第二章金屬材料當前第1頁\共有58頁\編于星期二\15點金屬材料的簡單介紹金屬是一種具有光澤(即對可見光強烈反射)、富有延展性、容易導電、導熱等性質的物質。金屬的上述特性都跟金屬晶體內含有自由電子有關。金屬材料是廣泛應用的一種材料。第一節金屬材料的基本知識當前第2頁\共有58頁\編于星期二\15點當前第3頁\共有58頁\編于星期二\15點一、金屬材料的主要性能1、機械性能彈性剛度塑性強度硬度當前第4頁\共有58頁\編于星期二\15點動載荷、沖擊特性交變載荷軸、齒輪、彈簧、連桿當前第5頁\共有58頁\編于星期二\15點2、物理與化學性能

物理性能：比重、導熱性、導電性、熱膨脹性、磁性等當前第6頁\共有58頁\編于星期二\15點化學性能：抗蝕性、抗氧化性當前第7頁\共有58頁\編于星期二\15點3、工藝性能材料適應加工和工藝處理要求的能力。鑄造性能鍛造性能當前第8頁\共有58頁\編于星期二\15點焊接性能當前第9頁\共有58頁\編于星期二\15點切削加工性能當前第10頁\共有58頁\編于星期二\15點二、金屬及合金的結構和結晶為什么不同的金屬有不同的性質？比較純鐵F純鋁L3純銅T245鋼LY11H62為什么含碳量的高低可以改變鋼材的性能？

20鋼45鋼T8工具鋼為什么鋼材經過熱處理會有不同的特性？退火、調質、淬火、滲碳當前第11頁\共有58頁\編于星期二\15點1、金屬的內部結構決定金屬性質的因素是金屬的內部結構金屬的晶體靠金屬鍵結合，使金屬原子按一定次序排列作有規律的排列。從而形成晶格。按晶格結構的不同形式，可以分為：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。當前第12頁\共有58頁\編于星期二\15點（1）體心立方晶格特點：硬，不易變形，延展性差——鉻、鉬、鎢、釩（2）面心立方晶格特點：軟，易變形，塑性大——鋁、銅、鎳、鉛當前第13頁\共有58頁\編于星期二\15點（3）

密排六方晶格特點：軟，易變形——鈹，鎂，鋅，鎘絕大多數的金屬晶體具有上述三種晶格，但是有金屬在不同的溫度下，會有不同的晶格，如鐵、錳、錫、鈦、鋁等，這就是同素異構轉變。當前第14頁\共有58頁\編于星期二\15點2、金屬的結晶過程1、金屬的結晶過程（1）

結晶的概念：液態金屬——固態晶體的過程 原子的聚集狀態從不規則排列到按一定幾何形狀作有序排列的過程。（2）

結晶的過程溫度低——原子活動弱——聚集成晶核——吸附周圍原子成長——形成晶粒——液體消失當前第15頁\共有58頁\編于星期二\15點晶粒——內部結構規則排列，兩個晶粒之間不規則晶粒的大小與冷卻速度（過冷度）有關，晶粒的粗細影響晶粒越細，強度越高等綜合性能好。當前第16頁\共有58頁\編于星期二\15點3、同素異構轉變固態范圍內，因溫度的變化，金屬原子重排，晶格結構改變

15350C

13900C

9100CL-Fe-Fe-Fe-Fe液態體心立方面心立方體心立方當前第17頁\共有58頁\編于星期二\15點伴隨著同素異構的轉變，金屬的能量變化，體積變化，內部應力發生晶格的同素異構轉變的作用，主要用于熱處理，以改善鋼材的性能當前第18頁\共有58頁\編于星期二\15點4、合金的概念純金屬的缺點：品種少，提煉困難，機械性能不能滿足需求，所以要合金來補充。合金的基本概念一種金屬加入另外一種或幾種金屬或非金屬，經過熔合而組成，具有金屬特性的材料。

元：組成合金的最基本物質純元素穩定的化合物

碳鋼Fe和C或Fe3C硬鋁合金Al、Cu和Mg

當前第19頁\共有58頁\編于星期二\15點相：具有統一化學成分和晶格結構的均勻部分單相和多相合金當前第20頁\共有58頁\編于星期二\15點5、合金的結構 合金中存在多種原子，所以結構復雜，原子之間相互作用，生成不同的相。按合金相結構的不同分為三種類型：固溶體、金屬化合物、機械混合物固溶體各組元之間相互溶解而形成的一種成分和性質均勻的新晶體。如鐵素體F(C,-Fe)含碳量為0.02%當前第21頁\共有58頁\編于星期二\15點金屬化合物各組元之間相互作用而形成的一種具有特殊晶格和明顯金屬特性的物質。如滲碳體Fe3C含碳量為6.67%

