2023年工程材料及熱加工工藝

材料及熱加工復(fù)習(xí)資料2

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工程材料及熱加工工藝

緒論

課程的任務(wù)及內(nèi)容

r工藝方法］

工程材料-----加工工藝（\------產(chǎn)品件裝配試車

〔工藝過程J

基本知識熱加工冷加工

成分.組織.性能鑄.鍛.焊.熱（切削加工）

關(guān)系.應(yīng)用

性質(zhì)：機(jī)械類各專業(yè)必修的一門綜合的技術(shù)基礎(chǔ)課。

任務(wù)：使學(xué)生獲得有關(guān)金屬學(xué).鋼的熱處理.常用的金屬材料及加工的基礎(chǔ)

知識，培養(yǎng)學(xué)生合理選材.確定熱處理方法及安排工件加工工藝路線的初步

能力。

先修課：物理.化學(xué).機(jī)械制圖.金工實習(xí)等，與材料力學(xué).機(jī)械設(shè)計等關(guān)系

密切。

作用：打基礎(chǔ)為后續(xù)課為專業(yè)課為工作實踐

二.材料及發(fā)展趨勢

r鋼：碳鋼.合金鋼.鑄鋼….

黑色金屬

，金屬材料［鐵：HT.QT.合金鑄鐵…

-Cu及Cu合金

有色金屬■AI及AI合金

工程材料〔其它：軸承…

漕通

無機(jī)非金屬材料陶瓷材料例

厝種

非

金

屬r熱塑性

材「工程塑料■

工程塑料通用塑料1熱固性

料r

有機(jī)高〔特種塑料

分子<

材料

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橡膠

金屬材料+非金屬材料=復(fù)合材料

「結(jié)構(gòu)材料機(jī)性.物性?化性

工程材料（應(yīng)用）?

〔功能材料特異物化性能.超導(dǎo).激光材料……

三.金屬材料的應(yīng)用.特點(diǎn)

.陶瓷.高分子材料發(fā)展速度很快，但還不能全面代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料。金屬

材料各行各業(yè)應(yīng)用廣泛。原因：金屬材料可滿足各種各樣的性能。

具體：1.一般均具有優(yōu)良的機(jī)械性能；

2.具有優(yōu)良的物理性能；

3.具有優(yōu)良的工藝性能；

熱處理較大范圍改變金屬材料的性能。

四.影響金屬材料性能的因素

1.化學(xué)成分決定組織.性能

2.處理工藝內(nèi)部組織變化

性能與微觀組織有關(guān)。

第一章金屬材料的力學(xué)性能

物理性能導(dǎo)電.熱.磁.密度.熔點(diǎn)

化學(xué)性能耐蝕.熱?酸.抗氧化

r使用性能其它性能耐磨性.承受磨損耐久程度.綜合性

機(jī)械性能外力作用下表現(xiàn)的性能，變形.失效

性能J（力學(xué)性能）

鑄造性能流動性.收縮性.吸氣性…

工藝性能塑性成形性可鍛性.沖壓性

（加工性能）焊接性

熱處理工藝性

切削加工性

r根據(jù)使用性選擇材料用途

選材.選工藝性能是基礎(chǔ)?

〔根據(jù)加工性選擇加工方法

機(jī)械性能（力學(xué)性能）是設(shè)計零件選材的依據(jù)，控制材料質(zhì)量的重要參考。

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六大性能九大指標(biāo)

＜強(qiáng)度°b。S00.2

塑性8力

剛度E

力學(xué)性能指標(biāo)」-布氏HBSHBW

硬度Y洛氏HRAHRBHRC

1維氏HV

沖擊韌性Aku3ku(Akc

（疲勞強(qiáng)度。I

§1剛度.強(qiáng)度.塑性

作拉伸試驗GB228-87

低碳鋼拉伸試樣

0E彈性階段符合虎克定律呈線形關(guān)系

E彈變點(diǎn)

S平臺屈服階段（流動階段）

S點(diǎn)屈服點(diǎn)

