第一章-金属材料导论分析.ppt

第一章第一章金属材料导论金属材料导论教学内容：教学内容：金属材料的性能及其实验方法，金属的晶体结构与金属材料的性能及其实验方法，金属的晶体结构与结晶，合金的相结构与铁碳合金状态图。结晶，合金的相结构与铁碳合金状态图。钢的热处理及其工艺，常用金属材料的分类和应用。钢的热处理及其工艺，常用金属材料的分类和应用。目的与要求目的与要求：1.通过学习通过学习“金属材料的力学性能金属材料的力学性能”一节，要求熟悉金一节，要求熟悉金属的五大性能指标（强度属的五大性能指标（强度塑性塑性硬度硬度韧性和疲劳强度）韧性和疲劳强度）的概念。要求掌握强度和塑性指标的符号、单位及意义，的概念。要求掌握强度和塑性指标的符号、单位及意义，以及布氏硬度和洛氏硬度的应用。了解拉伸试验方法和以及布氏硬度和洛氏硬度的应用。了解拉伸试验方法和拉伸曲线图。对金属材料的物理性能，化学性能特别是拉伸曲线图。对金属材料的物理性能，化学性能特别是工艺性能要求应有一定的了解。工艺性能要求应有一定的了解。第一章第一章金属材料导论金属材料导论（学习要求）2.金属的晶体结构与结晶过程的基本知识，重点金属的晶体结构与结晶过程的基本知识，重点了解常用的金属晶体结构类型，金属结晶过程金了解常用的金属晶体结构类型，金属结晶过程金属的同素异构转变。合金的组织结构与性能特点。属的同素异构转变。合金的组织结构与性能特点。从而为学习铁碳合金等内容奠定必要的基础。从而为学习铁碳合金等内容奠定必要的基础。铁碳合金是现代工业中应用最广泛的金属材料，铁碳合金是现代工业中应用最广泛的金属材料，要求掌握铁碳合金的基本组织铁素体，奥氏体，渗要求掌握铁碳合金的基本组织铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体，莱氏体的定义，结构，形成条件及碳体，珠光体，莱氏体的定义，结构，形成条件及性能特点。掌握铁碳合金状态图的分析和应用，并性能特点。掌握铁碳合金状态图的分析和应用，并学会分析几种典型铁碳合金组织结构的变化规律。学会分析几种典型铁碳合金组织结构的变化规律。第一章第一章金属材料导论金属材料导论（学习要求）3.热处理是改善金属材料性能的重要工艺方法。学习热处理是改善金属材料性能的重要工艺方法。学习“钢的热处理钢的热处理”基本知识，要求在了解钢在加热和冷却过程基本知识，要求在了解钢在加热和冷却过程中内部组织变换规律的基础上，熟悉钢的普通热处理工艺中内部组织变换规律的基础上，熟悉钢的普通热处理工艺方法（退火，正火，淬火，回火）的工艺特点、性能及应方法（退火，正火，淬火，回火）的工艺特点、性能及应用。对于钢在冷却时组织转变和金属表面热处理工艺也有用。对于钢在冷却时组织转变和金属表面热处理工艺也有一定的了解。一定的了解。4.学习常用金属材料的分类和应用，要求了解碳素钢和学习常用金属材料的分类和应用，要求了解碳素钢和合金钢的分类、牌号、性能及用途；了解铸铁的分类，铸合金钢的分类、牌号、性能及用途；了解铸铁的分类，铸铁的石墨化及其影响因素。基本掌握灰铸铁、可锻铸铁、铁的石墨化及其影响因素。基本掌握灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的成分，组织，牌号及用途。铝及铝合金，铜及球墨铸铁的成分，组织，牌号及用途。铝及铝合金，铜及铜合金的分类、特点、性能及用途。铜合金的分类、特点、性能及用途。金属材料主要性能：第一节第一节金属材料的力学性能金属材料的力学性能金属材料金属材料受到外力作用时所反映出来的属性受到外力作用时所反映出来的属性。如强度、刚度、弹性、塑性、硬度和韧性等。它如强度、刚度、弹性、塑性、硬度和韧性等。它是衡量金属材料、评价材料质量的重要参数，选是衡量金属材料、评价材料质量的重要参数，选用材料的重要依据。用材料的重要依据。一、强度一、强度金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。力。按作用力性质分为抗拉强度、抗压强度、抗弯按作用力性质分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。强度、抗剪强度和抗扭强度等。工程上常用指标：屈服强度和抗拉强度，由拉工程上常用指标：屈服强度和抗拉强度，由拉伸试验测定。伸试验测定。（见见P7图图1.2为普通低碳钢的应力为普通低碳钢的应力-应变曲线。应变曲线。）(第一节第一节金属材料的力学性能金属材料的力学性能)oe段，变形与外力成正比，试样只产生弹性变形，即段，变形与外力成正比，试样只产生弹性变形，即当外力去除后，试样就恢复到原始长度。材料在弹性范围当外力去除后，试样就恢复到原始长度。