金屬工藝學(xué)-1.pptx

1、材料是人類文明生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類歷史的石器時(shí)代、青銅時(shí)代和鐵器鐵時(shí)代就是按生產(chǎn)活動(dòng)中起主要作用的工具材料劃分的。 材料的發(fā)展史，就是人類社會(huì)的發(fā)展史，是衡量人類社會(huì)文明程度的標(biāo)志之一，金屬材料是現(xiàn)代文明的基礎(chǔ)。 現(xiàn)代社會(huì)中，材料對(duì)工業(yè)和科技領(lǐng)域的發(fā)展都起著舉足輕重的作用。 目前，人類還處在金屬器時(shí)期。雖然無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料的使用量與日俱增，但在可預(yù)見(jiàn)的時(shí)期內(nèi)，仍不會(huì)改變這種狀況。,近一二十年來(lái)，金屬材料的發(fā)展受到了巨大的壓力，這種壓力來(lái)自外部和內(nèi)部?jī)蓚€(gè)方面： 外部壓力：從20世紀(jì)中期開(kāi)始，高分子材料的崛起，尤其是工程塑料從性能到應(yīng)用許多方面已能和傳統(tǒng)的金屬材料相抗衡，加上原料豐富、價(jià)

2、格便宜，產(chǎn)量以驚人的速度增長(zhǎng)。與此同時(shí)，先進(jìn)陶瓷材料也嶄露頭角，特別是在現(xiàn)代電子工業(yè)中占有重要地位。因此，材料領(lǐng)域從金屬材料的一統(tǒng)天下轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘?、陶瓷、高分子材料三足鼎立的新格局?內(nèi)部壓力：主要是能源、資源和環(huán)境三個(gè)方面。 金屬材料的近百年的大力發(fā)展，某些主要的金屬礦 產(chǎn)資源日漸緊張，高品位的金屬礦產(chǎn)很快減少，低 品位的礦產(chǎn)使能源消耗和成本增加。金屬工業(yè)是能 源的最重要消耗者，也是嚴(yán)重的環(huán)境污染者。這些 問(wèn)題對(duì)金屬材料今后的發(fā)展提出了有力的挑戰(zhàn)。,金屬材料可分為幾類： 按組成成分分：純金屬（簡(jiǎn)單金屬）、合金（復(fù)雜金屬）。 按實(shí)用分：黑色金屬（指鐵和鐵的合金）、有色金屬（指除黑色金屬外的金屬和

3、合金）。,金屬材料的性能一般分為使用性能和工藝性能兩類： 金屬材料使用性能：指機(jī)械零件在使用條件下，金屬材料表現(xiàn)出來(lái)的性能，包括機(jī)械性能(如強(qiáng)度、塑性、彈性、硬度等) 、物理性能(如密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性等) 、化學(xué)性能(如耐蝕性、抗氧性、化學(xué)穩(wěn)定性)等。 金屬材料使用性能的決定了零件的使用范圍與使用 壽命。 金屬材料工藝性能：指機(jī)械零件在加工制造過(guò)程中， 金屬材料在冷、熱加工條件下表現(xiàn)出來(lái)的性能(鑄造性、 可焊性、可鍛性、熱處理性、切削加工性等)。 金屬材料工藝性能決定了材料在制造過(guò)種中被加工 成成品的難易。加工條件不同，體現(xiàn) 出的性能也就不同。,一般機(jī)械零件都是在常溫、

4、常壓和非強(qiáng)烈腐蝕介質(zhì)中使用的，且在使用過(guò)程中各機(jī)械零件都將承受不同形式載荷的作用。 金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能稱為機(jī)械性能或稱為力學(xué)性能。 金屬材料的機(jī)械性能是零件的設(shè)計(jì)和選材時(shí)的主要依據(jù)。 承受載荷性質(zhì)不同，對(duì)金屬材料的機(jī)械性能要求也將不同。 常用的機(jī)械性能包括強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性、多次中擊抗力和疲勞極限等。材料的這些性能以量值的形式體現(xiàn)，按一這的值選取，下面將分別討論各種性能的測(cè)量方法和使用。,金屬材料在靜載荷的作用下抗永久塑性變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。,1.強(qiáng)度,金屬材料的強(qiáng)度要通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)得出強(qiáng)度 性能指標(biāo)。 靜載荷拉伸試驗(yàn)是工業(yè)上最常用力學(xué)性能試驗(yàn)方法之一。試驗(yàn)時(shí)在試樣的兩端

5、緩慢地施加試驗(yàn)力，使試樣的標(biāo)距部分受軸向拉力，沿軸向伸長(zhǎng)，直至試樣拉斷為止。試驗(yàn)?zāi)康模?測(cè)定試樣對(duì)外加試驗(yàn)力的抗力，求出材料的強(qiáng)度值； 測(cè)定試樣的破斷的塑性變形的大小，求出材料的塑性值。,1.強(qiáng)度,拉伸試驗(yàn)中記錄的拉伸力F與伸長(zhǎng)量L（某一拉伸力時(shí)試樣的長(zhǎng)度與原始長(zhǎng)度的差L=Lu-Lo）的FL曲線稱為拉伸曲線圖。整個(gè)曲線可分為以下幾個(gè)階段： 【op/pe階段】直線，彈性變形階段，卸去載荷時(shí)，試樣完恢 復(fù)原狀。 【es階段】曲線，屈服階段(彈性變形+塑性變形)。s點(diǎn)出現(xiàn)“ 屈服“ 現(xiàn)象，出現(xiàn)明顯塑性變形。 【sb階段】曲線，均勻塑變(彈性變形+均勻塑性變形)。b點(diǎn) 為最大載荷，試樣出現(xiàn)“縮頸”現(xiàn)象

6、，拉伸力達(dá) 到最大值，試樣即將斷裂。Z點(diǎn)試樣被拉斷。,1.強(qiáng)度,彈性極限點(diǎn)e 彈性極限是材料產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)所能承受的最大應(yīng)力，可按下式計(jì)算： e=Fe/Ao Fe：試樣產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)的最大載荷； A0：試樣原始橫截面積(mm)。,1.強(qiáng)度,屈服強(qiáng)度s 屈服強(qiáng)度是材料開(kāi)始產(chǎn)生明顯塑性變形時(shí)的最應(yīng)力，可按下式計(jì)算： s=Fs/Ao Fs：試樣屈服時(shí)的載荷； S0：試樣原始橫截面積(mm)。 屈服強(qiáng)度的理論意義是作為塑性材料的設(shè)計(jì)依據(jù)，即零件產(chǎn)生塑性變形即定義為破壞。,1.強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度b 抗拉強(qiáng)度是材料斷裂前的最大應(yīng)力值，對(duì)應(yīng)材料承受最大均勻塑性變 形的抗力，即： b=Fb/Ao Fb：試