拉伸圖（拉伸曲線）

載荷和變形量（伸長量）F-AL

或應(yīng)力-應(yīng)變圖

。（F/So）-e（AL/U）

拉伸過程瞬間自動記錄F與AL

塑性材料＞。,不均勻變形縮頸-?斷裂

一.剛度抵抗彈變的能力指標(biāo)彈性模量E

0

E=——（N/mm2）彈性范圍內(nèi).應(yīng)力與應(yīng)變的比值（或線形關(guān)系.正比）

Et剛度t彈性變形小

二.強(qiáng)度材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的能力。常溫靜載

1.屈服點(diǎn)S屈服強(qiáng)度表征材料對產(chǎn)生明顯塑性變形的抗力

有明顯的屈服現(xiàn)象

屈服點(diǎn)：產(chǎn)生屈服時的應(yīng)力屈服強(qiáng)度（屈服極限）

Fs

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os=--------（N/mm2）

So

2.名義屈服強(qiáng)度（條件屈服強(qiáng)度）。，?

無明顯屈服現(xiàn)象的材料高碳鋼.鋁.銅

FO.2—產(chǎn)生0.2%殘余塑性變形時的載荷

00.2二

So

規(guī)定：殘余伸長為0.2%的應(yīng)力0..0.2或者

非比例伸長為0.2%的應(yīng)力。的2

0.2%是條件屈服強(qiáng)度的“條件”

3.抗拉強(qiáng)度。卜拉斷前承受的最大應(yīng)力

Fb

ob=-----（N/mm2）

So

我征了材料抵抗最大均勻變形的能力

Fb即斷裂載荷一

。w。s（。…?！﹥蓚€重要力學(xué)性能指標(biāo)，是零件選材強(qiáng)度設(shè)計主要依據(jù)。

屈強(qiáng)比os/Ob!可靠性1利用率I

三.塑性外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力

兩個衡量指標(biāo)66

1.斷后伸長率（相對延伸率）6

L,-Lo.

6=----------X100%

與標(biāo)距長度有關(guān)L（）t6

L?

短試樣Lo^Sdos3

3io

長試樣L0.=10do

同一材料65羊8ios5>s,0不能比較

2.斷面收縮率力

So-Si

力-----Xwo%不受標(biāo)距尺寸影響，可靠反映材料塑性

So

8t*t塑性t與負(fù)荷無關(guān)

一般塑材6>2-5%低碳鋼

脆材8<2-5%HT

注意：塑性好處（1）零件一旦超載，不致突然斷裂破壞

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(2)是壓力加工的必要條件

§2.沖擊韌性(韌性)抵抗沖擊載荷下斷裂的能力

應(yīng)變速度＞1%/S為沖擊;＜1%/S為靜載荷

沖擊試驗法GB229-84沖擊試樣試驗機(jī)

ffl1-3攜鑲沖擊試驗示意國

Q沖擊試樣b＞試樣安放沖擊試瞼機(jī)

I—搜糖2一試樣3一支座4一指針5一剃度盤

沖擊吸收功AKU=W(H-h)單位J或Kgf.m(1Kgf.m=9.8J)從表盤讀出

AKU

aku=----------J/cm2或Kgf/cm2沖擊韌度

S

akuU型缺口

akvV型缺口同一材料akv＜aku，

脆性t韌性I

取決于材料本身.試樣形狀.尺寸.溫度。用來估計在使用時是否發(fā)生脆性斷裂,

只是一個相對指標(biāo)，不能用于設(shè)計計算。

溫度IAKSKI冷脆現(xiàn)象

TK脆性轉(zhuǎn)變溫度〈Tk.溫度脆性tt

§3.疲勞強(qiáng)度材料承受交變應(yīng)力的能力.交變載荷

交變應(yīng)力：大小和方向隨時間作周期性變化

交變應(yīng)力。＜。b甚至。＜。s材料斷裂稱“疲勞破壞”.是危險的

疲勞強(qiáng)度：材料在無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值稱為疲

勞強(qiáng)度。

。一|表示對稱循環(huán)時疲勞強(qiáng)度

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循環(huán)基數(shù)一般鋼材1。6~1（）7次有色金屬108次單位N/mn?

