1、硬度知識一、硬度簡介：硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指 標之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標有布氏硬度、洛氏 硬度和維氏硬度。1 .布氏硬度（HB）以一定的載荷（一般3000kg）把一定大小（直徑一般為10mm）的淬硬鋼球壓 入材料表面，保持一段時間，去載后，負荷與其壓痕面積之比值，即為布 氏硬度值（HB）,單位為公斤力/mm2 （N/mm2）。2 .洛氏硬度（HR）當HB>450或者試樣過小時，不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角 120°的金剛石圓錐體或直徑為 1.59、3.18mm的鋼 球，在一定載荷下壓入被測

2、材料表面， 由壓痕的深度求出材料的硬度。 根 據試驗材料硬度的不同，分三種不同的標度來表示：?HRA:是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高 的材料（如硬質合金等）。?HRB:是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度， 用于硬度較低的材料（如退火鋼、鑄鐵等）。?HRC:是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火鋼等）3維氏硬度（HV）以120kg以內的載荷和頂角為 136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度HV值（kgf/mm2）。盥#注：洛氏硬度中HRA、HRB、HRC

3、等中的A、B、C為三種不同的標準，稱為標尺A、標尺B、標尺Co洛氏硬度試驗是現今所使用的幾種普通壓痕硬度試驗之一，三種標尺的初始壓力均為98.07N（合10kgf）,最后根據壓痕深度計算硬度值。標尺 A使用的是 球錐菱形壓頭，然后加壓至588.4N（合60kgf）;標尺 B使用的是直徑為1.588mm（1/16英寸）的鋼球作為壓頭，然后加壓至980.7N（合100kgf）;而標尺C 使用與標尺A相同的球錐菱形作為壓頭，但加壓后的力是1471N（合150kgf）。因此標尺B適用相對較軟的材料，而標尺 C適用較硬的材料。實踐證明，金屬材料的各種硬度值之間，硬度值與強度值之間具有近似的相 應關系。因

4、為硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續塑性變形抗力決定的，材料 的強度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。但各種材料的換算關系并 不一致。本站硬度對照表一文對鋼的不同硬度值的換算給出了表格，清查 閱。#、硬度對照表：根據德國標準DIN50150,以下是常用范圍的鋼材抗拉強度與維氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度的對照表?？估瓘姸萊m N/mm2維氏硬度HV布氏硬度HB洛氏硬度HRC2508076.0-2708580.7-2859085.2-r 3059590.2-32010095.0-33510599.8-350110105-370115109-380120114-400125119-41513012

5、4-430135128-450140133-465145138-480150143-490155147-510160152-530165156-545170162-560175166-575180171-595185176-610190181-625195185-640200190-660205195-675210199-690215204-705220209-720225214-740230219-755235223-77024022820.378524523321.380025023822.2匚 820P25524223.183526024724.0850P26525224.8865270

6、25725.688027526126.490028026627.191528527127.893029027628.595029528029.296530028529.899531029531.0103032030432.2106033031433.3109534032334.4112535033335.5111536034236.6119037035237.7122038036138.8125539037139.8129040038040.8132041039041.8135042039942.7138543040943.6142044041844.5145545042845.3148546

7、043746.1152047044746.91555480(456)47.71595490(466)48.41630500(475)49.11665510(485)49.81700520(494)50.51740530(504)51.11775540(513)51.71810550(523)52.31845560(532)53.01880570(542)53.6r 1920r 580(551)54.1P1955590(561)54.71995r 600(570)55.22030610(580)55.72070620(589)56.32105630(599)56.82145640(608)57.

8、32180650(618)57.866058.367058.868059.269059.770060.172061.074061.876062.578063.380064.082064.784065.386065.988066.490067.092067.594068.0硬度試驗是機械性能試驗中最簡單易行的一種試驗方法。為了能用硬度試驗代替某些機械性能試驗，生產上需要一個比較準確的硬度和強度的換算關系。實踐證明，金屬材料的各種硬度值之間， 硬度值與強度值之間具有近似的相應關系。因為硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續塑性變形抗力決定的，材料的強度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。下面是本站根

9、據由實驗得到的經驗公式制作的快速計算器，有一定的實用價值，但在要求數據比較精確時，仍需要通過試驗測得。三、硬度換算公式1 .肖氏硬度(HS尸勃式硬度(BHN)/10+122 .肖式硬度(HS尸洛式硬度(HRC)+153 .勃式硬度(BHN)=洛克式硬度(HV)4 .洛式硬度(HRC尸 勃式硬度(BHN)/10-3硬度測定輪闡:HS<100HB<500HRC<70HV<1300洛氏硬度布氏硬度HB10/3000維氏硬度 HVHRCHRA59.580.767659.080.566658.580.265558.080.064557.579.763557.079.562556.

