第一篇金属材料的基础知识.pptx

会计学1第一篇金属材料的基础知识第一篇金属材料的基础知识第一页，共138页。其主要内容其主要内容(nirng)包括包括:金属材料的主要金属材料的主要性能性能(xngnng)铁碳合金铁碳合金 钢的热处理钢的热处理 工业用钢工业用钢第1页/共138页第二页，共138页。材料与性能材料与性能材料与性能材料与性能(xngnng)(xngnng)要求要求要求要求n n四大工程材料：钢铁、铝及铝合金、四大工程材料：钢铁、铝及铝合金、四大工程材料：钢铁、铝及铝合金、四大工程材料：钢铁、铝及铝合金、塑料、水泥塑料、水泥塑料、水泥塑料、水泥n n n n力学性能力学性能力学性能力学性能 强度、塑性、强度、塑性、强度、塑性、强度、塑性、硬度、硬度、硬度、硬度、n n 冲击韧性冲击韧性冲击韧性冲击韧性(度度度度)、疲劳强度、疲劳强度、疲劳强度、疲劳强度n n物化性能物化性能物化性能物化性能密度密度密度密度(md)(md)(md)(md)、耐腐蚀性等、耐腐蚀性等、耐腐蚀性等、耐腐蚀性等n n工艺性能工艺性能工艺性能工艺性能加工成形的难易程度加工成形的难易程度加工成形的难易程度加工成形的难易程度 第2页/共138页第三页，共138页。n n力力学学性性能能 材材料料在在外外力力作作用用下下所所表表现现(bioxin)(bioxin)出的特性。出的特性。作用(zuyng)在机件上的外力载荷FFF=F（MPa）外力 内力(nil)应力FF=F/S第3页/共138页第四页，共138页。（1）弹性(tnxng)变形：材料受外力作用时产生变形，当外力去除(q ch)后恢复其原来形状，这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。1.1.两种基本两种基本(jbn)(jbn)变形变形FFF第4页/共138页第五页，共138页。（2）塑性变形:材料在外力作用下产生永久的不可(bk)恢复的变形，称为塑性变形。FFF第5页/共138页第六页，共138页。第一节第一节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能拉伸拉伸拉伸拉伸(l shn)(l shn)试验（试验（试验（试验（GB6397-1986GB6397-1986）一、强度一、强度(qingd)(qingd)和塑性和塑性第6页/共138页第七页，共138页。拉伸拉伸(l shn)(l shn)试样试样L1第7页/共138页第八页，共138页。低碳钢拉伸试验低碳钢拉伸试验低碳钢拉伸试验低碳钢拉伸试验(shyn)(shyn)(shyn)(shyn)图分析图分析图分析图分析 塑性变形阶段(jidun)(屈服)（曲线）:sb S 屈服点变形(bin xng)阶段的分析：弹性变形阶段(直线）:oe e 弹性极限点缩颈 颈缩阶段(断裂)（曲线）:bk b 极限载荷点 K 断裂点第8页/共138页第九页，共138页。N/mm2；MPa 应变：试样单位(dnwi)长度上的伸长量 应力与应变(yngbin)概念 应力：试样单位(dnwi)横截面上的拉力 应力与应变曲线第9页/共138页第十页，共138页。0.2 0.2名义屈服名义屈服(qf)(qf)强度强度 （名义屈服（名义屈服(qf)(qf)点）点）低碳钢拉伸(l shn)试验图1.强度(qingd)单位：MPa(N/mm2）b 抗拉强度 s 屈服强度(屈服点）强度:材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。（F）0.2%第10页/共138页第十一页，共138页。屈服强度和抗拉强度 在工程上常用屈服强度和抗拉强度来表示金属材料的强度指标(zhbio)。其计算公式为：屈服强度（屈服点）拉伸试样产生屈服时的应力 s=Fs/A0 (MPa)抗拉强度拉伸试样在拉断前所承受的最大应力 b=Fb/A0 (M Pa)Fs试样产生屈服时所承受的最大载荷,N Fb-试样在拉断前所能承受 的最大载荷,N A0试样原始截面积,mm 金属不能在超过其 s、b 的条件下工作。因此作为强度设计的依据.?灰铸铁和20钢分别以何种强度为设计依据。第11页/共138页第十二页，共138页。2.塑性塑性(sxng)应用(yngyng)中：10试样 L0=10d0 5 试样 L0=5d0 伸长(shn chn)率：试样拉断后,其标距的伸长(shn chn)与原始标距的百分比.塑性:材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。