影響因素：不僅與材料有關(guān)，而且受零件尺寸形狀.表面質(zhì)量等因素影響。

/.t。7：保證材料本身內(nèi)在質(zhì)量；零件結(jié)構(gòu)形狀避免應(yīng)力集中；表面強(qiáng)

化（淬火.噴丸.滾壓等），T表面光潔度。

§4.硬度材料抵抗比它更硬的物體壓入其表面的能力

衡量材料軟硬的指標(biāo)常用壓入法

常用硬度指標(biāo)布氏洛氏維氏

得I1-7布氏硬度試觸原理圖

一.布氏硬度測量壓痕面積根據(jù)GB231-84

HBS淬火鋼球壓頭<450硬度不高.軟鋼.鑄鐵.有色.示為XXXHBS

HBW硬質(zhì)合金球壓頭<650示為XXXHBW不常用

表示例：200HBSW/3。測量直徑查表

★用淬火鋼球壓頭準(zhǔn)確不用于成品不能測淬火鋼件_____________

常用于測<450HBS原材料.毛坯.退火.正火.調(diào)質(zhì)鋼件.鑄鐵.有色.

二.洛氏硬度測量壓痕深度h

K-hK常數(shù)

HR=--------無單位

0.002

★有三種指標(biāo)

金剛石圓錐壓頭HRC載荷10+140Kg4測淬火硬化鋼件

金剛石圓錐壓頭HRA載荷10+50Kgf測淬火更硬薄層

淬火鋼球壓頭HRB載荷10+90Kgf測軟.未淬火鋼件.

直接讀數(shù)，用于成品件或較薄材料的硬度，但不如布氏硬度準(zhǔn)確

三.維氏硬度

頂角136°的金剛石四棱錐

載荷小、范圍大5-120Kgf

可測軟、硬材料..

測兩對角線均值查表

標(biāo)注640HV30/20

麻煩少用洛氏硬度不能測時才用維氏硬度測表面硬化層.電鍍層.氮

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化層.薄片金屬

第二章、金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

§1.金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

一.金屬鍵與金屬的特性

金屬鍵：金屬原子是依靠正離子和自由電子的相互吸引而結(jié)合起來的，這種結(jié)

合方式稱為金屬鍵。

金屬的特性光澤良好的導(dǎo)電性良好的導(dǎo)熱性良好的塑性

—.金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1.晶體的概念

「晶體有規(guī)則周期性重復(fù)排列

固體■

〔非晶體無規(guī)則

圖2-2晶體(a)、晶格(b人晶胞

晶格：表示晶體中原子排列的空間格子?！包c(diǎn)陣”

晶胞：構(gòu)成晶格的最基本單元。代表意義

結(jié)點(diǎn)：晶格中的每個點(diǎn)。平衡位置

晶格常數(shù)：晶胞的各邊尺寸a.b.c。大小以A為單位(1A=1O-Iom),晶胞中

各邊夾角分別以a.B.丫表示。

a=b=ca=p=y=90°該晶胞稱簡單立方晶胞，簡單立方晶格

晶面：晶格中各方位的原子面。

晶向：晶格中各方位的原子列。

2常見的三種金屬晶格

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B2-3強(qiáng)見的金屬品艙

a＞面心立方b）體心立方C密排六方

兩個參數(shù)：

（1）配位數(shù)：晶格中任一個原子周圍緊鄰.等距的原子數(shù)目。

愈大愈緊密

（2）致密度：晶胞中原子所占的體積與晶胞的體積之比。

n,v

致密度k=------%致密度t緊密程度t

V

晶格類型面心立方晶格fee體心立方晶格bee密排六方晶格hep

晶格常數(shù)aaa.c.c/a=(8/3),2=1.633

原子半徑2“2.a=4r31/2?a=4rd=a=2r

原子半徑r(21/2/4)?a(31/2/4)?a(1/2)?a

晶胞原子數(shù)n426

晶胞體積Va3=(4r/21/2)3a3=(4r/31/2)33?21/2a3=24?21/2?