10、579.261556.078.960555.578.659655.078.453858754.578.153257854.077.952656953.576.652056053.076.351555152.576.1509543 52.076.950353551.576.6497527 51.076.349252050.576.148651250.075.8480504硬度換算表HVHRCHB SHVHR CHBSHVHRCHBS940685605330029.828492067.555052.350529529.22809006754051.749629028.527588066.45305

11、1.148828527.827086065.952050.548028027.126584065.351049.847327526.426182064.750049.146527025.62568006449048.445626524.825278063.348047.74482602424776062.547046.944125523.124374061.846046.143325022.22387206145045.342524521.323370060.144044.541524020.322869059.743043.640523018680 59.242042.739722015.7

12、67058.841041.838821013.466058.340040.83792001165057.839039.83691908.564057.338038.8360180663056.837037.7350170362056.336036.6341160061055.735035.533160055.234034.432259054.733033.331358054.132032.230357053.631031294附錄G鋼的硬度值換算（續）表1鋼的維氏硬度（HV與其他硬度和強度的近似換算值 a （續）布氏硬度10 mm鋼球洛氏硬度b表面洛氏硬度表面金剛石圓錐壓頭3000kg負荷bA

13、.標尺60-kg負荷圓錐壓頭?標尺100-kg負荷金剛圓錐壓頭100-kg負荷金剛圓錐壓頭100-kg負荷金剛圓錐壓頭15-N標尺15-kg負荷30-N標尺30-kg負荷45-N標尺45-kg負荷HV370360350340330320310300295290285280275HBS350341331322313303294284280275270265261HBWHRAHRBHRCHRDHR15NHR30N HR45N HS101135034133132231330329428428027527026526169.268.768.167.667.066.465.865.265.864.564

14、.263.863.537.753.679.257.440.4(109.0)36.652.878.656.439.15035.551.978.055.437.8(108.0)34.451.177.454.436.54733.350.276.853.635.2(107.0)32.349.476.252.333.94531.048.475.651.332.5(105.5)29.847.574.950.231.14229.247.174.649.730.4(104.5)28.546.574.249.029.54127.846.073.848.428.7(103.5)27.145.373.447.827

15、.94026.444.973.047.227.1270265260255250245240230220210200190180170160150140130120110100959025625224724323823322821920920019018117116215214313312411410595908625625224724323823322821920920019018117116215214313312411410595908663.162.762.462.061.661.260.7(102.0)(101.0)99.598.196.795.093.491.589.587.185.

16、081.778.775.071.266.762.356.252.048.025.624.824.023.122.221.320.3(18.0)(15.7)(13.4)(11.0)(8.5)(6.0)(3.0)(0.0)44.343.743.142.241.741.140.372.672.171.671.170.670.169.646.445.745.044.243.442.541.726.225.224.323.222.221.119.938373634333230292826252422212085818141.0a)在本表中用黑體字表示的值與按 ASTM E140表1的硬度轉換值一致，由相

17、應的 SAE- ASM ASTM聯合會列出的b)括號里的數值是超出范圍的，只是提供參考利用布氏硬度壓痕直徑直接換算出工件的洛氏硬度在生產現場，由于受檢測儀器的限制，經常使用布氏硬度計測量大型 淬火件的硬度。如果想知道該工件的洛氏硬度值，通常的方法是，先測量出布氏硬度值，然后根據換算表，查出相對應的洛氏硬度值， 這種方式顯 然有些繁瑣。那么，能否根據布氏硬度計的壓痕直徑，直接計算出工件的洛氏硬度值呢？答案當然是肯定的。根據布氏硬度和洛氏硬度換算表，可歸納出一個計算簡單且容易記住的經驗公式：HRC = (479-100D) /4,其中D為10mm鋼球壓頭在30KN壓力下壓在工件上的壓痕直徑測量值。