第12页/共138页第十三页，共138页。断面收缩率:试样(sh yn)拉断后,缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比 说明：、值愈大，表明(biomng)材料的塑性愈好。良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。式中 A0试样的原始(yunsh)截面积，mm；A1试样拉断后,断口处横截面积，mm；缩颈=（A0 A1）/A0100%第13页/共138页第十四页，共138页。二、硬度二、硬度二、硬度二、硬度(yngd)(yngd)（HBHB、HRHR）硬度:是材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。它是材料性能(xngnng)的一个综合的物理量，表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗塑性变形、压痕划痕的能力。是衡量金属软硬的指标。直接影响金属材料的耐磨性。常用的有布氏硬度和洛氏硬度第14页/共138页第十五页，共138页。1.布氏硬度布氏硬度HBS（以淬火钢球为压（以淬火钢球为压头头(y tu)）用于测定软性材质（用于测定软性材质（HBS450）测试原理图：测试原理图：HBS测定(cdng)第15页/共138页第十六页，共138页。压头直径压头直径压头直径压头直径:10mm10mm、5mm5mm、2.5mm2.5mm 载荷载荷载荷载荷:30000N:30000N、7500N 7500N、1870N 1870N 特点：优点：测量值较稳定、准确度较洛氏硬度高特点：优点：测量值较稳定、准确度较洛氏硬度高特点：优点：测量值较稳定、准确度较洛氏硬度高特点：优点：测量值较稳定、准确度较洛氏硬度高 缺点：测量费时，且压痕较大，缺点：测量费时，且压痕较大，缺点：测量费时，且压痕较大，缺点：测量费时，且压痕较大，不适合不适合不适合不适合(shh)(shh)成品检验。成品检验。成品检验。成品检验。适用范围：用于测定软性材质（适用范围：用于测定软性材质（适用范围：用于测定软性材质（适用范围：用于测定软性材质（HBS450HBS450）如如如如:灰口铸铁、软钢和非铁合金等。灰口铸铁、软钢和非铁合金等。灰口铸铁、软钢和非铁合金等。灰口铸铁、软钢和非铁合金等。HBW-HBW-以硬质合金为压头的新型布氏硬度计以硬质合金为压头的新型布氏硬度计以硬质合金为压头的新型布氏硬度计以硬质合金为压头的新型布氏硬度计 第16页/共138页第十七页，共138页。HRC测定测定(cdng)2、洛氏硬度HRC（120。金刚石压头、140kgf）用于测定(cdng)硬质表面材料（2070 HRC）测试原理图：F第17页/共138页第十八页，共138页。压头直径压头直径压头直径压头直径:120:120。金刚石压头、。金刚石压头、。金刚石压头、。金刚石压头、1.5875mm1.5875mm钢球、钢球、钢球、钢球、3.175mm3.175mm钢球钢球钢球钢球 主载荷主载荷主载荷主载荷:140kgf:140kgf、50kgf50kgf、90kgf 90kgf、特点：优点特点：优点特点：优点特点：优点 测试简便、迅速、因压痕小、不损伤测试简便、迅速、因压痕小、不损伤测试简便、迅速、因压痕小、不损伤测试简便、迅速、因压痕小、不损伤 零件，适合成品检验。零件，适合成品检验。零件，适合成品检验。零件，适合成品检验。缺点缺点缺点缺点 测得的硬度值重复性较差，需在不同测得的硬度值重复性较差，需在不同测得的硬度值重复性较差，需在不同测得的硬度值重复性较差，需在不同(b(b tntn)的的的的 部位测量数次。部位测量数次。部位测量数次。部位测量数次。适用范围：用于测定硬质材质（适用范围：用于测定硬质材质（适用范围：用于测定硬质材质（适用范围：用于测定硬质材质（202070 HRC70 HRC）如如如如:淬火钢、调质钢等。淬火钢、调质钢等。淬火钢、调质钢等。淬火钢、调质钢等。第18页/共138页第十九页，共138页。?布氏硬度和洛氏硬度硬度各有什么优缺点布氏硬度和洛氏硬度硬度各有什么优缺点布氏硬度和洛氏硬度硬度各有什么优缺点布氏硬度和洛氏硬度硬度各有什么优缺点?下列零件用哪种硬度法测量下列零件用哪种硬度法测量下列零件用哪种硬度法测量下列零件用哪种硬度法测量 1.1.硬质合金硬质合金硬质合金硬质合金(yn(yn zh h jn)zh h jn)刀头刀头刀头刀头 2 2 锻件锻件锻件锻件第19页/共138页第二十页，共138页。