配位數(shù)12812

致密度74%68%74%

最大間隙半徑0.41r0.29r0.4Ir

代表金屬y-Fe.AI.Cu.Nia-Fe.Cr.W.B-TiMg.Zn.a-Ti.Be

結(jié)論最緊密排列次緊密排列最緊密排列

晶面.晶向及其原子密度

晶面：晶格中各方位的原子面。排列相同位向一致一組平行原子面

稱為一種晶面用晶面指數(shù)來描述

晶面指數(shù)：表示晶面空間方位的符號。

晶向：晶格中各方位的原子列。排列相同位向一致一組平行原子列或

行稱為一種晶向用晶向指數(shù)來描述

晶向指數(shù)：表示原子列空間方位的符號。

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圖2-6立方施格中的三種篁要品面

(1)立方晶格中晶面指數(shù)的確定方法

a.結(jié)點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)0,晶胞中三條棱邊為空間坐標(biāo)軸X.Y.Z；

b.以晶格常數(shù)a.b.c為單位求出晶面在三個坐標(biāo)軸上的截距；

c.取其截距的倒數(shù)；

d.將各倒數(shù)化為最小整數(shù)，并加圓括號，如(100).(110).(111)為普通

形式。

晶面族：晶體中原子排列相同而空間位向不同的各組晶面可歸為一個晶面族。

指數(shù)外加大括號{}

例:(100).(010).(001)歸為{100}晶面族

立方晶格中三種重要的晶面族{100}.{110}.{111}

(2)立方晶格中晶向指數(shù)的確定方法

W2-8立方品格中三腫血要品向

a.結(jié)點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)0,晶胞中三條棱邊為空間坐標(biāo)軸X.Y.Z；

b.過原點(diǎn)作一直線，使其平行于待求晶向，讀出該方向上任一點(diǎn)的空間坐標(biāo)值;

c.將坐標(biāo)值化為最小整數(shù)，并加上方括號[],即晶向指數(shù)。

如[100].[110].[111]三種重要晶向為普通形式

???[]表示一組相互平行的晶向，而不是僅僅表示某一原子列的方位。

所有原子排列相同而空間位向不同的各組晶向可歸為一個晶向族。用<>表示

例如：[100].[010].[001]屬<100>晶向族

<100>.<110>.<111〉為立方晶格中三種重要的晶向族。

(3)晶面及晶向的原子密度

晶面的原子密度：通常以該晶面單位面積實際占有的原子數(shù)來表示。

晶向的原子密度：以晶向單位長度的原子數(shù)來表示

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體心立方晶格主要晶面及晶向的原子密度

晶面指數(shù)示意圖晶面密度（原子數(shù)/面積）晶向指數(shù)晶向密度（原子數(shù)/長度）

{100}(1/4)4/a2=l/a2<100>(1/2)2/a=l/a

X軸

{110}(l/4)4+l/2'/2a2=1.4/a2<110>(l/2)2/2l/2a=0.7/a

原子密排面面對角線

{111}(1/6)3/(3"72)a2=0.58/a2<111>(l/2)2+l/3l/2a=l.06/a

體對角線原子密排方向

原子密排面：具有最大原子密度的晶面

原子密排方向：具有最大原子密度的晶向

4.晶體的各向異性-------晶體不同方向上的性能差異

單晶體

各向異性是晶體特有，區(qū)別晶體和非晶體一個重要標(biāo)志

三.金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷

1、單晶體多晶體

單晶體具有各向異性

工業(yè)用金屬一般是多晶體一一多個單晶體（晶粒）組成呈現(xiàn)出各向同性

晶界：晶粒之間的界面

亞晶粒：晶粒內(nèi)部晶格位向也不完全一致，其中不同小區(qū)晶格位向相差大約

10—20.這些小區(qū)為亞晶粒。

亞晶界：亞晶粒之間的界面

2、實際金屬的晶體缺陷一一金屬中原子排列的不完整性

（1）點(diǎn)缺陷--空位.間隙原子（離位原子）.置換原子

特點(diǎn)：在X.Y.Z三維方向上尺寸都很小

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（2）線缺陷-一位錯（位錯線）

「刃型位錯“工”