7、樣斷裂前所承受的最大載荷； S0：試樣原始橫截面積(mm)。 抗拉強(qiáng)度表示材料抵抗斷裂的能力，是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和零件、評(píng)定金屬材料的重要指標(biāo)之一。脆性材料沒(méi)有屈服現(xiàn)象，則用b作為材料設(shè)計(jì)的依據(jù)。,1.強(qiáng)度,塑性是指金屬材料在載荷下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。常用 塑性指標(biāo)是延伸率 和斷面收縮率 兩個(gè)指標(biāo)均用百分率(%)表示。 延伸率 是指試樣拉斷后的伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距之比的百分?jǐn)?shù)，即：,2.塑性,L1試樣拉斷后的的標(biāo)距 ； L0試樣原始標(biāo)距,斷面收縮率 指試樣拉斷后縮項(xiàng)處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。,2.塑性,A1試樣拉斷處的最小橫截面積 ； A0試樣原始截面積。 塑性指標(biāo)在工程技術(shù)中

8、具有重要的實(shí)際意義。將5% 的材料稱為脆性材料； 5% 稱為塑性材料。 塑性好的材料適宜于各種壓力加工，如沖壓、擠壓、冷拔、熱軋及鍛造等。,硬度指材料抵抗其他硬物壓入其表面的能力，它反映了材料抵抗局部抗塑性變形的能力，是金屬材料一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)。 硬度是金屬材料熱處理后常用的機(jī)械必能指標(biāo)，有時(shí)硬度指標(biāo)要作為技術(shù)要求被標(biāo)在零件圖上，也是硬度要求較高的工具、模具必檢的質(zhì)量指標(biāo)。 一般情況下，硬度值和抗拉強(qiáng)度值之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，要求不高時(shí)可以估算。 在工程上常用的硬度指標(biāo)根據(jù)材料的軟硬程度可分為布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度3種。,3.硬度,用一定大小的試驗(yàn)力F，把直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金

9、球壓入被測(cè)金屬表面，保持規(guī)定的時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出壓痕平均直徑d，然后按公式求出布氏硬度HB值。 優(yōu)點(diǎn)：測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，能消除因不均勻引起的測(cè)量誤差； 缺點(diǎn)：壓痕大，不適應(yīng)測(cè)量 成品件硬度，也不宜測(cè)量薄件硬度；測(cè)量 速度慢，測(cè)得壓痕直徑后還需計(jì)算或查表而且操作不夠簡(jiǎn)單。 在工程上有時(shí)可以利用布氏硬度工值與抗拉強(qiáng)度之間有近似的正比關(guān)系進(jìn)行估算，,3.硬度,用金剛石圓錐或淬火鋼球，在試驗(yàn)力的作用下壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用測(cè)量的殘余壓痕深度增量來(lái)計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)。 用金剛石圓錐或鋼球作壓頭，在規(guī)定的預(yù)載荷和總載荷下，壓入材料，卸載后，測(cè)其深度，由公式求出，可在洛

10、氏硬度計(jì)上直接讀出。 優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)簡(jiǎn)單、方便、迅速；壓痕小，可測(cè)成品，薄件. 缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，應(yīng)測(cè)三點(diǎn)取平均值；不應(yīng)測(cè)組織不均勻材料，如鑄鐵。 測(cè)量范圍： 用于測(cè)量淬火鋼、硬質(zhì)合金等材料。,3.硬度,用夾角為136的金剛石四棱錐體壓頭，使用很小試驗(yàn)力F（49.03-980.07N）壓入試樣表面，測(cè)出壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度d。 維氏硬度值：用壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度表示。如：640HV。 優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量準(zhǔn)確，應(yīng)用范圍廣（硬度從極軟到極硬）；可測(cè)成品與薄件； 缺點(diǎn)：試樣表面要求高，費(fèi)工。 測(cè)量范圍 ：常用于測(cè)薄件、鍍層、化學(xué)熱處理后的表層等。,3.硬度,沖擊韌性是指金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力叫做沖擊韌度。

11、常用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定金屬材料的沖擊韌度。 機(jī)械零部件在服役過(guò)程中不僅受到靜載荷或變動(dòng)載荷作用，而且受到不同程度的沖擊載荷的作用。在設(shè)計(jì)和制造受沖擊載荷的零件和工具時(shí)，必須考慮所用材料 沖擊吸收功或沖擊韌度。 在沖擊載荷下工作的零件，很少是受大能量一次沖擊而破壞的；往往是受小能量多次重復(fù)沖擊而破壞的。 試驗(yàn)表明：在沖擊能量不太大的情況下，其承受反復(fù)沖擊的能力主要取決于強(qiáng)度，而不是很高的沖擊韌性ak 。,4.沖擊韌性,實(shí)驗(yàn)時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)試樣放在沖擊試驗(yàn)機(jī)的支座上，然后把質(zhì)量為m的擺錘提升h1高度，擺錘由此高度落時(shí)將試樣沖斷，度升到h2高度。因此，沖斷試樣所消耗的功為 Ak=mg(h1-h2) 沖

12、擊吸收功Ak越大，沖擊韌性越好。沖擊值低的材料即脆性材料，如鑄鐵，其Ak值很低，因此不能用來(lái)制造需承受沖擊載荷的零件。除了材料性質(zhì) 以外，沖擊功還與試樣形狀、尺寸、表面粗糙度、內(nèi)部組織和缺陷有關(guān)。,4.沖擊韌性,在交變應(yīng)力作用下，零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%機(jī)件失效是由于疲勞破壞。 疲勞強(qiáng)度金屬材料在無(wú)數(shù)次交變載荷作用下而不致于引起斷裂的最大應(yīng)力。,5.疲勞強(qiáng)度,一段鐵絲彎一次一般不會(huì)斷，但經(jīng)反復(fù)彎折，或早或遲就會(huì)斷開(kāi)。這是什么原因呢？這里面涉及到材料的一個(gè)基本特性疲勞。,5.疲勞強(qiáng)度,讓我們看看鐵絲是怎