材料在弹性范围内所能承受的最大应力称为弹性极限内所能承受的最大应力称为弹性极限e。当载荷继续增大到当载荷继续增大到Fs时，拉伸曲线出现了平台，这时载时，拉伸曲线出现了平台，这时载荷不增加，试样仍将继续发生塑性变形，这种现象称为屈荷不增加，试样仍将继续发生塑性变形，这种现象称为屈服。开始产生屈服现象时的应力称为屈服点，表征材料抵服。开始产生屈服现象时的应力称为屈服点，表征材料抵抗微量塑性变形的能力。用抗微量塑性变形的能力。用s表示，表示，通常规定产生通常规定产生0.2塑性变形时的应力作为名义屈服塑性变形时的应力作为名义屈服强度，也叫条件屈服极限，用强度，也叫条件屈服极限，用0.2表示。表示。当载荷继续增加超过当载荷继续增加超过S点后，变形量随载荷的增加而急点后，变形量随载荷的增加而急剧增加。当载荷增大到剧增加。当载荷增大到b时，变形集中在试样的某一部位时，变形集中在试样的某一部位上，出现缩颈现象。由于承载面积减小，试样很快被拉断。上，出现缩颈现象。由于承载面积减小，试样很快被拉断。试样在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用试样在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用b表表示，示，二、刚度二、刚度金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。大小以材料在弹性范围内应力与应变的比值大小以材料在弹性范围内应力与应变的比值弹性模数弹性模数E来表示。在拉伸曲线上表现为来表示。在拉伸曲线上表现为OE段斜段斜率，相当于引起单位变形时所需的应力。它是衡率，相当于引起单位变形时所需的应力。它是衡量金属材料刚度大小的指标，反映了材料弹性变量金属材料刚度大小的指标，反映了材料弹性变形的难易程度。在相同外力作用下，材料的形的难易程度。在相同外力作用下，材料的E愈大愈大，则弹性变形愈小；，则弹性变形愈小；E小则弹性变形大。小则弹性变形大。对于一个机械零件来说，其刚度除与所用材料对于一个机械零件来说，其刚度除与所用材料的的E有关外，还与该零件的形状、尺寸和使用温度有关外，还与该零件的形状、尺寸和使用温度有关。有关。（第一节（第一节金属材料的力学性能）金属材料的力学性能）三、塑性三、塑性金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起断金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起断裂的能力。在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形，裂的能力。在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形，叫做塑性变形。叫做塑性变形。通常用伸长率和截面收缩率作为衡量材料塑性大小的指标。通常用伸长率和截面收缩率作为衡量材料塑性大小的指标。（一一）伸长率伸长率伸长率是试样拉断后标距长度的增量与原标距长度的伸长率是试样拉断后标距长度的增量与原标距长度的百分比，用百分比，用表示。表示。=（L0-L1）/L0100%（二二）截面收缩率截面收缩率截面收缩率是试样拉断后缩颈处横截面截面收缩率是试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。和和的数值越大，说明金属材料的塑的数值越大，说明金属材料的塑性越好；反之亦然。良好的塑性是金属材性越好；反之亦然。良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。料进行塑性加工的必要条件。四、硬度四、硬度金属材料抵抗外物压入其表面的能力。一般来说，硬金属材料抵抗外物压入其表面的能力。一般来说，硬度高的材料，耐磨性能好，强度也高。因此，硬度是机械度高的材料，耐磨性能好，强度也高。因此，硬度是机械零件设计要求的技术条件之一。零件设计要求的技术条件之一。生产中常用有布氏硬度（生产中常用有布氏硬度（HB）和洛氏硬度（）和洛氏硬度（HR）等）等。（一）一）布氏硬度测定方法：布氏硬度测定方法：用一定直径的淬火钢球或硬质合金球作压头，用一定直径的淬火钢球或硬质合金球作压头，在一定的静载荷下压入试件表面，保持压力至规在一定的静载荷下压入试件表面，保持压力至规定的时间后卸载。根据所加载荷的大小和所得压定的时间后卸载。根据所加载荷的大小和所得压痕表面积来计算（或查表）得压痕表面上的平均痕表面积来计算（或查表）得压痕表面上的平均应力值。此平均应力值作为布氏硬度，并用应力值。此平均应力值作为布氏硬度，并用HBS（淬火钢球压头）（淬火钢球压头）或或HBW（硬质合金压头）（硬质合金压头）表示表示。