三、韧性 金属在断裂前吸收的变形(bin xng)能量的能力韧性。其常用指标为-冲击韧度（ak）第20页/共138页第二十一页，共138页。用冲击用冲击用冲击用冲击(chngj)(chngj)试验测定冲击试验测定冲击试验测定冲击试验测定冲击(chngj)(chngj)韧度韧度韧度韧度 第21页/共138页第二十二页，共138页。计算公式：ak=Ak/S(J/cm)用单位面积上的冲击功来表示 ak冲击韧度 Ak冲断试样所消耗的冲击功，J;S试样缺口处的横截面积，cm。冲击值一般作为选材的参考，不直接用于强度计算。试验表明：在冲击能量不大的情况下，金属材料承受多次重复冲击的能力，主要决定于强度，而不是要求过高的冲击韧度。ak 值 对组织缺陷很敏感，因此，冲击试验在生产上用来检验冶炼、热加工、热处理工艺(gngy)质量的有效方法。第22页/共138页第二十三页，共138页。四、疲劳强度 （-1）（-10.5b）金属材料在无数次重复或交变载荷的作用(zuyng)下而不致引起断裂的最大应力疲劳强度。在机械零件中有许多零件，如连杆、齿轮、弹簧、曲轴等，是在交变载荷的作用(zuyng)下工作的。这种受交变应力的零件，发生断裂时的应力。远低于该材料的屈服强度，这种破坏现象叫做疲劳破坏。据统计，约有80%的机件失效都可归咎于疲劳破坏。金属材料所承受重复或交变载荷应力（）与其断裂前的应力循环次数（N）有如图所示的疲劳曲线关系。第23页/共138页第二十四页，共138页。疲劳曲线 当应力降至某值后，疲劳曲线成为水平，即表示该材料可能经受无数次应力循环而仍不发生疲劳断裂(dun li)，这个应力叫做疲劳强度极限。用应力循环基数表示：钢为107 非铁合金为108第24页/共138页第二十五页，共138页。5 5、几种、几种、几种、几种(j(j zh zh n n)常用金属材料的力学性能常用金属材料的力学性能常用金属材料的力学性能常用金属材料的力学性能 牌牌 号号力力 学学 性性 能能 应应 用用b/MPas%HBSHRCkQ235-A400 23526工程结构工程结构 45钢钢6101622955（淬（淬火）火）轴、杆轴、杆ZG310-57057031015 3铸钢件铸钢件ZAlSi2143450 活塞活塞 HT250250气缸体气缸体QT700-27004202270曲轴曲轴第25页/共138页第二十六页，共138页。复习题复习题1.1.解释应力与应变的概念解释应力与应变的概念解释应力与应变的概念解释应力与应变的概念2.2.说明说明说明说明S S、0.2 0.2、bb、1 1 、kk、45-45-50HRC50HRC、300HBS300HBS的名称和含义的名称和含义的名称和含义的名称和含义(hny)(hny)3.3.查阅有关资料列表统计如下材料的力学性能查阅有关资料列表统计如下材料的力学性能查阅有关资料列表统计如下材料的力学性能查阅有关资料列表统计如下材料的力学性能指标值：指标值：指标值：指标值：Q215-A;35;T10;HT300;Q215-A;35;T10;HT300;QT450-10;ZG340-640(ZG55QT450-10;ZG340-640(ZG55）;ZCuSn10Pb1(10-1ZCuSn10Pb1(10-1锡青铜锡青铜锡青铜锡青铜););ZAlSi7Mg(ZL101)ZAlSi7Mg(ZL101)。第26页/共138页第二十七页，共138页。第二章第二章第二章第二章 铁铁铁铁 碳碳碳碳 合合合合 金金金金n n 铁碳合金铁碳合金铁碳合金铁碳合金(hjn)(hjn)根据含碳量的不同可分为根据含碳量的不同可分为根据含碳量的不同可分为根据含碳量的不同可分为:n n 碳钢碳钢碳钢碳钢 ：C2.11%;C2.11%;生铁：生铁：生铁：生铁：2.11%C5%.2.11%C5%.n n （铸铁：（铸铁：（铸铁：（铸铁：2.8%C4.0%)2.8%C4.0%)图3-3 40钢的显微组织 400 图3-4 60钢的显微组织 400 组织：F+P 组织：P（黑色）+F（白色网状第27页/共138页第二十八页，共138页。第一节第一节第一节第一节 纯铁的晶体结构与同素异晶转变纯铁的晶体结构与同素异晶转变纯铁的晶体结构与同素异晶转变纯铁的晶体结构与同素异晶转变(zhu(zhu nbin)nbin)n n金属（纯铁、铜、金属（纯铁、铜、金属（纯铁、铜、金属（纯铁、铜、铝等）都是晶体铝等）都是晶体铝等）都是晶体铝等）都是晶体n n晶体晶体晶体晶体原子按一定的次序作有规则的排列。原子按一定的次序作有规则的排列。