18、該公式計算出的值與換算值的誤差在0.5-1范圍內，該公式在現場用起來十分方便，您不妨試一試。附錄：金屬工藝學金屬工藝學是一門研究有關制造金屬機件的工藝方法的綜合性技術學科主要內容:1常用金屬材料性能2各種工藝方法本身的規律性及應用.3金屬機件的加工工藝過程、結構工藝性。熱加工：金屬材料、鑄造、壓力加工、焊接目的、任務：使學生了解常用金屬材料的性質及其加工工藝的基礎知識，為學習其它相關課程及以后從事機械設計和制造方面的工作奠定必要的金屬工 藝學的基礎。以綜合為基礎，通過綜合形成能力第一篇金屬材料第一章金屬材料的主要性能兩大類：1使用性能：機械零件在正常工作情況下應具備的性能。包括：機械性能、物理

19、、化學性能2工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、切削性能 等。第一節 金屬材料的機械性能指力學性能一受外力作用反映出來的性能。一彈性和塑性：1彈性：金屬材料受外力作用時產生變形，當外力去掉后能恢復其原來形狀的性能。力和變形同時存在、同時消失。如彈簧：彈簧靠彈性工作。2塑性：金屬材料受外力作用時產生永久變形而不至于引起破壞的性能。（金屬之間的連續性沒破壞）塑性大小以斷裂后的塑性變形大小來表示。塑性變形：在外力消失后留下的這部分不可恢復的變形。3拉伸圖金屬材料在拉伸過程中彈性變形、塑性變形直到斷裂的全部力學性能可用 拉伸圖形象地表示出來。以低碳鋼為例cbckcsce£ （

20、 A ）將金屬材料制成標準式樣。在材料試驗機上對試件軸向施加靜壓力P,為消除試件尺寸對材料性能的影響，分別以應力d（即單位面積上的拉力4P/兀2）和應變（單位長度上的伸長量 A 1/0 ）來代替P和AJ得到應力應變圖1）彈性階段oece彈性極限2）屈服階段：過e點至水平段右端cs塑性極限，s屈服點過s點水平段一一說明載荷不增加，式樣仍繼續伸長。（P 一定，（T =P/一定，但真實應力 P/F1 T因為變形，F1 J） 發生永久變形3）強化階段：水平線右斷至 b點 PT變形TCb強度極限，材料能承受的最大載荷時的應力。4）局部變形階段bk過b點，試樣某一局部范圍內橫向尺寸突然急劇縮小?？s頸”（試

21、樣橫截面變小，拉力 。4延伸率和斷面收縮率：一一表示塑性大小的指針1）延伸率：8 =o一一式樣原長，li 一一拉深后長2）斷面收縮率：Fo原截面，Fi一拉斷后截面* 1 ）越大，材料塑性越好2） £與8區別：拉伸圖中 £=強+£塑，8=e mOs3） 一般8> 5%為塑性材料，55%為脆性材料。5條件屈服極限O0o 20.2塑性變形的應力有些材料在拉伸圖中沒有明顯的水平階段。通常規定產生 作為屈服極限，稱為條件屈服極限.二剛度金屬材料在受力時抵抗彈性變形的能力一1材料本質彈性模量一在彈性范圍內，應力與應變的比值.其大小主要決定材料本身.相 當于單位元元變形所

22、需要的應力.(t=E£, E =(r/£=tga2幾何尺寸形狀受力相同材料的E相同，但尺寸不同，則其剛度也不同.所以考慮材料剛度時要把形狀尺寸同時考慮.還要考慮受力情況.三強度強度指金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力按作用力性質的不同，可分為：抗拉強度3抗壓強度抗彎強度cw抗剪強度抗扭強度如常用來表示金屬材料強度的指標屈服強度：（Pa N/m2） Ps-產生屈服時最大外力，Fo-原截面抗拉強度（Pa N/m2） Pb-斷裂前最大應力.cs cb在設計機械和選擇評定材料時有重要意義 .因金屬材料不能在超過 cs的 條件下工作，否則會塑變.超過工作，機件會斷裂.后-c

23、b之間塑性變形,壓力加工四硬度金屬抵抗更硬的物體壓入其內的能力一是材料性能的綜合物理量，表示金屬材料在一個小的體積范圍內的抵抗彈 性變形塑性變形或斷裂的能力.1布式硬度HB用直徑D的淬火鋼球或硬質合金球，在一定壓力P下，將鋼球垂直地壓入金屬 表面，井保持壓力到規定的時間后卸荷，測壓痕直徑d（用刻度放大鏡測）則 HB=P/F （N/mm 2）單位一般不寫.F-壓痕面積.HBS 一壓頭用淬火鋼球,HBW 一壓頭用硬質合金球l因鋼球存在變形問題，不能測太硬的材料，適于HBS<450,如鑄鐵，有色金屬，軟鋼等.而HBWV 6 5 0.l特點：壓痕大，代表性全面l應用：不適宜薄件和成品件2 洛式硬

