金屬材料的主要性能ppt課件(完整版)

1、第一章 金屬材料的主要性能 本章內(nèi)容1.1 金屬材料的力學(xué)性能1.2 金屬材料的工藝性能重點(diǎn)掌握 各種力學(xué)性能指標(biāo)（強(qiáng)度；塑性；沖擊韌性；硬度HB，HRC，HV；疲勞強(qiáng)度，斷裂韌性。）的物理意義和單位。第一節(jié) 金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度金屬材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。按外力作用的性質(zhì)不同,主要有屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等 （一）靜載時(shí)的強(qiáng)度1、拉伸時(shí)材料的機(jī)械性能（1）拉伸試樣：長試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d0 低碳鋼拉伸曲線（2）拉伸機(jī)上，低碳鋼緩慢加載單向靜拉伸曲線：轉(zhuǎn)換：縱坐標(biāo)為應(yīng)力 單位 MPa(MN/mm2)， 橫坐標(biāo)為應(yīng)變其中：=F/S

2、0 表示材料抵抗變形和斷裂的能力（L1-L0）/L0 =L/ L0低碳鋼拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變圖（3）曲線分為四階段： 1）階段I（ope）彈性變形階段 p: Fp ，e: Fe （不產(chǎn)生永久變形的最大抗力） op段：L P 直線階段 pe段：極微量塑性變形（0.001-0.005%) 2）階段II（ess）段屈服變形 S: 屈服點(diǎn) Fs 3）階段III（sb）段均勻塑性變形階段 b: Fb材料所能承受的最大載荷 4）階段IV(bK) 段局部集中塑性變形頸縮 鑄鐵、陶瓷：只有第I階段 中、高碳鋼：沒有第II階段（4）拉伸曲線所確定的力學(xué)性能指標(biāo)及意義1）剛度和彈性 剛度材料在受力時(shí)，抵抗彈性變形的

3、能力。 E=/ 楊氏彈性模量 GPa, MPa本質(zhì)是：反映了材料內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)應(yīng)力的大小，組織不敏感的力系指標(biāo)。 比例極限：p=Fp/So 應(yīng)力應(yīng)變保持線性關(guān)系的極限應(yīng)力值 彈性：材料不產(chǎn)生塑性變形的情況下，所能承受的最大應(yīng)力。 彈性極限：e=Fe/So 不產(chǎn)永久變形的最大抗力。 2）屈服強(qiáng)度s：材料發(fā)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。即在拉伸試驗(yàn)過程中，載荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長時(shí)的應(yīng)力。 s = Fs/So條件屈服強(qiáng)度0.2：高碳鋼等無屈服點(diǎn)，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以殘余變形量為0.2%時(shí)的應(yīng)力值作為它的條件屈服強(qiáng)度，以0.2來表示。3)抗拉強(qiáng)度b：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。（材料抵抗外力而不致斷裂的極

4、限應(yīng)力值）。 b = Fb/So s0.2（5）灰鑄鐵拉伸時(shí)的力學(xué)性能灰口鑄鐵是典型的脆性材料,其-曲線是一段微彎曲線,如圖a)所示,沒有明顯的直線部分,沒有屈服和頸縮現(xiàn)象,拉斷前的應(yīng)變很小,延伸率也很小。強(qiáng)度極限b是其唯一的強(qiáng)度指標(biāo)。鑄鐵等脆性材料的抗拉強(qiáng)度很低,所以不宜作為受拉零件的材料?；铱阼T鐵拉伸強(qiáng)度示意圖2.材料在壓縮時(shí)的力學(xué)性能（1）低碳鋼壓縮低碳鋼壓縮時(shí)的-曲線如圖所示。試驗(yàn)表明：低碳鋼壓縮時(shí)的彈性模量E和屈服極限s,都與拉伸時(shí)大致相同。應(yīng)力超過屈服階段以后,試件越壓越扁,呈鼓形,橫截面面積不斷增大,試件抗壓能力也繼續(xù)增高。因而得不到壓縮時(shí)的強(qiáng)度極限。因此，低碳鋼的力學(xué)性能一般由

5、拉伸試驗(yàn)確定,通常不必進(jìn)行壓縮試驗(yàn)。低碳鋼壓縮時(shí)的- 曲線 （2）鑄鐵壓縮圖b）表示鑄鐵壓縮時(shí)的-曲線。試件仍然在較小的變形下突然破壞,破壞斷面的法線與軸線大致成4555的傾角。鑄鐵的抗壓強(qiáng)度極限比它的抗拉強(qiáng)度極限高45倍。因此,鑄鐵廣泛用于機(jī)床床身,機(jī)座等受壓零部件。灰鑄鐵等脆性材料拉伸時(shí)幾乎不發(fā)生塑性變形而發(fā)生突然斷裂,其最大外力就是斷裂外力。所以,灰鑄鐵在常用的工程材料手冊中沒有屈服強(qiáng)度指標(biāo),僅有抗拉強(qiáng)度指標(biāo)?；铱阼T鐵壓縮強(qiáng)度示意圖（二）交變載荷時(shí)的強(qiáng)度最常用的交變載荷強(qiáng)度是疲勞強(qiáng)度,它是指金屬材料抵抗無數(shù)次重復(fù)交變外力作用而不破壞的能力。機(jī)械產(chǎn)品中許多諸如曲軸、連桿、齒輪、彈簧等零件在

6、工作過程中受到重復(fù)交變應(yīng)力的長期作用,會在遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度b、甚至遠(yuǎn)小于屈服強(qiáng)度s的應(yīng)力作用下斷裂,這種斷裂稱為疲勞斷裂。無論是塑性材料還是脆性材料,斷裂時(shí)都不產(chǎn)生明顯的塑性變形,而是突然發(fā)生,具有很大的危險(xiǎn)性,有相當(dāng)多零件的破壞屬于疲勞破壞,對此必須引起足夠的重視。疲勞強(qiáng)度-1 ：材料經(jīng)無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲 勞斷裂的最高應(yīng)力值。條件疲勞極限：經(jīng)受107應(yīng)力循環(huán)而不致斷裂的最大應(yīng)力值。陶瓷、高分子材料的疲勞抗力很低，金屬材料疲勞強(qiáng)度較高，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料也有較好的抗疲勞性能。影響因素：循環(huán)應(yīng)力特征、溫度、材料成分和組織、夾雜物、表面狀態(tài)、殘余應(yīng)力等。二、塑性金屬材料受力破壞前可承受最大塑性變