原子按一定的次序作有规则的排列。原子按一定的次序作有规则的排列。如金刚石、石墨等。如金刚石、石墨等。如金刚石、石墨等。如金刚石、石墨等。n n非晶体非晶体非晶体非晶体原子作不规则的排列。原子作不规则的排列。原子作不规则的排列。原子作不规则的排列。n n 如玻璃、沥青等。如玻璃、沥青等。如玻璃、沥青等。如玻璃、沥青等。n n n n晶格晶格晶格晶格把每个原子看成一个点，把每个原子看成一个点，把每个原子看成一个点，把每个原子看成一个点，n n此点代表原子的振动中心此点代表原子的振动中心此点代表原子的振动中心此点代表原子的振动中心,将这些点用直线将这些点用直线将这些点用直线将这些点用直线连接起来，形成的空间格子。连接起来，形成的空间格子。连接起来，形成的空间格子。连接起来，形成的空间格子。n n n n 晶胞晶胞晶胞晶胞(jn(jn bo)bo)晶格的最小单元。晶格的最小单元。晶格的最小单元。晶格的最小单元。n n n n 晶胞(jn bo)第28页/共138页第二十九页，共138页。一、一、金属的结晶：金属的结晶：金属由液态冷却变成固态，原子金属由液态冷却变成固态，原子(yunz(yunz)由不规则排列由不规则排列有规则有规则的排列的排列 无序无序 有序有序 金属结晶过程示意图 金属(jnsh)结晶过程 形核长大 晶粒第29页/共138页第三十页，共138页。n n金属和合金金属和合金金属和合金金属和合金(hjn)(hjn)多为多多为多多为多多为多晶体结构晶体结构晶体结构晶体结构 晶粒间的接触面（边界）晶粒间的接触面（边界）晶粒间的接触面（边界）晶粒间的接触面（边界）称为晶界。称为晶界。称为晶界。称为晶界。细化晶粒的方法 （1）快速冷却，增加晶核数；（2）添加(tin ji)高熔点弥散质点 （孕育或变质处理）（3）热处理和压力加工 晶粒粗细(cx)对力学性能影响很 大。一般规律：晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧 性愈好。第30页/共138页第三十一页，共138页。第31页/共138页第三十二页，共138页。第32页/共138页第三十三页，共138页。n n纯金属纯金属纯金属纯金属(jnsh(jnsh)结晶的结晶的结晶的结晶的n n 冷却曲线规律冷却曲线规律冷却曲线规律冷却曲线规律 2）纯金属结晶在恒温下进行，结晶冷却曲线出现 水平(shupng)线段 1）金属实际(shj)结晶温度低于理论结晶温度；理论结 晶温度T 0 与实际(shj)结晶温度Tm之差称为过冷度，即：T=T 0-Tm第33页/共138页第三十四页，共138页。二、纯铁的晶体结构形式二、纯铁的晶体结构形式二、纯铁的晶体结构形式二、纯铁的晶体结构形式(xngsh)(xngsh)体心体心体心体心(t(t xn)xn)立方晶格立方晶格立方晶格立方晶格 FeFe面心立方(lfng)晶格Fe 纯铁在晶体状态下的两种晶格类型：纯铁在晶体状态下的两种晶格类型：第34页/共138页第三十五页，共138页。1）体心立方晶格(jn)在立方体的8个顶角上各有一个原子，在立方体中心还有一个原子。体心(t xn)立方晶格第35页/共138页第三十六页，共138页。2）面心立方晶格 在立方体8个顶角上各有一个(y)原子，在立方体 的6个面的中心还各有一个(y)原子。面心立方(lfng)晶格第36页/共138页第三十七页，共138页。三、纯铁的同素异晶转变三、纯铁的同素异晶转变三、纯铁的同素异晶转变三、纯铁的同素异晶转变(zhu(zhu nbin)nbin)纯铁固态纯铁固态(gti)(gti)下下,在不在不同温度范围内将呈现出不同同温度范围内将呈现出不同的晶格形态，这种现象称为的晶格形态，这种现象称为同素异晶转变。同素异晶转变。（液体(yt)）1538 （体心）1394 （面心）912 （体心）2）用反应式表示1）用冷却曲线表示 L第37页/共138页第三十八页，共138页。合金：以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，所形成的具有金属特性的物质。组元：组成合金的基本(jbn)元素。铁碳合金(Fe-Fe3C)相：在合金组织中,凡是成分相同、晶体结构和物理性能相同的均匀组成部分。例如：单一的液相；单一的固相；液相、固相两相共存；问题：水、油混装在一个瓶子里，是几个(j)相？将奶粉加开水冲一杯牛奶又是几个(j)相？第二节第二节 铁碳合金的组织铁碳合金的组织(zzh)(zzh)结结构构第38页/共138页第三十九页，共138页。