1、金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)主講教師：陳主講教師：陳 云云聯(lián)系電話：聯(lián)系電話：1897169955318971699553QQQQ：381183168381183168EmailEmail： Metal Technology 金屬工藝學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)3選用教材選用教材金屬工藝學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)4參考教材參考教材金屬工藝學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)5推薦網(wǎng)站推薦網(wǎng)站2、http:/ 3、http:/- 1、http:/ 相互關(guān)系相互關(guān)系重難點(diǎn)重難點(diǎn)2 理論性強(qiáng)理論性強(qiáng) 實(shí)踐性強(qiáng)實(shí)踐性強(qiáng) 無(wú)公式推導(dǎo)無(wú)公式推導(dǎo)特特 點(diǎn)點(diǎn)3在理解基礎(chǔ)上記在理解基礎(chǔ)上記憶憶 在記憶基礎(chǔ)上加在記憶基礎(chǔ)上加深理解深理解學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法金屬工藝學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)7課程學(xué)習(xí)

2、建議零的感悟 有有價(jià)值價(jià)值有有計(jì)劃計(jì)劃有有能力能力有有知識(shí)知識(shí)沒沒體現(xiàn)體現(xiàn)沒沒發(fā)揮發(fā)揮沒沒執(zhí)行執(zhí)行沒沒應(yīng)用應(yīng)用金屬工藝學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)8考核方式（閉卷）考核方式（閉卷）平時(shí)成績(jī)（平時(shí)成績(jī)（2020） 期末考試成績(jī)（期末考試成績(jī)（8080）考勤考勤作業(yè)作業(yè)測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)金屬工藝學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)9本課程的性質(zhì)及研究對(duì)象本課程的性質(zhì)及研究對(duì)象性質(zhì)：性質(zhì)：研究對(duì)象：研究對(duì)象： 2 2、各種工藝方法本身的規(guī)律性及在機(jī)械制造中的應(yīng)用和、各種工藝方法本身的規(guī)律性及在機(jī)械制造中的應(yīng)用和相互聯(lián)系；相互聯(lián)系； 3 3、金屬零件的加工工藝過(guò)程；、金屬零件的加工工藝過(guò)程； 4 4、金屬材料性能及其對(duì)加工工藝的影響；、金屬材料性

3、能及其對(duì)加工工藝的影響； 5 5、工藝方法的綜合比較等。、工藝方法的綜合比較等。 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)( (材料材料成形成形及機(jī)械制造及機(jī)械制造工藝工藝基礎(chǔ)基礎(chǔ)) )是一門研究材料是一門研究材料成形工藝和機(jī)械制造工藝的綜合性基礎(chǔ)課。成形工藝和機(jī)械制造工藝的綜合性基礎(chǔ)課。 1 1、它主要講授工程材料常用的成形方法及機(jī)械加工方法和工、它主要講授工程材料常用的成形方法及機(jī)械加工方法和工藝特點(diǎn)、機(jī)械制造過(guò)程中常用的一些技術(shù)。藝特點(diǎn)、機(jī)械制造過(guò)程中常用的一些技術(shù)。 金金 屬屬 工工 藝藝 學(xué)學(xué)熱加工工藝基礎(chǔ)熱加工工藝基礎(chǔ) 冷加工工藝基礎(chǔ)冷加工工藝基礎(chǔ) 金金屬屬材材料料導(dǎo)導(dǎo)論論金金屬屬液液態(tài)態(tài)成成形形金金

4、屬屬塑塑性性成成形形金金屬屬連連接接成成形形表表面面切切削削成成形形的的基基本本方方法法 金金 屬屬 切切 削削 加加 工工 基基 礎(chǔ)礎(chǔ)講授內(nèi)容講授內(nèi)容零件的生產(chǎn)工藝過(guò)程零件的生產(chǎn)工藝過(guò)程 選材選材選毛坯選毛坯預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理機(jī)械加工機(jī)械加工最終熱處理最終熱處理檢驗(yàn)檢驗(yàn) 應(yīng)根據(jù)零件的性能要求、受載情況、服役條件、應(yīng)根據(jù)零件的性能要求、受載情況、服役條件、工作環(huán)境等制定。工作環(huán)境等制定。選材：選材：金屬材料種類繁多，性能不一，根據(jù)零件的性能要求、服金屬材料種類繁多，性能不一，根據(jù)零件的性能要求、服役條件的不相同，再加上材料的資源、價(jià)格等多方面考慮。役條件的不相同，再加上材料的資源、價(jià)格等多方

5、面考慮。毛坯選擇毛坯選擇機(jī)械加工機(jī)械加工傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法現(xiàn)代方法現(xiàn)代方法液態(tài)成形毛坯液態(tài)成形毛坯塑性成形毛坯塑性成形毛坯連接成形毛坯連接成形毛坯粉末冶金成形粉末冶金成形型材等毛坯型材等毛坯車削、刨削、銑削車削、刨削、銑削拉削、鏜削、磨削等拉削、鏜削、磨削等數(shù)控加工、電火花加數(shù)控加工、電火花加工、激光加工等特種工、激光加工等特種加工方法加工方法最終熱處理：最終熱處理： 使材料的性能達(dá)到要求。使材料的性能達(dá)到要求。預(yù)先熱處理：預(yù)先熱處理： 為使切削加工能順利進(jìn)行，可通過(guò)預(yù)先熱處理調(diào)整硬為使切削加工能順利進(jìn)行，可通過(guò)預(yù)先熱處理調(diào)整硬度，為切削加工做好組織準(zhǔn)備。度，為切削加工做好組織準(zhǔn)備。 第一篇第一

6、篇 工程材料導(dǎo)論工程材料導(dǎo)論材料、信息、能源稱為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱。材料、信息、能源稱為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱。 復(fù)合材料復(fù)合材料工程材料工程材料金屬材料金屬材料陶瓷材料陶瓷材料高分子材料高分子材料1.11.1金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能第第1 1章章 金屬材料的主要性能金屬材料的主要性能 強(qiáng)度：強(qiáng)度：是指金屬材料在外力作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力是指金屬材料在外力作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。工程上常用的金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度工程上常用的金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度(s)和抗拉強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度(b)。 塑性：塑性：是指金屬材料在力的作用下，產(chǎn)生不可逆永久變形是指金屬材料在力的

7、作用下，產(chǎn)生不可逆永久變形而不被破壞的能力。而不被破壞的能力。%000lllll伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率斷面收縮率斷面收縮率%00AAA 硬度：硬度：是指金屬材料受壓時(shí)抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕是指金屬材料受壓時(shí)抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕劃痕的能力。劃痕的能力。 一、布氏硬度試驗(yàn)法一、布氏硬度試驗(yàn)法 布氏硬度試驗(yàn)的原理布氏硬度試驗(yàn)的原理：用一定直徑：用一定直徑D D（mmmm）的淬火鋼球或硬質(zhì)）的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，以相應(yīng)的試驗(yàn)力合金球，以相應(yīng)的試驗(yàn)力F F（N N）壓入試件表面，并保持一定的時(shí)間）壓入試件表面，并保持一定的時(shí)間，然后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試件表面的壓痕直徑，然后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試