7、形的能力。 1.延伸率 延伸率與試樣尺寸有關(guān)：5、10 (L0=5d,10d) 2.斷面收縮率 =S/So=(So-Sk)/So x 100% 時(shí)，無頸縮，為脆性材料表征； T0時(shí)，F(xiàn)sFL, 液相穩(wěn)定 b.當(dāng)溫度TT0時(shí)，F(xiàn)s0.59時(shí)形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物。如FeB、Fe3C、Cr23C6等。其中Fe3C稱滲碳體，是鋼中重要組成相，具有復(fù)雜斜方晶格?；衔镆部扇苋肫渌卦?，形成以化合物為基的固溶體。3、機(jī)械混合物當(dāng)組成合金的各組元在固態(tài)下既不相互溶解,又不形成化合物,而是按一定質(zhì)量比、以混合方式存在的結(jié)構(gòu)形式稱為機(jī)械混合物。機(jī)械混合物中各組元的原子仍按各自原來的晶格類型結(jié)晶成晶體,在顯

8、微鏡下可以區(qū)別出各組元的晶粒。機(jī)械混合物可是純金屬、固溶體或化合物各自的混合物,也可是它們之間的混合物。第五節(jié) 勻晶相圖一、二元合金相圖的基本知識 二、二元合金相圖 三、合金的結(jié)晶 一、二元合金相圖的基本知識 1.相圖的基本概念相圖是用來表示合金系中各合金結(jié)晶過程的簡明圖解。又稱狀態(tài)圖或平衡圖。合金系是指由兩個(gè)或兩個(gè)以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。組元是指組成合金的最簡單、最基本、能夠獨(dú)立存在的物質(zhì)。多數(shù)情況下組元是指組成合金的元素，但對于既不發(fā)生分解、又不發(fā)生任何反應(yīng)的化合物也可看作組元，如Fe-C合金中的Fe3C。相圖表示了在緩冷條件下不同成分合金的組織隨溫度變化的規(guī)律，是制

9、訂熔煉、鑄造、熱加工及熱處理工藝的重要依據(jù)。根據(jù)組元數(shù), 分為二元相圖、三元相圖和多元相圖。Fe-C二元相圖三元相圖 幾乎所有的相圖都是通過實(shí)驗(yàn)得到的，最常用的是熱分析法。2、相圖的建立：純銅 ：75%Cu+25%Ni III：50%Cu+50%Ni ：25%Cu+75%Ni：純Ni 二元相圖的建立：以Cu-Ni合金(白銅)為例1、配制不同成分的合金，測出各合金的冷卻曲線，找出曲線上的臨界點(diǎn)（停歇點(diǎn)或轉(zhuǎn)折點(diǎn)）。2、在溫度-成分坐標(biāo)中做成分垂線，將臨界點(diǎn)標(biāo)在成分垂線上。3、將垂線上相同意義的點(diǎn)連接起來，并標(biāo)上相應(yīng)的數(shù)字和字母。相圖中，結(jié)晶開始點(diǎn)的連線叫液相線。結(jié)晶終了點(diǎn)的連線叫固相線。 Cu-N

10、i合金相圖3、杠桿定律當(dāng)合金在某一溫度下處于兩相區(qū)時(shí)，由相圖不僅可以知道兩平衡相的成分，而且還可以用杠桿定律求出兩平衡相的相對重量百分比?，F(xiàn)以Cu-Ni合金為例推導(dǎo)杠桿定律： 確定兩平衡相的成分：設(shè)合金成分為x，過x做成分垂線。 在成分垂線相當(dāng)于溫度t 的o點(diǎn)作水平線，其與液固相線交點(diǎn)a、b所對應(yīng)的成分x1、x2即分別為液相和固相的成分。 確定兩平衡相的相對重量 設(shè)合金(x)的總重量為1，液相(x1)重量為QL，固相(x2)重量為Q。 則 QL + Q =1 QL x1 + Q x2 =x 解方程組得 式中的x2-x、x2-x1、x-x1即為相圖中線段xx2 (ob)、x1x2 (ab)、 x

11、1x(ao)的長度。因此兩相的相對重量百分比為：兩相的重量比為：或oobbxx1x2QLQ上式與力學(xué)中的杠桿定律完全相似，因此稱之為杠桿定律。即合金在某溫度下兩平衡相的重量比等于該溫度下與各自相區(qū)距離較遠(yuǎn)的成分線段之比。在杠桿定律中，杠桿的支點(diǎn)是合金的成分，杠桿的端點(diǎn)是所求的兩平衡相（或兩組織組成物）的成分。杠桿定律只適用于兩相區(qū)。單相區(qū)無必要使用，三相區(qū)不能使用。合金的結(jié)晶只有在緩慢冷卻的條件下才能得到成分均勻的固溶體。但實(shí)際冷速較快，在結(jié)晶過程中固相中的原子來不及擴(kuò)散，使先結(jié)晶出的枝晶軸含有較多的高熔點(diǎn)元素(如Cu-Ni合金中的Ni)，后結(jié)晶的枝晶間含有較多的低熔點(diǎn)元素(如Cu-Ni合金中

12、的Cu)。4、枝晶偏析在一個(gè)枝晶范圍內(nèi)或一個(gè)晶粒范圍內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象稱作枝晶偏析。不僅與冷速有關(guān)，而且與液固相線的間距有關(guān)。冷速越大，液固相線間距越大，枝晶偏析越嚴(yán)重。枝晶偏析會影響合金的力學(xué)、耐蝕、加工等性能。生產(chǎn)上常將鑄件加熱到固相線以下100-200長時(shí)間保溫以消除枝晶偏析，這種熱處理工藝稱作擴(kuò)散退火。通過擴(kuò)散退火可使原子充分?jǐn)U散，使成分均勻。二、二元相圖的基本類型1、二元?jiǎng)蚓鄨D兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)也無限互溶，冷卻時(shí)發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變的合金系勻晶相圖（L），如Cu-Ni，F(xiàn)e-Cr，Au-Ag。（3）勻晶轉(zhuǎn)變的特點(diǎn) a.形核、長大 ，樹枝狀長大 b.變溫過程 c.兩相區(qū)內(nèi)，溫度一定

13、，成 分確定、兩相相對量一定 d.枝晶偏析，冷速快原子 擴(kuò)散不充分成分不均。 擴(kuò)散退火消除。（1）相圖分析：液相線 固相線 L a L+ a（2）勻晶轉(zhuǎn)變的結(jié)晶過程 LL+a a2、共晶相圖：兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)有限互溶的結(jié)晶轉(zhuǎn)變。共晶轉(zhuǎn)變的合金系構(gòu)成共晶相圖，Pb-Sn,Al-Si,Ag-Cu（1）相圖分析液相線 adb固相線 acdeb三個(gè)單相區(qū)：L、 （、是有限固溶體）共晶點(diǎn)：d 共晶成分的合金冷卻到此點(diǎn)所對應(yīng)的溫度（共晶溫度），共同結(jié)晶出c、e 共晶反應(yīng)線：cde溶解度線：cf，eg T過飽和固溶體析出另一相脫溶轉(zhuǎn)變組織標(biāo)注相圖： 所謂共析反應(yīng)（轉(zhuǎn)變）是指在一定溫度下，由一定成