组织：通常借助于放大镜、显微镜人眼观察到的材料(cilio)内部的微观（图像）统称组织组织是材料性能的决定(judng)因素。合金(hjn)的组织结构机械混合物固溶体金属化合物第39页/共138页第四十页，共138页。一、固溶体一、固溶体一、固溶体一、固溶体溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型(lixng)的金属晶体。据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置(wizhi)的不同固溶体固溶体的性能特点：具有良好的塑性(sxng)和韧性，强度、硬度较低。置换固溶体间隙固溶体溶剂原子溶质原子溶剂原子溶质原子第40页/共138页第四十一页，共138页。二、金属(jnsh)化合物合金各组成元素之间相互作用而生成的一种新的具有金属特性(txng)的物质。金属化合物各元素之间呈整数(zhngsh)比关系。如：Fe3C、WC、TiC 等金属化合物的性能特点：脆性大、硬度高；强度低；塑性、韧性差；高的熔点。第41页/共138页第四十二页，共138页。三、机械三、机械三、机械三、机械(jxi)(jxi)混合物混合物混合物混合物合金的组成在固态下既不互相溶解又不形成化合物，而是按一定的重量比混合(hnh)而成的新物质。机械混合物既可以(ky)是纯金属、固溶体或金属化合物各自的混合，也可以(ky)是它们之间的混合。性能特点：性能介于各组成物的性能之间。如珠光体和莱氏体第42页/共138页第四十三页，共138页。第三节第三节第三节第三节 铁碳合金的基本铁碳合金的基本铁碳合金的基本铁碳合金的基本(jbn)(jbn)组织组织组织组织 部分部分(b fen)(b fen)碳溶于铁的晶格间隙，铁的晶格类型碳溶于铁的晶格间隙，铁的晶格类型不变。不变。奥氏体（A）碳（C）溶入-Fe中所形成(xngchng)的固溶体 铁素体（F）碳（C）溶入-Fe中所形成的固溶体 1）固溶体第43页/共138页第四十四页，共138页。铁素体（铁素体（F）体心立方体心立方(lfng)晶格晶格 600 0.006%C 727 0.0218%C 力学性能：力学性能：b 250MPa；=45%50%；HBS=80。奥氏体（A）面心立方(lfng)晶格 1148 2.11%C 727 0.77%力学性能：b 250 350MPa；=40%45%。HBS=160200；第44页/共138页第四十五页，共138页。铁素体组织(zzh)奥氏体不锈钢组织(zzh)第45页/共138页第四十六页，共138页。渗碳体渗碳体渗碳体渗碳体 （FeFe3 3C C）（石墨(shm)）铸铁(zhti)生产中 性能 800 HBW（用硬质合金(yn zh h jn)头测定）硬而脆，但塑性、韧性近于零。2）金属化合物各组元按一定整数比结合而成，并 具有金属性质的均匀物质，属于单相组织。第46页/共138页第四十七页，共138页。过共晶白口(biku)铸铁中铁的一次渗碳体过共析钢退火(tuhu)组织中的二次渗碳体第47页/共138页第四十八页，共138页。3）机械混合物结晶过程(guchng)所形成的两相混合组织 白色F基体(j t)中嵌入黑片状Fe 3C 良好(lingho)的力学性能：b 750MPa；HBS=180 =20%25%；k=30-40（J/c）成分：C 0.77%珠光体 P（F+Fe3C）第48页/共138页第四十九页，共138页。莱氏体（莱氏体（Ld）由绿条状或粒状P和黄色(hungs)Fe3C 基体组成727以上(yshng)为高温Ld （A+Fe3C）727以下为低温Ld（P+Fe3C）力学性能与 Fe3C 相似，硬而脆C=4.3%C 第49页/共138页第五十页，共138页。珠 光 体 莱 氏 体第50页/共138页第五十一页，共138页。第四节、铁碳合金(hjn)状态图 铁碳合金状态图是用实验方法作出的温度成分坐标图，图中横坐标仅标出了含碳量小于6.69%的合金部分，因为含碳量大于6.69%的铁碳合金，在工业上没有实用意义。当含碳量为6.69%时，铁和碳形成的Fe3C，可以看作是合金的一个组元，因此，这个(zh ge)状态图实际上是Fe-Fe3C的状态图。它是研究钢和铁的成分、温度和组织结构之间关系的重要工具。第51页/共138页第五十二页，共138页。铁碳合金(hjn)状态图第52页/共138页第五十三页，共138页。第53页/共138页第五十四页，共138页。