8、件表面的壓痕直徑d d（mmmm），用試驗(yàn)力），用試驗(yàn)力除以壓痕球形表面積除以壓痕球形表面積A A（mmmm2 2）所得的商作為布氏硬度值，符號(hào)為）所得的商作為布氏硬度值，符號(hào)為HBSHBS（壓頭為鋼球時(shí)）或（壓頭為鋼球時(shí)）或HBWHBW（壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)）。（壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)）。 布氏硬度試驗(yàn)法一般用于試驗(yàn)各種硬度不高的鋼材、鑄鐵、有布氏硬度試驗(yàn)法一般用于試驗(yàn)各種硬度不高的鋼材、鑄鐵、有色金屬等，也用于試驗(yàn)經(jīng)淬火、回火但硬度不高的鋼件。色金屬等，也用于試驗(yàn)經(jīng)淬火、回火但硬度不高的鋼件。 由于布氏硬度試驗(yàn)的壓痕較大，試驗(yàn)結(jié)果能更好地代表試件的硬由于布氏硬度試驗(yàn)的壓痕較大，試驗(yàn)結(jié)果能更好地代

9、表試件的硬度。度。二、洛氏硬度試驗(yàn)法二、洛氏硬度試驗(yàn)法 洛氏硬度試驗(yàn)法洛氏硬度試驗(yàn)法原理：根據(jù)壓痕的塑性變形深度來(lái)衡量硬度。原理：根據(jù)壓痕的塑性變形深度來(lái)衡量硬度。試驗(yàn)時(shí)，先加初始試驗(yàn)力試驗(yàn)時(shí)，先加初始試驗(yàn)力 98N98N（10kgf10kgf），使壓頭緊密接觸試件表面），使壓頭緊密接觸試件表面a a，并壓入到，并壓入到b b處，以此作為衡量壓入深度的起點(diǎn)，再加主試驗(yàn)力使處，以此作為衡量壓入深度的起點(diǎn)，再加主試驗(yàn)力使壓頭壓入到壓頭壓入到c c處，然后去掉主試驗(yàn)力，由于被試金屬?gòu)椥宰冃蔚南帲缓笕サ糁髟囼?yàn)力，由于被試金屬?gòu)椥宰冃蔚南瑝侯^向上回升到壓頭向上回升到d d處處, ,殘余壓痕深

10、度殘余壓痕深度bdbd即為所測(cè)值。即為所測(cè)值。洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)表盤表盤上讀出即可。上讀出即可。符號(hào)符號(hào)壓頭類型壓頭類型載荷載荷/kgf/kgf硬度有效范硬度有效范圍圍使用范圍使用范圍HRAHRA120120金剛石圓金剛石圓錐體錐體606070708585適用于測(cè)量硬質(zhì)合金、鋼表、適用于測(cè)量硬質(zhì)合金、鋼表、淬火層或滲碳層淬火層或滲碳層HRBHRB1.588mm1.588mm淬火淬火鋼球鋼球1001002525100100（相當(dāng)（相當(dāng)6060230HB230HB）適用于測(cè)量非鐵金屬退火、火適用于測(cè)量非鐵金屬退火、火等等HRCHRC金剛石圓錐體金剛石圓錐體15015020206767( (相當(dāng)相

11、當(dāng)HB230HB230700)700)適用于調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等適用于調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等 試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)被測(cè)的材料不同，壓頭的類型、試驗(yàn)力試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)被測(cè)的材料不同，壓頭的類型、試驗(yàn)力及按下表選擇，對(duì)應(yīng)的洛氏硬度標(biāo)尺為及按下表選擇，對(duì)應(yīng)的洛氏硬度標(biāo)尺為HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC三種。三種。 沖擊韌度：材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。沖擊韌度：材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。 a ak k= =沖擊破壞所消耗的功沖擊破壞所消耗的功A Ak k/ /標(biāo)準(zhǔn)試樣斷口截面積標(biāo)準(zhǔn)試樣斷口截面積S S ；(J/cm(J/cm2 2） 韌性：韌性：金屬在沖擊力作用下，斷裂前吸收變形能

12、量的能力。金屬在沖擊力作用下，斷裂前吸收變形能量的能力。韌性愈好，代表金屬的抗沖擊能力愈強(qiáng)。韌性愈好，代表金屬的抗沖擊能力愈強(qiáng)。 擺錘式一次沖擊試驗(yàn)擺錘式一次沖擊試驗(yàn)原理：試驗(yàn)在專門的擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，原理：試驗(yàn)在專門的擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，把試樣放在試驗(yàn)機(jī)的支承面上，試樣的缺口背向擺錘沖擊方向。將質(zhì)量把試樣放在試驗(yàn)機(jī)的支承面上，試樣的缺口背向擺錘沖擊方向。將質(zhì)量為為m m的擺錘安放到規(guī)定的高度的擺錘安放到規(guī)定的高度H H，然后下落，將試樣打斷，并擺過(guò)支點(diǎn)升，然后下落，將試樣打斷，并擺過(guò)支點(diǎn)升到某一高度到某一高度h h，試樣在沖擊試驗(yàn)力一次作用下，試樣在沖擊試驗(yàn)力一次作用下，折斷折斷時(shí)

13、所吸收的功為沖擊時(shí)所吸收的功為沖擊吸收功為吸收功為A Ak k 金屬的疲勞：金屬的疲勞：在多次交變應(yīng)力作用，金屬會(huì)在遠(yuǎn)小于抗在多次交變應(yīng)力作用，金屬會(huì)在遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度拉強(qiáng)度b b，甚至小于屈服點(diǎn)，甚至小于屈服點(diǎn)s s。的應(yīng)力下失效（出現(xiàn)裂紋或完。的應(yīng)力下失效（出現(xiàn)裂紋或完全斷裂）。全斷裂）。 疲勞強(qiáng)度：疲勞強(qiáng)度：金屬材料抵抗交變載荷的作用而不破壞的能力。常金屬材料抵抗交變載荷的作用而不破壞的能力。常用的指標(biāo)有用的指標(biāo)有疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度( (-1-1) ) 。交變應(yīng)力：是指大小和方向構(gòu)隨時(shí)間周期變化的應(yīng)力。交變應(yīng)力：是指大小和方向構(gòu)隨時(shí)間周期變化的應(yīng)力。 疲勞破壞的過(guò)程：一般認(rèn)為，在突變應(yīng)力作用

14、下，材料的某些疲勞破壞的過(guò)程：一般認(rèn)為，在突變應(yīng)力作用下，材料的某些局部逐漸產(chǎn)生局部逐漸產(chǎn)生微小的裂紋微小的裂紋，尤其在氧化物、硫化物等非金屬夾雜物，尤其在氧化物、硫化物等非金屬夾雜物和鋼件表面的溝槽、螺紋根部、加工刀痕等處，更易誘發(fā)裂紋。和鋼件表面的溝槽、螺紋根部、加工刀痕等處，更易誘發(fā)裂紋。 隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋逐漸擴(kuò)展，使鋼件剩下的斷面大隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋逐漸擴(kuò)展，使鋼件剩下的斷面大為減小，以致不能承受載荷而突然斷裂。為減小，以致不能承受載荷而突然斷裂。1.2 1.2 金屬材料的物理、化學(xué)及工藝性能金屬材料的物理、化學(xué)及工藝性能 物理性能：物理性能：包括密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱

15、性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。包括密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。 密度：密度：表示某種材料單位體積的質(zhì)量。表示某種材料單位體積的質(zhì)量。熔點(diǎn)：熔點(diǎn)：材料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)的熔化溫度。材料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)的熔化溫度。 導(dǎo)熱性：導(dǎo)熱性：材料傳導(dǎo)熱量的能力。材料傳導(dǎo)熱量的能力。 導(dǎo)電性：導(dǎo)電性：材料傳導(dǎo)電流的能力。材料傳導(dǎo)電流的能力。 熱膨脹性：熱膨脹性：材料隨溫度變化體積發(fā)生膨脹或縮小的特性。材料隨溫度變化體積發(fā)生膨脹或縮小的特性。 化學(xué)性能：化學(xué)性能：在室溫或高溫時(shí)抵抗各種介質(zhì)的化學(xué)侵蝕能力。在室溫或高溫時(shí)抵抗各種介質(zhì)的化學(xué)侵蝕能力。耐腐蝕性：耐腐蝕性：金屬材料在常溫下抵抗氧、水

16、蒸汽等化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸汽等化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力。作用的能力。抗氧化性：抗氧化性：幾乎所有的金屬能與空氣中的氧作用形成氧化物，這稱幾乎所有的金屬能與空氣中的氧作用形成氧化物，這稱為氧化。為氧化。 工藝性能：工藝性能：指金屬材料物理、化學(xué)性能和力學(xué)性能在加工過(guò)程中的指金屬材料物理、化學(xué)性能和力學(xué)性能在加工過(guò)程中的綜合反映，是指是否易于進(jìn)行冷、熱加工的性能。綜合反映，是指是否易于進(jìn)行冷、熱加工的性能。它包括鑄造性、可鍛性、焊接性、切削加工性和熱處理性等。它包括鑄造性、可鍛性、焊接性、切削加工性和熱處理性等。1力學(xué)性能：力學(xué)性能：強(qiáng)度強(qiáng)度，塑性、硬度、，塑性、硬度、沖

17、擊韌度、疲勞沖擊韌度、疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度3工藝性能：工藝性能：鑄造鑄造性、可鍛性、焊性、可鍛性、焊接性、切削加工接性、切削加工性和熱處理性性和熱處理性2物理、化學(xué)性能物理、化學(xué)性能：密度、熔點(diǎn)、密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱率、導(dǎo)電率導(dǎo)熱率、導(dǎo)電率等等上次課內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容回顧金屬材料的主要性能金屬材料的主要性能第第2 2章章 鐵碳合金鐵碳合金主要內(nèi)容主要內(nèi)容 2.1 金屬及合金的晶體結(jié)構(gòu)金屬及合金的晶體結(jié)構(gòu)1 2.2 鐵碳合金相圖及其應(yīng)用鐵碳合金相圖及其應(yīng)用2 2.3 常用的金屬材料及選用常用的金屬材料及選用3本章重難點(diǎn)本章重難點(diǎn)1 1、鐵碳合金狀態(tài)圖的鐵碳合金狀態(tài)圖的理解理解2 2、鐵碳合金狀態(tài)圖在、鐵碳合

18、金狀態(tài)圖在鑄造、壓力加工、焊接鑄造、壓力加工、焊接和熱處理中的應(yīng)用和熱處理中的應(yīng)用 鐵碳合金是最重要的工程材料，鋼和鑄鐵是制造機(jī)器設(shè)備的主要金屬材料，與其它材料相比，其資源廣泛、冶煉方便、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越。 鐵碳合金是以鐵、碳為主要組元組成的合金。其中，鐵的含量大于95%，是最基本的組元。要了解鋼和鑄鐵的本質(zhì)，首先必須了解純鐵的晶體結(jié)構(gòu)。 金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組織狀態(tài)是決定金屬材料性能的一個(gè)重要因素。金屬在固態(tài)下通常都是晶體，了解和掌握金屬的晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶過(guò)程金屬在固態(tài)下通常都是晶體，了解和掌握金屬的晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶過(guò)程及其組織特點(diǎn)，是零件設(shè)計(jì)時(shí)合理選材的根本依據(jù)。及其組織特點(diǎn)，是零件設(shè)計(jì)時(shí)合理選

19、材的根本依據(jù)。 本節(jié)重點(diǎn)：本節(jié)重點(diǎn)：金屬結(jié)晶的概念、結(jié)晶過(guò)程金屬結(jié)晶的概念、結(jié)晶過(guò)程本節(jié)難點(diǎn)：本節(jié)難點(diǎn)：合金的結(jié)構(gòu)合金的結(jié)構(gòu)2.1 2.1 金屬及合金的晶體結(jié)構(gòu)金屬及合金的晶體結(jié)構(gòu)2.1.1 2.1.1 晶體結(jié)構(gòu)及同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變晶體結(jié)構(gòu)及同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)：晶體中原子（離子或分子）規(guī)則排列的方式。晶體中原子（離子或分子）規(guī)則排列的方式。晶格晶格 ：把原子排列抽象成一種空間格子，每個(gè)原子中心處在空間把原子排列抽象成一種空間格子，每個(gè)原子中心處在空間格子的結(jié)點(diǎn)上，這種假想的空間格架稱為晶格。格子的結(jié)點(diǎn)上，這種假想的空間格架稱為晶格。晶胞：晶胞：為了便于研究，從晶格中取出能夠完整反映晶格特

20、征的最小為了便于研究，從晶格中取出能夠完整反映晶格特征的最小幾何單元稱為晶胞。幾何單元稱為晶胞。 1 1、晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)金屬常見的晶格類型有金屬常見的晶格類型有體心立方、面心立方和密排六方。體心立方、面心立方和密排六方。 （1 1） 體心立方晶胞體心立方晶胞BCC BCC （Body-Centered CubeBody-Centered Cube） （a a）晶格模型）晶格模型 （b b）鋼球模型）鋼球模型 （c c）晶胞原子數(shù)）晶胞原子數(shù) (2) (2) 面心立方晶胞面心立方晶胞FCCFCC（ Face-Centered CubeFace-Centered Cube） （a a）晶格模型

21、）晶格模型 （b b）鋼球模型）鋼球模型 （c c）晶胞原子數(shù)）晶胞原子數(shù) (1/8)x8+1=2(1/8)x8+(1/2)x6=4（3）密排六方晶格）密排六方晶格 （a a） 晶格模型晶格模型 （b b）鋼球模型）鋼球模型 （c c）晶胞原子數(shù)）晶胞原子數(shù) 2 2、金屬的結(jié)晶、金屬的結(jié)晶凝固：凝固：物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的相變過(guò)程。物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的相變過(guò)程。結(jié)晶：結(jié)晶：由由液態(tài)液態(tài)金屬金屬轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)固態(tài)晶體晶體的過(guò)程。的過(guò)程。晶體：晶體： 原子排列是原子排列是有序有序的，原子在三維空間作的，原子在三維空間作規(guī)則的規(guī)則的、周期性周期性的、的、重復(fù)重復(fù)排列，有一定的排列，有一定的熔點(diǎn)熔點(diǎn)和

22、和凝固凝固點(diǎn)，性能趨向點(diǎn)，性能趨向各向異性各向異性。非晶體非晶體: : 原子排列原子排列雜亂無(wú)章雜亂無(wú)章呈呈無(wú)序無(wú)序狀態(tài)，沒有一定的熔點(diǎn)和凝狀態(tài)，沒有一定的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)，性能趨向固點(diǎn)，性能趨向各向同性各向同性。(1/6)x12+(1/2)x2+3=6純金屬的純金屬的理想狀態(tài)理想狀態(tài)冷卻曲線冷卻曲線T 0 L abSa a：結(jié)晶開始點(diǎn)結(jié)晶開始點(diǎn) b b：結(jié)晶終了點(diǎn)：結(jié)晶終了點(diǎn)溫度溫度/ /C C0時(shí)間時(shí)間/s/sT1T0溫度溫度/ /C C0 0時(shí)間時(shí)間/s/sT T0 0：理論結(jié)晶溫度：理論結(jié)晶溫度T T1 1：實(shí)際結(jié)晶溫度：實(shí)際結(jié)晶溫度 T=TT=T0 0-T-T1 1（過(guò)冷度）（過(guò)冷度）純