14、分的固相同時(shí)析出兩個(gè)成分和結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的過程。共析轉(zhuǎn) 變也是固態(tài)相變。最常見的共析轉(zhuǎn)變是 鐵碳合金中的珠光體 轉(zhuǎn)變: S P+ Fe3C 。3、具有共析反應(yīng)的二元相圖共析相圖與共晶相圖相似，對應(yīng)的有共析線(PSK線)、共析點(diǎn)(S點(diǎn))、共析溫度、共析成分、共析合金(共析成分合金)、亞共析合金(共析線上共析點(diǎn)以左的合金)、過共析合金(共析線上共析點(diǎn)以右的合金)。鐵碳合金相圖共析反應(yīng)的產(chǎn)物是共析體（鐵碳合金中的共析體稱珠光體），也是兩相的機(jī)械混合物。與共晶反應(yīng)不同的是，共析反應(yīng)的母相是固相，而不是液相。另外，由于固態(tài)轉(zhuǎn)變過冷度大，因而共析組織比共晶組織細(xì)。珠光體第六節(jié) 合金的結(jié)晶一、合金的結(jié)

15、晶過程合金結(jié)晶后可形成不同類型的固溶體、化合物或機(jī)械混合物。其結(jié)晶過程如同純金屬一樣,仍為晶核形成和晶核長大兩個(gè)過程,需要一定的過冷度,最后形成多晶粒組成的晶體。 合金與純金屬結(jié)晶的不同之處：1、合金則絕大多數(shù)是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶,結(jié)晶的始、終溫度不相同,有兩個(gè)或兩個(gè)以上臨界點(diǎn)(含重結(jié)晶)。2、合金在結(jié)晶過程中,在局部范圍內(nèi)相的化學(xué)成分(即濃度)有變化,當(dāng)結(jié)晶終止后,整個(gè)晶體的平均化學(xué)成分為原合金的化學(xué)成分。 3、合金結(jié)晶后其組織一般有三種情況：單相固溶體；單相金屬化合物或同時(shí)結(jié)晶出兩相機(jī)械混合物(即共晶體或共析體)；結(jié)晶開始形成單相固溶體(或單相化合物),剩余液體又同時(shí)結(jié)晶出兩相機(jī)械混

16、合物 (共晶體)。 二、合金結(jié)晶的冷卻曲線合金的結(jié)晶過程比純金屬復(fù)雜得多,但其結(jié)晶過程仍可用熱分析法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),用冷卻曲線來描述不同合金的結(jié)晶過程。一般合金的冷卻曲線有如圖以下三種形式：合金結(jié)晶的冷卻曲線-形成單相固溶體；-形成單相化合物或同時(shí)結(jié)晶出兩相固溶體；-形成機(jī)械混合物。 實(shí)踐證明：合金結(jié)晶過程中的冷卻曲線,絕大多數(shù)合金有兩個(gè)臨界點(diǎn),而只有在某一特定成分的合金系中才會出現(xiàn)一個(gè)臨界點(diǎn)。在液體結(jié)晶時(shí)出現(xiàn)共晶體稱為共晶轉(zhuǎn)變,在固態(tài)下進(jìn)行重結(jié)晶,由一種單相固溶體,同時(shí)結(jié)晶出兩相固體物質(zhì),則這種轉(zhuǎn)變稱為共析轉(zhuǎn)變(共析反應(yīng))。 必須指出,無論共晶或共析轉(zhuǎn)變必須在一定條件下才能發(fā)生轉(zhuǎn)變。 第三章 鐵碳

17、合金相圖1.鐵碳合金的組元和相2.鐵碳合金相圖分析 3.典型鐵碳合金結(jié)晶過程及其組織 5.鐵碳相圖的應(yīng)用及局限鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金最基本工具，是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)，是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝的依據(jù)。4.含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響一、鐵碳合金的組元和相1、組元：Fe、 Fe3C2、相 鐵素體：碳在-Fe中的固溶體稱鐵素體，用F 或 表示。 碳在-Fe中的固溶體稱-鐵素體，用表示。 都是體心立方的間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低，在727時(shí)最大為0.0218%，室溫下僅為0.0008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。鐵素體

18、奧氏體:碳在 -Fe中的固溶體稱奧氏體。用A或表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，1148時(shí)最大為2.11%。組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強(qiáng)度低、塑性好，鋼材熱加工都在區(qū)進(jìn)行。碳鋼室溫組織中無奧氏體。奧氏體 滲碳體：即Fe3C，含碳6.69%，用Fe3C或Cm表示。 Fe3C硬度高、脆性大，塑性幾乎為零。 Fe3C是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C3Fe+C（石墨），該反應(yīng)對鑄鐵有重要意義。 由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。 二、鐵碳合金相圖的分析1、特征點(diǎn)LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+

19、 + 2、特征線 液相線ABCD， 固相線AHJECFD 三條水平線： HJB：包晶線LB+H J ECF：共晶線LC E+ Fe3C 共晶產(chǎn)物是 與Fe3C的機(jī)械混合物，稱作萊氏體，用Le表示。為蜂窩狀，以Fe3C為基，性能硬而脆。萊氏體 PSK：共析線 S FP+Fe3C共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是 與Fe3C的機(jī)械混合物，稱作珠光體，用P表示。其組織特點(diǎn)是兩相呈片層相間分布，性能介于兩相之間。 PSK線又稱A1線 。 珠光體L+L+ L+ Fe3C+ + Fe3C + F+ Fe3C（3） 其它相線GS,GP 固溶體轉(zhuǎn)變線，GS又稱A3 線。HN,JN 固溶體轉(zhuǎn)變線，ES碳在 -Fe中的固溶線。又稱

20、Ac m線。PQ碳在-Fe中的固溶線。3、相區(qū) 五個(gè)單相區(qū)： L、Fe3C 七個(gè)兩相區(qū)：L+ 、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+ 、+Fe3C 三個(gè)三相區(qū)：即HJB (L+)、ECF(L+ Fe3C)、PSK(+ Fe3C)三條水平線 三、典型合金的平衡結(jié)晶過程鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類： 工業(yè)純鐵(0.0008% ; F C%L+A-A-A+F-F+Fe3CIII3Fe3C以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。隨溫度下降，F(xiàn)e3C量不斷增加，合金的室溫下組織為F+ Fe3C。室溫下Fe3C的最大量為:2共析鋼 C%=0.77% L-L+A-A-A+P-P相組成物：F和Fe3C F%=

21、Fe3C%= 組織組成物 ： P 珠光體3亞共析鋼 0.0218%C%L+A-A-A+F-A+P+F-P+F 相組成物：F，F(xiàn)e3C 45鋼金相 F%=Fe3C%=含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織亞共析鋼室溫下的組織為F+P。在0.02180.77%C 范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加。P%=F%=4過共析鋼 L-L+A-A-A+Fe3CII-A+P+Fe3CII-P+Fe3CIIT12鋼金相相組成物：F，F(xiàn)e3CF%= Fe3C%= 組織組成物：P，F(xiàn)e3CII 組織相對量：Fe3CII%= P%= 含1.4%C鋼的組織5共晶白口鐵（C%=4.3%） L-