铁碳合金铁碳合金(hjn)状态图状态图显示各种不同(b tn)碳量的铁碳合金在不同(b tn)温度 下组织形态的热分析图形第54页/共138页第五十五页，共138页。1 1、Fe C Fe C合金合金合金合金(hjn)(hjn)状态图的构成状态图的构成状态图的构成状态图的构成1 1）两条水平线）两条水平线）两条水平线）两条水平线 ECFECF（11481148）PSK PSK（727727）AF2）4个基本(jbn)相 液相(L)；奥氏体(A)；铁素体(F)；渗碳体相(Fe 3C)。第55页/共138页第五十六页，共138页。2 2、Fe CFe C合金合金合金合金(hjn)(hjn)状态图的特性分析状态图的特性分析状态图的特性分析状态图的特性分析1 1）共晶）共晶）共晶）共晶(nn jn jn)线线线线ECFECF （C C点点点点共晶共晶共晶共晶(nn jnjn)点）点）点）点）说明(shumng)：含2.11%6.69%C 的 Fe C合金(生铁)都将在1148时发生莱氏体转变，即共晶转变。1148AFPLeLe表示共晶反应：第56页/共138页第五十七页，共138页。2）共析线共析线PSK（S点共析点点共析点）说明：各种成分的 Fe C合金(钢)都将在727时发生(fshng)珠光体转变，即共析转变。在热处理中，该线温度常以A1表示，(加热时用Ac1;冷却时用Ar1 )727AFP表示(biosh)共析反应：第57页/共138页第五十八页，共138页。3）两条固溶线GS、ESAF ES 奥氏体冷却过程中析出(xch)Fe3C的起始线，该温度常以 Acm表示。（加热：Accm 冷却：Arcm）GS 奥氏体冷却过程中析出铁素体的起始(q sh)线，该温度常以 A3表示。（加热：Ac3）冷却：Ar3）第58页/共138页第五十九页，共138页。铁碳合金(hjn)住状态图中主要线的含义 ACD线液相线，液体合金冷却到此线时开始结晶。在此线以上的区域是液相区。AECF线固相线，在此线以下的合金为固体(gt)状态。(AE线 钢的固相线。当液体合金冷却到此线时全部结晶为奥氏体，反之，加热到此线时，钢开始溶化。)ECF线生铁的固相线，又叫共晶线。因在此线上发生共晶转变生成莱氏体。GS线（A3线）奥氏体冷却到此线时，开始析出铁素体。ES线（Acm线）奥氏体冷却到此线时开始析出渗碳体。PSK（A1线）此线又叫共析线，当奥氏体冷却到此线时，同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物。其反应产物为珠光体。PQ-从铁素体中析出渗碳体的线第59页/共138页第六十页，共138页。铁碳合金铁碳合金(hjn)(hjn)状态图中主要点的含义状态图中主要点的含义 第60页/共138页第六十一页，共138页。四四四四 铁碳合金铁碳合金铁碳合金铁碳合金(hjn)(hjn)分类分类分类分类(据据据据C%C%不同分不同分不同分不同分)n n以以以以E E点（点（点（点（2.11%C2.11%C）为界，）为界，）为界，）为界，分为钢和生铁分为钢和生铁分为钢和生铁分为钢和生铁(shngti)(shngti)两类。生铁两类。生铁两类。生铁两类。生铁(shngti)(shngti)结结结结晶时有莱氏体转变，组织晶时有莱氏体转变，组织晶时有莱氏体转变，组织晶时有莱氏体转变，组织中有莱氏体。中有莱氏体。中有莱氏体。中有莱氏体。AFP 钢以S点（0.77%C）为界，分为(fn wi)：亚共析钢 C 0.77%；共析钢 C0.77%；过共析钢 C0.77%。第61页/共138页第六十二页，共138页。n n生铁生铁生铁生铁(shngti)(shngti)以以以以C C点点点点（4.3%C4.3%C）为界，分为：）为界，分为：）为界，分为：）为界，分为：n n 亚共晶生铁亚共晶生铁亚共晶生铁亚共晶生铁(shngti)(shngti)n n 2.11%2.11%C C4.3%4.3%；n n 共晶生铁共晶生铁共晶生铁共晶生铁(shngti)(shngti)n n C C4.3%4.3%；n n 过共晶生铁过共晶生铁过共晶生铁过共晶生铁(shngti)(shngti)n n C C4.3%4.3%6.696.69。铸铁：一般是指用来(yn li)制造 铸件的生铁，为亚共晶生 铁。C2.8%4.0%。AFP第62页/共138页第六十三页，共138页。