13、樣被彎斷的。在這個(gè)狀態(tài)下，鐵絲上表面的材料處于拉伸應(yīng)力中，而下表面材料處于壓縮應(yīng)力中。當(dāng)彎曲的方向改變時(shí)，上表面和下表面受力也發(fā)生變化。 由于反復(fù)的彎曲鐵絲，鐵絲上下表面不斷的處于拉伸-壓縮-拉伸這樣的交替應(yīng)力中。材料在這種反復(fù)應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度要低于靜止應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度。當(dāng)達(dá)到一定的彎曲次數(shù)后，鐵絲就斷了。,應(yīng)力越大，壽命越短 一根鐵絲，反復(fù)彎曲的越厲害，鐵絲斷裂所需要彎曲的次數(shù)越少，斷裂的越迅速。這符合我們的生活直覺(jué)的。 疲勞壽命具有累積性 比如，一根鐵絲在彎曲一千次的時(shí)候會(huì)斷裂。如果今天彎曲了一百次，擱置一邊，第二天繼續(xù)彎曲，那么需要再?gòu)澢嗌俅?，鐵絲才會(huì)斷裂呢？是不是鐵絲在休息了一夜之

14、后，壽命又恢復(fù)到了一千次？不是的。由于你在前一天已經(jīng)彎曲了它一百次，你只要再?gòu)澢虐俅嗡蜁?huì)斷裂了。這就是材料壽命的累積性。,5.疲勞強(qiáng)度,在設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用時(shí)除要根據(jù)實(shí)際工況考慮選擇材料的各項(xiàng)機(jī)械性能參數(shù)，還要充分考慮金屬材料的物理性能、化學(xué)性能等，這些性能在特殊要求的工作環(huán)境下起到非常重要的作用。 金屬材料的物理性能是：指金屬特有的屬性：如密度、磁性、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、光澤、熱膨脹性等。 金屬材料的化學(xué)性能：耐腐蝕性、抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性。,單位體積內(nèi)所含某種物質(zhì)的質(zhì)量稱不該物質(zhì)的密度。表達(dá)式如下： P=m/v P物質(zhì)密度，單位為kg/m3 m物質(zhì)質(zhì)量，單位為kg v物質(zhì)的體積，單位為m3 密

15、度是金屬材料的特性之一，不同金屬材料的密度是不同的。在體積相同的情況下，金屬材料的密度越大，其質(zhì)量(重量)也就越大。 金屬材料的密度，直接關(guān)系到它所制成設(shè)備的自重和效能。一般將密度小于5X103kg/m3的金屬稱為輕金屬。密度大于5X103kg/m3 稱為重金屬。在要求特殊和有重量要求時(shí)一般選擇合適的金屬，如航空航空天零件一般用輕金屬材料來(lái)制作。,1.物理性能度,金屬和合金從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度稱為熔點(diǎn)。 每種金屬都有同定的熔點(diǎn)。而合金的熔點(diǎn)取決于它對(duì)的成分，是個(gè)變化的值。 如，鋼和生鐵都是鐵和碳的合金，但由于含碳量不同，熔點(diǎn)也不同。 熔點(diǎn)是金屬和合金冶煉、鑄造、焊接等熱加工的重要工藝參數(shù)，

16、熔點(diǎn)高的金屬稱為難熔金屬(如鎢、鋼、釩等)，可以用來(lái)制造耐高溫零件，如在火箭、導(dǎo)彈、燃?xì)廨喓蛧姎馐斤w機(jī)上得到廣泛 應(yīng)用。熔點(diǎn)低的金屬稱為易熔金屬(如錫、鉛等)，可以用來(lái)制造印刷鉛字、保險(xiǎn)絲(鉛、錫、鉍、鎘的合金)和防火安全閥等零件。,1.物理性能度,金屬材料傳導(dǎo)熱量的性能稱為導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱性的大小通常用來(lái)熱導(dǎo)率來(lái)衡量，熱導(dǎo)率越大，金屬的導(dǎo)熱性越好。 金屬的導(dǎo)熱能力最好的是銀，其次是銅、鋁，一般合金的導(dǎo)熱性比純金屬差。 導(dǎo)熱性是金屬材料的重要性能之一，在制定焊接、鑄造、鑄造和熱處理工藝時(shí)，除了考慮熔點(diǎn)以外還必須考慮材料的導(dǎo)熱性，防止金屬材料在加熱或冷卻過(guò)程中形成過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力，從而使金屬材料在熱加工

17、后產(chǎn)生變形或破壞。 導(dǎo)熱性好的金屬其散熱性能好，因些在制造散熱器、熱交換與活塞等零件時(shí)要選用導(dǎo)熱性好的金屬材料，如使用銅和鋁材料做散熱器和暖氣片。,1.物理性能度,金屬材料傳導(dǎo)電流的性能稱為導(dǎo)電性。衡量金屬材料導(dǎo)電性的指標(biāo)是電阻率，電阻率是用來(lái)表示各種物質(zhì)電阻特性的物理量。 電阻率越小，金屬導(dǎo)電性能越好，金屬導(dǎo)電性以銀為是好，銅、鋁次之。合金的導(dǎo)電性比純金屬差，導(dǎo)電性好的金屬如純銅、純鋁，適合做導(dǎo)電材料，如用它制作電纜和電線；導(dǎo)電性差的金屬如鐵鉻鋁合金適于做電熱元件 。,1.物理性能度,金屬材料隨著溫度變化而發(fā)生膨脹或收縮的特性物稱為熱膨脹性。 一般來(lái)說(shuō)，金屬受熱時(shí)膨脹，體積增大；冷卻時(shí)收縮，

18、體積減少。熱膨脹性大小用線脹系數(shù)和體脹系數(shù)表示。體脹系數(shù)近似為線脹系數(shù)的3倍。在很多實(shí)際工作中需要考慮材料熱脹冷縮的影響 。例如，在加工工件時(shí)要在溫度底時(shí)測(cè)量工件的尺寸，否者就很容易 出廢品一。,1.物理性能度,金屬材料在磁場(chǎng)中受到磁化能吸引金屬的性能稱為磁性。 根據(jù)金屬材料在磁場(chǎng)中受到磁化程度的不同，可將金屬材料分為鐵磁性材料(如鐵，鈷等)、順磁性材料(如錳、鉻等)和抗磁性材料(如銅、鋅等)3類。 鐵磁性材料在外磁場(chǎng)中能強(qiáng)烈地被磁化；順磁性材料在外磁場(chǎng)中只能微弱地被磁化；抗磁性材料能抗拒或消弱外磁場(chǎng)對(duì)材料本身的磁化作用。 工程上使用的磁性料是鐵磁性材料，鐵磁性材料可用于制造變壓器、電動(dòng)機(jī)、測(cè)