22、L+Le-Le (A+Fe3C共晶)-Le (A+Fe3C共晶+Fe3CII)-Le(P+Fe3CII+Fe3C) 共晶白口鐵金相 相組成物：F，F(xiàn)e3C F%= Fe3C%= 組織組成物：Le 6亞共晶白口鑄鐵 2.11%C%粒狀第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能 過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變方式有等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變兩種。 兩種冷卻方式示意圖1等溫冷卻2連續(xù)冷卻處于臨界點(diǎn)A1以下的奧氏體稱過冷奧氏體。過冷奧氏體是非穩(wěn)定組織，遲早要發(fā)生轉(zhuǎn)變。一、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖是表示奧氏體急速冷卻到臨界點(diǎn)A1

23、以下在各不同溫度下的保溫過程中轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系曲線。又稱C 曲線或TTT曲線。 (Time-Temperature- Transformation)1、C曲線的建立 以共析鋼為例： 取一批小試樣并進(jìn)行奧氏體化。 將試樣分組淬入低于A1 點(diǎn)的不同溫度的鹽浴中，隔一定時(shí)間取一試樣淬入水中。 測定每個(gè)試樣的轉(zhuǎn)變量，確定各溫度下轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系。 將各溫度下轉(zhuǎn)變開始時(shí)間及終了時(shí)間標(biāo)在溫度時(shí)間坐標(biāo)中，并分別連線。 轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)的連線稱轉(zhuǎn)變開始線。轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)的連線稱轉(zhuǎn)變終了線。A1-Ms 間及轉(zhuǎn)變開始線以左的區(qū)域?yàn)檫^冷奧氏體區(qū)。轉(zhuǎn)變終了線以右及Mf以下為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)。兩線之間及Ms與Mf之間為轉(zhuǎn)變

24、區(qū)。時(shí)間溫度A1MSMfA過冷APBMAMABAP轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線5506502s10s5s2s5s10s30s40s2、C 曲線的分析 轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)之間的距離為孕育期。 孕育期越小，過冷奧氏體穩(wěn)定性越小。 孕育期最小處稱C 曲線的“鼻尖”。碳鋼鼻尖處的溫度為550。在鼻尖以上，溫度較高，相變驅(qū)動(dòng)力小。在鼻尖以下，溫度較低，擴(kuò)散困難。從而使奧氏體穩(wěn)定性增加。 C曲線明確表示了過冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。3、影響C 曲線的因素 成分的影響 含碳量的影響：共析鋼的過冷奧氏體最穩(wěn)定，C曲線最靠右。由共析鋼成分開始，含碳量增加或減少都使C 曲線左移。 Ms 與Mf 點(diǎn)隨含碳量增加而

25、下降。 與共析鋼相比，亞共析鋼和過共析鋼C曲線的上部各多一條先共析相的析出線。 合金元素的影響除Co 外，凡溶入奧氏體的合金元素都使C 曲線右移。 奧氏體化條件的影響奧氏體化溫度提高和保溫時(shí)間延長，使奧氏體成分均勻、晶粒粗大、未溶碳化物減少，增加了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C 曲線右移。在使用C 曲線時(shí)應(yīng)注意奧氏體化條件及晶粒度的影響。 除Co 和Al 外，所有合金元素都使Ms 與Mf 點(diǎn)下降。二、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能 隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變?nèi)N類型轉(zhuǎn)變。 以共析鋼為例說明： 珠光體轉(zhuǎn)變珠光體的組織形態(tài)及性能 過冷奧氏體在A1到550間將轉(zhuǎn)變

26、為珠光體類型組織，它是鐵素體與滲碳體片層相間的機(jī)械混合物，根據(jù)片層厚薄不同，又細(xì)分為珠光體、索氏體和托氏體。珠光體索氏體托氏體光鏡下形貌電鏡下形貌 珠光體： 形成溫度為A1-650，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號P表示。光鏡形貌電鏡形貌 索氏體 形成溫度為650-600，片層較薄，800-1000倍光鏡下可辨，用符號S 表示。 托氏體 形成溫度為600-550，片層極薄，電鏡下可辨，用符號T 表示。電鏡形貌光鏡形貌珠光體、索氏體、屈氏體三種組織無本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的粗細(xì)之分，因此其界限也是相對的。片間距bHRC片間距越小，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。 貝氏體轉(zhuǎn)變 貝氏體的

27、組織形態(tài)及性能： 過冷奧氏體在550- 230 (Ms)間將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w類型組織，貝氏體用符號B表示。 根據(jù)其組織形態(tài)不同，貝氏體又分為上貝氏體(B上)和下貝氏體（B下）。上貝氏體下貝氏體 上貝氏體 形成溫度為550-350。 在光鏡下呈羽毛狀。 在電鏡下為不連續(xù)棒狀的滲碳體分布于自奧氏體晶 界向晶內(nèi)平行生長的鐵素 體條之間。光鏡下電鏡下下貝氏體 形成溫度為350- 230 (Ms)。 在光鏡下呈竹葉狀。 在電鏡下為細(xì)片狀碳化物分布于鐵素體針內(nèi)，并與鐵素體針長軸方向呈55-60角。光鏡下電鏡下上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無實(shí)用價(jià)值。下貝氏體除了強(qiáng)度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合

28、力學(xué)性能，是生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化組織之一。 B上B下 馬氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)奧氏體過冷到Ms 以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織。馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一。1、馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)碳在-Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體,用符號M 表示。馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中。馬氏體組織馬氏體具有體心正方晶格（a=bc）軸比c/a 稱馬氏體的正方度。C% 越高，正方度越大，正方畸變越嚴(yán)重。當(dāng)0.25%C時(shí)，c/a=1，此時(shí)馬氏體為體心立方晶格。FCCBCT鐵原子馬氏體的形成碳原子2、馬氏體的形態(tài) 馬氏體的形態(tài)分板條和針狀兩類。 板條馬氏體 立體形態(tài)為細(xì)長的扁棒狀 在光鏡下板條馬氏體為一束束的細(xì)條組織。光鏡下電鏡

29、下 針狀馬氏體 立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。 在電鏡下，亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，又稱孿晶馬氏體。電鏡下電鏡下光鏡下 馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量C%小于0.2%時(shí)，組織幾乎全部是板條馬氏體。C%大于1.0%C時(shí)則幾乎全部是針狀馬氏體。C%在0.21.0%之間為板條與針狀的混合組織。0.45%C0.2%C1.2%C馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系3、馬氏體的性能高硬度是馬氏體組織性能的主要特點(diǎn)。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。 含碳量增加，其硬度增加。 當(dāng)含碳量大于0.6%時(shí)，其硬度趨于平緩。合金元素對馬氏體硬度的影響不大。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系C%馬氏體的透射電鏡形貌針狀馬氏體板條