23、金屬的純金屬的實(shí)際實(shí)際冷卻曲線冷卻曲線結(jié)晶的必要條件結(jié)晶的必要條件過(guò)冷度過(guò)冷度 金金 屬屬 的的 結(jié)結(jié) 晶晶 LS冷卻曲線上為什么會(huì)出現(xiàn)一水平線段？冷卻曲線上為什么會(huì)出現(xiàn)一水平線段？因?yàn)榻Y(jié)晶時(shí)放出的結(jié)晶潛熱使溫度不再下降（潛熱：物質(zhì)發(fā)生相變因?yàn)榻Y(jié)晶時(shí)放出的結(jié)晶潛熱使溫度不再下降（潛熱：物質(zhì)發(fā)生相變時(shí)，在溫度不變化時(shí)吸收或放出的熱量）。時(shí)，在溫度不變化時(shí)吸收或放出的熱量）。金屬的結(jié)晶過(guò)程：金屬的結(jié)晶過(guò)程： 原子團(tuán)原子團(tuán) 形核形核晶核長(zhǎng)大晶核長(zhǎng)大 小晶粒小晶粒 晶粒（外形不規(guī)晶粒（外形不規(guī)則的小晶體）則的小晶體）a bLsL+s溫度溫度 / /C C0時(shí)間時(shí)間 /s/sa a：結(jié)晶開始點(diǎn)：結(jié)晶開始

24、點(diǎn) b b：結(jié)晶終了點(diǎn)：結(jié)晶終了點(diǎn) 合金的結(jié)晶是在合金的結(jié)晶是在一個(gè)一個(gè)溫度范圍內(nèi)溫度范圍內(nèi)完成。完成。合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶金金 屬屬 的的 結(jié)結(jié) 晶晶金屬結(jié)晶過(guò)程示意圖金屬結(jié)晶過(guò)程示意圖形核形核結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程形核：形核：自發(fā)晶核、外來(lái)晶核自發(fā)晶核、外來(lái)晶核晶核長(zhǎng)大方式：晶核長(zhǎng)大方式：樹枝狀方式樹枝狀方式 固態(tài)金屬通常是由許多晶體構(gòu)成的，固態(tài)金屬通常是由許多晶體構(gòu)成的，每個(gè)晶核長(zhǎng)成的晶體稱為每個(gè)晶核長(zhǎng)成的晶體稱為晶粒晶粒，晶粒之間，晶粒之間的接觸面稱為的接觸面稱為晶界晶界。晶粒晶界晶粒粗細(xì)對(duì)材料力學(xué)性能的影響晶粒粗細(xì)對(duì)材料力學(xué)性能的影響: 對(duì)同一成分的金屬，晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度、硬度愈高，對(duì)同一

25、成分的金屬，晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度、硬度愈高，而且塑性和韌性也越好。而且塑性和韌性也越好。細(xì)化晶粒的方法細(xì)化晶粒的方法:提高冷卻速度，增大過(guò)冷度，以增加晶核的數(shù)目；提高冷卻速度，增大過(guò)冷度，以增加晶核的數(shù)目；在金屬澆注之前，向金屬液內(nèi)加入變質(zhì)劑（孕育劑）進(jìn)行在金屬澆注之前，向金屬液內(nèi)加入變質(zhì)劑（孕育劑）進(jìn)行變質(zhì)處理，以增加外來(lái)晶核變質(zhì)處理，以增加外來(lái)晶核; ;采用機(jī)械、超聲波振動(dòng)、電磁攪拌等；采用機(jī)械、超聲波振動(dòng)、電磁攪拌等；采用熱處理或塑性加工的方法，使固態(tài)金屬晶粒細(xì)化；采用熱處理或塑性加工的方法，使固態(tài)金屬晶粒細(xì)化；1538153813941394912912室溫室溫-Fe-Fe-Fe-Fe-F

26、e-Fe體心立方體心立方面心立方面心立方體心立方體心立方金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的意義：金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的意義： 可以用熱處理的方法即可通可以用熱處理的方法即可通過(guò)加熱、保溫、冷卻來(lái)改變材料的過(guò)加熱、保溫、冷卻來(lái)改變材料的組織，從而達(dá)到改善材料性能的目組織，從而達(dá)到改善材料性能的目的。的。3 3、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：金屬在固態(tài)下，隨金屬在固態(tài)下，隨著溫度的改變其晶體結(jié)構(gòu)隨之改變著溫度的改變其晶體結(jié)構(gòu)隨之改變的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 為了區(qū)別由液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬的初次結(jié)晶，常將同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱藚^(qū)別由液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬的初次結(jié)晶，常將同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變稱為二次結(jié)

27、晶或重結(jié)晶。稱為二次結(jié)晶或重結(jié)晶。2.1.2 2.1.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu)一、一、基本概念基本概念 （1 1）合金）合金由兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬與非金屬元由兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬與非金屬元素素熔合熔合在一起，構(gòu)成具有金屬特性的物質(zhì)稱在一起，構(gòu)成具有金屬特性的物質(zhì)稱“合金合金”。例如，黃銅是銅和鋅組成的合金，碳鋼和鑄鐵是鐵和碳組成的合金。 （2 2）組元）組元組成合金的基本元素稱為組成合金的基本元素稱為“組元組元”。組元可以是純。組元可以是純?cè)兀部梢允欠€(wěn)定的化合物。元素，也可以是穩(wěn)定的化合物。 例如，鐵、碳是鋼和鑄鐵中的組元。合金中的穩(wěn)定化合物（如Fe3C）也

28、可作為組元。 （3 3）合金系）合金系由給定組元可按不同比例配制出一系列不同成由給定組元可按不同比例配制出一系列不同成分的合金，這一系列合金就構(gòu)成一個(gè)合金系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱合金系。分的合金，這一系列合金就構(gòu)成一個(gè)合金系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱合金系。例如，兩組元組成的為二元系，三組元組成的為三元系等。 （4 4）相）相在合金組織中，凡化學(xué)成分、晶格構(gòu)造和物理性能在合金組織中，凡化學(xué)成分、晶格構(gòu)造和物理性能相同的均勻組成部分稱為相。相同的均勻組成部分稱為相。 例如，鋼液為一個(gè)相，稱為液相；但在結(jié)晶過(guò)程中液相和固態(tài)鋼共存，此時(shí)，它們各是一個(gè)相。 問題：?jiǎn)栴}： 水、油混裝在一個(gè)瓶子里，是幾個(gè)相？水、油混裝在一個(gè)瓶子里，是幾

29、個(gè)相？ 將奶粉加開水沖一杯牛奶又是幾個(gè)相？將奶粉加開水沖一杯牛奶又是幾個(gè)相？二、二、鐵碳合金的基本組織鐵碳合金的基本組織 按照鐵和碳相互作用形式的不同，鐵碳合金的組織可分為按照鐵和碳相互作用形式的不同，鐵碳合金的組織可分為固溶體、金屬化合物和機(jī)械混合物固溶體、金屬化合物和機(jī)械混合物三種類型。三種類型。（1 1）固溶體）固溶體 合金組元通過(guò)溶解形成一種成分和性能均勻的、且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相稱為固溶體。 按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置，固溶體可分為置換固溶置換固溶體體和間隙固溶體間隙固溶體兩種。 固溶體隨著溶質(zhì)原子的溶入，都會(huì)致使晶格發(fā)生畸變。晶格畸變?cè)龃罅宋诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬滑移變形變得困