19、試儀表等。順磁材料用于電磁鐵、電器開(kāi)關(guān)、電機(jī)、液壓控制開(kāi)關(guān)等，抗磁性材料則用做要求避免電磁場(chǎng)干擾的零件和結(jié)構(gòu)材料。 鐵磁材料在溫度升高到一定數(shù)值時(shí)，磁性被破壞，變?yōu)轫槾朋w，這個(gè)轉(zhuǎn)變溫度稱為居里點(diǎn)，在工程上常按需要來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)變。,1.物理性能度,金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其他 化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力，稱為耐腐蝕性。因機(jī)械工作環(huán)境的復(fù)雜性，一些介質(zhì)的腐蝕作用對(duì)金屬材料的危害很大。它不僅使金屬材料本身受到損傷，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使金屬構(gòu)件遭到破壞，引起重大事故。這種現(xiàn)象在制藥、化肥生產(chǎn) 、制酸、制大堿、醫(yī)療等部門(mén)表現(xiàn)的尤為突出。因此，提高 金屬材料的耐腐蝕性能對(duì)于延長(zhǎng)金屬材料的使用壽命具有現(xiàn)實(shí) 的經(jīng)

20、濟(jì)意義。,2.化學(xué)性能,金屬材料在加熱時(shí)抵抗氧化作用的能力，稱為抗氧化性。 金屬材料的氧化隨溫度升高而加劇。例如，鋼材在鑄造、鑄造、熱處理和焊接等熱加工時(shí)表面的氧化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，這不僅造成材料的過(guò)量損耗，還可能形成各種缺陷。為此，在加工時(shí)常在工件的周圍形成一種保護(hù)氣層，避免金屬材料的氧化。,2.化學(xué)性能,化學(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱 。金屬材料在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定 性稱為熱穩(wěn)定性。在高溫條件下工作的設(shè)備 (如鍋爐、加熱設(shè)備、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等)上的部件 應(yīng)選用 熱穩(wěn)定,2.化學(xué)性能,工藝性能是指金屬材料對(duì)不同加工藝方法的適應(yīng)能力，即金屬材料采用某種加工方法制成產(chǎn)品的難易程度。

21、 金屬材料的工藝性能包括鑄造性能、鑄造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能等。 工藝性能直接影響到零件制造工藝和質(zhì)量，是選材的制訂零件加工工藝路線時(shí)必須考慮的因素 之一。,金屬在鑄造成形過(guò)程中獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄造性能。衡量鑄造性能的主要指標(biāo)有流動(dòng)性、收縮 性和偏析等。 (1)流動(dòng)性。熔融金屬的流動(dòng)能力稱為流動(dòng)性。它主要受金屬化學(xué)成分和澆注積溫度等影響。流動(dòng)性動(dòng)金屬容易充滿鑄型，從而獲得外形完整、尺寸精確、輪廓清晰的鑄件。 (2)收縮性：縮不僅影響鑄件的尺寸精度，還會(huì)使鑄件產(chǎn)生縮孔、疏松、內(nèi)應(yīng)力、變形和開(kāi)裂等缺陷。故用于鑄造的金屬其收縮越小越好。 的材料來(lái)制造。 (3)偏析：金屬凝固后

22、，內(nèi)部化學(xué)成分中組織的不均勻現(xiàn)象穭為偏析。偏析嚴(yán)重時(shí)能使鑄鐵產(chǎn)生鑄造缺陷。,1.鑄造性能,了解金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，對(duì)掌握金屬材料的性能是非常重 的，這使用于理解 微觀的粒子結(jié)構(gòu)，在分析問(wèn)題時(shí)引入了一些簡(jiǎn)單、抽象的模型，便于學(xué)習(xí)過(guò)程中的理解和掌握。 自然界中的固態(tài)物質(zhì)，雖然外表各異、種類繁多，但都是由原子或分子堆積而成的。根據(jù)內(nèi)部原子堆積的情況，通常可以分為晶體和非晶體兩大類。,晶體原子排列結(jié)構(gòu) 非晶體原子排列結(jié)構(gòu),單晶體 多晶體,提示：不同元素組成的金屬晶體因晶格形式及晶格常數(shù)的不同，表現(xiàn)出不同的物理、化學(xué)和力學(xué)性能；金屬的晶體結(jié)構(gòu)可用X射線結(jié)構(gòu)分析技術(shù)進(jìn)行測(cè)定。,晶向,3. 金屬晶體常見(jiàn)的晶

23、體類型(2/9),3. 金屬晶體常見(jiàn)的晶體類型(3/9),3. 金屬晶體常見(jiàn)的晶體類型(4/9),3. 金屬晶體常見(jiàn)的晶體類型(5/9),由于原子排列緊密程度不一樣,當(dāng)金屬?gòu)拿嫘牧⒎骄Ц裣蝮w心立方晶格轉(zhuǎn)變時(shí), 體積會(huì)發(fā)生變化；這是鋼在淬火時(shí)因相變而發(fā)生體積變化的原因； 不同晶體結(jié)構(gòu)中原子排列的方式不同, 使它們的形變能力不同。,3. 金屬晶體常見(jiàn)的晶體類型(6/9),3. 金屬晶體常見(jiàn)的晶體類型(7/9),3. 金屬晶體常見(jiàn)的晶體類型(8/9),3. 金屬晶體常見(jiàn)的晶體類型(9/9),4.晶體的缺陷(1/5),4.晶體的缺陷(2/7),空位 間隙原子,4.晶體的缺陷(3/7),4.晶體的缺陷(

24、4/7),4.晶體的缺陷(5/7),4.晶體的缺陷(6/7),面缺陷的種類 面缺陷包括晶界和亞晶界。晶界是晶粒與晶粒之間的界面，另外，晶粒內(nèi)部也不是理想晶體，而是由位向差很小的稱為嵌鑲塊的小塊所組成，稱為亞晶粒，亞晶粒的交界稱為亞晶界。,4.晶體的缺陷(6/7),由于晶界處原子排列不規(guī)則，偏離平衡位置，因而使晶界上原子的平均能量高于晶內(nèi)原子的平均能量，這部分高出的能量稱為晶界能。晶界能的存在和原子排列不規(guī)則使晶界具有一系列不同于晶內(nèi)的特性。 晶界比晶內(nèi)易受腐蝕，晶界處熔點(diǎn)低，晶晶界對(duì)塑性變形的阻礙作用等。在常溫下，晶界處不易產(chǎn)生塑性變形，故晶界處硬度和強(qiáng)度均較晶內(nèi)高。晶粒越細(xì)小，晶界亦多，則金