兩種位錯Y

L螺型位錯

特點(diǎn)：在二維方向上尺寸都很小，另一維方向上尺寸相對較長

以位錯密度表示“P”單位cm/cm，或cm2

L單位體積中所包含位錯線總長度

（3）.面缺陷-晶界.亞晶界

特點(diǎn)：在一維方向上尺寸很小，另二維方向上尺寸相對較大

“亞晶”（亞結(jié)構(gòu)）或嵌鑲快

晶體缺陷并非一成不變，總之，對金屬的性能和行為有極重要的作用

四.金屬的結(jié)晶

凝固--物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程

結(jié)晶--凝固后得到固態(tài)物質(zhì)為晶體，這個轉(zhuǎn)變過程稱為結(jié)晶。

不規(guī)則（液）一規(guī)則（固）

1.金屬結(jié)晶的概念

溫度--時間坐標(biāo)

過冷-一實際結(jié)晶溫度總是低于熔點(diǎn)

過冷度△T=To-T”

“過冷”是金屬結(jié)晶的必要條件

△T與V冷.金屬種類.結(jié)構(gòu).純度有關(guān)

IS2-13金網(wǎng)的冷卻曲疑

同一金屬V冷tATt

結(jié)晶平臺：結(jié)晶潛熱補(bǔ)償了它向外逸散的熱量，T“不變，液.固共存。

2.金屬結(jié)晶的能量條件

高能f低能

自由能F結(jié)晶的驅(qū)動力

溫度T>T0FQF濃液體較穩(wěn)

T<ToF固<F液結(jié)晶自發(fā)進(jìn)行

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To理論結(jié)晶溫度

T?；ATt兩相F差大，結(jié)晶加速

3.金屬結(jié)晶的基本過程

（■自發(fā)形核難

（1）形成晶核.

非自發(fā)形核多

（2）晶粒長大：樹枝狀方式長大

4.晶粒大小及其控制

晶粒--每個晶核長成的晶體

晶界--晶粒與晶粒的接觸面不規(guī)則畸變

不穩(wěn)定…塑變抗力t.強(qiáng)度"硬度t

晶粒小，晶界多，塑韌性好，抗力小

控制晶粒要小

K2-ie夠粒率N.長大率GM過冷度&T的關(guān)系

形核率（形核速度）N

長大率（長大速度）G

要細(xì)化總的要IN3G比值N/Gt

★細(xì)化晶粒的措施:

（1）提高金屬在結(jié)晶時的冷卻速度（提高過冷度）；

（2）變質(zhì)處理；

（3）振動（機(jī)械.超聲波…）.攪拌.破碎晶粒tN.壓力下結(jié)晶

5.金屬的鑄錠組織指宏觀

（1）表層細(xì)等軸晶區(qū)

等軸晶粒--晶粒在X.Y.Z三維方向近似相等。

特點(diǎn)：晶粒細(xì)小，厚度很薄，各向同性，組織致密，成分較均勻。

（2）柱狀晶區(qū)

明顯的方向性平行向液體中長大

特點(diǎn)：晶粒細(xì)長，，模壁，厚度很大，組織

致密，各向異性

穿晶（橫晶）----柱狀晶貫穿整個鑄錠各

向異性

（3）中心粗等軸晶區(qū)

V冷|.aT小.形核率NI

特點(diǎn)：晶粒粗大，組織m2-17mewfliw疏松。

1—2—

3-中心機(jī)等物3IK

§2合金的結(jié)構(gòu)與二元合金相圖

一.合金-一由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素組成

的具有金屬特性的物質(zhì)。

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鋼鐵(Fe-C),黃銅(Cu-Zn),青銅(Cu-Sn.Cu-AI…),硬鋁(AI-Cu-Mg)

系--所研究合金的系統(tǒng)，由相同的幾個元素配制一系列不同成分的合金構(gòu)