30、馬氏體 馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過飽和碳引起的固溶強(qiáng)化。此外，馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織細(xì)化也有強(qiáng)化作用。 馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性。過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼） 轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度，轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1650擴(kuò)散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650600細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600550極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550350半擴(kuò)散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間40-50等溫處理B下350MS竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于過

31、飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MSMf非擴(kuò)散型針狀60-65淬火M*板條MSMf板條狀50淬火三、過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱CCT 曲線，是通過測定不同冷速下過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的。共析鋼CCT曲線過共析鋼CCT曲線亞共析鋼CCT曲線(Continuous-Cooling-Transformation)1、過冷A的CCT曲線 共析鋼的CCT曲線沒有貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)之下多了一條轉(zhuǎn)變中止線。 當(dāng)連續(xù)冷卻曲線碰到轉(zhuǎn)變中止線時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變中止，余下的奧氏體一直保持到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。VkVk共析鋼的CCT曲線45鋼850油冷組織(M+T)圖中的Vk

32、為CCT 曲線的上臨界冷卻速度，即獲得全部馬氏體組織時(shí)的最小冷卻速度。Vk 為CCT曲線的下臨界冷卻速度。 Vk 1.5 Vk 。2.CCT曲線和C曲線的比較 CCT曲線位于TTT曲線右下方。CCT曲線獲得困難，TTT曲線容易測得?？捎肨TT曲線定性說明連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變情況。方法是將連續(xù)冷卻曲線繪在C 曲線上，依其與C 曲線交點(diǎn)的位置來說明最終轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。 用TTT曲線定性說明共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變爐冷空冷油冷水冷3C曲線的應(yīng)用（1）根據(jù)工件要求，確定熱處理工藝。（2）確定工件淬火時(shí)的臨界冷速。（3）可以指導(dǎo)連續(xù)冷卻操作 V1:爐冷（退火） P V2: 空冷，S V3：空冷，S V4：油

33、冷，T+M+A V5：水冷，M+A（4）選擇鋼材的依據(jù)（5）C曲線對選擇淬火介質(zhì)與淬火方法有指導(dǎo)。第三節(jié) 鋼的普通熱處理 機(jī)械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）預(yù)備熱處理機(jī)加工最終熱處理。退火與正火工藝主要用于預(yù)備熱處理，只有當(dāng)工件性能要求不高時(shí)才作為最終熱處理。 一、鋼的退火 將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫， 然后緩慢冷卻（爐冷）的 熱處理工藝叫做退火。 1、退火目的 調(diào)整硬度，便于切削加 工。適合加工的硬度為170-250HB。 消除內(nèi)應(yīng)力，防止加工中變形。 細(xì)化晶粒，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。 真空退火爐2、退火工藝 退火的種類很多，常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火、去應(yīng)力退火、再

34、結(jié)晶退火。 完全退火 主要用于亞共析鋼。 加熱溫度 Ac3+30 50 。 組織：F+P 等溫退火亞共析鋼加熱溫度 Ac3+3050共析、過共析鋼加熱溫度 Ac1+3050保溫后快冷到略低于Ar1的溫度停留，待相變完成后出爐空冷。等溫退火可縮短工件在爐內(nèi)停留時(shí)間。 高速鋼等溫退火與普通退火的比較 球化退火球化退火是將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝。主要用于共析鋼和過共析鋼。加熱溫度 Ac1+ 30-50通過緩冷或者冷卻到略低于Ar1的溫度下保溫，使珠光體中的滲碳體球化后出爐空冷。 球化退火的組織：在鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體，稱球狀珠光體，用P球表示。對于有網(wǎng)狀二次滲碳體的過共析鋼，球化退火前

35、應(yīng)先進(jìn)行正火，以消除網(wǎng)狀。球狀珠光體二、正火 正火是將亞共析鋼加熱到Ac3+30 50，共析鋼加熱到Ac1+3050，過共析鋼 加熱到Accm+30 50，保 溫后空冷的工藝。正火比退火冷卻速度大。 1、正火后的組織： 7103570最小孔隙（）121020.1最大涂層厚度/mm0.21.00.13.00.050.50.11.2噴涂成本低低高較高表 常用熱噴涂技術(shù)的工藝特性6 熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用自上世紀(jì)50年代以來，噴涂技術(shù)發(fā)展很快，每年全球熱噴涂的產(chǎn)值按510遞增，熱噴涂幾乎深透到每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。（1）耐腐蝕涂層 噴涂Al、Zn及Al-Zn合金涂層，用于橋梁、鐵塔等大型構(gòu)件的防腐處理，防腐壽命可

36、達(dá)幾十年。（2）耐磨涂層 噴涂各種鐵基、鎳基和鈷基耐磨合金涂層或氧化鋁耐磨陶瓷涂層，用于提高零件表面耐磨性能，延長其使用壽命.也可用于修復(fù)因磨損失效的機(jī)械零部件。（3）耐高溫涂層 用于改善金屬材料的抗高溫氧化性能，如用等離子噴涂陶瓷涂層。（4）功能涂層 如噴涂生物相容性好的羥基磷灰石涂層，使人體生物組織與種植體形成緊密的結(jié)合 三、電刷鍍技術(shù)1.電刷鍍也叫無槽電鍍，電化學(xué)原理與電鍍相同。電刷鍍與傳統(tǒng)槽鍍最大的區(qū)別是工件不需要浸泡在裝有電鍍液的鍍槽中，蘸有鍍液的鍍筆只需在工件表面做往復(fù)運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)涂鍍。 電刷鍍工作原理圖2.常用的刷鍍液有快速鍍鎳、酸性鍍鎳、中性鍍鎳、低應(yīng)力鎳等。與普通電鍍液相比，

37、刷鍍液中的金屬離子濃度比較高，可以使用比較大的電流密度，因此電刷鍍的沉積速度比較快。3.電刷鍍設(shè)備包括刷鍍電源、刷鍍筆等。刷鍍電源為直流電源，輸出電壓可在0V50V內(nèi)連續(xù)可調(diào)。刷鍍筆一般用高純度石墨制造，將其加工成各種形狀，以便與被鍍工件的外形相吻合。為了防止短路和儲存刷鍍液，石墨外包有陽極包套。陽極包套可用滌綸布包裹棉花制成。由于電刷鍍具有設(shè)備簡便、工藝靈活、鍍層質(zhì)量好、沉積速度快和環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，所以電刷鍍技術(shù)一問世就得到了迅速的發(fā)展。四、化學(xué)鍍技術(shù)化學(xué)鍍是在沒有外電流通過的狀態(tài)下，借助還原劑，通過可控制的氧化還原反應(yīng)，使鍍液中的金屬離子還原成金屬沉積在零件表面的一種涂覆方法.化學(xué)鍍又稱

