時最大固溶度為0.02%,而在室溫時固溶度幾乎降為零。鐵素體

33、的力學(xué)性能與純鐵相近。由此可見，鐵素體有優(yōu)良的由此可見，鐵素體有優(yōu)良的塑性和韌性，但強(qiáng)度，硬度塑性和韌性，但強(qiáng)度，硬度較低，在鐵碳合金中是軟韌較低，在鐵碳合金中是軟韌相。鐵素體是相。鐵素體是912以下的平以下的平衡相，也稱做常溫相，在鐵衡相，也稱做常溫相，在鐵碳相圖中用符號碳相圖中用符號F表示。表示。奧氏體A碳原子溶入-Fe中構(gòu)成的間隙固溶體，稱做奧氏體。具有面心立方格的-Fe的間隙半徑為0.052nm，比-Fe的間隙稍大，在1148時碳原子在其中的最大固溶度為2.11%。隨著溫度的降低，碳在-Fe中的固溶度下降，在727時是0.77%。奧氏體是727以上的平衡相，也稱高溫相。在高溫下，面心立

34、方格晶體的奧氏體具有極好是塑性，所以碳鋼具有良好的軋、鍛等熱加工工藝性能。在鐵碳相圖中，奧氏體通常用符號A表示。奧氏體奧氏體滲碳體 Fe3C 滲碳體是鐵與碳原子結(jié)合構(gòu)成的具有金屬性質(zhì)的復(fù)雜間隙化合物。它的晶體構(gòu)造復(fù)雜，屬于復(fù)雜八面體構(gòu)造，分子式為Fe3C，含碳量6.69%。滲碳體的硬度很高，HV800，但極脆，塑性和韌性幾乎是零，強(qiáng)度Rm=30Mpa左右。在鐵碳合金中，它是硬脆相，是碳鋼的主要強(qiáng)化相。滲碳體在碳鋼中的含量和形狀對鋼的性能有很大影響。它在鐵碳合金中可以呈片狀、粒狀、網(wǎng)狀和板狀形狀存在。在高溫時，鋼和鑄鐵中的滲碳體在一定時間會發(fā)生下面的分解反響，析出石墨態(tài)的碳。Fe3C 3Fe+C

35、石墨過共晶白口鐵共析鋼珠光體是鐵素體與碳光體的混合物。符號：P ，是鐵素體和滲碳體片層相間，交替陳列。溶碳才干：在727時，C=0.77%性能特點(diǎn)：取決于鐵素體和滲碳體的性能，強(qiáng)度較高，硬度適中，具有一定的塑性 珠光體P萊氏體萊氏體Ld萊氏體是含碳量為萊氏體是含碳量為4.3%的液態(tài)的液態(tài)鐵碳合金在鐵碳合金在11480C時從液體上時從液體上中間結(jié)晶出的奧氏體和滲碳體的中間結(jié)晶出的奧氏體和滲碳體的混合物。符號：混合物。符號：Ld高溫萊氏體，高溫萊氏體，溫度溫度727由于奧氏體在由于奧氏體在727時轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以在時轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以在室溫下的萊氏體由珠光體和滲碳室溫下的萊氏體由珠光體和滲碳體組

36、成叫低溫萊氏體。體組成叫低溫萊氏體。Ld表示。表示。溶碳才干：溶碳才干：C=4.3%性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：硬度很高，塑性很差。硬度很高，塑性很差。Fe - Fe3C 相圖ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T( A+Fe3C )LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+ Fe3C( F+ Fe3C )PP+F0.77%CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK共晶相圖共晶相圖共析相圖共析相圖勻晶相圖勻晶相圖( P+Fe3C )鐵碳合金形狀圖的分析鐵碳合金形狀圖的分析特性點(diǎn)特性點(diǎn) LJNG +Fe