30、難，導(dǎo)致材料的強(qiáng)度、硬度升高。a a、置換固溶體、置換固溶體 b b、間隙固溶體、間隙固溶體 這種通過(guò)形成固溶體使金屬?gòu)?qiáng)度、硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶固溶強(qiáng)化強(qiáng)化。 碳可溶入碳可溶入-Fe-Fe、-Fe-Fe、-Fe-Fe，分別形成不同的固溶體。，分別形成不同的固溶體。 1 1）鐵素體）鐵素體 碳溶解在-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體，常用符號(hào)“F”表示。 鐵素體因溶碳極少，固溶強(qiáng)化作用甚微，故力學(xué)性能和純鐵相近，表現(xiàn)為強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好。鐵素體晶粒在光學(xué)顯微鏡下一般呈多邊形，但晶界曲折。0.01%C 鐵素體鐵素體2 2）奧氏體）奧氏體 碳溶解在-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體，常用符

31、號(hào)“A”表示。 -Fe 的溶碳能力比-Fe-Fe 高許多。由于-Fe 僅存在高溫，因此奧氏體通常存在于727以上，屬于高溫組織。一般來(lái)說(shuō)，奧一般來(lái)說(shuō)，奧氏體強(qiáng)度硬度不高，但塑性優(yōu)良。氏體強(qiáng)度硬度不高，但塑性優(yōu)良。（2 2）金屬化合物）金屬化合物 金屬化合物金屬化合物是合金組元相互作用形成的晶格類型和晶格是合金組元相互作用形成的晶格類型和晶格特征特征完全不同完全不同于任一組元的于任一組元的新相新相即為金屬化合物，屬于單相即為金屬化合物，屬于單相組織。組織。 金屬化合物一般熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大。合金中含有金屬化合物時(shí)，其強(qiáng)度、硬度、耐磨性提高，但塑性、韌性下降。 鐵碳合金中的滲碳體滲碳體（Fe3

32、c）屬于金屬化合物，F(xiàn)e3c的結(jié)構(gòu)既不是鐵的結(jié)構(gòu)，也不是碳的結(jié)構(gòu)，而是其自身的一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其組織可呈片狀、球狀網(wǎng)狀等不同形狀。 滲碳體在一定條件下可發(fā)生分解，形成石墨。其反應(yīng)式為：石墨CFeCFe33（3 3）機(jī)械混合物）機(jī)械混合物 機(jī)械混合物機(jī)械混合物是由結(jié)晶過(guò)程所形成的兩相混合組織。它可以是純金屬、固溶體或化合物各自的混合，也可以是它們之間的混合。 機(jī)械混合物各相均保持自身原有的晶體結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性能介于各相之間，取決于各相的性能和比例，并且與各相的形狀、大小、數(shù)量和分布有關(guān)。 鐵碳合金中的機(jī)械混合物有珠光體和萊氏體。1 1）珠光體）珠光體 鐵素體鐵素體( (白色白色) )和滲碳體（黑色）

33、組成的機(jī)械混和滲碳體（黑色）組成的機(jī)械混合物，用符號(hào)合物，用符號(hào)P P表示。表示。0.77%C 0.77%C 珠光體珠光體 2 2）萊氏體）萊氏體 高溫萊氏體Ld是奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物；低溫萊氏體Ld是珠光體珠光體和滲碳體滲碳體的機(jī)械混合物；1.2%C 1.2%C 珠光體珠光體+ +二次滲碳體二次滲碳體思思 考考 題題1 1、在純金屬的冷卻曲線上為什么會(huì)、在純金屬的冷卻曲線上為什么會(huì)出現(xiàn)一水平臺(tái)階？出現(xiàn)一水平臺(tái)階？2 2、如果結(jié)晶時(shí)晶核不多而生長(zhǎng)速度快、如果結(jié)晶時(shí)晶核不多而生長(zhǎng)速度快，則結(jié)晶后的晶粒是粗還是細(xì)？，則結(jié)晶后的晶粒是粗還是細(xì)？上次課內(nèi)容的回顧上次課內(nèi)容的回顧晶格晶格晶胞晶胞金

34、屬常見的晶格類型有金屬常見的晶格類型有體心立方、面心立方和密排六方。體心立方、面心立方和密排六方。 結(jié)晶：結(jié)晶：由由液態(tài)液態(tài)金屬金屬轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)固態(tài)晶體晶體的過(guò)程。的過(guò)程。純金屬的純金屬的理想（非理想）狀態(tài)理想（非理想）狀態(tài)冷卻曲線，冷卻曲線，合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶冷卻曲線冷卻曲線金屬的結(jié)晶過(guò)程金屬的結(jié)晶過(guò)程晶核長(zhǎng)大方式：晶核長(zhǎng)大方式：樹枝狀方式樹枝狀方式 晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高，塑性和韌性也越好。晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高，塑性和韌性也越好。金屬（鐵）的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：金屬（鐵）的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：15381538 13941394 912912 室溫室溫合金合金組元組元相相鐵碳合金的組織可分為鐵碳合金的組

35、織可分為固溶體、金屬化合物和機(jī)械混合物固溶體、金屬化合物和機(jī)械混合物三種類三種類型。型。鐵素體鐵素體 奧氏體奧氏體 滲碳體滲碳體 珠光體珠光體 萊氏體萊氏體 2.2 2.2 鐵碳合金相圖及其應(yīng)用鐵碳合金相圖及其應(yīng)用 把各合金的結(jié)晶開始溫度點(diǎn)連接起來(lái)，即為液相線；把結(jié)晶終了把各合金的結(jié)晶開始溫度點(diǎn)連接起來(lái)，即為液相線；把結(jié)晶終了溫度點(diǎn)連接起來(lái)，即為固相線。這樣就構(gòu)成了溫度點(diǎn)連接起來(lái)，即為固相線。這樣就構(gòu)成了Pb-SbPb-Sb二元合金相圖。二元合金相圖。本節(jié)重點(diǎn)：本節(jié)重點(diǎn)：鐵碳合金狀態(tài)圖在鑄造、壓力加工、焊接和熱處理中的應(yīng)用鐵碳合金狀態(tài)圖在鑄造、壓力加工、焊接和熱處理中的應(yīng)用本節(jié)難點(diǎn)：本節(jié)難點(diǎn)：

36、鐵碳合金狀態(tài)圖的理解鐵碳合金狀態(tài)圖的理解滲碳體的熔點(diǎn)滲碳體的熔點(diǎn)1227共晶點(diǎn)共晶點(diǎn)共析線共析線A1共析點(diǎn)共析點(diǎn)純鐵的熔點(diǎn)純鐵的熔點(diǎn)15381538共晶線共晶線ACDACD線線液相線液相線AECFAECF線線固相線固相線碳在奧氏體中的最大溶解度碳在奧氏體中的最大溶解度A A3 3線線A Acmcm線線912912FeFe3C鋼鋼鑄鐵鑄鐵共析鋼共析鋼亞共析鋼亞共析鋼過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼共晶鑄鐵共晶鑄鐵亞共晶鑄鐵亞共晶鑄鐵過(guò)共晶鑄鐵過(guò)共晶鑄鐵2.2.1 2.2.1 鐵碳合金相圖分析鐵碳合金相圖分析1 1 相圖中的點(diǎn)、線、區(qū)分析相圖中的點(diǎn)、線、區(qū)分析 純鐵的熔點(diǎn)純鐵的熔點(diǎn)共晶點(diǎn)共晶點(diǎn) 滲碳體的熔點(diǎn)滲碳體