五五五五 铁碳合金状态图组织铁碳合金状态图组织铁碳合金状态图组织铁碳合金状态图组织(z(z zh)zh)转变及应用转变及应用转变及应用转变及应用1 1、分析、分析、分析、分析(fnx)(fnx)自液态冷却至自液态冷却至自液态冷却至自液态冷却至室温时室温时室温时室温时 合金的组织转变过程及室合金的组织转变过程及室合金的组织转变过程及室合金的组织转变过程及室 温组织温组织温组织温组织 室温(sh wn)组织:PFAFAA+AA1）共析钢（T8钢）1点以上 L 12 LA 23 A 3点 AP 3点以下 PA共析钢的结晶过程第63页/共138页第六十四页，共138页。第64页/共138页第六十五页，共138页。第65页/共138页第六十六页，共138页。第66页/共138页第六十七页，共138页。第67页/共138页第六十八页，共138页。第68页/共138页第六十九页，共138页。第69页/共138页第七十页，共138页。2 2）亚共析钢）亚共析钢）亚共析钢）亚共析钢(45(45钢）钢）钢）钢）室温室温(sh wn)(sh wn)组织：组织：F+PF+P亚共析钢的结晶(jijng)过程FFAAAAAAAAFFFA 1点以上(yshng)L (12 L)1（2）3 A+L 34 A 45 A+F 5点 AP 5点以下 P+F第70页/共138页第七十一页，共138页。3 3）过共析钢（）过共析钢（）过共析钢（）过共析钢（T10)T10)室温室温(sh wn)(sh wn)组织：组织：P+Fe3CP+Fe3C（网状）（网状）过共析钢的结晶过共析钢的结晶(jijng)(jijng)过程过程AAAAAAFAF 1点以上(yshng)L 12 L+A 23 A 34 A+Fe3CII 4点 AP 4点以下 P+Fe3CII第71页/共138页第七十二页，共138页。4）亚共晶(n jn)白口生铁AAAAAAAALeLeLe1点以上 L 12 A+L 2点 共晶反应 23 A+Fe3CII+Ld 3点 共析反应 3点以下(yxi)P+Fe3CII+Ld 注明：Fe3CII二次渗碳体 Ld 高温莱氏体 Ld低温莱氏体第72页/共138页第七十三页，共138页。室温室温(sh wn)(sh wn)组织组织 P+Fe3CII+Ld P+Fe3CII+Ld第73页/共138页第七十四页，共138页。钢和白口铸铁结晶(jijng)过程分析 典型铁碳合金在相图(xin t)中的位置第74页/共138页第七十五页，共138页。第75页/共138页第七十六页，共138页。231LAAL+P1LAAL+A+P+F432F41LL+A+P+Fe3C23AAFe3C1L2LeLe1LA+L+LeP+Fe3C+LeA+Le+32AFe3C31L2L+Fe3CFe3C+Fe3C+LeLe1钢2生铁(shngti)共析钢:亚共析钢:过共析钢:共晶(n jn)生铁:亚共晶(n jn)生铁:过共晶(n jn)生铁:铁碳合金的结晶过程及组织铁碳合金的结晶过程及组织(zzh)(zzh)转变过转变过程总结程总结第76页/共138页第七十七页，共138页。复复 习习 题题 n n1.说明晶粒粗细对力学性能的说明晶粒粗细对力学性能的影响影响n n2.何谓何谓(hwi)铁的同素异晶转铁的同素异晶转变，并用反应式和冷却结晶曲变，并用反应式和冷却结晶曲线分别描述线分别描述n n3.说明说明 F、A、Fe 3C、P的名的名称、含碳量、晶体类型及力学称、含碳量、晶体类型及力学性能特征性能特征n n4.依依Fe-C状态图分析缓慢冷却状态图分析缓慢冷却条件下条件下45钢和钢和T10钢的结晶过钢的结晶过程与室温组织。程与室温组织。第77页/共138页第七十八页，共138页。第三章第三章 钢的热处理钢的热处理 1 1、概述、概述、概述、概述(i sh)i sh)应用:机床制造中，热处理零件占 60%70%，汽车(qch)制造中，热处理零件占 70%80%。刀具、模具和滚动轴承约占 100%。方法:通过(tnggu)对钢件重新加热，保温并在不同条件下的冷却获得所需组织和性能。普通热处理:退火、正火、淬火、回火；表面热处理:表面淬火、化学热处理意义:将钢件在固态下使之改善内部组织和提高其力学性能，但不允许改变形状和尺寸。第78页/共138页第七十九页，共138页。热处理工艺的包括加热、保温、和冷却三个基本阶段 由于各种热处理时起作用的主要(zhyo)因素是温度和时间，所以各种热处理都用温度时间坐标图的曲线来表示热处理工艺曲线。临界温度(ln ji wn d)保温(bown)冷却加热时间温度第79页/共138页第八十页，共138页。2.钢在加热时的组织(zzh)转变 为了在热处理后获得所需的性能，大多数工艺（淬火、正火、退火）都要将钢加热到临界温度以上，获得全部或部分奥氏体组织，并使其成分均匀化，即进行奥氏体化组织转变,再以不同(b tn)的冷却方式或速度转变成所需要的组织,已获得预期的性能。