37、3C +Fe3CL+Fe3CL+ + (3)鋼、鐵分界點(diǎn)鋼、鐵分界點(diǎn)E2.11%C (1)共晶點(diǎn)共晶點(diǎn)C 1148, 4.3%C 共晶成分共晶成分 反響式：反響式：Lc(AE+Fe3C) 共晶體，即高溫萊氏體共晶體，即高溫萊氏體Ld ;(2)共析點(diǎn)共析點(diǎn)S 727 0.77% C 共析成分共析成分 反反響式響式: As (Fp + Fe3C共析共析) 共析體，即珠共析體，即珠光體光體; 特征線特征線 液相線液相線ABCD， 固相線固相線AHJECF 三條程度線：三條程度線：LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 727 其它相線其它相線 GS,GP 固固溶體轉(zhuǎn)變線溶體轉(zhuǎn)變線, G

38、S又稱又稱A3 線。線。 HN,JN 固溶固溶體轉(zhuǎn)變線，體轉(zhuǎn)變線， ES碳在碳在 -Fe中的中的固溶線。又稱固溶線。又稱Ac m線。線。 PQ碳在碳在-Fe中的中的固溶線。固溶線。LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 三個三相區(qū)：即三個三相區(qū)：即HJB (L+)、ECF(L+ Fe3C)、PSK(+ Fe3C)三條程度線三條程度線 l 相區(qū)相區(qū)l 五個單相區(qū)：五個單相區(qū)：l L、Fe3C l 七個兩相區(qū)七個兩相區(qū): L+、L+、L+Fe3C、 +、+Fe3C、+ 、+Fe3C 典型鐵碳合金的結(jié)晶過程典型鐵碳合金的結(jié)晶過程 珠光體珠光體1)共析鋼的結(jié)晶過程室溫組織為：PF+Fe3

39、C2)亞共析鋼的亞共析鋼的結(jié)晶過程結(jié)晶過程LL+A AA+F先共先共析析AS(0.77% C) P室溫組織為：室溫組織為：P+F 亞共析鋼室溫下的組織亞共析鋼室溫下的組織為為F+P。 在在0.02180.77%C 范范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量添加而添加。量添加而添加。20鋼組織 40鋼組織 60鋼組織 3)過共析鋼的結(jié)晶過程過共析鋼的結(jié)晶過程室溫組織：室溫組織：P+Fe3C T12鋼組織鋼組織 一一 、含碳量對碳鋼室溫平衡組織的影響、含碳量對碳鋼室溫平衡組織的影響 含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為：含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為： 鋼鐵素體 亞共析鋼

40、過共析鋼亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼白 口 鑄 鐵二次滲碳體工業(yè)純鐵珠光體萊氏體一次滲碳體Fe3C鋼 鐵分 類組織組成物相對量%相組成物相對量%含碳量%0 0.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體 含碳量對碳鋼組織與性能的影響 二、二、 含碳量對力學(xué)性能的影響含碳量對力學(xué)性能的影響 亞共析鋼隨含碳量添加，亞共析鋼隨含碳量添加，P 量添加，鋼量添加，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降。的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降。l0.77%C時，組織為時，組織為100% P, 鋼的鋼的性能即性能即P的性能。的性能。l0.9%C，F(xiàn)e3C為晶界延續(xù)網(wǎng)狀，為晶界延

41、續(xù)網(wǎng)狀，強(qiáng)度下降強(qiáng)度下降, 但硬度仍上升。但硬度仍上升。l2.11%C，組織中有以，組織中有以Fe3C為基為基的的Ld,合金太脆合金太脆. 三、三、 含碳量對工藝性能的影響含碳量對工藝性能的影響 切削性能切削性能: 中碳鋼適宜中碳鋼適宜 可鍛性能可鍛性能: 低碳鋼好低碳鋼好 焊接性能焊接性能: 低碳鋼好低碳鋼好 鑄造性能鑄造性能: 共晶合金好共晶合金好 熱處置性能熱處置性能: 第四章引見第四章引見鑄造焊縫組織焊縫組織模鍛切削加工的根本方式車刨鉆銑磨四、鐵碳合金相圖的運(yùn)用1. 選資料方面的運(yùn)用； 2. 制定熱加工工藝方面的運(yùn)用u在鑄造消費(fèi)方面，根據(jù)相圖可以確定鑄鋼和鑄鐵的澆注溫度。u在鍛造消費(fèi)方