38、自催化鍍。目前，用化學(xué)鍍的方法可以獲得鎳、銅、銀等單金屬鍍層和合金鍍層，其中以化學(xué)鍍鎳應(yīng)用最為普遍。由于化學(xué)鍍鎳層內(nèi)含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為412的磷，所以化學(xué)鍍鎳也被稱之為化學(xué)鍍鎳磷合金?；瘜W(xué)鍍鎳層是一種無磁性的非晶態(tài)鍍層，鍍后的硬度比較低（500HV）。將化學(xué)鍍鎳層在一定的溫度范圍加熱，非晶態(tài)鍍鎳層會轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)組織，鍍層的硬度也隨著加熱溫度的升高而增加。在加熱溫度為400時(shí)，鍍層的硬度達(dá)到最大值（1000HV）。1 化學(xué)鍍鎳溶液化學(xué)鍍鎳溶液分為酸性鍍液和堿性鍍液兩大類。酸性鍍比較穩(wěn)定易于控制，沉積速度較快，鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較高（211）。典型的酸性化學(xué)鍍鎳溶液的組成、工藝及性能見下表。鍍液成分（

39、g/L）及工藝條件12硫酸鎳次磷酸鈉醋酸鈉檸檬酸鈉乳酸20 3020 2555202425PH溫度（）沉積速度（mh1）4 580 90104.4 4.890 94l0 132 化學(xué)鍍鎳工藝鍍液溫度是影響化學(xué)鍍鎳沉積速度的重要因素之一。鍍液溫度低于65時(shí)，沉積速度很慢。隨著鍍液溫度的升高，沉積速度加快，但鍍層中的含磷量降低。溫度過高或加熱不均勻還會引起鍍液的自發(fā)分解。3 化學(xué)鍍的應(yīng)用化學(xué)鍍具有一些電鍍無法相比擬的特點(diǎn)，如優(yōu)良的均鍍能力和深鍍能力，可在形狀復(fù)雜的工件表面上沉積厚度均勻的鍍層。另外，化學(xué)鍍Ni-P層具有優(yōu)良的耐磨性能和耐蝕性能，已被廣泛用于壓力泵、紡織機(jī)械零件、汽缸、閥門和磨損件的

40、修復(fù)等。尤其是對非金屬材料制成的零件，經(jīng)過化學(xué)鍍鎳后可以再用電鍍的方法在其上沉積任何金屬鍍層。五、氣相沉積技術(shù)氣相沉積技術(shù)是利用氣相中發(fā)生的物理、化學(xué)反應(yīng)，生成的反應(yīng)物在工件表面形成一層具有特殊性能的金屬或化合物的涂層。自上世紀(jì)80年代以來，氣相沉積技術(shù)發(fā)展迅猛，成為材料科學(xué)中最活躍的研究領(lǐng)域，并已經(jīng)形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)。氣相沉積按涂層的制備方法分為三大類：化學(xué)氣相沉積技術(shù)（簡稱CVD法）物理氣相沉積技術(shù)（簡稱PVD法）等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)（簡稱PCVD法）1 化學(xué)氣相沉積技術(shù)（CVD）化學(xué)氣相沉積是利用氣態(tài)物質(zhì)在固態(tài)表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在被鍍工件的表面。多弧離子鍍示意圖2 物理氣相

41、沉積技術(shù)（PVD）物理氣相沉積是在高真空條件下，通過蒸發(fā)或?yàn)R射等物理的方法使欲鍍金屬以原子或分子團(tuán)的形式與反應(yīng)氣體反應(yīng)，生成的化合物沉積在工件的表面形成涂層。按采用的物理方法不同，物理氣相沉積可分為蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍膜。由于離子鍍膜具有沉積速率快、涂層結(jié)合強(qiáng)度高、工件裝載量大等特點(diǎn)，在工業(yè)上得到越來越廣泛的應(yīng)用。多弧離子鍍膜是目前物理氣相沉積的主流技術(shù)，如圖。3 等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)（PCVD）PCVD技術(shù)是在CVD技術(shù)的基礎(chǔ)上，將等離子體引入到反應(yīng)室內(nèi)，使沉積溫度從CVD的1000降到了600以下，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。PCVD技術(shù)具有沉積溫度低、均鍍性好、膜與基材結(jié)合強(qiáng)度高、設(shè)備簡

42、單等特點(diǎn)，比較適合模具、刀具等的表面硬化處理。第六章 有色金屬 在工業(yè)生產(chǎn)中，通常把鐵及其合金稱為黑色金屬，把其他非鐵金屬及其合金稱為有色金屬。 有色金屬的產(chǎn)量和用量不如黑色金屬多，但由于其具有許多優(yōu)良的特性，如特殊的電、磁、熱性能，耐蝕性能及高的 比強(qiáng)度（強(qiáng)度與密度 之比）等，已成為現(xiàn) 代工業(yè)中不可缺少的 金屬材料。 主要內(nèi)容1 銅及銅合金2 鋁及鋁合金3 軸承合金 第一節(jié) 銅及銅合金 一、銅及銅合金的性能特點(diǎn)純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。 純銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性。塑性好。 銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、M

43、n、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了強(qiáng)度，又保持了純銅特性。 銅合金分為黃銅、青銅、白銅三大類。銅管銅冷卻器二、黃銅以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅按化學(xué)成分可分為普通黃銅和特殊黃銅。按工藝可分為加工黃銅和鑄造黃銅。 法蘭閥閘閥1、普通黃銅 銅與鋅的二元合金稱為普通黃銅。 加工普通黃銅的牌號為：H（黃）+ 表示銅平均百分含量的數(shù)字，如H68。從銅鋅合金相圖可以看出黃銅有 和+ 兩種組織，分別稱單相黃銅和兩相黃銅。 普通黃銅的顯微組織 單相黃銅 兩相黃銅 單相黃銅塑性好。 常用牌號有H80、H70、H 68。 適于制造冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等。兩相黃銅熱塑性好，強(qiáng)度高

44、。 常用牌號有H59、H62。 適于制造受力件，如墊圈、彈簧、導(dǎo)管、散熱器等。冷凝器管汽車機(jī)油泵襯套2、特殊黃銅 在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入Al、 Fe、Si、Mn、Pb、 Sn、Ni 等元素形成特殊黃銅。 加工特殊黃銅的牌號為： H（黃）+主加元素符號（Zn除外）+銅平均百分含量+主加元素平均百分含量，如HPb59-1。 特殊黃銅強(qiáng)度、耐蝕性比普通黃銅好，鑄造性能改善。 黃銅制品常用牌號有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe95-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。 三、青銅除黃銅和

45、白銅外的其他銅合金統(tǒng)稱為青銅。 加工青銅的牌號為：Q +主加元素符號及其平均百分含量+其他元素平均百分含量如QSn4-3（含4%Sn、3%Zn )。常用青銅有錫青銅、鋁青銅、 鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。 青銅制品1、錫青銅 是以錫為主加元素的銅合金， 錫含量一般為314%。 錫青銅鑄造流動(dòng)性差，鑄件 密度低，易滲漏，但體積收縮率在有色金屬中最小 。 錫青銅具有良好的耐蝕性，在大氣、海水及無機(jī)鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在硫酸、鹽酸和氨水中的耐蝕性較差。 常用牌號有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。主要用于耐蝕承載件，如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。 插座簧片