由于布氏硬度测量时压痕面积较大，能反映较由于布氏硬度测量时压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成物的平均性能，且试验数据大范围内金属各组成物的平均性能，且试验数据的重复性好，的重复性好，准确但不适合测成品准确但不适合测成品。因此广泛用。因此广泛用于测定铸铁、有色金属、退火钢等小于测定铸铁、有色金属、退火钢等小450HBS的的金属材料。金属材料。（650HBW）(第一节第一节金属材料的力学性能金属材料的力学性能)（二二）洛氏硬度洛氏硬度测定方法：用一定的载荷将顶角为测定方法：用一定的载荷将顶角为120的金刚的金刚石圆锥体或直径为石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球压入试样，的淬火钢球压入试样，然后根据压痕的深度确定硬度值，用然后根据压痕的深度确定硬度值，用HR表示，实表示，实测时，可以从硬度计刻度盘上直接读出洛氏硬度测时，可以从硬度计刻度盘上直接读出洛氏硬度值。值。洛氏硬度计上有九种标尺，分别用符号（常用）洛氏硬度计上有九种标尺，分别用符号（常用）HRA、HRB和和HRC等等表示。不同洛氏硬度的表示。不同洛氏硬度的压头、压头、负荷和适用范围如表负荷和适用范围如表1-1（p9）所列）所列。符号压头类型、负荷（符号压头类型、负荷（kg）、适用范围）、适用范围不同不同：刻度盘：刻度盘上常用标尺有：上常用标尺有：HRA120金刚石圆锥体测很硬或硬而薄的材料，如硬金刚石圆锥体测很硬或硬而薄的材料，如硬质合金、表面处理的工件，总载荷质合金、表面处理的工件，总载荷588.4KN；HRB直径直径1.588mm淬火钢球测软金属，如铜合金、淬火钢球测软金属，如铜合金、退火钢件等，总载荷退火钢件等，总载荷980.7KN；HRC120金刚石圆锥体测如淬火工件金刚石圆锥体测如淬火工件，总载荷总载荷1471.1KN。洛氏硬度试验操作简便、迅速，洛氏硬度试验操作简便、迅速，可测定各种金属材可测定各种金属材料的硬度料的硬度。洛氏硬度洛氏硬度压痕压痕小，小，适用于成品，但重复性差，需在适用于成品，但重复性差，需在不同部位测多次。不同部位测多次。布氏硬度和洛氏硬度可以利用特制的表格互相进行换布氏硬度和洛氏硬度可以利用特制的表格互相进行换算算。（第一节（第一节金属材料的力学性能）金属材料的力学性能）(三三)维氏硬度维氏硬度（了解）了解）维氏硬度也是根据压痕单位面积上的载维氏硬度也是根据压痕单位面积上的载荷来计算硬度值的，用荷来计算硬度值的，用HV表示。压头是金表示。压头是金刚石的正四棱锥体，试验时在载荷的作用刚石的正四棱锥体，试验时在载荷的作用下，试样表面压出一个四方锥形的压痕，下，试样表面压出一个四方锥形的压痕，测量压痕对角线长度测量压痕对角线长度d，就可算出压痕的表，就可算出压痕的表面积面积F。维氏硬度适用于测定极薄试样硬度、镀维氏硬度适用于测定极薄试样硬度、镀层硬度和覆层硬度。层硬度和覆层硬度。（第一节（第一节金属材料的力学性能）金属材料的力学性能）五、冲击韧性五、冲击韧性有些机器零件和工具在工作时要受到冲击作用，如空有些机器零件和工具在工作时要受到冲击作用，如空气锤的锤杆，柴油机的曲轴、冲床的冲头等。由于瞬时的气锤的锤杆，柴油机的曲轴、冲床的冲头等。由于瞬时的外力冲击作用所引起的变形和应力，比静载荷的大得多。外力冲击作用所引起的变形和应力，比静载荷的大得多。因此，对承受冲击载荷的零件和工具，必须考虑所用金属因此，对承受冲击载荷的零件和工具，必须考虑所用金属材料承受冲击载荷的能力。这种金属材料抵抗冲击载荷的材料承受冲击载荷的能力。这种金属材料抵抗冲击载荷的能力称为冲击韧性。用能力称为冲击韧性。用ak来表示。来表示。将一标准试样放置在摆锤冲击试验机的试验台上，然将一标准试样放置在摆锤冲击试验机的试验台上，然后抬起摆锤后抬起摆锤W，让它从一定高度，让它从一定高度(h1)落下，将试样击断，落下，将试样击断，摆锤又摆至摆锤又摆至h2的高度。则击断试样所消耗的冲击功为的高度。则击断试样所消耗的冲击功为ak=W(h1-h2)，冲击功可以直接从试验机的刻度盘上读出。，冲击功可以直接从试验机的刻度盘上读出。（第一节（第一节金属材料的力学性能）金属材料的力学性能）六、疲劳强度六、疲劳强度许多机械零件，如曲轴、齿轮、连杆、弹簧等，许多机械零件，如曲轴、齿轮、连杆、弹簧等，是在交变载荷下的作用下工作的。虽然零件所受是在交变载荷下的作用下工作的。虽然零件所受的应力远低于材料的抗拉强度，甚至远低于屈服的应力远低于材料的抗拉强度，甚至远低于屈服点，但在使用中往往会发生突然断裂，这种现象点，但在使用中往往会发生突然断裂，这种现象称为疲劳破坏。