42、面，可確定始鍛、終鍛溫度。u在焊接方面，可分析碳鋼的焊接組織。u對熱處置來說，可確定加熱范圍。 鋼的熱處置 熱處置是將固態(tài)金屬或合金采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)展加熱、保溫暖冷卻以獲得所需求的組織構(gòu)造與性能的工藝。 熱處置的原理及分類 景象：放在水中冷卻的一根鋼絲硬而脆，很容易折斷；放在空氣中冷卻的一根較軟、有較好的塑性，可以卷成圓圈而不斷裂。 實(shí)驗(yàn)闡明：雖然鋼的成分一樣，加熱的溫度也一樣，但采用不同的冷卻方法，卻得到了不同的力學(xué)性能。這主要是由于在不同冷卻速度的情況下，鋼的內(nèi)部組織發(fā)生了不同的變化。 熱處置的分類： 熱處置方法雖然很多，但任何一種熱處置工藝都是由加熱、保溫、和冷卻三個階段所組成的。熱處置

43、工藝過程可用在溫度一時間坐標(biāo)系中的曲線圖表示，這種曲線稱為熱處置工藝曲線。 鋼在加熱及冷卻時的組織轉(zhuǎn)變一、鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變二、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變一、鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變1鋼在加熱和冷卻時的相變溫度 在加熱時鋼的轉(zhuǎn)變溫度要高于平衡形狀下的臨界點(diǎn)；在冷卻時要低于平衡形狀下的臨界點(diǎn)。 加熱時的各臨界點(diǎn)：Ac1、Ac3和Accm 冷卻時的各臨界點(diǎn)：Ar1、Ar3和Arcm 2奧氏體的構(gòu)成 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變，主要包括奧氏體的構(gòu)成和晶粒長大兩個過程。 形核 長大 剩余滲碳體溶解 均勻化 3奧氏體晶粒的長大 晶粒的長大是依托較大晶粒吞并較小晶粒和晶界遷移的方式進(jìn)展。二、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 兩種冷

44、卻方式： 等溫處置 延續(xù)冷卻1奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 奧氏體在A1線以上是穩(wěn)定相，當(dāng)冷卻到A1線以下而又尚未轉(zhuǎn)變的奧氏體稱為過冷奧氏體。這是一種不穩(wěn)定的過冷組織，只需經(jīng)過一段時間的等溫堅(jiān)持，它就可以等溫轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的新相。這種轉(zhuǎn)變就稱為奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變。 共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線圖 1高溫等溫轉(zhuǎn)變： 珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)2中溫等溫轉(zhuǎn)變： 貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū) 3低溫延續(xù)轉(zhuǎn)變： 馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū) 珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)1珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)高溫等溫轉(zhuǎn)變高溫等溫轉(zhuǎn)變 共析鋼的過冷奧氏體在A1550溫度范圍內(nèi)，過冷奧氏體將發(fā)生奧氏體向珠光體型的轉(zhuǎn)變 ，即轉(zhuǎn)變

45、為鐵素體和滲碳體。 珠光體粗片層狀鐵素體和滲碳體的混合物，片層間距大于0.4m普通在500倍以下的光學(xué)顯微鏡下即可分辨 索氏體索氏體為細(xì)片狀珠光體，片層較薄間距在0.40.2m，普通在8001000倍的光學(xué)顯微鏡下才可分辨 屈氏體屈氏體是極細(xì)片狀的珠光體，片層極薄間距小于0.2m，只需在電子顯微鏡下5000倍才干分辨出它們呈片狀 2貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)中溫等溫轉(zhuǎn)變中溫等溫轉(zhuǎn)變 在550Ms 溫度范圍內(nèi)，因轉(zhuǎn)變溫度較低，原子的活動才干較弱，轉(zhuǎn)變后得到的組織為含碳量具有一定過飽和程度的鐵素體和分散的滲碳體或碳化物所組成的混合物，稱為貝氏體，用符號B表示。 貝氏體有上貝氏體B上和下貝氏體B下