24、度HR用金剛石圓錐在壓頭或鋼球，在規定的預載荷和總載荷下，壓入材料，卸 載后，測其深度h,由公式求出，可在硬度計上直接讀出，無單位.不同壓頭應用范圍不同如下表：HRBHRCHRAd= 1.588淬火980.7退火鋼 灰鐵 有色金1200金剛石圓錐1471淬火回火件588.4硬質合金 碳化物鋼球屬優點:易操作，壓痕小，適于薄件，成品件 缺點:壓痕小,代表性不全面需多測幾點.*硬度與強度有一定換算關系，故應用廣泛.根據硬度可近似確定強度，如灰鐵：ob=1HBS3顯微硬度(Hm)用于測定金屬組織中個別組成體，夾雜物等硬度.顯微放大測量 顯微硬度(查表)與HR有對應關系.如:磨削燒傷表面，看燒傷層 硬

25、度變化.五沖擊韌性ak材料抵抗沖擊載荷的能力常用一次擺錘沖擊試驗來測定金屬材料的沖擊韌性，標準試樣一次擊斷，用試樣缺口處單位截面積上的沖擊功來表示akak=Ak/F(J/m2) Ak=G(H-h)G-重量 F-缺 口截面脆性材料一般不開口 ，因其沖擊值低，難以比較差別.1 aT濟擊韌性愈好.2 Ak不直接用于設計計算：在生產中，工件很少因受一次大能量沖擊載荷而破壞，多是小沖擊載荷，多次沖擊引起破壞，而此時，主要取決于強度，故設計 時，ak只做校核.ak對組織缺陷很敏感，能夠靈敏地反映出材料品質，宏觀缺陷，纖維組織方面變化.所以,沖擊試驗是生產上用來檢驗冶煉、熱加工、熱處理工藝質量的有效方法。（

26、微裂紋一一應力集中一一沖擊一一裂紋擴展）六疲勞強度：問題提出：許多零件如曲軸、齒輪、連桿、彈簧等在交變載荷作用下，發生斷裂時的應力遠低于該材料的屈服強度，這種現象一一疲勞破壞。據統計，80%機件失效是由于疲勞破壞。疲勞強度一一當金屬材料在無數次交變載荷作用下而不致于引起斷裂的最大應力。1疲勞曲線一一交變應力與斷裂前的循環次數 N之間的關系。例如：純彎曲，有色金屬N» 108鋼材N>107不疲勞破壞2疲勞破壞原因材料有雜質，表面劃痕，能引起應力集中，導致微裂紋，裂紋擴展致使零件不能承 受所加載荷突然破壞.3預防措施改善結構形狀，避免應力集中，表面強化-噴丸處理，表面淬火等.第二節

27、金屬材料的物理，化學及工藝性能一物理性能 比重：計算毛坯重量，選材，如航天件：輕熔點:鑄造 鍛造溫度（再結晶溫度）熱膨脹性：鐵軌 模鍛的模具 量具導熱性：鑄造:金屬型鍛造:加熱速度導電性:電器元件銅鋁磁性:變壓器和電機中的硅鋼片磨床：工作臺二化學性能金屬的化學性能，決定了不同金屬與金屬，金屬與非金屬之間形成化合物的性能使有些合金機械性能高,有些合金抗腐蝕性好，有的金屬在高溫下組織性能穩 定.如耐酸，耐堿等如化工機械，高溫工作零件等三工藝性能金屬材料能適應加工工藝要求的能力.鑄造性，可鍛性，可焊性,切削加工形等思考題；1什么是應力，應變（線應變）？2頸縮現象發生在拉伸圖上哪一點？如果沒發生頸縮，

28、是否表明該試樣沒有塑性變形？3 0.2的意義？能在拉伸圖上畫出嗎？4將鐘表發條拉成一直線，這是彈性變形還是塑性變形？如何判定變形性質？5為什么沖擊值不直接用于設計計算？第二章金屬和合金的晶體結構與結晶第一節 金屬的晶體結構一基本概念:固體物質按原子排列的特征分為：晶體：原子排列有序，規則，固定熔點，各項異性.非晶體:原子排列無序，不規則，無固定熔點，各項同性如：金屬，合金，金剛石一晶體玻璃，松香瀝青一非晶體晶格：原子看成一個點，把這些點用線連成空間格子.結點：晶格中每個點.晶胞：晶格中最小單元，能代表整個晶格特征.晶面：各個方位的原子平面晶格常數：晶胞中各棱邊的長度(及夾角)，以A(1A=10