機械混合物兩種以上的相在一起，既不溶解也不形成化合物，只是按一定比例相互混合型成的新物質 如珠光體P(鐵素體與滲碳體的混合)滲碳體鐵素體當前第22頁\共有58頁\編于星期二\15點鐵碳合金的基本組織鐵碳合金由鐵和碳兩種元素組成合金——碳鋼和鑄鐵基本組織：固溶體，金屬化合物，機械混合三種形式1、鐵素體（F）(C,-Fe)

2、奧氏體（A）(C,

-Fe)

3、滲碳體（Fe3C）鐵索體

滲碳體當前第23頁\共有58頁\編于星期二\15點當前第24頁\共有58頁\編于星期二\15點4、珠光體（P）(F+Fe3C)

5、萊氏體（Ld）(A+Fe3C)

6、馬氏體（A）(C,

-Fe)過飽和低溫萊氏體馬氏體萊氏體

珠光體馬氏體當前第25頁\共有58頁\編于星期二\15點合金相圖來歷：在平衡狀態下，不同的含碳量在冷卻時會產生的不同的冷卻線，把各臨界點連接起來而形成的圖。當前第26頁\共有58頁\編于星期二\15點金相圖中的各條線是內部組織發生轉變時界線，所以，也稱為相線。金相圖的作用：直觀的了解不同溫度和成分下合金的平衡相或組織的組成情況，知道溫度或成分發生變化時，合金的組成相或組織的變化過程和規律。當前第27頁\共有58頁\編于星期二\15點六種典型合金的結晶過程分析關鍵點：0.02%0.8%2.06%4.3%共析鋼（含碳量0.8%）亞共析鋼（含碳量>0.02%<0.8%）過共析鋼（含碳量>0.8%<2.O6%）當前第28頁\共有58頁\編于星期二\15點共晶白口鐵（含碳量4.3%）亞共晶白口鐵（含碳量>2.06%<4.3%）過共晶白口鐵（含碳量>4.3%）亞共晶白口鐵當前第29頁\共有58頁\編于星期二\15點鋼的熱處理熱處理的定義和目的 鋼的熱處理時將各種不同成分的鋼，在固態下通過適當的加熱、保溫和冷卻，以改變其內部組織結構，從而獲得所需性能的一種加工工藝。熱處理不僅可改進鋼的加工工藝性能，更重要的是它可以顯著地提高鋼的機械性能，增加機器零件的壽命。鋼的熱處理原理 1、鋼的臨界溫度在非平衡條件下，臨界溫度有滯后現象。加熱時臨界溫度比平衡圖高一些，冷卻時臨界溫度比平衡圖低一些。鋼的晶格在不同溫度下，具有不同的結構，具有不同的性能。在室溫下，碳鋼中鐵素體和滲碳體構成加熱到相應溫度以上時，使其組織轉變為均勻的奧氏體，從而獲得所需要的性能。

當前第30頁\共有58頁\編于星期二\15點奧氏體晶核出現在鐵素體與滲碳體片層的交界面上--成長--溶解鐵素體和滲碳體—--均勻奧氏體，其過程如圖影響因素：（1）

溫度（2）

原始組織（3）

加熱速度奧化速快（1）

高溫（2）

含碳量高（3）

相界面的數量多（4）

加熱速度快均勻晶粒，溫度不宜過高，保溫不宜過長。

當前第31頁\共有58頁\編于星期二\15點1．

普通熱處理：（1）

退火，加熱，保溫，爐內冷卻，接近平衡狀態組織。A、完全退火>AC320-600C。B、球化退火>AC320-400C。C、去應力退火、低溫（2）正火>AC350-1000C。空氣中冷卻（3）淬火>AC350-1000C。油水、鹽水、速冷—馬氏體（4）

回火、淬火再加熱，再降溫。2．

表面熱處理：（1）

表面淬火。（2）

化學處理、滲碳、滲氮、碳氮共滲。當前第32頁\共有58頁\編于星期二\15點淬火滲碳淬火退火當前第33頁\共有58頁\編于星期二\15點當前第34頁\共有58頁\編于星期二\15點第二節鋼鐵材料一、碳鋼1、鋼的牌號普通碳素結構鋼Q195Q215Q235Q275屈服點注明機械性能，不標化學成分，不進行熱處理不注明機械性能，標化學成分，進行熱處理特殊，既注明機械性能，又標化學成分優質碳素鋼含碳量的萬分數碳素工具鋼