46、之分。 上貝氏體上貝氏體中滲碳體呈較粗的片狀，平行分布于平行陳列的鐵素體片層之間，它在顯微鏡下呈羽毛狀的組織 下貝氏體下貝氏體中的碳化物呈細(xì)小顆粒狀或短桿狀均勻分布在鐵素體內(nèi)，在顯微鏡下呈黑色針葉狀的組織 3馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)低溫延續(xù)轉(zhuǎn)變低溫延續(xù)轉(zhuǎn)變 當(dāng)鋼從奧氏體區(qū)急冷到MS 以下時，奧氏體便開場轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。由于轉(zhuǎn)變溫度低，原子分散才干小，在馬氏體轉(zhuǎn)變過程中，只需Fe向Fe的晶格改動，而不發(fā)生碳原子的分散。因此，溶解在奧氏體中的碳，轉(zhuǎn)變后原封不動地保管在鐵的晶格中，構(gòu)成碳在Fe中的過飽和固溶體，稱為馬氏體，用符號M表示。 低碳馬氏體低碳馬氏體其外形為一束一束相互平行的細(xì)條狀，故也稱

47、板條狀馬氏體 高碳馬氏體高碳馬氏體其斷面呈針葉狀，故也稱針狀馬氏體 2奧氏體的延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 v1：隨爐冷卻退火v2：空冷正火v3：油冷油冷淬火v4：水冷水冷淬火熱處置的根本方法一、退火與正火二、淬火與回火一、退火與正火機(jī)械零件普通的加工工藝順序： 作用：消除前一工序所呵斥的某些組織缺陷及內(nèi)應(yīng)力，可以改善資料的切削性能，為隨后的切削加工及熱處置淬火回火做好組織預(yù)備。 1退火 退火將鋼加熱到適當(dāng)溫度，堅(jiān)持一定時間，然后緩慢冷卻普通隨爐冷卻的熱處置工藝。常用退火方法：完全退火球化退火去應(yīng)力退火 退火目的： 降低硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷變形加工 細(xì)化晶粒，均勻組織，為后續(xù)熱處置作好組織上的預(yù)

48、備 消除剩余內(nèi)應(yīng)力，防止工件的變形與開裂 2正火 正火將鋼加熱到c3或ccm以上3050，保溫適當(dāng)?shù)臅r間后，在空氣中冷卻的工藝方法。 亞共析鋼：正火目的是細(xì)化晶粒，均勻組織，提高機(jī)械性能。 力學(xué)性能要求不高的普通構(gòu)造零件：正火可作為最終熱處置。 低、中碳構(gòu)造鋼：調(diào)整硬度，改善切削加工性能。 高碳過共析鋼：正火的目的是消除網(wǎng)狀滲碳體，有利于球化退火，為淬火做好組織預(yù)備。 加熱溫度范圍 熱處置工藝曲線 1完全退火完全退火 2球化退火球化退火 3去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 4正火正火 二、淬火與回火 1鋼的淬火 淬火將鋼件加熱到Ac3或Ac1 以上的適當(dāng)溫度，經(jīng)保溫后快速冷卻冷卻速度大于v臨，以獲得馬氏體