29、-8cm)度量金屬晶體結構的主要區別在于晶格類型，晶格常數.二常見晶格類型1體心立方晶格:Cr ,W, -Fe, Mo , V等特點:強度大，塑性較好，原子數:1/8 X8 +1=2 20 多種2面心立方晶格：Cu Ag Au Ni Al Pb 丫 Fe塑性好原子數:420多種4密排六方晶格：Mg Zn Be ,Cr -Ti Cd(鎘)純鐵在室溫高壓(130x108N/M2)成/Fe原子數=1/6 x12+1/2 x2+3=6,30 多種三多晶結構單晶體-晶體內部的晶格方位完全一致.多晶體一許多晶粒組成的晶體結構.各項同性.晶粒一外形不規則而內部晶各方位一致的小晶體.晶界一晶粒之間的界面.第二

30、節金屬的結晶一金屬的結晶過程（初次結晶）1結晶：金屬從液體轉變成晶體狀態的過程.晶核形成：自發晶核：液體金屬中一些原子自發聚集，規則排列.外來晶核：液態金屬中一些外來高熔點固態微質點.晶核長大：已晶核為中心，按一定幾何形狀不斷排列.*晶粒大小控制：晶核數目：多一細（晶核長得慢也細）冷卻速度：快一細（因冷卻速度受限，故多加外來質點） 晶粒粗細對機械性能有很大影響，若晶粒需細化，則從上述兩方面入手 結晶過程用冷卻曲線描述！2冷卻曲線溫度隨時間變化的曲線 一熱分析法得到1)理論結晶溫度 實際結晶溫度時間（s） T（C）過冷：液態金屬冷卻到理論結晶溫度以下才開始結晶的現象2） 過冷度:理論結晶溫度與實

31、際結晶溫度之差.（實際冷卻快，結晶在理論溫度下）二 金屬的同素異購轉變（二次結晶 重結晶）同素異構性一一種金屬能以幾種晶格類型存在的性質.同素異購轉變一金屬在固體時改變其晶格類型的過程.如:鐵錫鎰鈦鉆以鐵為例：-Fe（1394 C） rFe（912 C） o-Fe 體心 面心 體心因為鐵能同素異構轉變，才有對鋼鐵的各種熱處理.（品格轉變時，體積會變化，以原子排列不同）第三節合金的晶體結構一合金概念合金：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.組元:組成合金的基本物質.如化學元素（黃銅:二元）金屬化合物相:在金屬或合金中，具有相同成分且結構相同的均勻組成部分.相與相之間

32、有明顯的界面.如:純金屬一一個相，溫度升高到熔點，液固兩相.合金液態組元互不溶，幾個組元, 幾個相.固體合金中的基本相結構為固溶體和金屬化合物，還可能出現由固溶體和金屬化合物組成的混合物。合金結構1固溶體溶質原子溶入溶劑品格而仍保持溶劑晶格類型的金屬晶體。根據溶質在溶劑品格中所占的位置不同，分為：1) 置換固溶體溶質原子替代溶劑原子而占據溶劑品格中的某些結點位置，所形成的固溶體O*溶質原子，溶劑原子直徑相差不大時，才能置換如：CuZn Zn溶解度有限。 CuNi溶解度無限晶格畸變一一固溶強化：畸變時塑性變形阻力增加，強，硬增加。這是提高合 金機械性能的一個途徑。2) 間隙固溶體溶質原子嵌入各結

33、點之間的空隙，形成固溶體。溶質原子小，與溶劑原子比為0.59 。溶解度有限。也固溶強化。2金屬化合物合金各組成元素之間相互作用而生成的一種新的具有金屬性質，可用分子式表示的物質。如Fe3c WC特點：(1)較高熔點、較大脆性、較高硬度。(2)在合金中作強化相，提高強度、硬度、耐磨性，而塑性、韌性下降，如WC、TiCo可通過調整合金中的金屬化合物的數量、形態、分布來改變合金的 性能3機械混合物固溶體+金屬化合物、固+固一一綜合性能4二元合金狀態圖的構成合金系：由給定的組元可以配制成一系列成分含量不同的合金，這些合金組成 一個合金系統為研究合金系的合金成分、溫度、結晶組織之間的變化規律、建立合金狀