46、閥門零件方螺母鎖塊2、鋁青銅 以鋁為主加元素的銅合 金，鋁含量為511%。 強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐熱性及耐蝕性高于黃銅和錫青銅，鑄造性能好，但焊接性能差。 常用牌號有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。主要用于制造船舶、飛機(jī)及儀器中的高強(qiáng)、耐磨、耐蝕件，如齒輪、軸承、蝸輪、軸套、螺旋槳等。大型水力發(fā)電設(shè)備中的抗磨環(huán)3、鈹青銅 以鈹為主加元素的銅合金,鈹含量為1.72.5%。 具有高的強(qiáng)度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價(jià)格較貴。常用牌號有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等 。用于重要的彈性件、耐磨件，如精 密彈簧、膜片，高速、高壓

47、軸承及 防爆工具、航海羅盤等重要機(jī)件。鈹青銅制品 白銅件四、白銅 以鎳為主要合金元素的銅合金稱白銅。分普通白銅和特殊白銅。普通白銅是Cu-Ni二元合金，具有較高的耐蝕性和抗腐蝕疲勞性能及優(yōu)良的冷熱加工性能。 普通白銅牌號：B+鎳的平均百分含量，如B5。常用牌號有B5、B19等 。用于在蒸汽和海水環(huán)境下工作的精密機(jī)械,儀表零件及冷凝器,蒸餾器,熱交換器等。特殊白銅是在普通白銅基礎(chǔ)上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分別稱鋅白銅、錳白銅、鋁白銅等。 其耐蝕性、強(qiáng)度和塑性高，成本低。常用牌號如BMn40-1.5（康銅）、BMn43-0.5（考銅）。用于制造精密機(jī)械、儀表零件及醫(yī)療器械等?？点~熱偶白銅

48、型材第二節(jié) 鋁及鋁合金 一、鋁及鋁合金的性能特點(diǎn) 純鋁具有銀白色金屬光澤，密度小（2.72 ），熔點(diǎn)低（660.4），導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良?？勾髿飧g性能好，易于加工成形 。具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。鋁合金既具有高強(qiáng)度又保持純鋁的優(yōu)良特性 。鋁合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr 等輔加元素。 鋁合金型材鋁鑄件二、鋁合金的分類鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖?？蓪X合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。鋁合金分類示意圖變形鋁合金又分為可熱處理強(qiáng)化和不可熱處理強(qiáng)化兩類。三、鋁合金的熱處理 可熱處理強(qiáng)化變形鋁合金的熱 處理方法：固溶處理

49、 + 時(shí)效。 固溶處理是指將合金加熱到固溶線以上，保溫并淬火后獲得過飽和的單相固溶體組織的處理。 時(shí)效是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強(qiáng)化相的熱處理。 在室溫下進(jìn)行的時(shí)效稱自然時(shí)效；在加熱條件下進(jìn)行的時(shí)效稱人工時(shí)效。 時(shí)效強(qiáng)化效果與加熱溫度和保溫時(shí)間有關(guān)。 溫度一定時(shí),隨時(shí)效時(shí)間延長, 時(shí)效曲線上出現(xiàn)峰值,超過峰值時(shí)間,析出相聚集長大, 強(qiáng)度下降,為過時(shí)效。隨時(shí)效溫度提高，峰值強(qiáng)度下降，出現(xiàn)峰值的時(shí)間提前。含4%Cu鋁合金的時(shí)效曲線 四、變形鋁合金 1.變形鋁及鋁合金牌號表示方法 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16474-96規(guī)定 ，變形鋁及鋁合金可直接引用國際四位數(shù)字體系牌

50、號或采用國標(biāo)規(guī)定的四位字符牌號。GB 3190-82中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，表示方法為： 防銹鋁合金：LF+序號 硬鋁合金： LY +序號 超硬鋁合金：LC +序號 鍛鋁合金： LD +序號鋁合金波紋管鋁合金制品2.常用變形鋁合金 防銹鋁合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg的主要作用是提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強(qiáng)化作用。防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體，抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，常利用加工硬化提高其強(qiáng)度。 衛(wèi)星天線（LF2）汽化器（熱交換管為LF21）常用的Al-Mn系合金有 LF21（ 3A21 ），其抗蝕性和強(qiáng)度高于純鋁，用于制

51、造油罐、油箱、管道、鉚釘?shù)刃枰獜澢?、沖壓加工的零件。常用的Al-Mg系合金有 LF5（ 5A05 ），其密度比純 鋁小，強(qiáng)度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如制造管道、容器、鉚釘及承受中等載荷的零件。 硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn?？蛇M(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，也可進(jìn)行變形強(qiáng)化。強(qiáng)度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。 常用硬鋁合金如LY11 (2A11)、 LY12 (2A12)等，用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘?shù)取?飛機(jī)翼梁(腹板為硬鋁合金) 超硬鋁合金屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。時(shí)效強(qiáng)化效果超過硬鋁合金 。熱態(tài)塑性好

52、，但耐蝕性差。 飛機(jī)主起落架常用合金有 LC4 (7A04 )、LC9 (7A09 )等，主要用于工作溫度較低、受力較大的結(jié)構(gòu)件，如飛機(jī)的大梁、起落架等。 鍛造鋁合金 Al-Cu-Mg-Si系合金 可鍛性好， 力學(xué)性能高，用于形狀復(fù)雜的鍛 件和模鍛件，如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等。 Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金 常用牌號有LD7（ 2A70 ）、LD8 （ 2A80 ）、LD9 （ 2A90 ）等 。用于制造150225下工作的零件，如壓氣機(jī)葉片、超音速飛機(jī)蒙皮等。壓氣機(jī)葉片葉導(dǎo)輪美F-117隱身戰(zhàn)斗機(jī)（所用材料大部分是鋁合金）（五）鑄造鋁合金 包括：Al- Si系： 代號為

53、ZL1+兩位數(shù)字順序號Al-Cu系：代號為ZL2+兩位數(shù)字順序號Al-Mg系：代號為ZL3+兩位數(shù)字順序號Al-Zn系： 代號為ZL4+兩位數(shù)字順序號1. Al-Si系鑄造鋁合金 又稱硅鋁明。其中ZL102（ZAlSi12）是含12%Si的鋁硅二元合金，稱為簡單硅鋁明。 在普通鑄造條件下， ZL102組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和固溶體組成，強(qiáng)度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用鈉鹽變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，得到細(xì)小均勻的共晶體加一次固溶體組織，以提高性能。未變質(zhì)處理 經(jīng)變質(zhì)處理 ZL102的鑄態(tài)組織加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復(fù)雜(或特殊)硅鋁明。Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良