37、的熔點(diǎn)碳在奧氏體中的最大溶解度碳在奧氏體中的最大溶解度-Fe -Fe-Fe -Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)碳在鐵素體中的最大溶解度碳在鐵素體中的最大溶解度共析點(diǎn)共析點(diǎn)碳在鐵素體中的溶解度碳在鐵素體中的溶解度0 096.692.112.110 00.020.020.770.770.0060.006 15381538 1148 1148 1227 1227 1148 1148 912 912 727 727 727 727 600 600A AC CD DE EG GP PS SQ Q含義含義含碳量含碳量/%/%溫度溫度/ / 特性點(diǎn)特性點(diǎn)的符號(hào)的符號(hào) 鐵碳合金相圖中主要特性

38、點(diǎn)的含義鐵碳合金相圖中主要特性點(diǎn)的含義 （1 1） 點(diǎn)的分析點(diǎn)的分析 兩個(gè)重要的轉(zhuǎn)變點(diǎn)兩個(gè)重要的轉(zhuǎn)變點(diǎn)1148 1 1）共晶點(diǎn)）共晶點(diǎn) 一定成分（一定成分（ 4.3%c4.3%c）的）的液相液相在一定溫度（在一定溫度（11481148）下）下同時(shí)同時(shí)結(jié)晶結(jié)晶出兩種成分和結(jié)構(gòu)均出兩種成分和結(jié)構(gòu)均不相同的固相不相同的固相的反應(yīng)，稱為共晶反應(yīng)。的反應(yīng)，稱為共晶反應(yīng)。L 4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c（萊氏體（萊氏體（LdLd） 一定成分一定成分（ 0.77%c0.77%c）的的固相固相在一定的溫度在一定的溫度（727727）下下同時(shí)同時(shí)析出析出兩種成分和結(jié)構(gòu)均兩種成分和結(jié)構(gòu)均不相同不

39、相同的新的的新的固相固相的反應(yīng)。的反應(yīng)。2 2）共析點(diǎn)）共析點(diǎn) 727 ASF0.02%c+Fe3C6.69%c （珠光體（珠光體（P P）（2 2） 線的分析線的分析 PSK PSK線線共析線（共析線（A A1 1線）線）。含碳量為。含碳量為0.77%0.77%的奧氏體冷卻到此線時(shí)，的奧氏體冷卻到此線時(shí)，在在727 727 同時(shí)析出鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，此反應(yīng)稱為共析反應(yīng)。同時(shí)析出鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，此反應(yīng)稱為共析反應(yīng)。 ACD ACD線線液相線液相線。此線上方的區(qū)域是液相區(qū)，合金冷卻至。此線上方的區(qū)域是液相區(qū)，合金冷卻至此線溫度溫度時(shí)，便開始結(jié)晶。此線溫度溫度時(shí)，便開始結(jié)晶。

40、 AECF AECF線線固相線固相線。表示合金冷卻到此線時(shí)，將全部結(jié)晶成。表示合金冷卻到此線時(shí)，將全部結(jié)晶成固態(tài)。固態(tài)。 ECF ECF線線共晶線共晶線。含碳量為。含碳量為2.11%6.69%的所有合金（鑄的所有合金（鑄鐵）經(jīng)過(guò)此線都要發(fā)生共晶反應(yīng)，除鐵）經(jīng)過(guò)此線都要發(fā)生共晶反應(yīng)，除C點(diǎn)成分合金全部結(jié)晶成萊點(diǎn)成分合金全部結(jié)晶成萊氏體，其他成分合金都將形成一定量的萊氏體，這是鑄鐵結(jié)晶的氏體，其他成分合金都將形成一定量的萊氏體，這是鑄鐵結(jié)晶的共同特征共同特征。 GS GS線線A A3 3線線。奧氏體在冷卻過(guò)程中析出鐵素體的開始線。這是同。奧氏體在冷卻過(guò)程中析出鐵素體的開始線。這是同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的結(jié)果

41、。素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的結(jié)果。 ES ES線線A Acmcm線線。碳在奧氏體中的溶解度線。溫度愈低，奧氏體的溶。碳在奧氏體中的溶解度線。溫度愈低，奧氏體的溶碳能力愈小，過(guò)飽和的碳將以滲碳體的形式析出。碳能力愈小，過(guò)飽和的碳將以滲碳體的形式析出。ESES線實(shí)際上是冷卻時(shí)線實(shí)際上是冷卻時(shí)由奧氏體中析出二次滲碳體的開始線。由奧氏體中析出二次滲碳體的開始線。滲碳體的熔點(diǎn)滲碳體的熔點(diǎn)共晶點(diǎn)共晶點(diǎn)共析線共析線A1共析點(diǎn)共析點(diǎn)純鐵的熔點(diǎn)純鐵的熔點(diǎn)15381538共晶線共晶線ACDACD線線液相線液相線AECFAECF線線固相線固相線碳在奧氏體中的最大溶解度碳在奧氏體中的最大溶解度A A3 3線線A Acmcm線線91

42、2912FeFe3C鋼鋼鑄鐵鑄鐵共析鋼共析鋼亞共析鋼亞共析鋼過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼共晶鑄鐵共晶鑄鐵亞共晶鑄鐵亞共晶鑄鐵過(guò)共晶鑄鐵過(guò)共晶鑄鐵2 2 鋼在結(jié)晶過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變鋼在結(jié)晶過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變 LL+AAA+Fe3CF+AA+Fe3C+LdP+Fe3C+LdP+Fe3CPP+FLdLdL+Fe3CLd+Fe3CLd+Fe3C(1)(1)共析鋼結(jié)晶過(guò)程分析共析鋼結(jié)晶過(guò)程分析 (Wc=0.77%)(Wc=0.77%) LL+AAA+PP 相組成物：相組成物：F F和和FeFe3 3C C組織組成物：組織組成物：P P (2)(2)亞共析鋼結(jié)晶過(guò)程分析亞共析鋼結(jié)晶過(guò)程分析 (Wc0.77%)(Wc0.7

43、7%)(Wc0.77%) LL+AAA+Fe3CIIA+P+Fe3CIIP+Fe3CII相組成物：相組成物：F F，F(xiàn)eFe3 3C C組織組成物：組織組成物：P P，F(xiàn)eFe3 3C CIIII2.2.2 2.2.2 碳對(duì)鐵碳合金平衡組織和性能的影響碳對(duì)鐵碳合金平衡組織和性能的影響 1.1.含碳量對(duì)平衡組織的影響含碳量對(duì)平衡組織的影響 鐵碳合金隨含碳量增高，其組織發(fā)生如下變化：鐵碳合金隨含碳量增高，其組織發(fā)生如下變化： dddLCFeLLCFePCFePPPFCFeF3333 隨著含碳量的增加，鐵素體的量越來(lái)越少，滲碳體的量會(huì)越來(lái)越隨著含碳量的增加，鐵素體的量越來(lái)越少，滲碳體的量會(huì)越來(lái)越多，