49、或下貝氏體組織的熱處置工藝。 目的：獲得馬氏體組織，提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。 1淬火加熱溫度的選擇 碳鋼淬火溫度范圍 亞共析鋼：Ac3以上3050 過共析鋼 ：Ac1以上3050 2淬火冷卻介質(zhì)的選擇 淬火的冷卻速度必需大于該鋼種的臨界冷卻速度。 冷卻中要防止引起鋼件的變形和開裂。 冷卻介質(zhì)對鋼的理想淬火冷卻速度應(yīng)是“慢快慢 。3常用的淬火方法 l 單液淬火法l 雙介質(zhì)淬火l 馬氏體分級淬火l 貝氏體等溫淬火 4鋼的淬透性與淬硬性 淬透性規(guī)定條件下，鋼在淬火冷卻時獲得馬氏體組織深度的才干。 淬硬性鋼在理想的淬火條件下，獲得馬氏體后所能到達(dá)的最高硬度。 取決于鋼的臨界冷卻速度，臨界冷卻速度越

50、低，那么鋼的淬透性越好。鋼的臨界冷卻速度又主要取決于其化學(xué)成份。 取決于含碳量的高低。低碳鋼淬火的最高硬度低，淬硬性差；高碳鋼淬火的最高硬度高，那么淬硬性好。 5鋼的淬火缺陷 l 氧化與脫碳l 過熱和過燒l 變形與開裂l 硬度缺乏l 軟點(diǎn) 2鋼的回火 回火將淬火后的鋼重新加熱到Ac1點(diǎn)以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處置工藝。 l 降低淬火鋼的脆性和內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開裂。 l 調(diào)整和穩(wěn)定淬火鋼的結(jié)晶組織以保證工件不再發(fā)生外形和尺寸的改動。 l 獲得不同需求的機(jī)械性能。 目的：1回火時的組織轉(zhuǎn)變 鋼45鋼的回火組織 回火馬氏體 回火屈氏體 回火索氏體 40鋼的力學(xué)性能與回火溫度

51、的關(guān)系 隨著加熱溫度的升高，鋼的強(qiáng)度、硬度下降，而塑性、韌性提高。 回火鋼的性能只與加熱溫度有關(guān)，而與冷卻速度無關(guān)。 2回火的分類及運(yùn)用l 低溫回火l 中溫回火l 高溫回火 調(diào)質(zhì)消費(fèi)中淬火及高溫回火相結(jié)合的熱處置工藝。 鋼的外表熱處置一、外表淬火二、化學(xué)熱處置汽車變速齒輪 傳動齒輪軸 一、外表淬火 外表淬火僅對工件表層進(jìn)展淬火的熱處置工藝。 原理：經(jīng)過快速加熱，使鋼的表層奧氏體化，在熱量尚未充分傳到零件中心時就立刻予以冷卻淬火。 適用：中碳鋼、中碳合金鋼。 方法：火焰加熱外表淬火、感應(yīng)加熱外表淬、電接觸加熱外表淬火、激光加熱外表淬火。 1火焰加熱外表淬火 運(yùn)用氧乙炔或其他可燃?xì)怏w火焰對零件外表

52、進(jìn)展快速加熱并隨之快速冷卻的工藝。 特點(diǎn)：加熱溫度及淬硬層深度不易控制，易產(chǎn)生過熱和加熱不均勻，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。不需求特殊設(shè)備，適用于單件或小批量消費(fèi)。 2感應(yīng)加熱外表淬火 利用感應(yīng)電流經(jīng)過工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工件外表遭到部分加熱，并進(jìn)展快速冷卻的淬火工藝。 特點(diǎn)： 1加熱速度快。 2淬火質(zhì)量好。 3淬硬層深度易于控制，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，適用于大批量消費(fèi)。 二、化學(xué)熱處置 化學(xué)熱處置將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層，以改動其化學(xué)成分、組織和性能的熱處置工藝。 不僅改動了鋼的組織，而且外表層的化學(xué)成分也發(fā)生了變化，因此能更有效地改動零件表層的性能。 根據(jù)滲入