34、態圖 來描述。合金狀態圖一一合金系結晶過程的簡明圖解。實質：溫度一一成分作標圖，是在平衡狀態下（加熱冷卻都極慢的條件下）得 到的。二、二元合金狀態圖的建立以Pb （鉛）-Sb （錦）合金為例：1配置幾種Pb-Sb成分不同的合金。2做出每個合金的冷卻曲線3將每個合金的臨界點標在溫度 一成分坐標上，弁將相通意義的點連接起來, 即得到Pb-Sb合金的狀態圖。ABD CE液相線：ACB固相線：DCE單相區：只有一個相。兩相區：兩個相。ACD、BCEo c一共晶點*作業:第三章鐵碳合金§1鐵碳合金的基本組織液態：Fe、C無限互溶。 固態：固溶體 金屬化合物t C1538 -Fe+C鐵素體F13

35、94 yFe+C奧氏體A912 o-Fe+C鐵素體 Fs一鐵素體碳溶于o-Fe形成的固溶體一一鐵素體F體心立方，顯微鏡下為均勻明亮的多邊形晶粒。性能：韌性很好（因含 C少），強、硬不高。8 =4550% HBS=ob=250Mpa 含碳：727C, 0.02%二奧氏體碳溶于丫Fe中形成的固溶體一“A”面心立方，顯微鏡下多邊形晶粒，晶界較F平直.性能:塑性好，壓力加工所需要組織.含碳最高；1147c ,2.11% HBS=170220三滲碳體金屬化合物Fe3c復雜晶格，含碳:6.69%.性能:硬高HB(sw)>800,脆祚強化相. 在一定條件下會分解成鐵和石墨，這對鑄造很有意義.四珠光體P

36、F+Fe3C機械混合物，含碳0.77%組織:兩種物質相間組成，性能:介于兩者之間.強度較高：硬度HBS=250五萊氏體>727 C A+Fe3C-Ld高溫萊氏體 <727 C P+Fe3CLd'低溫萊氏體性能：與Fe3c相似 HBS>700 塑性極差.立鐵碳合金狀態圖是表明平衡狀態下含 C不大于6.69%的鐵碳合金的成分，溫度與組織之間關系 是研究鋼鐵的成分，自治和性能之間關系的基礎，也是制定熱加工工藝的基礎.含C>6.69在工業上午實際意義，而含C6.69%時,Fe與C形成Fe3C,故可看成一個組元，即鐵碳合金狀態圖實際為 Fe-Fe3c的狀態圖.一鐵碳合金狀

37、態圖中點線面的意義1各特性點的含義1)A:純鐵熔點 含C: 0%1538 c2)C:共晶點 4.3%11483)D: Fe3c 熔點6.6916004)E: C在A中最大溶解度2.1111485)F: Fe3c 成分點6.6911486)G: -Fe 與 丫Fe 轉變點0%9127)K: Fe3c 成分點 6.697278)P: C在o-Fe中最大溶解度0.02 7279)S：共析點0.7772710) Q: C在o-Fe中溶解度 0.0008 室溫2主要線的意義1) ACD:液相線，液體冷卻到此線開始結晶.2) AECF:固相線 此線下合金為固態3) ECF:生鐵固相線，共晶線，液體一Ld4

38、) AE:鋼的固相線，液態到此線一A5) GS:" 源口此線開始析出F6) ES:" Am”俾恥匕線開始析出FesCn7) PSK:"共析線.A同時析出P(F+Fe3C)3主要區域1) ACE:兩相區 L+A 2) DCF:兩相區 L+Fe3Ci3) AESG:單相區A 4) GPS: A+F兩相區二鋼鐵分類1工業純鐵：含C<0.0218% 組織:F2 鋼:含碳：0.02182.11共析鋼含C=0.77%P亞共析鋼含C<0.77%P+F過共析鋼含C>0.77%P+Fe3Cn3 鐵 含 C:2.11%6.69%共晶生鐵 4.3% CLd'亞