成合金系。簡稱系。Fe-C系.AI-Si系.AI-Cu系…

元-一組成合金最基本、能夠獨(dú)立存在的物質(zhì)稱組元。簡稱元。

相——種聚集狀態(tài)。合金中具有相同的化學(xué)成分，同一晶體結(jié)構(gòu)，同一聚集

狀態(tài)，并以界面相互分開的各個均勻組成部分稱為相。單相.多相

相變-一合金由一種相變?yōu)榱硪环N相稱為相變。

Fe在912ca-Fe-y-FeBcc-*Fcc,液f固，固f另一固…

二.固態(tài)合金中的相結(jié)構(gòu)

r固溶體

兩類相結(jié)構(gòu)

［金屬化合物

1.固溶體

組成合金的元素在固態(tài)下能夠溶解某些元素(互相溶解)，從而形成一種成

分和性能均勻的新相，稱為固溶體?；蛘哒f溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中所形成的

合金相。

Fe-C合金C溶于Fe中

C溶于y—Fe(Fee)中f丫固溶體(A)叫奧氏體

C溶于a—Fe(Bcc)中一a固溶體(F)叫鐵素體

☆特征：溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中，而仍然保持溶劑的晶格。

以溶質(zhì)原子在溶劑晶格中存在的位置(分布狀況或溶解方式)分：

「無限固溶體(連續(xù)固溶體)Cu-Ni…

r置換固溶體以溶解度分一

固溶體］1■有限固溶體

〔間隙固溶體溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格間隙中而形成的，溶解度總是有

限的。

b)

圖2-18形成囿落體時的晶格H變

?)向鼠因落體換圈落體

(1)置換固溶體d偵/d例＞0.59

溶質(zhì)原子置換溶劑原子，并置于溶劑晶格的結(jié)點(diǎn)上所形成的固溶體稱置換固

溶體。溶解方式叫做置換溶解。

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☆無限固溶滿足三個條件：（負(fù)電性因素；尺寸因素；晶體結(jié)構(gòu)因素）

a.組元原子外層電子結(jié)構(gòu)相近；（電化學(xué)因素的影響）（負(fù)電性因素）

b.組元間原子半徑相差不大（較?。唬ǔ叽缫蛩兀ㄓ绊懭芙舛戎匾蛩兀?/p>

C.組元的晶格類型相同；（首先必要條件）（晶體結(jié)構(gòu)因素）

組元無限固溶歸納三句話：晶格類型相同；原子大小相近；周期表中位置相近。

★注意：三個條件必要但不充分！例Cu與丫-Fe…；Fe與Au…

（2）間隙固溶體d/d劑（0.59奧氏體鐵素體

溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格間隙中而形成的固溶體。

取決于原子半徑差和溶劑晶格中間隙半徑

r無序固溶體分布任意無規(guī)律大多數(shù)

溶質(zhì)在溶劑中分布固溶體分《

1有序固溶體有規(guī)律

（3）.固溶強(qiáng)化（性能）

L溶質(zhì)原子溶入溶劑中形成的固溶體，使金屬的強(qiáng)度.硬度升高

的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。

一種強(qiáng)化方式，提高材料機(jī)性的主要途徑之一

固溶體。".HBt,但仍不高,仍保持相當(dāng)6.ak,工業(yè)常用作基本相,還需

一種強(qiáng)化相一-金屬化合物。

2.金屬化合物Fe3CWC…

合金中的兩組元相互作用而形成的一種新相，它的晶體結(jié)構(gòu).性能.熔

點(diǎn)與兩組元都不同，并具有金屬特征，這種相稱為金屬化合物。

Fe+K-Fe3c

TBCC.Fee+工六方'■復(fù)雜晶格硬脆31

「正常價化合物

以形成分J電子化合物

c間隙相

I間隙化合物-

1具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物

（1）正常價化合物

特征：嚴(yán)格遵守一般化合物的原子價規(guī)律（金屬化合物少數(shù)遵守，在金屬學(xué)

中被叫作正常價化合物）

性能：硬度大.脆性大.合理分布于固溶體基體上起彌散強(qiáng)化作用。

（2）電子化合物

與正常價化合物不同，化學(xué)式不符合（不遵守）化合價規(guī)律，而是按一定的

電子濃度組成的，所以，稱為電子化合物。

所謂電子濃度.是指化合物中的價電子數(shù)與原子數(shù)之比。

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價電子數(shù)L特征：一定比值

B|J：電.子濃度C電==

原子數(shù)

性能：高熔點(diǎn)，高硬度，脆性大，塑性低。不適于做合金基體，如與固溶體

基體適當(dāng)配合，可獲得良好的機(jī)性。有色金屬中為重要的強(qiáng)化相。

(3)間隙化合物碳化物氮化物硼化物…

不符合化合價規(guī)律取決于二組元的原子半徑

都是由過渡族金屬元素(Fe.Co.Ni等)與原子直徑較小的非金屬元素(C.N.H.