第80页/共138页第八十一页，共138页。分析钢从室温加热(ji r)转变至奥氏体状态(俗称奥氏体化)的组织变化AFPLeLe共 析 钢 PA 亚共析钢 F+PFAA过共析钢 PFe3CIIA Fe3CII第81页/共138页第八十二页，共138页。转变(zhunbin)温度C%在加热(ji r)（冷却）时FeFe3C状态图中各临界点的位置 根据相图(xin t)，共析钢加热PSK线（A1）以上时，完全转变为奥氏体；而亚共析钢和过共析钢必须加热到GS线（A3）和ES线（Acm)以上才能全部获得奥氏体。铁碳合金状态图中的组织转变的临界温度是A1、A3、Acm。实际加热时临界温度的位置用Ac1、Ac3、Accm表示；实际冷却时的位置A r1、Ar3、Arcm 表示。第82页/共138页第八十三页，共138页。奥氏体的形成(xngchng)共析钢中奥氏体形成(xngchng)过程示意图 奥氏体的形成分四个步骤：奥氏体晶核的形成；奥氏体晶核的长大；剩余渗碳体的溶解(rngji)；奥氏体成分的均匀化。第83页/共138页第八十四页，共138页。第84页/共138页第八十五页，共138页。第85页/共138页第八十六页，共138页。第86页/共138页第八十七页，共138页。第87页/共138页第八十八页，共138页。第88页/共138页第八十九页，共138页。?亚共析钢A化过程(guchng)第89页/共138页第九十页，共138页。?过共析钢A化过程(guchng)第90页/共138页第九十一页，共138页。n n加热温度和保温时间加热温度和保温时间(shjin)，温度越高，时间，温度越高，时间(shjin)越越长，长，A晶粒越粗大晶粒越粗大 n n碳含量：碳含量：C%越大，越大，A晶粒越粗晶粒越粗大大n n合金含量：除合金含量：除Mn、P外大多数外大多数合金能阻碍合金能阻碍A晶粒长大晶粒长大 n n 一般采用快速高温加热的短时一般采用快速高温加热的短时保温以获得细小保温以获得细小A晶粒。晶粒。第91页/共138页第九十二页，共138页。3.钢在冷却(lngqu)时的组织转变 室温时钢的力学性能，不仅与加热、保温后所获得的奥氏体晶粒大小等有关，而且决定(judng)于奥氏体经冷却转变后所获得的组织，而冷却方式和冷却速度对奥氏体的组织转变有直接的关系。冷却方式通常有两种：连续冷却使加热到奥氏体的钢，在温度连续下降的过程中发生组织转变 。如在热处理生产上经常使用的，在水中、油中或空气中冷却等都是连续冷却方式。等温冷却使加热到奥氏体的钢，先以较快的冷却速度冷到A1线以下的一定(ydng)的温度，这时奥氏体尚未转变，但成为过冷奥氏体。然后进行保温，使奥氏体等温下发生转变。转变完成后再冷却到室温。如等温退火属于等温冷却方式。第92页/共138页第九十三页，共138页。等温转变：是指进行一系列不同过冷度的等温冷却(lngqu)实验，可以测出过冷奥氏体保温过程中开始转变时间和转变终了时间,标注在温度时间坐标系中，然后将开始转变时间和转变终了时间分别连接起来，这种曲线类似英文字母“C”又称“C”曲线。共析钢奥氏体的等温转变(zhunbin)曲线共析钢奥氏体等温转变(zhunbin)曲线第93页/共138页第九十四页，共138页。共析钢奥氏体等温转变(zhunbin)曲线珠光体转变(zhunbin)区高温转变(zhunbin)产物（F+Fe3C）在Ar1550之间等温转变(zhunbin)成片层状珠光体产物。珠光体（P)）Ar1650 粗片层索氏体（S)650600 细片托氏体（T）600550 极细片 都是由铁素体和渗碳体的片层所组成的机械混合物。第94页/共138页第九十五页，共138页。贝氏体转变(zhunbin)区 中温转变(zhunbin)产物（B）在550 230（MS）之间的等温转变(zhunbin)产物为贝氏体。550 350 上贝氏体 350 230 下贝氏体由含碳过量的铁素体和微小的渗碳体混合而成。比珠光体的硬度更高。第95页/共138页第九十六页，共138页。马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变(zhu(zhu nbin)nbin)区区区区低温转变产物低温转变产物低温转变产物低温转变产物(ch(ch nw)nw)（MM）共析钢奥氏体过冷到共析钢奥氏体过冷到共析钢奥氏体过冷到共析钢奥氏体过冷到230 230（MSMS）以下转变产物以下转变产物以