39、共晶生鐵< 4.3% CP+Lcf + FeCu過共晶生鐵> 4.3% CLd' + FeC1三典型合金結晶過程分析1共析鋼L L+A A-P2亞共析鋼L A+L -AA+F F+P3過共析鋼L L+A A A+ Fe 3C11- Fe3Ci+P4 共晶鐵L Ld Ld'5 亞共晶鐵L 1 點-L+A A+Ld P+Ld'6 過共晶鐵L 1 點-L+Fe3Ci 2 點-Ld+ Fe3Ci 3 點-Fe3Ci+Ld'四鐵碳合金狀態圖的應用1鑄造確定澆鑄溫度 選材：共晶點附近鑄造性能好2鍛造鍛造溫度區間 A3焊接 焊接缺陷用熱處理改善.根據狀態圖制定熱處

40、理工藝§3鋼的分類和應用按化學成分：碳鋼：<2.11%C少量Si Mn S P等雜質合金鋼：加入一種或幾種合金元素一碳鋼1含碳量對碳鋼性能的影響<0.9%C CT強，硬T塑，韌J FeC強化相>0.9%C CT硬T，強，塑，韌J FeS布晶界，脆性T2鋼中常見雜質對性能的影響Si:溶于F，強化F,強硬T塑，韌含量<0.030.4%有益作用不明顯Mn: 1）溶于F,FaC.引起固溶強化.2）與FeS反應一MnS比重輕，進入熔渣，如量少, 有益作用不明顯.S： FeS（FeS+Fe洪晶體，熔點985C,分布晶界，引起脆性"熱脆”P:溶于F,是強度，硬度T

41、但室溫塑性，韌性J J冷脆”3碳鋼的分類1 ）按含碳量分低碳鋼 <0.25%C 中碳鋼：0.250.6%C,高碳鋼>0.6%C2）按質量分（含S,P多少分）普通鋼 S<=0.055%,P<=0.045%優質鋼 S,P<=0.04%高級優質鋼 S<=0.03% P<=0.035%3）按用途分碳素結構鋼,碳素工具鋼 >0.6%C4碳鋼的編號和用途1）普通碳素結構鋼：Q235數字表示屈服強度單位Mpa2）優質碳素結構鋼正常含鎰量的優質碳素結構鋼：0.250.8%Mn較高含鎰量 0.150.6%C 0.71.0%Mn , >0.6%C 0.91.2

42、%Mn08 10 15 20 25 強，塑T沖壓件焊件30 35 40 45 50 55 60強短T彈簧，軸，齒輪 耐磨件65 70 75 80 85 耐磨件數字表示含C萬分8之幾3）碳素工具鋼T7T8T13數字表示含C千分之幾高級優質鋼加 A含Mn高，加Mn T8MnA二合金鋼常加合金元素：Mn Si Cr Ni Mo W V Ti B（硼）稀土元素（Xt）等1合金結構鋼數+元素符號+數”表示數一含碳萬分之幾,符號一合金元素,符號后面數表示含合金 %, <1.5%不標，=1.5%標2若為高級優質鋼，后加A如：60Si2Mn 0.6%C, 2%Si <1.5%Mn18Cr2Ni4W

43、A 0.18%C, 2%Cr, 4%Ni, <1.5%W 高級優質 應用：工程結構件,機械零件主要包括：低合金鋼，合金滲碳鋼，合金調質鋼，合金彈簧鋼，滾動軸承鋼等2合金工具鋼：數+元素符號+數與結構鋼同數一一位數,含C千分之幾，含C>=1.0%不標如：9SiCr （板牙,絲錐）0.9%C <1.5%Si <1.5%CrCrWMn （長錢刀，絲錐，拉刀,精密絲杠）* 高速鋼 含 C<1.0 也不標 W18Cr4V 0.70.8%C,18%W,4%Cr,<1.5%V應用：刃具,模具,量具等3特殊性能鋼不銹鋼:1Cr13 1Cr18Ni9Ti 等耐熱鋼:1Cr13

44、 2Cr13>400 C 工作耐磨鋼：高鎰鋼水韌處理，沖擊下工作，表面產生加工硬化.并有馬試體在滑移 面形成，表面硬度達HB450550，表面耐磨，心部為A.水韌處理：鋼加熱到臨界點以上（10001100C）保溫,碳化物全容于 A,水冷，因 冷速快，無法析出碳化物，成單一 A組織.§5常用非金屬材料一高分子材料天然：羊毛橡膠人工合成：塑料人工橡膠粘結劑等有機玻璃尼龍丙綸氯綸一商品名工程塑料：環氧樹脂聚甲醛：塑料手表中零件聚酰亞胺：絕緣二陶瓷耐磨耐蝕脆刀片砂輪三復合材料磨削軟片：聚酰亞胺+金剛石§4金屬零件選材的一般原則產品的質量和生產成本如何，與材料選擇的是否恰當有直