B.半徑〈1A)形成一種新的晶體結(jié)構(gòu)化合物。(大的金屬占據(jù)晶格結(jié)點(diǎn)，小的非

金屬元素嵌入晶格間隙中)所以，稱為間隙化合物。

間隙化合物分兩類：

a.間隙相b.具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物

d非/d金W0.59d非/d金＞0.59

簡單晶體結(jié)構(gòu)Fee.hep具有復(fù)雜品格

金屬M(fèi).非金屬X.化學(xué)式M.XFe3c.FefW2.Cr7C3.Cr23c6

1

M2X.MX.MX2."正交晶格

Fee——Fe,N.TiN.TiC.VC(a=B=丫aWbWc)

hepFe2N.Cr2N.W2Cdc/dFe=0.63

簡單六方晶格WC六個Fe構(gòu)成一個八面體，內(nèi)有一

化學(xué)成分不固定.如VC含個C.每個Fe為兩個八面體所有

C量43~50%(原子％)?*.Fe:C=3:1各個八面體位向不同，

金屬原子可被其它金屬原子所置換,

Fe3C中Fe可被Mn.Cr置換形成

(FeMn)3C.(FeCr)3C合金滲碳體。

間隙相不同與間隙固溶體

間隙化合物特性：高熔點(diǎn)，高硬度,脆性大，塑性低，相對間隙相更高，都

是硬質(zhì)合金.合金工具鋼的重要強(qiáng)化相。

總結(jié)：金屬化合物都是硬而脆，不能作基本相。

一般固溶體為基本相+分布少量金屬化合物強(qiáng)化相(第二相.中間相.),

具有足夠的強(qiáng)度，良好的塑性，滿足使用。即機(jī)械混合物。

(4)機(jī)械混合物

單一固溶體強(qiáng)度不夠高，應(yīng)用受限；化合物硬而脆無法用；兩者混合，工業(yè)

多用。多相.

常見F+Fe3C-P青銅.黃銅.Ai—Si-

各組元仍保持原來的晶格類型；強(qiáng)度.硬度高于單一固溶體，但塑性.可鍛性

不如單一固溶體。鍛鋼.先加熱一單一固溶體(A),再鍛打。

組織一一顯微鏡下看到的具有一定形貌或形態(tài)的部分稱為組織。

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有單相.多相

三.二元合金相圖

相圖——就是表示不同濃度合金結(jié)晶過程的簡明圖解?；蚪袪顟B(tài)圖.平衡圖

一兀合金系

1.二元合金相圖的建立

0.二元合金相圖的基本類型

(1)勻晶相圖Cu-NiAu-Ag...

特點(diǎn)：兩組元在液態(tài).固態(tài)均能夠完全無限互溶，

形成單一均勻無限固溶體。

a.相圖分析

b.合金結(jié)晶過程

d.杠桿定律及其應(yīng)

(a)兩平衡相(L+a)成分的確定

L+a.L.a.的化學(xué)成分x.xLx2.

(b)確定兩平衡相的相對重量

合金成分XL含NiXia含NiX2

設(shè)合金的總重量100%=1

液體L重占合金總重量的百分比為QL,固體a重

占合金總重量的百分比為、。

圖2-22杠桿定和

Qi+Qu=100%

QLXI+QOX2=X

解上述方程X2-XX-Xi線段X2-X1二ab

QL?—Q-X2-X=cb

X2-X1X2-X1X-Xi=ac

即cbac

QL-—Qu-

abab

QLcbX2-X

QaacX-Xi

直接應(yīng)用：距某相區(qū)遠(yuǎn)的那一段線段長與直線全長的比就等于某相的相對重量。

d.枝晶偏析(晶內(nèi)偏析)

慢冷均勻a

快冷偏析

晶體內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為枝晶偏析或稱晶內(nèi)偏析。呈樹枝狀

要消除.改善---生產(chǎn)中用“擴(kuò)散退火”(均勻化退火)熱處理一-即加熱鑄件

到固相線以下100~200c溫度，長時間保溫，使原子經(jīng)過充分?jǐn)U散，使晶體內(nèi)

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化學(xué)成分均勻一致。

（2）共晶相圖Pb-SnPb-Sb...