据统计，约有称为疲劳破坏。据统计，约有80的机械零件的的机械零件的失效是属于疲劳造成的。失效是属于疲劳造成的。金属材料在无数次重复交变载荷作用下不致引金属材料在无数次重复交变载荷作用下不致引起断裂的最大应力称为疲劳强度。应力愈高，则起断裂的最大应力称为疲劳强度。应力愈高，则断裂前所承受的循环次数愈低，应力愈低，则断断裂前所承受的循环次数愈低，应力愈低，则断裂前所承受的循环次数愈高。裂前所承受的循环次数愈高。(第一节第一节金属材料的力学性能金属材料的力学性能)疲劳破坏产生原因疲劳破坏产生原因:一般认为是由于材一般认为是由于材料有杂质、表面划痕及其他能引起应力集料有杂质、表面划痕及其他能引起应力集中的缺陷而导致微裂纹的产生。这种微裂中的缺陷而导致微裂纹的产生。这种微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，致纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，致使零件不能承受所加载荷而突然破坏。使零件不能承受所加载荷而突然破坏。提高疲劳强度措施：改善其结构形状，提高疲劳强度措施：改善其结构形状，避免应力集中，表面强化避免应力集中，表面强化(如表面淬火、喷如表面淬火、喷丸处理丸处理)和减小表面粗糙度数值等。和减小表面粗糙度数值等。第二节第二节金属材料的物理、化学和工艺性能金属材料的物理、化学和工艺性能一、物理性能一、物理性能金属材料的物理性能是指不发生化学反金属材料的物理性能是指不发生化学反应就能表现出来的一些性能，如密度、熔应就能表现出来的一些性能，如密度、熔点、导电性、导热性、磁性和热膨胀性等。点、导电性、导热性、磁性和热膨胀性等。二、化学性能二、化学性能金属材料的化学性能是指其抵抗各种化金属材料的化学性能是指其抵抗各种化学作用的能力，主要是抵抗活泼性介质的学作用的能力，主要是抵抗活泼性介质的化学侵蚀能力，如耐酸性、耐碱性和抗氧化学侵蚀能力，如耐酸性、耐碱性和抗氧化性等。化性等。金属材料的力学性能、物理和化学性能金属材料的力学性能、物理和化学性能都是在使用时表现出来的性能，统称为金都是在使用时表现出来的性能，统称为金属材料的属材料的使用性能使用性能。（第二节（第二节金属材料的加工工艺性能）金属材料的加工工艺性能）三、工艺性能三、工艺性能金属材料的工艺性能是指金属材料在加金属材料的工艺性能是指金属材料在加工时表现出的难易程度，是物理、化学、工时表现出的难易程度，是物理、化学、力学性能的综合指标。力学性能的综合指标。在设计机械零件和选择其加工方法时，都要在设计机械零件和选择其加工方法时，都要考虑金属材料的工艺性能。按工艺方法不同，工考虑金属材料的工艺性能。按工艺方法不同，工艺性能可分为铸造性能、可锻性能、焊接性能和艺性能可分为铸造性能、可锻性能、焊接性能和切削加工性等如低碳钢的可锻性和可焊性都很切削加工性等如低碳钢的可锻性和可焊性都很好；而高碳钢则较差，切削加工性也不好。好；而高碳钢则较差，切削加工性也不好。（第二节（第二节金属材料的加工工艺性能）金属材料的加工工艺性能）一、金属的铸造性能：一、金属的铸造性能：1、金属的流动性、金属的流动性2、收缩性、收缩性3、偏析倾向、偏析倾向二、金属的可锻性能：二、金属的可锻性能：1、塑性、塑性2、变形抗力、变形抗力三、金属的可焊性：三、金属的可焊性：四、金属的可切削性：四、金属的可切削性：第二章第二章铁碳合金铁碳合金概述第一节第一节纯铁的晶体结构及同素异构转变纯铁的晶体结构及同素异构转变一、晶体结构：一、晶体结构：为了便于分析比较各种晶体的内部结构，把每个为了便于分析比较各种晶体的内部结构，把每个原子看成一个点，把这些点用直线连接起来，便原子看成一个点，把这些点用直线连接起来，便形成一个空间格子，叫做晶格。晶格中每个点叫形成一个空间格子，叫做晶格。晶格中每个点叫做结点。做结点。各个方位的原子平面叫做晶面。各个方位的原子平面叫做晶面。具有代表性的最小单元称为晶胞。具有代表性的最小单元称为晶胞。晶胞中各棱边的长度叫做晶格常数，其大小以埃晶胞中各棱边的长度叫做晶格常数，其大小以埃来度量来度量。(第一节纯铁的晶体结构及同素异构转变)最常见的有下面三种类型最常见的有下面三种类型一、体心立方晶格一、体心立方晶格原子分布在立方体的各结点和中心处。原子分布在立方体的各结点和中心处。Cr、Mo、V、W及及Fe等属于这种晶格形式，有较大的等属于这种晶格形式，有较大的强度和较好的塑性。强度和较好的塑性。二、面心立方晶格二、面心立方晶格原子分布在立方体的各结点和各面的中心处。原子分布在立方体的各结点和各面的中心处。属于这类晶格的金属有属于这类晶格的金属有Al、Pb、Ag、Cu、Ni和和-Fe等，等，具有很好的塑性。