54、的耐蝕性、耐熱性和焊接性能。 用于制造飛機(jī)、儀表、電動(dòng)機(jī)殼體、汽缸體、風(fēng)機(jī)葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞等。 活塞(裙部為鋁硅合金)2.Al-Cu系鑄造鋁合金這類合金的耐熱性好，強(qiáng)度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強(qiáng)度低于Al-Si系合金。常用代號有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強(qiáng)零件，如內(nèi)燃機(jī)汽缸頭、汽車活塞等。汽缸頭3.Al-Mg系鑄造鋁合金這類合金的耐蝕性好，強(qiáng)度高，密度??；但鑄造性能差，耐熱性低。常用代號為ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等。主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)下工作的零件

55、，如艦船配件、氨用泵體等。鼓風(fēng)機(jī)用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)4.Al-Zn系鑄造鋁合金這類合金的鑄造性能好，強(qiáng)度較高，可自然時(shí)效強(qiáng)化；但密度大，耐蝕性較差。大型空壓機(jī)活塞(ZL401)常用代號為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等。主要用于制造形狀復(fù)雜受力較小的汽車、飛機(jī)、儀器零件。 制造滑動(dòng)軸承的軸瓦及其內(nèi)襯的耐磨合金稱為軸承合金?；瑒?dòng)軸承是許多機(jī)器設(shè)備中對旋轉(zhuǎn)軸起支撐作用的重要部件，由軸承體和軸瓦兩部分組成。 與滾動(dòng)軸承相比滑動(dòng)軸承具 有承載面積大，工作平穩(wěn)， 無噪音及拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)。 第三節(jié) 軸承合金一、組織性能要求當(dāng)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸瓦與

56、軸頸發(fā)生強(qiáng)烈摩擦，承受軸頸施加的交變載荷和沖擊力。對軸承合金的性能要求： 足夠的強(qiáng)韌性，以承受軸頸施加的交變沖擊載荷。 較小的熱膨脹系數(shù)，良好的導(dǎo)熱性和耐蝕性，以防止軸與軸瓦之間咬合。 較小的摩擦系數(shù)，良好的耐磨性和磨合性，以減少軸頸磨損，保證軸與軸瓦良好的跑合。 為滿足上述性能要求，軸承合金的組織應(yīng)是軟的基體上分布著硬的質(zhì)點(diǎn)或硬的基體上分布著軟的質(zhì)點(diǎn)。 當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軟的基體（或質(zhì)點(diǎn)）被磨損而凹陷，減少了軸頸與軸瓦的接觸面積，有利于儲存潤滑油和軸與軸瓦間的磨合，而硬的質(zhì)點(diǎn)（基體）則支撐著軸頸，起承載和耐磨作用。 軟基體(或質(zhì)點(diǎn))還能起嵌藏外來硬 雜質(zhì)顆粒的作用, 以避免擦傷軸頸。 ZSnSb1

57、1Cu6合金的顯微組織 （基體+白亮塊狀SnSb+星狀Cu3Sn）1、錫基軸承合金 是以錫為主并加入少量銻、銅等元素組成的合金，熔點(diǎn)較低，是軟基體硬質(zhì)點(diǎn)組織類型的軸承合金。典型牌號為ZSnSb11Cu6。 二、常用軸承合金 工業(yè)上常用的是錫基、鉛基軸承合金，又稱巴氏合金 。 錫基軸承合金具有較高的耐磨性、導(dǎo)熱性、耐蝕性和嵌藏性，摩擦系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小，但疲勞強(qiáng)度較低，工作溫度不超過150，價(jià)格高。巴氏合金軸瓦廣泛用于重型動(dòng)力機(jī)械，如氣輪機(jī)、渦輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)等大型機(jī)器的高速軸瓦。 2、鉛基軸承合金 是以鉛為主加入少量銻、錫、銅等元素的合金，也是軟基體硬質(zhì)點(diǎn)型軸承合金。典型牌號為ZPbSb16Sn1

58、6Cu2。ZPbSb16Sn16Cu2合金的顯微組織(+)共晶基體+方塊狀SnSb+針狀Cu3Sn 鉛基軸承合金的強(qiáng)度、硬度、耐蝕性和導(dǎo)熱性都不如錫基軸承合金，但其成本低，高溫強(qiáng)度好，有自潤滑性。 常用于低速、低載條件下工作的設(shè)備，如汽車、拖拉機(jī)曲軸的軸承等。 內(nèi)燃機(jī)軸瓦 錫基和鉛基軸承合金強(qiáng)度比較低，為提高其承載能力和使用壽命，生產(chǎn)上常采用離心澆注法，將它們鑲鑄在低碳鋼軸瓦上，形成一層薄而均勻的內(nèi)襯，成為雙金屬軸承。表面保護(hù)層 減磨層 鎳柵層 軸承合金 襯背 第七章 鑄造將液態(tài)金屬澆鑄到具有與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)方法，稱為鑄造。鑄造具有下列優(yōu)

59、點(diǎn)： 1)能夠生產(chǎn)形狀復(fù)雜的毛坯,特別是內(nèi)腔形狀復(fù)雜的毛坯 如各種機(jī)器的底座、箱體、殼體和支架,以及暖氣包等。2)適應(yīng)性廣 一方面,可以生產(chǎn)小至幾克,大至數(shù)百噸的鑄件；另一方面,鋼、鑄鐵、銅合金與鋁合金等不同金屬都可以鑄成毛坯或零件,而有些合金只能用鑄造方法制成零件,如高錳鋼。3)節(jié)省金屬材料和機(jī)械加工的工作量 這是因?yàn)殍T件的形狀、尺寸與零件很接近。 4)生產(chǎn)成本較低 因?yàn)槠湓牧蟻碓磸V泛,價(jià)格低廉；還可利用廢舊的金屬,如廢的機(jī)件、廢鋼和切屑等；其設(shè)備投資也比較少。但是,鑄造生產(chǎn)存在著工序復(fù)雜,鑄件容易產(chǎn)生缺陷,廢品率較高；鑄件的力學(xué)性能低于鍛件；勞動(dòng)條件較差等問題。在機(jī)器設(shè)備中鑄件所占比例很

60、大，如機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)中，鑄件占總重量的70-90,壓氣機(jī)占60-80，拖拉機(jī)占5070，農(nóng)業(yè)機(jī)械占4070。 第一節(jié)砂型鑄造 第二節(jié)鑄造工藝圖 第三節(jié)合金的熔煉與澆注 第四節(jié)特種鑄造 第五節(jié)幾種鑄造方法比較鑒于鑄造生產(chǎn)具有上述特點(diǎn),所以在各類機(jī)器制造業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。鑄造方法分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類。特種鑄造包括熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等。 第一節(jié) 砂型鑄造砂型鑄造是利用具有一定性能的原砂作為主要造型材料,用型砂緊實(shí)成鑄型的鑄造方法。其適應(yīng)性強(qiáng)，幾乎不受鑄件材質(zhì)、形狀尺寸、質(zhì)量及生產(chǎn)批量的限制，因此，它是目前最基本、應(yīng)用最普遍的鑄造方法。一、砂型鑄造的工藝過程及特點(diǎn)砂型鑄