特點(diǎn)：二組元液態(tài)無限互溶，固態(tài)不能無限互溶，是有限互溶，形成兩個成分

不同的固相。發(fā)生共晶反應(yīng),得共晶組織。

L一定成分的液相在一定溫度下同時結(jié)晶出兩個成

分

不同的固相的過

程.

a.相圖分析

b.典型合金的結(jié)晶過程

c.顯微組織.按組織區(qū)分的共晶相圖

（3）包晶相圖---由一種液體和一種固體相

互作用形成一種新的固溶體的結(jié)

晶過程。Pt-AgCu-ZnSn-Pb....

（4）具有穩(wěn)定化合物的共晶相圖Mg-Si

復(fù)雜

（5）共析相圖-一一個固相同時轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞N不同的新固相的轉(zhuǎn)變（反應(yīng)）為

共析轉(zhuǎn)變（反應(yīng)）。

1.二元合金相圖的識別方法（小結(jié)）

（1）首先確定單相區(qū)

（2）兩相區(qū)確定

（3）三相共存相線的分析（水平線分析關(guān)鍵）

a.共晶轉(zhuǎn)變恒溫下一個液相一兩個固相.晨-＞。4+3

b.共析轉(zhuǎn)變恒溫下一個固相一兩個固相.Yc-ad+Be

c.包晶轉(zhuǎn)變恒溫下一個液相+一個固相f一個固相.L+a°f

2.相圖和合金性能之間的關(guān)系意義機(jī)性物性工藝性能

（1）研究相圖的意義（作用）

（2）相圖與機(jī)性的關(guān)系

（3）相圖與物性的關(guān)系

（4）相圖與工藝性能的關(guān)系

鑄造性能：與結(jié)晶溫度范圍有關(guān)，流動性「分散縮孔f.

??.△Tt鑄造性能I.枝晶偏析傾向t.收縮性t.

共晶成分熔點(diǎn)低△TR流動性t.集中縮孔t鑄造性能To

單相固溶體Ob較低5高宜鍛壓但切削性差A(yù)區(qū)鍛.

兩相混合物0b較高8低切削性好鍛壓性差.

確定合金可否進(jìn)行熱處理，根據(jù)相圖溶解度曲線，同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，改變

組織性能。

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擴(kuò)散退火消除成分偏析。

不能進(jìn)行其它熱處理是固態(tài)不發(fā)生變化。

第三章鐵碳合金相圖

§1概述

一.兩個組元

]鐵

顯著特點(diǎn)：同素異構(gòu)現(xiàn)象（轉(zhuǎn)變）

1394℃912℃

8一Fe=y—Fe=a—Fe

BccA4FeeA3Bee

金屬的同素異構(gòu)現(xiàn)象（轉(zhuǎn)變）——金屬在固態(tài)下，隨溫度的改變而發(fā)生晶

體結(jié)構(gòu)變化的現(xiàn)象。原子重排重結(jié)晶

同素異構(gòu)體--由同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變得到的不同晶格的晶體。

特點(diǎn)：（1）固態(tài)轉(zhuǎn)變，新相晶核往往在原晶界或某些特定的晶面上產(chǎn)生；

（2）具有較大的過冷傾向；

（3）轉(zhuǎn)變過程伴隨著體積變化，Y—Fe-a—Fe膨脹為1%。

2.滲碳體

二.鐵碳合金的相與基本組織

五種相：液相L,a.y.8固溶體，F(xiàn)e3c化合物。

五種基本組織：見表

力學(xué)性能