25、屬的強(qiáng)度和硬度亦越高。,前言,1.合金的基本概念,1.合金的基本概念,1.合金的基本概念,1.合金的基本概念,2.合金的相結(jié)構(gòu),固溶體的分類： 按溶質(zhì)原子在晶格中所占位置不同，固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體。 置換固溶體：溶質(zhì)原子占據(jù)了溶劑原子晶格結(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體稱為置換固溶體。,2.合金的相結(jié)構(gòu),置換固溶體 間隙固溶體,形成置換固溶體時(shí)，溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的溶解度主要取決于兩者晶格類型、原子直徑的差別和它們?cè)谥芷诒淼南嗷ノ恢谩?當(dāng)溶質(zhì)與溶劑原子半徑相接近時(shí)，溶質(zhì)原子不能處于溶劑晶格的間隙中，而只能占據(jù)溶劑晶格的結(jié)點(diǎn)位置，保持溶劑晶格不變，但引起晶格常數(shù)的改變。 根據(jù)固溶體中溶劑原

26、子溶解情況 ，置換固溶體又分為有限 溶體和無(wú)限固溶體。 若溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解量受到限制，只能部分占據(jù)溶劑 晶格的結(jié)點(diǎn)位置，則稱為有限固溶體； 若兩組元可以按任意比例溶解，即溶劑原子能無(wú)限制地占據(jù) 溶劑晶格的結(jié)點(diǎn)，則形成無(wú)限固溶體。.,2.合金的相結(jié)構(gòu),由于溶質(zhì)原子的溶入，會(huì)引起固溶體晶格發(fā)生畸變，使合金的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降。這種通過(guò)溶入原子，使合金強(qiáng)度和硬度提高的方法叫固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化是提高材料力學(xué)性能的重要途徑之一。,2.合金的相結(jié)構(gòu),(2)金屬化合物 金屬化合物是合金元素間發(fā)生相互作用而生成 的具有金屬性質(zhì) 的一種新相，其晶格類型和性能不同于合金中的任一一組成元素，一般可

27、有分子式來(lái)表示。 金屬化合物一般具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高、硬而脆。當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，通常能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但會(huì)降低塑性和韌性。 金屬化合物是各種合金鋼、硬質(zhì)合金及許多非鐵金屬的重要組成相。,1.結(jié)晶的概念,晶體物質(zhì)都有一個(gè)平衡結(jié)晶溫度(溶點(diǎn))，液體低于這一溫度時(shí)才能結(jié)晶，固體高于這一溫度時(shí)便發(fā)生熔化。 在平衡結(jié)晶溫度，液體與晶體同時(shí)共存，處于平衡狀態(tài)。 非晶體物質(zhì)無(wú)固定的凝固溫度，凝固總是在某一溫度范圍逐漸完成。,2.純金屬的結(jié)晶 (1/5),2.純金屬的結(jié)晶 (2/5),2.純金屬的結(jié)晶 (3/5),液態(tài)金屬 形成晶核 晶核長(zhǎng)大 部分結(jié)晶 完全晶體程,2.純金屬的結(jié)晶

28、 (4/5),【非自發(fā)形核】在實(shí)際生產(chǎn)中，金屬液體內(nèi)常存在各種固態(tài)的雜質(zhì)微粒。金屬結(jié)晶時(shí)，依附于這些雜質(zhì)的表面形成晶核比較容易。這種依附于雜質(zhì)表面而形成晶核的過(guò)程稱為非自發(fā)形核。 能起非自發(fā)晶核作用的雜質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)和晶體參數(shù)應(yīng)與金屬的相似，這樣它才能成為非自發(fā)晶核的基底。 自發(fā)晶核和非自晶核同時(shí)存在于金屬液 中，但非自發(fā)形核往往起優(yōu)先和主導(dǎo)作用,2.純金屬的結(jié)晶 (5/5),由于每個(gè)晶粒的位向不同，使它們相遇時(shí)不能合為一體，這些晶粒與晶粒之間的分界面稱為晶界,3.金屬結(jié)晶后的晶粒大小控制 (1/2),純金屬的多晶體顯微組織,3.金屬結(jié)晶后的晶粒大小控制 (2/2),工業(yè)上常用以下方法來(lái)細(xì)化晶

29、粒： 增加過(guò)冷度：隨著過(guò)冷度的增加，形核率和長(zhǎng)大速度都會(huì)增加，但形核率增加比長(zhǎng)大速度增加要快，所以產(chǎn)生的晶核數(shù)目增加。因此，通過(guò)加快冷卻速度，即增加過(guò)冷度，可使晶粒細(xì)化。 變質(zhì)處理：在金屬液中加入一些難熔的變質(zhì)劑（高熔點(diǎn)的固體微粒），以增加結(jié)晶核心的數(shù)目，從而細(xì)化晶粒，這種方法稱變質(zhì)處理。變質(zhì)處理在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，特別對(duì)體積大的金屬很難獲得大的過(guò)冷度時(shí)，采用變質(zhì)處理可有效地細(xì)化晶粒。 附加振動(dòng)：在金屬結(jié)晶時(shí)、施以機(jī)械振動(dòng)、電磁振動(dòng)、超聲波振動(dòng)等方法，可使金屬在結(jié)晶初期形成的晶粒破碎，以增加晶核數(shù)目，起到細(xì)化晶粒的目的。,4.金屬同素異晶轉(zhuǎn)變(1/2),大多數(shù)的金屬結(jié)晶后，在繼續(xù)冷卻過(guò)程中，其晶

30、體結(jié)構(gòu)不再發(fā)生變化。但某些金屬在固態(tài)下，因所處溫度不同，而具有不同的晶格形式。 同素異晶轉(zhuǎn)變 金屬在固態(tài)下隨溫度的變化，由一種晶格變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象，稱為金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變。由同素異晶轉(zhuǎn)變所得到的不同晶體的晶體，稱為同素異晶體。 液態(tài)純鐵冷卻到1538時(shí)，結(jié)晶成具有體心立方晶格的-Fe；繼續(xù)冷到1394時(shí)發(fā)生同素異晶的轉(zhuǎn)變，體心立方晶格-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц?Fe；再繼續(xù)冷卻到912時(shí)，-Fe又轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格的-Fe。 純鐵變?yōu)楣虘B(tài)后發(fā)生了兩次同素異晶轉(zhuǎn)變。,4.金屬同素異晶轉(zhuǎn)變(1/2),同素異晶的重結(jié)晶（二次結(jié)晶） 金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變是金屬?gòu)囊环N晶格類型的固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型固