具有很好的塑性。另外，还有密排六方晶胞。另外，还有密排六方晶胞。(第一节纯铁的晶体结构及同素异构转变)二、二、纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变1.结晶的概念结晶的概念金属由液体状态转变为固态晶体的过程就叫金属由液体状态转变为固态晶体的过程就叫结晶结晶结晶过程可用热分析法研究，得到冷却曲线，即温度随时结晶过程可用热分析法研究，得到冷却曲线，即温度随时间而变化的曲线。间而变化的曲线。如图如图1-10所示，冷却曲线有一水平线段，表示该金属在此所示，冷却曲线有一水平线段，表示该金属在此温度下由液体状态转变为固体状态产生的结晶潜热补偿了温度下由液体状态转变为固体状态产生的结晶潜热补偿了它向环境散失的热量，因此，线段是水平的。它向环境散失的热量，因此，线段是水平的。在实际结晶过程中，金属液都是冷却到理论结晶温度在实际结晶过程中，金属液都是冷却到理论结晶温度T0以以下某个温度下某个温度Tn时才结晶。这一现象叫时才结晶。这一现象叫过冷过冷。理论结晶温度与实际结晶温度之差称为理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度过冷度，用，用T表表示，即示，即T=T0-Tn。(第一节纯铁的晶体结构及同素异构转变)2、同素异构转变、同素异构转变-金属在固态下随着温度变化晶体结构也改变的现象叫金属在固态下随着温度变化晶体结构也改变的现象叫同素异构转变同素异构转变。以纯铁为例：以纯铁为例：15381394，体心立方晶格，叫做，体心立方晶格，叫做铁；铁；1394912，面心立方晶格，叫做，面心立方晶格，叫做铁；铁；912以下，又以下，又为体心立方晶格，叫做为体心立方晶格，叫做铁。铁。第二节第二节铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织（第二章）（第二章）一、一、Fe和和C的结合方式：的结合方式：一）形成固溶体一）形成固溶体例如碳的原子就能溶解到铁的晶格里，这时铁是例如碳的原子就能溶解到铁的晶格里，这时铁是溶剂，碳是溶质。这种溶质原子溶入溶剂晶格而溶剂，碳是溶质。这种溶质原子溶入溶剂晶格而仍仍保持溶剂晶格类型保持溶剂晶格类型的合金相结构叫做的合金相结构叫做固溶体固溶体。根据固溶体晶格中溶剂与溶质原子的相互位置不根据固溶体晶格中溶剂与溶质原子的相互位置不同，固溶体分为同，固溶体分为置换固溶体置换固溶体和和间隙固溶体间隙固溶体。第二节第二节铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织（第二章）（第二章）1、置换固溶体置换固溶体:当溶质原子代替了一部分当溶质原子代替了一部分溶剂原子而占据溶剂晶格的某些结点位置溶剂原子而占据溶剂晶格的某些结点位置时，所形成的固溶体叫做置换固溶体时，所形成的固溶体叫做置换固溶体.2、间隙固溶体间隙固溶体:当溶质原子在溶剂晶当溶质原子在溶剂晶格中不是占据结点位置，而是嵌入各格中不是占据结点位置，而是嵌入各结点之间的空隙时，所形成的固溶体结点之间的空隙时，所形成的固溶体叫做间隙固溶体。叫做间隙固溶体。第二节第二节铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织（第二章）（第二章）（重要概念：）由于原子尺寸相差大，化学性质也不由于原子尺寸相差大，化学性质也不同，当溶质原子（如同，当溶质原子（如C、N、B等）溶解等）溶解在溶剂原子（如在溶剂原子（如Fe）晶体中时，并不改）晶体中时，并不改变原晶格类型，但引起溶剂的晶格畸变，变原晶格类型，但引起溶剂的晶格畸变，使再变形越发困难，表现为合金的强度、使再变形越发困难，表现为合金的强度、硬度增高，这种现象叫做硬度增高，这种现象叫做固溶强化固溶强化。第二节第二节铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织（第二章）（第二章）二）形成金属化合物二）形成金属化合物它是两组元相互作用而形成的一种新的晶它是两组元相互作用而形成的一种新的晶体结构，其结构与原两组元都不同且具有金属体结构，其结构与原两组元都不同且具有金属特性。例如碳钢中的特性。例如碳钢中的Fe3C。这种硬而脆的化合物少量均匀分布在金属这种硬而脆的化合物少量均匀分布在金属基体中，会引起金属的强度、硬度增高，我们基体中，会引起金属的强度、硬度增高，我们称此现象为称此现象为弥散强化弥散强化。三）形成机械混合物三）形成机械混合物既有固溶体又有金属化合物共同形成金属的既有固溶体又有金属化合物共同形成金属的机械混合物。如：珠光体、莱氏体等。机械混合物。