44、其相組成和組織組成都會(huì)發(fā)生變化，不僅其組織中的滲碳體的數(shù)多，其相組成和組織組成都會(huì)發(fā)生變化，不僅其組織中的滲碳體的數(shù)量增加，而且滲碳體的分布和形態(tài)也在發(fā)生變化。量增加，而且滲碳體的分布和形態(tài)也在發(fā)生變化。 2.2.含碳量對(duì)鐵碳合金力學(xué)性能的影響含碳量對(duì)鐵碳合金力學(xué)性能的影響 室溫下鐵碳合金由室溫下鐵碳合金由鐵素體鐵素體和和滲碳體滲碳體兩個(gè)相組成，鐵素體是軟兩個(gè)相組成，鐵素體是軟、韌的相；滲碳體是硬、脆相，當(dāng)兩者以層片狀組成珠光體時(shí)，、韌的相；滲碳體是硬、脆相，當(dāng)兩者以層片狀組成珠光體時(shí)，珠光體兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，即具有較高的硬度、強(qiáng)度和良好的塑性珠光體兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，即具有較高的硬度、強(qiáng)度和良好的

45、塑性、韌性。、韌性。 鐵碳合金中滲碳體是強(qiáng)化相，對(duì)鐵碳合金中滲碳體是強(qiáng)化相，對(duì)于以鐵素體為基體的鋼來(lái)說(shuō)，滲碳體于以鐵素體為基體的鋼來(lái)說(shuō)，滲碳體的數(shù)量愈多，分布愈均勻，其強(qiáng)度愈的數(shù)量愈多，分布愈均勻，其強(qiáng)度愈高。高。 但如果但如果FeFe3 3C C以網(wǎng)狀分布于晶界上或呈粗大片狀，尤其是作為以網(wǎng)狀分布于晶界上或呈粗大片狀，尤其是作為基體時(shí)就使得鐵碳合金的塑性、韌性大大下降，這就是過(guò)共析鋼基體時(shí)就使得鐵碳合金的塑性、韌性大大下降，這就是過(guò)共析鋼和白口鑄鐵脆性很高的原因。和白口鑄鐵脆性很高的原因。2.3 2.3 工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼2.3.1 2.3.1 碳素鋼碳素鋼（非合金鋼）（非合金鋼）1 1、化學(xué)

46、成分對(duì)碳鋼性能的影響、化學(xué)成分對(duì)碳鋼性能的影響碳素鋼的含碳量在碳素鋼的含碳量在1.5%1.5%以下，除碳外，還有硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)。以下，除碳外，還有硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)。 1 1）硅和錳是煉鋼后期作為脫氧劑加入鋼液中殘存的，屬于有）硅和錳是煉鋼后期作為脫氧劑加入鋼液中殘存的，屬于有益元素。益元素。 Si與與Mn都能溶于鐵素體中，使鐵素體強(qiáng)化，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度提都能溶于鐵素體中，使鐵素體強(qiáng)化，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性降低。高，而塑性、韌性降低。 其中錳還能與硫形成其中錳還能與硫形成MnS，從而抵消硫的部分有害，從而抵消硫的部分有害作用作用。 2 2）磷和硫是鋼中的有害元素。

47、）磷和硫是鋼中的有害元素。 磷在鋼中全部溶于鐵素體中，雖可使鐵素體的強(qiáng)度、硬度有磷在鋼中全部溶于鐵素體中，雖可使鐵素體的強(qiáng)度、硬度有所提高，但卻使室溫下的鋼的塑性、韌性急劇降低，并使鋼的脆所提高，但卻使室溫下的鋼的塑性、韌性急劇降低，并使鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度有所升高，使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為性轉(zhuǎn)化溫度有所升高，使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為“冷脆性冷脆性”。 硫在鋼的晶界處可形成低熔點(diǎn)的共晶體硫在鋼的晶界處可形成低熔點(diǎn)的共晶體FeS，當(dāng)鋼在，當(dāng)鋼在10001200進(jìn)行壓力加工時(shí)，由于進(jìn)行壓力加工時(shí)，由于FeS-Fe共晶（熔點(diǎn)只有共晶（熔點(diǎn)只有989）已經(jīng)熔化，并使晶粒脫開，易產(chǎn)生裂紋，這種現(xiàn)象稱為已經(jīng)熔化，

48、并使晶粒脫開，易產(chǎn)生裂紋，這種現(xiàn)象稱為“熱脆性熱脆性”。 2 2、碳素鋼的牌號(hào)和用途、碳素鋼的牌號(hào)和用途鋼鋼碳素鋼碳素鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼（0.38%C)0.38%C)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 (0.2-0.7%C(0.2-0.7%C用途廣用途廣) )碳素工具鋼碳素工具鋼 (0.7(0.71.35%C)1.35%C)合金鋼合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼合金工具鋼特殊性能鋼特殊性能鋼不銹鋼不銹鋼耐熱鋼耐熱鋼 耐磨鋼耐磨鋼其它其它量具鋼量具鋼模具鋼模具鋼刃具鋼刃具鋼軸承鋼軸承鋼彈簧鋼彈簧鋼調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼滲碳鋼滲碳鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼（1.5%C)1.5%C) 16Mn 16Mn、

49、20Cr20Cr9Cr29Cr2、CrWMnCrWMn2Cr132Cr13、1Cr18Ni91Cr18Ni9Q235Q2352020、4040、4545T8T8、T10T10、T12T122.3.2 2.3.2 零件選材的一般原則零件選材的一般原則 機(jī)械設(shè)計(jì)不僅包括零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)也包括所用材料的選擇和工藝設(shè)計(jì)。 、使用性能原則、使用性能原則使用性能是保證零件完成規(guī)定功能（即滿足零件得到工作要求）的必要條件。 2、工藝性能原則、工藝性能原則 材料的工藝性能表示材料加工（鑄造、鍛造、焊接、切削加工和熱處理等）的難易程度。 3、經(jīng)濟(jì)性能原則、經(jīng)濟(jì)性能原則 材料的經(jīng)濟(jì)性是選材的根本原則。其原則是

50、能用便宜的就不用昂貴的材料；能用碳鋼就不用合金鋼；能用普通鋼就不用特殊鋼；并立足國(guó)產(chǎn)資源。 熱處理熱處理普通熱處理普通熱處理表面熱處理表面熱處理 退火退火正火正火淬火淬火回火回火表面淬火表面淬火化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理滲碳滲碳滲氮滲氮碳氮共滲碳氮共滲加熱加熱保溫保溫冷卻冷卻臨界溫度臨界溫度熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線T T其它熱處理其它熱處理形變形變真空真空激光激光第第3 3章章 鋼的熱處理鋼的熱處理 鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)下，通過(guò)加熱、保溫和冷卻，以鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)下，通過(guò)加熱、保溫和冷卻，以獲得預(yù)期組織和性能的工藝。獲得預(yù)期組織和性能的工藝。3.1 3.1 概述概述 大多數(shù)熱處理工藝需要

51、將鋼加熱到臨界溫度以上臨界溫度以上，獲得全部或部分奧氏體組織，即進(jìn)行奧氏體化奧氏體化（為什么？）（為什么？），然后以不同的冷卻速度不同的冷卻速度進(jìn)行冷卻獲得不同的組織，最終獲得所需要的性能。 一般來(lái)說(shuō)，奧氏體強(qiáng)度、硬度不高，但塑性優(yōu)良將鋼加熱、保溫，然后隨爐冷卻或埋入灰中使其將鋼加熱、保溫，然后隨爐冷卻或埋入灰中使其緩慢冷卻緩慢冷卻。3.2 3.2 鋼的退火和正火鋼的退火和正火一、退火一、退火 1 1、完全退火：、完全退火：又稱重結(jié)晶退火，是將亞共析鋼加熱到又稱重結(jié)晶退火，是將亞共析鋼加熱到AcAc3 3線以上線以上20203030，保溫后緩慢冷卻，保溫后緩慢冷卻( (隨爐冷卻或砂中冷卻隨爐冷