53、元素分：滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲金屬等。 1鋼的滲碳 鋼的滲碳將鋼件置于滲碳介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲入工件表層的化學(xué)熱處置工藝。 目的：提高鋼件表層的含碳量。 滲碳后處置：淬火及低溫回火。 工藝道路：鍛造正火機(jī)械加工滲碳淬火+低溫回火分類：固體滲碳、鹽浴滲碳、氣體滲碳 氣體滲碳?xì)怏w滲碳將工件置于氣體滲碳劑中進(jìn)展將工件置于氣體滲碳劑中進(jìn)展?jié)B碳的工藝。滲碳的工藝。 低碳鋼滲碳后緩冷的滲碳層顯微組織 由外表向中心： 過共析組織、共析組織、亞共析組織過渡層，中心仍為原來的亞共析組織。 2鋼的滲氮 滲氮在一定溫度下， 使活性氮原子滲入工件外表的化學(xué)熱處置工藝。 目的：提高零件外表的硬度、耐磨性

54、、耐蝕性及疲勞強(qiáng)度。 1滲氮與滲碳相比具有以下特點(diǎn)： l 滲氮層具有很高的硬度和耐磨性l 滲氮層具有滲碳層所沒有的耐蝕性l 滲氮比滲碳溫度低，工件變形小 滲氮工件的工藝道路： 2滲氮方法 l 氣體滲氮 工件在氣體介質(zhì)中進(jìn)展?jié)B氮。它將工件放入密閉的爐內(nèi)，加熱到500600，通入氨氣NH3，氨氣分解出活性氮原子。 l 離子滲氮 在低于一個大氣壓的滲氮?dú)夥罩校霉ぜ帢O和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電景象進(jìn)展?jié)B氮的工藝。 滲氮層及HV測痕 滲氮層中致密的針狀氮化物白色 4碳氮共滲 碳氮共滲碳氮共滲在一定溫度下，將碳、氮原子同時滲入在一定溫度下，將碳、氮原子同時滲入工件表層奧氏體中，并以滲碳為主的化學(xué)熱處置

55、工藝。工件表層奧氏體中，并以滲碳為主的化學(xué)熱處置工藝。 零件的熱處置分析一、熱處置的技術(shù)條件二、熱處置的工序位置三、典型零件熱處置分析一、熱處置的技術(shù)條件 工件在熱處置后組織、該當(dāng)?shù)竭_(dá)的力學(xué)性能、精度和工藝性能等要求，統(tǒng)稱為熱處置技術(shù)條件。二、熱處置的工序位置1預(yù)備熱處置 包括退火、正火、調(diào)質(zhì)等。 2最終熱處置 包括淬火、回火及外表熱處置等。 三、典型零件熱處置分析三、典型零件熱處置分析1 1銼刀銼刀 2 2汽車變速齒輪汽車變速齒輪 3 3汽車傳動齒輪軸汽車傳動齒輪軸 鋼的分類l工業(yè)用鋼按化學(xué)成分分為碳素鋼和合金鋼兩大類。工業(yè)用鋼按化學(xué)成分分為碳素鋼和合金鋼兩大類。l碳素鋼是指含碳量低于碳素鋼

56、是指含碳量低于2.11%的鐵碳合金。的鐵碳合金。l合金鋼是指為了提高鋼合金鋼是指為了提高鋼的性能，在碳鋼根底上的性能，在碳鋼根底上有意參與一定量合金元有意參與一定量合金元素所獲得的鐵基合金。素所獲得的鐵基合金。 鋼的分類及編號鋼的分類及編號一、鋼的分類一、鋼的分類1、按化學(xué)成分分、按化學(xué)成分分 中碳鋼 0.250.6%C高碳鋼 0.6%C低碳鋼 0.25%C低合金鋼 合金元素總量 5%中合金鋼 合金元素總量 510%高合金鋼 合金元素總量 10%碳素鋼合金鋼 2、按質(zhì)量分、按質(zhì)量分 鋼的質(zhì)量是以磷、硫的含量來劃分的。鋼的質(zhì)量是以磷、硫的含量來劃分的。 分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼和特級優(yōu)