如：珠光体、莱氏体等。（P17）第三节第三节铁碳合金状态图铁碳合金状态图（第二章）第三节第三节铁碳合金状态图铁碳合金状态图（第二章）二、铁碳合金状态图中主要点和线的意义二、铁碳合金状态图中主要点和线的意义。1、补充说明：（、补充说明：（770水平线表示铁素体的磁性转变温度水平线表示铁素体的磁性转变温度,常称为常称为A2温度。在此温度以下温度。在此温度以下,铁素体呈铁磁性。铁素体呈铁磁性。230水平线表示渗碳体的磁性转变温度。磁性转变时不发生晶水平线表示渗碳体的磁性转变温度。磁性转变时不发生晶体结构的变化，渗碳体在体结构的变化，渗碳体在230以下呈铁磁性。以下呈铁磁性。）2、图中各区域组织及几个主要点和线的意、图中各区域组织及几个主要点和线的意义。义。3、不同成分组织在平衡状态下冷却和加热时的组、不同成分组织在平衡状态下冷却和加热时的组织变化。织变化。第三节第三节铁碳合金状态图铁碳合金状态图（第二章）三、几种基本组织：三、几种基本组织：（1）.F（铁素体）（铁素体）：碳溶解于：碳溶解于-Fe中的固溶体，中的固溶体，用符号用符号F表示。碳在表示。碳在Fe中的溶解度很小中的溶解度很小，在，在727时溶解度最大也才时溶解度最大也才0.0218，强度和硬度，强度和硬度均不高均不高。（2）.A（奥氏体）（奥氏体）：碳溶解于：碳溶解于-Fe中的固溶体，中的固溶体，用符号用符号A表示。碳在奥氏体中的溶解度在表示。碳在奥氏体中的溶解度在1148时的溶解度达时的溶解度达2.11%。塑性很好，是绝大多数钢。塑性很好，是绝大多数钢在高温进行锻造和轧制时所要求的组织。在高温进行锻造和轧制时所要求的组织。第三节第三节铁碳合金状态图铁碳合金状态图（第二章）（3）Fe3C（渗碳体）（渗碳体）：由铁和由铁和6.69的碳形成的金属化合物，其分子的碳形成的金属化合物，其分子式为式为Fe3C。硬而脆。硬而脆。（4）P（珠光体）：（珠光体）：铁素体和渗碳体组成的机械混合物。用符号铁素体和渗碳体组成的机械混合物。用符号P表示。强度较高，莱氏体：由奥氏体和渗碳体组表示。强度较高，莱氏体：由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物，用符号成的机械混合物，用符号Ld来表示。力学性能与来表示。力学性能与渗碳体相似渗碳体相似,硬度很高硬度很高(HB700)，塑性极差。，塑性极差。第二章第二章铁碳合金思考与练习题铁碳合金思考与练习题1、概念：晶体、晶格、晶胞、过冷度、同素异构、概念：晶体、晶格、晶胞、过冷度、同素异构转变、固溶强化和弥散强化。转变、固溶强化和弥散强化。2、分析在缓慢冷却条件下，、分析在缓慢冷却条件下，0.4c、0.77c和和1.3c的结晶过程和室温组织。的结晶过程和室温组织。第三章第三章工业常用钢简介工业常用钢简介常用金属材料：第一节第一节常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章工业常用钢简介）一、钢的分类一、钢的分类（一）按钢的质量来分（一）按钢的质量来分根据钢中所含有害元素硫、磷量的多少，根据钢中所含有害元素硫、磷量的多少，钢材分成三类。钢材分成三类。普通质量钢普通质量钢：P0.045S0.50优质钢优质钢p0.350.04S0.030.04高级优质钢：高级优质钢：P0.030.035S0.020.03第一节第一节常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章工业常用钢简介）(二二)按钢的化学成分来分按钢的化学成分来分根据化学成分，钢材分为碳素钢和合金钢两类。根据化学成分，钢材分为碳素钢和合金钢两类。1碳素钢碳素钢按含碳量多少分成四类。按含碳量多少分成四类。工业纯铁：工业纯铁：C%0.0218低碳钢：低碳钢：O.0218C%0.25中碳钢：中碳钢：0.25C%60HRC)和良好的耐磨性，常用和良好的耐磨性，常用来制造一般用途的工具和小型模具。来制造一般用途的工具和小型模具。（P32表1-6）第一节第一节常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章工业常用钢简介）四、合金钢四、合金钢：（一）合金结构钢；（一）合金结构钢；（二）合金工具钢；（二）合金工具钢；（三）特殊性能用钢。（三）特殊性能用钢。第一节第一节常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章工业常用钢简介）（一）（一）合金结构钢合金结构钢第一节常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章工业常用钢简介）（二）合金工具钢二）合金工具钢编号方法与合金结构钢相似，只是碳含量的表示方法不同，当平均含碳量大于或等于编号方法与合金结构钢相似，只是碳含量的表示方法不同，当平均含碳量大于或等于10时，碳量不标出，平均含碳量小于时，碳量不标出，平均含碳量小于l0时，一般以千分之几表示。