52、卻或砂中冷卻) )，以獲得接近平衡，以獲得接近平衡組織。組織。 1、通過(guò)完全重結(jié)晶，使熱加工中造成的晶粒粗大、不均勻組織細(xì)化和均勻化，提高材料的塑性和韌性 ； 2、使中碳以上的碳鋼和合金鋼接近平衡狀態(tài)組織，以降低硬度，改善切削加工性能； 3、冷卻速度慢，可消除鑄件和鍛件的內(nèi)應(yīng)力。 完全退火的作用：完全退火的作用：完全退火主要用于亞共析鋼，過(guò)共析鋼不宜采用，為什么？完全退火主要用于亞共析鋼，過(guò)共析鋼不宜采用，為什么？ 因?yàn)榧訜嶂羉cm以上緩慢冷卻時(shí)，二次滲碳體會(huì)以網(wǎng)狀形式沿奧氏體晶界析出，使鋼的韌性大大下降，并可能在以后的熱處理中引起開裂。 2 2、球化退火、球化退火: : 主要用于過(guò)共析鋼。主

53、要用于過(guò)共析鋼。 球化退火主要用于過(guò)共析鋼，目的是使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球化，以降低硬度，改善切削加工性能，并為以后的淬火做好組織準(zhǔn)備。 球化退火時(shí)，將過(guò)共析鋼加熱到Ac1線以上2030。此時(shí)，初始形成的奧氏體內(nèi)及其晶界上尚有少量未完全溶解的滲碳體，在隨后的冷卻過(guò)程中，奧氏體經(jīng)共析反應(yīng)析出的滲碳體便以未溶解滲碳體為核心，呈球狀析出，分布在鐵素體基體上，這種組織稱為“球化體”。 為什么希望出現(xiàn)這種“球化體”組織？ 因?yàn)檐囅髌瑺钪楣怏w時(shí)容易磨損刀具，而球化體的硬度低、容易加工，節(jié)省刀具。 3 3、低溫退火（去應(yīng)力退火）、低溫退火（去應(yīng)力退火）: : 將鋼加熱到將鋼加熱到AcAc1 1線以下

54、（線以下（500500650 650 ），保溫后緩慢冷卻。），保溫后緩慢冷卻。 由于加熱溫度低于臨界溫度，所以鋼未發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。 去應(yīng)力退火主要用于部分鑄件、鍛件及焊接件，有時(shí)也用于精密零件的切削加工，使其通過(guò)原子擴(kuò)散及塑性變形消除內(nèi)應(yīng)力，防止鋼件產(chǎn)生變形。 （）消除內(nèi)應(yīng)力，為淬火工序做好組織準(zhǔn)備。退火的目的退火的目的：（）降低硬度，以利于切削加工或其它種類加工；（）細(xì)化晶粒，提高鋼的塑性和韌性；實(shí)際生產(chǎn)中，各種工件在制造過(guò)程中的工藝路線：實(shí)際生產(chǎn)中，各種工件在制造過(guò)程中的工藝路線： 鑄造（或鍛造）鑄造（或鍛造）退火（正火）退火（正火）粗加工粗加工淬火淬火回火回火精加工精加工成品。成品。 鑄造

55、（或鍛造）鑄造（或鍛造）退火（正火）退火（正火）切削加工切削加工成品；成品； 為什么將退火（正火）安排在鑄造（鍛造）之后，切為什么將退火（正火）安排在鑄造（鍛造）之后，切削加工之前呢？削加工之前呢？ （1 1）鑄造或鍛造后，鋼件有鑄造或鍛造殘余應(yīng)力，而且還往）鑄造或鍛造后，鋼件有鑄造或鍛造殘余應(yīng)力，而且還往往存在著成分和組織上的不均勻性，因而機(jī)械性能較低，還會(huì)導(dǎo)往存在著成分和組織上的不均勻性，因而機(jī)械性能較低，還會(huì)導(dǎo)致以后淬火時(shí)的變形和開裂。致以后淬火時(shí)的變形和開裂。 （2 2）鑄造或鍛造后，鋼件硬度經(jīng)常偏高或偏低，嚴(yán)重影響切）鑄造或鍛造后，鋼件硬度經(jīng)常偏高或偏低，嚴(yán)重影響切削加工。削加工。

56、（3 3）如果工件的性能要求不高時(shí)，如鑄件、鍛件或焊接件等）如果工件的性能要求不高時(shí)，如鑄件、鍛件或焊接件等，退火或正火常作為最終熱處理。，退火或正火常作為最終熱處理。 退火分類退火分類加熱溫度加熱溫度冷卻方式冷卻方式主要目的主要目的適用范圍適用范圍完全退火完全退火球化退火球化退火等溫退火擴(kuò)散退火去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火再結(jié)晶退火Ac3線以上20-30CAc1線以上20-30CAc3線以上30-50CAc3線以上150-250CAc1線以下600-650C再結(jié)晶以上150C緩慢冷卻緩冷至600C空冷快冷至A1線下保溫緩慢冷卻緩慢冷卻緩慢冷卻消除粗晶和不均勻組織滲碳體球化，降低硬度獲得均勻組織消除偏

57、析消除殘余應(yīng)力消除加工硬化亞共析鋼過(guò)共析鋼合金鋼高合金鋼合金鋼鑄錠鑄件鑄、鍛、焊件冷塑性變形件二、正火二、正火 將鋼加熱到將鋼加熱到AcAc3 3 線以上線以上303050 50 （亞共析鋼）或（亞共析鋼）或AcAccmcm以上以上303050 50 （過(guò)共析鋼），保溫后在空氣中冷卻，得到的是細(xì)珠光體組織（索氏體）。（過(guò)共析鋼），保溫后在空氣中冷卻，得到的是細(xì)珠光體組織（索氏體）。應(yīng)用：應(yīng)用：（1 1）取代部分完全退火；（用于低碳鋼和含碳量較低的中碳鋼）取代部分完全退火；（用于低碳鋼和含碳量較低的中碳鋼） （2 2）用于普通結(jié)構(gòu)件的最終熱處理；）用于普通結(jié)構(gòu)件的最終熱處理； （3 3）用于過(guò)）用于過(guò)共析鋼，減少或消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化處理作準(zhǔn)備。共析鋼，減少或消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化處理作準(zhǔn)備。鋼的種類正 火 主 要 目 的低碳低合金鋼中碳鋼過(guò)共析鋼高合金鋼消除過(guò)熱組織、細(xì)化晶粒、改善切削性消除組織缺陷、保持硬度、為調(diào)質(zhì)做準(zhǔn)備消除網(wǎng)狀二次滲碳體、為球化退火和淬火做準(zhǔn)備淬火作用（空淬）退火和正火的選擇退火和正火的選擇 （1 1）從切削加工性上考慮）從切削加工性上考慮 （2 2）從使用性能上考慮）從使用性能上考慮（3 3）從經(jīng)濟(jì)上考慮）從經(jīng)濟(jì)上考慮 正火比退火的生產(chǎn)周期短，耗能少，且操作簡(jiǎn)便，故在可能的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮以正火代替退火。 如工件性