57、質(zhì)鋼分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼和特級優(yōu)質(zhì)鋼. 根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，各質(zhì)量等級鋼的磷、硫含量如下：根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，各質(zhì)量等級鋼的磷、硫含量如下： 3、按冶煉方法分、按冶煉方法分轉(zhuǎn)爐煉鋼平爐煉鋼平爐鋼：轉(zhuǎn)爐鋼：電爐鋼： 按 爐 別 分沸騰鋼：脫氧不充分，澆注時C與O反響發(fā)鎮(zhèn)靜鋼：脫氧充分，組織致密，成材率低。半鎮(zhèn)靜鋼：介于前兩者之間。生沸騰。這種鋼成材率高，但不致密。按脫氧程度分特殊鎮(zhèn)靜鋼：4、按用途分、按用途分 工程用鋼 建筑、橋梁、船舶、車輛滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動軸承鋼耐磨鋼機(jī)器用鋼結(jié) 構(gòu) 鋼刃具鋼模具鋼量具鋼工 具 鋼不銹鋼耐熱鋼特 殊 性能 鋼擠壓模具 二、鋼的編號二、鋼的編號 我國鋼材的

58、編號是采我國鋼材的編號是采用漢語拼音字母、化用漢語拼音字母、化學(xué)元素符號和阿拉伯學(xué)元素符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法。數(shù)字相結(jié)合的方法。 采用漢語拼音字母表采用漢語拼音字母表示鋼產(chǎn)品的稱號、用示鋼產(chǎn)品的稱號、用途、特性和工藝方法途、特性和工藝方法時，普通從代表鋼產(chǎn)時，普通從代表鋼產(chǎn)品稱號的漢字的漢語品稱號的漢字的漢語拼音中選取第一個字拼音中選取第一個字母母.常用鋼產(chǎn)品的稱號、用途、特性和工藝方法常用鋼產(chǎn)品的稱號、用途、特性和工藝方法表示符號表示符號GB/T 2212000 1、碳素構(gòu)造鋼和低合金高強(qiáng)度鋼 Q+最低屈服強(qiáng)度值+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號 Q表示“屈服強(qiáng)度；屈服強(qiáng)度值單位是MPa；

59、質(zhì)量等級符號為A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，質(zhì)量提高。l脫氧方法符號: 沸騰鋼F；鎮(zhèn)靜鋼Z；半鎮(zhèn)靜鋼b；特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ。l如碳素構(gòu)造鋼牌號表示為Q235AF、Q235BZ。 低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼都是鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，其牌號中沒有表示脫氧方法的符號。如Q345C。 根據(jù)需求，低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼的牌號也可以采用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示平均含碳量的萬分之幾和化學(xué)元素符號，按順序表示，如16Mn。l*闡明：通常情況下，l屈服強(qiáng)度值小于300MPa時為碳素構(gòu)造鋼，l大于300MPa時為低合金高強(qiáng)度鋼。齒輪加工方鋼 2、優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼 牌號用兩位數(shù)字表示。 這兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬分

60、之幾。 如45鋼平均含碳量為萬分之四十五即0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼。鋼帶 闡明： 含Mn量為0.71.0%時，在兩位數(shù)字后加元素符號“Mn，如40Mn。l 對于沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼, 在鋼號后分別加字母F和b，如08F、10b。l 高級優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號后加字母A，如20A。鋼管 3、合金構(gòu)造鋼和合金彈簧鋼 兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分之幾+合金元素符號+該元素百分含量數(shù)字+ 當(dāng)合金元素的平均含量小于1.50%時，只標(biāo)元素符號，不標(biāo)含量； 當(dāng)合金元素的平均含量為1.502.49%、2.50 3.49%、3.504.49%、4.505.49%、時，在相應(yīng)的合金元素符號后標(biāo)2、3、4、5 等數(shù)字。如20C