31、態(tài)的轉(zhuǎn)變。它也是一個(gè)結(jié)晶過(guò)程，只不過(guò)這個(gè)結(jié)晶是在固態(tài)下進(jìn)行的，因此把這種固態(tài)轉(zhuǎn)固態(tài)的結(jié)晶稱為重結(jié)晶或二次結(jié)晶。 重結(jié)晶的特點(diǎn) (a)需要較大的過(guò)冷度 ：重結(jié)晶的過(guò)程遵循結(jié)晶規(guī)律。有一定的轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變時(shí)需要過(guò)冷、有潛熱產(chǎn)生。轉(zhuǎn)變過(guò)程也是由晶核的形成和晶核的長(zhǎng)大來(lái)完成的。但由于同素異晶轉(zhuǎn)變是在固態(tài)下進(jìn)行的，其原子擴(kuò)散要比液態(tài)下困難的多，因此轉(zhuǎn)變需要較大的過(guò)冷度。 (b)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力：當(dāng)晶體從一種晶格類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型時(shí)，有致密度的變化，則會(huì)引起晶體體積的變化，而產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。 例如，-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe時(shí)，鐵的體積會(huì)膨脹約1%，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致工件變形和開(kāi)裂。 同素異晶轉(zhuǎn)變是金

32、屬的一個(gè)重要性能，凡具有同素異晶轉(zhuǎn)變的金屬及合金，都可用熱處理方法改變其性能。,5.合金的結(jié)晶概念,6.二元合金相圖,7.二元合金相圖的建立,7.二元合金相圖的建立,(3)Cu-Ni合金相圖簡(jiǎn)介 A點(diǎn)為純銅的熔點(diǎn)(10830C)；B為純鎳的熔點(diǎn)(14450C)； 為液相線，在此線以上，合金為液相L； 為固相線，在此線以下，合金處于固相，金屬相為Cu-Ni組成的無(wú)限固溶體，用表示； 液相與固相線之間為固液相兩相共存區(qū)。即L+a.,液相線,固相線,液相區(qū),固相區(qū),液相線,7.二元合金相圖的建立,(4)合金結(jié)晶過(guò)程分析 以x0點(diǎn)成分的Cu-Ni合金為例，分析結(jié)晶過(guò)程： 在1點(diǎn)溫度以上，合金為液相L。

33、緩慢冷卻至1-2溫度之間時(shí)，合金發(fā)生勻晶反應(yīng)，從液相逐漸結(jié)晶出固溶體。2點(diǎn)溫度以下，合金全部結(jié)晶為固溶體。,1,2,0-1,1-2,2-3,1,2,3,與純金屬一樣，固溶體從液相中結(jié)晶出來(lái)的過(guò)程中，也包括形核與長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程，同時(shí)，在兩相區(qū)間，當(dāng)溫度一定時(shí)，兩相成分(即Ni)是確定的，固溶體結(jié)晶時(shí)成分是變化的(L相沿l1 l2變化，a相沿C1-C2變化)，緩慢冷卻時(shí)由于原子的擴(kuò)散充分進(jìn)行，形成 的是成分均勻的固溶體。,為使金屬材料形成所需要的形狀和尺寸，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用鍛造、擠壓、軋制、沖壓、拉拔、車、銑、刨、鉆等加工方法。通過(guò)壓力加工時(shí)的塑性變形，金屬材料的組織和性能得到一定的那改善。,各種

34、金屬制品在工作時(shí)要受到外力的作用，具有一定塑性的金屬材料在受外力而破壞時(shí)總要經(jīng)過(guò)塑性變形階段。 研究金屬塑性變形的規(guī)律對(duì)改善產(chǎn)品質(zhì)量和合理使用金屬材料都具有十分重要的意義。,沖圧,1.金屬材料變形特性,2.單晶體的塑性變形(1/8),2.單晶體的塑性變形(2/8),2.單晶體的塑性變形(3/9),外力在上的分解晶面,切應(yīng)力作用下的滑移變形,鋅單晶拉伸照片,2.單晶體的塑性變形(4/8),2.單晶體的塑性變形(5/8),2.單晶體的塑性變形(6/8),拉伸時(shí)晶體轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖,2.單晶體的塑性變形(7/8),2.單晶體的塑性變形(8/8),孿生與滑移的主要區(qū)別,3.多晶體的塑性變形(1/4),3.多

35、晶體的塑性變形(2/4),多晶體金屬的塑性變形抗力比相同材料單晶體要大的很多。,3.多晶體的塑性變形(3/4),晶向示意圖,3.多晶體的塑性變形(4/4),4.塑性變形后金屬的性能(1/7),4.塑性變形后金屬的性能(2/7),4.塑性變形后金屬的性能(3/7),4.塑性變形后金屬的性能(4/7),4.塑性變形后金屬的性能(5/7),4.塑性變形后金屬的性能(6/7),按照殘余應(yīng)力平衡范圍的不同，通常可將其分為三種：,4.塑性變形后金屬的性能(7/7),5.熱變形加工與冷變形加工,6.熱變形加工與冷變形加工的區(qū)別,7.金屬的熱加工(1/6),7.金屬的熱加工(2/6),7.金屬的熱加工(3/6

36、),黃銅60%變形 270度再結(jié)晶 350度再結(jié)晶 750度再結(jié)晶,7.金屬的熱加工(4/6),7.金屬的熱加工(5/6),7.金屬的熱加工(6/6),8.金屬熱變形加工時(shí)性能的變化,8.金屬熱變形加工時(shí)性能的變化,鋼鐵材料是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的材料。雖然它們的種類很多，但都是以鐵和碳作為基本組元的合金。 要了解鐵碳合金，首先應(yīng)研究鐵碳相圖。 鐵碳相圖是研究在平衡狀態(tài)下，鐵碳合金成分、組織和性能之間的關(guān)系及其變化規(guī)律的重要工具，掌握鐵碳相圖對(duì)于制定鋼鐵材料的加工工藝具有重要的指導(dǎo)意義。,由于鐵和碳之間相互作用的復(fù)雜性，鐵和碳可以形成Fe3C、 Fe2C 、 FeC 等一系列穩(wěn)定的化合物，而

37、穩(wěn)定的化合物可以作為一個(gè)獨(dú)立的的組元，因此，整個(gè)鐵碳相圖可以分解為Fe- Fe3C 、Fe3C- Fe2C 、 Fe2C- FeC等一系列二元相圖。 鑒于C5%的鐵碳合金沒(méi)有實(shí)用價(jià)值，研究的鐵碳相圖，實(shí)際上是Fe和Fe3C二個(gè)基本組元組成Fe- Fe3C相圖。,要了解鐵碳合金，首先應(yīng)研究鐵碳相圖,1. 純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。,2. 純鐵的同素異構(gòu)體轉(zhuǎn)變過(guò)程(1/2),由于純鐵具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，因而才有可能對(duì)鋼和鑄進(jìn)行各種熱處理，以改變其組織和性能。,2. 純鐵的同素異構(gòu)體轉(zhuǎn)變過(guò)程(2/2),金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的一般規(guī)律：