45、接關系，機械零件進行選材時，主要考慮零件的工作條件，材料的工藝性能和產品的成本.基本原則如下：1滿足零件工作條件：受力狀態一機械性能，基本er 8等k工作溫度環境介質一使用環境，高溫一耐熱，抗腐蝕一不銹鋼 高硬度一工具鋼2材料的工藝性能零件的生產方法不同，直接影響其質量和生產成本.如:灰口鐵，鑄造性能 切削加工性很好，可鍛性差.3經濟性價值=功能/成本如：耐腐蝕容器：1）普通碳素鋼：5000元 用一年2）奧氏體不銹鋼：40000元 用10年3）鐵素體不銹鋼:15000元用6年1）:2）:3） =1:1.25:2第四章鋼的熱處理§1概述一鋼的熱處理：把鋼在固態下加熱到一定的溫度進行必要

46、的保溫，并以適當的速度冷卻到室溫，以改變鋼的內部組織，從而得到所需性能的工藝方法*只改變組織和性能，而不改變其形狀和大小.熱處理是改善材料性能的重要手 段之一，能提高產品質量，延長機件壽命，節約金屬材料，所以，重要機件都要經過 熱處理.（提問:前面學過的改善金屬材料性能的手段一固溶強化）熱處理工藝曲線：各種熱處理都可以用溫度一時間的坐標圖形表示.溫度保溫臨界溫度加熱 冷卻時間應用廣泛：機械制造業中70%零件需熱處理.汽車拖拉機制造業7080%量具刃具模具滾動軸承等100%二目的1冶金鍛鑄 焊毛坯或成品，消除缺陷，改善工藝性能.為后續加工（如機加）做 好組織，性能，準備.退火正火2是鋼件的機械性

47、能提高，達到鋼件的最終使用性能指標，以滿足機械零件或 工具使用性能要求.淬火+回火 表面淬火 化學處理l依據:狀態圖§2熱處理過程中的組織轉變一鋼在加熱時的組織轉變1臨界溫度：狀態圖上Ai :共析線（P-A）臨界溫度：A3 : A析出F（F-A）極緩慢冷卻Acm : A 析出 Fe3Cn()實際加熱臨界溫度AciAc3A 過熱”A ccm實際冷卻臨界溫度AriPAr3A 析出F 過冷”Arcm析出 FaCn2組織轉變1) 共析鋼:P(F+Fe3C)-AA晶核形成:F和Fe3c界面上先形成A晶核(因界面原子排列不規則，缺陷多，能量低)A晶核長大:F晶格轉變，Fe3c不斷溶入A, A晶核

48、不斷生成，長大.F轉變快,先 消失.(3)殘余滲碳體的溶解：隨保溫時間加長,殘余Fe3c逐漸溶入A(4)A成分均勻化：A轉變完成后，各處含C濃度不均勻，繼續保溫,C充分擴散，得 到單一的均勻A這個過程是A重結晶的過程.2) 亞共析鋼：F+PAci F+A Ac3-A3) 過共析鋼：P+ Fe3Cn-Ac i-A+ Fe3Cn-Accm-A(晶粒粗化)鋼在冷卻時的組織轉變（鋼在室溫時的機械性能不僅與加熱，保溫有關，與冷卻過程也有關）1冷卻方式1） 連續冷卻：時加熱到A的鋼，在溫度連續下降的過程中發生組織轉變.水冷 油冷 空冷（正火）爐冷（退火）2）Ar i（2）（1）等溫冷卻：使加熱到A的鋼，先以較快的速度冷卻到 Ari線下某一溫度，成為過 冷A,保溫,使A在等溫下發生組織轉變,轉變完,再冷卻到室溫.等溫退火等溫淬火2共析鋼冷卻時的等溫轉變以共析鋼為例，進行一系列不同過冷度的等溫冷卻實驗，可以測出過冷奧氏體在恒溫下開始轉變和轉變終了的時間，畫到”溫度一時間”坐標系中，然后，把開始轉變的時間和轉變終了的時間分別連接起來，即得到共析鋼的奧氏體等溫轉變曲線.又叫C曲線.1） 高溫產物：Ari650c P 層片