时，一般以千分之几表示。第一节常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章工业常用钢简介）（三）特殊性能钢（三）特殊性能钢包括不锈钢、耐热钢、磁钢、耐磨钢等。常用的几种特殊性能钢的牌号、性能及应用包括不锈钢、耐热钢、磁钢、耐磨钢等。常用的几种特殊性能钢的牌号、性能及应用见表46。第一节常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章工业常用钢简介）五、铸铁五、铸铁（将这部分内容放在第二篇铸造中学习）第三章第三章工业常用钢简介思考与练习题工业常用钢简介思考与练习题1、钢中常存杂质元素主要有哪些、钢中常存杂质元素主要有哪些?对钢的性能有对钢的性能有何影响何影响?衡量钢质量的主要标准是什么衡量钢质量的主要标准是什么?2、随着含碳量的增加，碳素钢的强度、硬度、塑、随着含碳量的增加，碳素钢的强度、硬度、塑性和韧性怎样变化性和韧性怎样变化?3、下列钢的牌号：、下列钢的牌号：Q235A、20、40Cr、9SiCr、16Mn、45、W18Cr4V、T10A、60Si2MnA、1Crl8Ni9Ti试分辨什么钢种试分辨什么钢种?数字数字和元素符号代表什么意思和元素符号代表什么意思?牌号中的碳素钢在使用牌号中的碳素钢在使用时需进行什么样的热处理时需进行什么样的热处理?4、（见、（见P35复习题）复习题）第四章第四章钢的热处理钢的热处理知识点：第一节钢在加热和冷却时的组织转变（第四章钢的热处理）一、钢在加热时的转变温度一、钢在加热时的转变温度对于大多数热处理工艺，都要将钢加热对于大多数热处理工艺，都要将钢加热到临界温度到临界温度A1、A3、Acm以上，使其组织以上，使其组织发生变化。发生变化。因为因为“过热过热”，实际转变温度比相图中，实际转变温度比相图中所规定的相变温度有一些差异，通常将加所规定的相变温度有一些差异，通常将加热时实际临界温度的位置用热时实际临界温度的位置用Ac1、Ac3、Accm表示，如图表示，如图1-24所示。所示。第一节钢在加热和冷却时的组织转变（第四章钢的热处理）二、钢在加热时的组织转变二、钢在加热时的组织转变以共析钢为例，说明钢在加热叫的组织转变以共析钢为例，说明钢在加热叫的组织转变。加热到，加热到，Ac1以上时，以上时，P向向A的转变。在的转变。在P中中F与与Fe3C片层的交界上出现大量的片层的交界上出现大量的A晶核，随着时间的延续，不断晶核，随着时间的延续，不断地溶解地溶解F和和Fe3C而逐渐长大，形成而逐渐长大，形成A晶粒，这样一来，晶晶粒，这样一来，晶粒数量小而多，机械性能提高。粒数量小而多，机械性能提高。但随保温时间延长或升高温度，奥氏体晶粒长大变粗。但随保温时间延长或升高温度，奥氏体晶粒长大变粗。为了控制奥氏体晶粒大小，一定要控制钢在加热时的温度为了控制奥氏体晶粒大小，一定要控制钢在加热时的温度和保温时间。和保温时间。第一节钢在加热和冷却时的组织转变（第四章钢的热处理）（冷却方式和冷却速度与奥氏体冷却后的组织转变有直接关系。）冷却方式和冷却速度与奥氏体冷却后的组织转变有直接关系。）热处理工艺中有两种冷却方式：热处理工艺中有两种冷却方式：一、连续冷却一、连续冷却将已奥氏体化的钢，在连续冷却过程中，使奥将已奥氏体化的钢，在连续冷却过程中，使奥氏体发生组织转变，这种冷却方式叫连续冷却。氏体发生组织转变，这种冷却方式叫连续冷却。例如在热处理生产中经常使用的在水中、油中或例如在热处理生产中经常使用的在水中、油中或空气中冷却等都是连续冷却方式。空气中冷却等都是连续冷却方式。第一节钢在加热和冷却时的组织转变（第四章钢的热处理）二、等温冷却二、等温冷却将已奥氏体化的钢，先以较快的冷却速度冷到将已奥氏体化的钢，先以较快的冷却速度冷到A1线以下一定的温度，这时奥氏体尚未转变，称线以下一定的温度，这时奥氏体尚未转变，称其为过冷奥氏体，然后进行保温，使过冷奥氏体其为过冷奥氏体，然后进行保温，使过冷奥氏体在等温下发生组织转变。转变完成后再冷却到室在等温下发生组织转变。转变完成后再冷却到室温。温。现以共析钢为例，进行一系列不同过冷度的等现以共析钢为例，进行一系列不同过冷度的等温冷却实验温冷却实验：第一节钢在加热和冷却时的组织转变（第四章钢的热处理）（一）缓慢冷却（一）缓慢冷却即随炉冷即随炉冷（高温转变产物）（高温转变产物）又称珠光体型组织，它是指过冷奥氏体在又称珠光体型组织，它是指过冷奥氏体在727550间等温转变，组织是由一层铁素体间等温转变，组织是由一层铁素体和一层渗碳体组成的机械混合物。