38、 金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬的結(jié)晶過(guò)程相似，遵循結(jié)晶的一般規(guī)律： (a)在發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，需要過(guò)冷，也會(huì)放出潛熱； (b)新同素異構(gòu)晶體的形成也包括形核和長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程來(lái)完成的；,例如 -Fe轉(zhuǎn)變?yōu)?- Fe時(shí)，鐵的體積會(huì)膨脹約1。它可引起鋼淬火時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力， 嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致工件變形和開(kāi)裂。,3. 鐵碳合金的基本組織(1/4),碳溶于-Fe中形成的間隙溶體稱為鐵素體，常用F表示。由于體心立方晶格原子間的空隙較小，碳在-Fe中的溶解度很低，在727時(shí)溶碳量最大，可達(dá)0.0218%。隨著溫度的下降溶碳量逐漸減小，在600時(shí)溶碳量約為0.0057%，在室溫時(shí)溶碳量幾乎為零(約為0.0008%)。,鐵

39、素體的力學(xué)性能幾乎與純鐵相同，其強(qiáng)度和硬度很低，但具有良好的塑性和韌性。工業(yè)純鐵(C0.02%)在室溫時(shí)的組織即鐵素體晶粒組成。,3. 鐵碳合金的基本組織(2/4),3. 鐵碳合金的基本組織(4/4),1. 鐵碳合金的相圖,2. 鐵碳合金的相圖分析(1/8),主要特性點(diǎn) 在鐵碳相圖中，有很多晶相轉(zhuǎn)換點(diǎn)，這些點(diǎn)代表著鐵碳合金在冷卻或加熱的過(guò)程中，鐵碳合金鋼內(nèi)晶相的變化，各個(gè)點(diǎn)代表的溫度如下,2. 鐵碳合金的相圖分析(2/8),主要相區(qū) (1)三個(gè)單相區(qū) 液相區(qū)：ACD以上區(qū)為液相區(qū)，用字符L表示； 奧氏體相區(qū)：AESGA區(qū)，用字符A表示，E點(diǎn)對(duì)應(yīng)的成分(2.11%)，是碳在鐵素體中的最大溶解度

40、鐵素體相區(qū)：GPQG區(qū)，用字符F表示，P點(diǎn)對(duì)應(yīng)成分(0.0218%)是碳在鐵素體中的最大溶解度。 滲碳體相區(qū)：DFK垂線為滲碳體相區(qū)，表明滲碳體具有固定成分。,2. 鐵碳合金的相圖分析(3/8),(2)五個(gè)兩相區(qū) L+A兩相區(qū)：ACEA區(qū)域，凡是含碳量C4.3%的液相緩冷到液相線(AC線)對(duì)應(yīng)的溫度時(shí)，都會(huì)結(jié)晶出奧氏體。在此區(qū)內(nèi)液相和奧氏體共存在，并處于平衡。 F+A兩相區(qū)：GSPG區(qū)域，含碳量C0.77%的鐵碳合金緩冷至GS線對(duì)應(yīng)的溫度時(shí)，將由奧氏體中析出鐵素體。奧氏體的含碳量隨溫度降低，沿GS線變化至0.77%。GS線是從奧氏體中析出鐵素體的開(kāi)始線。 在此區(qū)內(nèi)，與奧氏體平衡的鐵素體，其含碳

41、最量隨溫度降低沿GP線變化至0.0218%，C0.0218的鐵碳合金，當(dāng)緩冷至GP線對(duì)應(yīng)溫度時(shí)，奧氏體全部轉(zhuǎn)變成鐵素體。,2. 鐵碳合金的相圖分析(4/8),A+Fe3C兩相區(qū)：EFKSE區(qū)域，在此區(qū)內(nèi)奧氏體中的含碳量C隨溫度的降低沿ES線從2.11%變化到0.77%。由于奧氏體中含碳量的減少，將由奧氏體中析出滲碳體，稱為二次滲碳體(Fe3C)。 ES線是C0.77%合金中碳在奧氏體中的溶解度曲線，是Fe3C從奧氏體析出的開(kāi)始線。 L+Fe3C兩相區(qū)：CDFC區(qū)域，凡是含碳量C4.3%的液相，緩冷到液相線(CD線)對(duì)應(yīng)溫度時(shí)，都會(huì)結(jié)晶出滲碳體，稱為一次滲碳體(Fe3C1),2. 鐵碳合金的相圖

42、分析(5/8),F+Fe3兩相區(qū)：PKLQP區(qū)域。PQ線為碳在鐵素體中的溶解度曲線。當(dāng)合金從7270C緩冷至室溫時(shí)，碳在鐵素體中的溶解度沿PQ線變化，并析出三次滲碳體(Fe3C),L,Q,2. 鐵碳合金的相圖分析(6/8),二個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變 共晶轉(zhuǎn)變：ECF水平線為鐵碳合金的共晶轉(zhuǎn)變線。C點(diǎn)為共晶點(diǎn)，C點(diǎn)成分(c=4.3%)的液相在1148時(shí)結(jié)晶出E點(diǎn)成分(c=2.11%)的奧氏體和F點(diǎn)成分(c=6.69%)的滲碳體。 共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是奧氏體與滲碳體的機(jī)械混合物，稱為萊氏體，用符號(hào)Ld表示。 凡是c=2.11%-6.69%的鐵碳合金都會(huì)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。 萊氏體體中，滲碳體是一個(gè)連續(xù)分布的基體相，奧氏體

43、則呈顆粒狀分布在滲碳體基體中。由于滲碳體很脆，所以萊氏體是一種塑性很差的組織。,2. 鐵碳合金的相圖分析(7/8),共析轉(zhuǎn)變：PSK水平線為鐵碳合金的共析轉(zhuǎn)變線。S點(diǎn)為共析點(diǎn)，S點(diǎn)的成分(c=0.77%) 的奧氏體在727時(shí)析出P點(diǎn)成分(c=0.0218%)的鐵素體和K點(diǎn)成分(c=6.69%)的滲碳體。此轉(zhuǎn)變稱為共析轉(zhuǎn)變。 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物，稱為珠光體，符號(hào)為P。共析轉(zhuǎn)變溫度常標(biāo)為A1溫度，共析線也稱為A1線。,2. 鐵碳合金的相圖分析(8/8),三條重要的固態(tài)轉(zhuǎn)變線： GS線：奧氏體開(kāi)始析出鐵素體或鐵素體全部溶入奧氏體轉(zhuǎn)變線。 ES線：碳在奧氏體中的溶解限度線。低于此溫度