含碳量的千分數當前第35頁\共有58頁\編于星期二\15點2、鋼材的類別、品種表型材當前第36頁\共有58頁\編于星期二\15點當前第37頁\共有58頁\編于星期二\15點二、合金鋼原因碳鋼不能滿足需要編號數字+合金符號+數字（小于1.5%的不標）用途結構、工具、特殊用途當前第38頁\共有58頁\編于星期二\15點三、鑄鐵1.白口鐵。鐵素體有少量的碳。2.灰口鑄鐵。（1）特點。三個最最便宜、最方便、最廣泛強度、現代化，但具有優良的鑄造性能，耐磨性切削加工性，減震性，低的缺口敏感性，（2）內因石墨的分布（3）標號HT250，數字表示抗拉強度當前第39頁\共有58頁\編于星期二\15點3、球墨鑄鐵特點強度高，耐沖擊，易鑄造原因球狀石墨團QT70-2前抗拉強度，后延展率4、可鍛鑄鐵白口鐵可鍛化退火，形成絮狀的石墨KTH50-4KTZ50-4前抗拉強度，后延展率5、蠕墨鑄鐵當前第40頁\共有58頁\編于星期二\15點一、鋁的生產鋁礦石氧化鋁純鋁二、純鋁1、物理性質銀白色、比重小、導電性好、易鈍化；面心立方晶格，塑性好、收縮率大，鑄造性能差。2、鋁的分類與編號高純鋁1AXX純鋁99.XX%1A851A901A931A971A99LG1LG2LG3LG4LG5工業純鋁1AXXA1A70A1A60A1A50AL1L2L3第二節鋁及鋁合金當前第41頁\共有58頁\編于星期二\15點三、鋁合金1、特點：固溶體2、鑄造鋁合金ZL101鋁硅合金1活塞、氣缸頭、氣缸套、扇葉鋁銅合金2塑性好，變形鋁合金鋁鎂合金3耐腐蝕的鑄件鋁鋅合金4醫療器械、儀器儀表、日常用品

當前第42頁\共有58頁\編于星期二\15點3、變形鋁合金可以冷熱加工變形防銹3A215A025A055A06硬鋁2A11多元素，易熱處理強化超硬鋅銅鎂多元素合金鍛鋁鎂硅銅多元素合金6A02熱鍛、耐蝕性好2A502A14時效處理增強，不耐蝕可焊性差2A702A802A90是含有Fe、Ni的耐熱鍛鋁1xxx純鋁2xxx銅3xxx錳4xxx硅5xxx鎂6xxx鎂硅7xxx鋅8xxx其他9xxx備用鋁合金的牌號當前第43頁\共有58頁\編于星期二\15點鋁合金的品種規格板、棒、型、線、箔材當前第44頁\共有58頁\編于星期二\15點鋁型材的用途電料、電源插座的殼體、軌道燈、鎮流器、座位的滑槽、骨架、原材料、裝飾：門窗等方便易用，并適合單體小批量生產，加工容易當前第45頁\共有58頁\編于星期二\15點鋁合金型材的連接塞角、角鋁、自攻絲當前第46頁\共有58頁\編于星期二\15點第三節其他金屬材料一、銅及銅合金純銅、紫銅牌號，為T1,T2,T3,T4.數字越大，純度越低2號銅就T2性質：導電性極好，導熱性極好的塑性，銅絲、銅箔鑄造性能較差洛陽銅加工廠，鋁鎂分廠，板帶，管棒，熔鑄搜索結果當前第47頁\共有58頁\編于星期二\15點當前第48頁\共有58頁\編于星期二\15點銅合金黃銅銅鋅合金H+數字，數字表示銅含量的百分數良好的機械性能、耐蝕、工藝性好用途：機械零件、裝飾用品、電器元件等領域特殊黃銅，鋁鐵硅錳鉛錫Hsn62-1含有1%的錫當前第49頁\共有58頁\編于星期二\15點青銅銅錫合金或其他，Al、Si、Be、Mn、Pb等。5-7.Sn%，面心，適合壓力加工。>10%，只能鑄造，出現Cu3Sn8(體心)耐腐蝕，耐磨。軸瓦，軸套，蝸輪鈹青銅適合做彈簧及彈性零件鋁青銅強度高，耐磨，耐蝕用途：齒輪，船舶用當前第50頁\共有58頁\編于星期二\15點白銅銅、鎳合金，具有較高的電阻，如電熱器，電工用在裝飾中用的多為板、條產品：板、管、棒電器：條、絲、帶、片當前第51頁\共有58頁\編于星期二\15點二、其他金屬與合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金錫及錫合金當前第52頁\共有58頁\編于星期二\15點金屬材料的一般選用原則機械性能指標計算應力與標注應