过冷度越大，和一层渗碳体组成的机械混合物。过冷度越大，层片越薄，硬度也越高。层片越薄，硬度也越高。727650：珠光体：珠光体P；（；（HRC18左右）左右）650600：细珠光体，又称做索氏体：细珠光体，又称做索氏体S；（HRC30左右）左右）600550：极细珠光体，又称做屈氏体：极细珠光体，又称做屈氏体T。（HRC40左右）左右）第一节钢在加热和冷却时的组织转变（第四章钢的热处理）（二）较快冷却即空冷（中温转变产物）（二）较快冷却即空冷（中温转变产物）又称贝氏体（又称贝氏体（B）型转变产物，它是指过冷奥）型转变产物，它是指过冷奥氏体在氏体在550230之间等温转变，组织是由含碳之间等温转变，组织是由含碳过量的铁素体和微小的渗碳体混合而成。贝氏体过量的铁素体和微小的渗碳体混合而成。贝氏体比珠光体的硬度更高。比珠光体的硬度更高。550350：上贝氏体；：上贝氏体；350230：下贝氏体。：下贝氏体。下贝氏体较上贝氏体有较高的强度和硬度，塑性下贝氏体较上贝氏体有较高的强度和硬度，塑性和韧性也较好。和韧性也较好。第一节钢在加热和冷却时的组织转变（第四章钢的热处理）（三）快速冷却即水或油冷或先水后油（低温转变产物）（三）快速冷却即水或油冷或先水后油（低温转变产物）又称马氏体型转变，它指过冷奥氏体在又称马氏体型转变，它指过冷奥氏体在230以下的等以下的等温转变。由于转变温度较低，碳原子已不能扩散，只发生温转变。由于转变温度较低，碳原子已不能扩散，只发生铁的晶格重构，由面心立方晶格变成体心立方晶格，形成铁的晶格重构，由面心立方晶格变成体心立方晶格，形成了碳在了碳在-Fe中的过饱和固溶体，称为马氏体中的过饱和固溶体，称为马氏体,用符号用符号M来来表示。马氏体通常具有高的硬度和耐磨性，但塑性和韧性表示。马氏体通常具有高的硬度和耐磨性，但塑性和韧性很差。很差。随着温度的降低，马氏体数量不断增加，直至冷却到随着温度的降低，马氏体数量不断增加，直至冷却到马氏体转变终了温度马氏体转变终了温度-50时，过冷奥氏体才能全部转变时，过冷奥氏体才能全部转变成马氏体。成马氏体。第二节钢的热处理工艺（第四章钢的热处理）钢的热处理工艺种类很多，本节主要讨论钢的热处理工艺种类很多，本节主要讨论普通热处理、表面淬火和化学热处理。普通热处理、表面淬火和化学热处理。一、普通热处理一、普通热处理普通热处理在钢的热处理工艺中应用最普通热处理在钢的热处理工艺中应用最广泛，它包括退火、正火、淬火和回火。广泛，它包括退火、正火、淬火和回火。第二节钢的热处理工艺（第四章钢的热处理）（一）退火（一）退火退火是将钢加热到合适温度，保温一定时间后，退火是将钢加热到合适温度，保温一定时间后，在加热炉中或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却，在加热炉中或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却，从而获得接近平衡组织的一种热处理工艺。从而获得接近平衡组织的一种热处理工艺。1退火目的退火目的各种钢在退火时目的不同。其主要各种钢在退火时目的不同。其主要有：有：(1)降低硬度，以利于切削加工或其他种类加工。降低硬度，以利于切削加工或其他种类加工。(2)细化晶粒，提高钢的塑性和韧性。细化晶粒，提高钢的塑性和韧性。(3)消除内应力，并为淬火工序做好准备。消除内应力，并为淬火工序做好准备。第二节钢的热处理工艺（第四章钢的热处理）2.退火分类退火分类由于钢的成分和退火目的不同，主要的退火工由于钢的成分和退火目的不同，主要的退火工艺有：艺有：(1)完全退火完全退火把工件加热到把工件加热到Ac3以上以上30-50，（P27图图1-27）保温后缓慢冷却下来的热处理工艺，保温后缓慢冷却下来的热处理工艺，称为称为完全退火完全退火，又叫重结晶退火。，又叫重结晶退火。完全退火是应用最广泛的退火方法，主要用于亚完全退火是应用最广泛的退火方法，主要用于亚共析钢和共析钢的锻件、轧件和铸件的退火。通共析钢和共析钢的锻件、轧件和铸件的退火。通过重结晶退火使晶粒细化，组织均匀和消除残余过重结晶退火使晶粒细化，组织均匀和消除残余应力，用以提高钢件性能。应力，用以提高钢件性能。第二节钢的热处理工艺（第四章钢的热处理）(2)球化退火球化退火使钢中碳化物呈球状化而进行使钢中碳化物呈球状化而进行的退火，称为球化退火。退火时将工件加的退火，称为球化退火。退火时将工件加热到热到Ac1以上以上3050，（见，（见P27图图1-27）然慢慢然慢慢冷却。冷却。球化退火主要用于过共析钢，使钢中二次球化退火主要用于过共析钢，使钢中二次