44、時(shí)，奧氏體中將析出滲碳體，稱為二次滲碳體Fe3C，以區(qū)別于從液體中經(jīng)CD線析出的一次滲碳體Fe3C。 PQ線：碳在鐵素體中的溶解度線。在727時(shí)，碳在鐵素中的最大溶解度為0.0218%，600時(shí)降為0.008%，因此鐵素體在冷卻過(guò)程中，將析出滲碳體，稱為三次滲碳體Fe3C。,1. 鋼和生鐵的劃分(1/6),E點(diǎn)成分是鋼與生鐵的分界線； E點(diǎn)左邊的鐵碳合金稱為鋼( 含碳量小于0.0218%的稱為純鐵)。E點(diǎn)右邊的稱為生鐵。 工業(yè)純鐵( c0.0218%) 常溫組織為F，F(xiàn)e3CIII，數(shù)量極少，經(jīng)常忽略。,1. 鋼和生鐵的劃分(2/6),2.鋼(0.0218 %c2.11%) 鋼的共同特點(diǎn)是在A

45、ESG區(qū)域中全是A組織，當(dāng)溫度下降時(shí)，A發(fā)生如下的轉(zhuǎn)變： (a)若鋼的含碳量等于0.77%時(shí)，A在727 時(shí)全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，即A P； (b)若含碳量小于0.77%時(shí)，則A在GS線首先析出F，冷卻到PSK線時(shí)剩余的A發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镻，最后的組織為F+P； (c)若含碳量大于0. 77%時(shí)，則A在ES線首先析出二次滲碳體， 冷卻到PSK線時(shí)，A發(fā)生共析反應(yīng)變成P，最后的組織為P+Fe3CII，所以根據(jù)A析出的情況，鋼可分為三種：,1. 鋼和生鐵的劃分(3/6),亞共析鋼：(0.02180.77) %C,常溫組織為F+P。 共析鋼：C=0.77%，常溫組織為P。 過(guò)共析鋼：(0.772.11

46、) %C，常溫組織為P+Fe3CII。 3.生鐵(白口鐵) (2.116.69) %C 生鐵的共同特點(diǎn)是在ECF線上都有共晶反應(yīng)，都有萊氏體的組織存在。生鐵也分為三種： 亞共晶生鐵：(2.114.3)%C，常溫組織為：P+Fe3CII+Ld 。 共晶生鐵：C=4.3%，常溫組織為L(zhǎng)d 。 過(guò)共晶生鐵：(4.36.69)%C，常溫組織為L(zhǎng)d+Fe3CI 。 在1148727之間的萊氏體是A 與滲碳體組成的混合物，在727以下的萊氏體是P與滲碳體組成的混合物，萊氏體的性能基本上與滲碳體相同，因此，上述這三種不同的組織的鑄鐵統(tǒng)稱為白口鑄鐵。,1.工業(yè)純鐵,以含碳0.01的鐵碳合金為例，其冷卻曲線和平

47、衡結(jié)晶過(guò)程如下。 合金在1點(diǎn)以上為液相L； 冷卻至稍低于1點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始從L中結(jié)晶出 ，至2點(diǎn)合金全部結(jié)晶為 。從3點(diǎn)起， 逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)锳 至4點(diǎn)全部轉(zhuǎn)變完。,4-5點(diǎn)間A冷卻不變。 自5點(diǎn)始，從A中析出F 。F在A晶界處生核并長(zhǎng)大，至6點(diǎn)時(shí) 全部轉(zhuǎn)變?yōu)镕 。 在6-7點(diǎn)間 冷卻不變。 在7-8點(diǎn)間，從F晶界析出Fe3C。因此合金的室溫平衡組織為F+ Fe3C 。F呈白色塊狀； Fe3C量極少，呈小白片狀分布于F晶界處。若忽略Fe3C ，則組織全為F 。,2.共析鋼的結(jié)晶過(guò)程,圖中表示共析鋼（ Wc0.77），合金在1點(diǎn)以上為液體（L），當(dāng)緩冷至稍低于1點(diǎn)溫度時(shí)，開(kāi)始從液體中結(jié)晶出奧氏體（A），A的

48、數(shù)量隨溫度的下降而增多。溫度降到2點(diǎn)時(shí)，液體全部結(jié)晶為奧氏體。2S點(diǎn)之間，合金是單一奧氏體相。繼續(xù)緩冷至S點(diǎn)時(shí)，奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變成珠光體（P）。727以下，P基本上不發(fā)生變化。故室溫下共析鋼的組織為P。 共析鋼的結(jié)晶過(guò)程如下圖,3.亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程,圖 36中合金表示亞共析鋼。合金在1點(diǎn)以上為液體。緩冷至稍低于1點(diǎn)，開(kāi)始從液體中結(jié)晶出奧氏體，冷卻到2點(diǎn)結(jié)晶終了。在23點(diǎn)區(qū)間，合金為單一的奧氏體組織，當(dāng)冷卻到與GS線相交的3點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始從奧氏體中析出時(shí)，就會(huì)將多余的碳原子轉(zhuǎn)移到奧氏體中，引起未轉(zhuǎn)變的奧氏體的含碳量增加。沿著GS線變化。當(dāng)溫度降至4點(diǎn)（727）時(shí)，剩余奧氏體含碳量增加到了W

49、c0.77，具備了共析轉(zhuǎn)變的條件，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。原鐵素體不變保留了在基體中。4點(diǎn)以下不再發(fā)生組織變化。故亞共析鋼的室溫組織為鐵素體珠光體。亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程如圖38所示。,4.過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程,圖 3-6中合金表示過(guò)共析鋼。合金在1點(diǎn)以上為液體，當(dāng)緩冷至稍低于1點(diǎn)后，開(kāi)始從液體中結(jié)晶出奧氏體，直至2點(diǎn)結(jié)晶終了。在23點(diǎn)之間是含碳時(shí)為合金奧氏組織。緩冷至3點(diǎn)時(shí)，奧氏體中開(kāi)始沿晶界析出滲碳體（即二次滲碳體）。隨著溫度不斷降低，由奧氏體中析出的二次滲碳愈來(lái)愈多，而奧氏體中的含碳量不斷減少，并沿著ES線變化。34點(diǎn)之間的組織為奧氏體二次滲碳體。降至4點(diǎn)（727）時(shí)，奧氏體的成分達(dá)到了共析成分，于是這部分奧氏體發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。在4點(diǎn)以下，合金的組織不再發(fā)生變化。故室溫組織為珠光體二次滲碳體。過(guò)共析鋼結(jié)晶過(guò)程如圖