工程材料及热处理cnwm.docx

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1、工程材料料及热处处理授课教师师：李 静绪论Whatt iss MaaterriallsClasssifficaatioon oof MMateeriaalsWhatt iss Maaterrialls SScieenceeWhatt iss Maaterrialls EEngiineeerinngImpoortaancee off Maaterrialls oon PProggresss oof hummanHisttoryy annd MModeern Sciiencce aand TecchnoologgyObjeectiive andd Meethoods of Leaarniing t

2、hiis CCourrse我们的周周围到处处都是材材料我们的衣衣食住行行的必备备条件人类一切切生活和和生产活活动的物物质基础础先于人类类存在，并并且与人人类的出出现和进进化有着着密切的的联系一、什么么是材料料？具体地说说，材料料是用来来制造各各种产品品的物质质，这些些物质用用来生产产和构成成功能更更多、更更强大的的产品。金金属、陶陶瓷、玻玻璃、半半导体、超超导体、塑塑料、橡橡胶、纤纤维、砂砂子、石石块，还还有许多多复合材材料都属属于材料料的范畴畴。矿物燃料料、空气气和水，是是否是材材料？1. 材材料的定定义Mateeriaal：材料科科学（工工科）物质科学学（理科科）材料是指指具有满满足指定定

3、工作条条件下使使用要求求的形态态和物理理性状的物质质。Webssterr编者“NNew Intternnatiionaal DDicttionnaryy（19771年）”中关于于材料（Materials）的定义为：材料是指用来制造某些有形物体（如：机械、工具、建材、织物等的整体或部分）的基本物质（如金属、木料、塑料、纤维等）迈尔新新百科全全书中中材料的的含义：材料是是从原材材料中取取得的，为为生产半半成品、工工件、部部件和成成品的初初始物料料，如金金属、石石块、木木料、皮皮革、塑塑料、纸纸、天然然纤维和和化学纤纤维等等等。2. 原原料与材材料 原料（RRaw Matteriialss） 由原料

4、到到材料。 原料一般般不是为为获得产产品，而而是生产产材料，往往往伴随随化学变变化。 材料的特特点往往往是为获获得产品品，一般般从材料料到产品品的转变变过程不不发生化化学变化化。3. 材材料与物物质材料与物物质(MMateeriaals andd Maatteer) 材料可由由一种或或多种物物质组成成。同一物质质由于制制备方法法或加工工方法不不同可以以得到用用途各异、类类型不同同的材料料。4. 类类别类别 cclasssifficaatioons 材料可以以根据化化学组成成、状态态、作用用和使用用领域分分类。金属材料料化学组成成分类无无机非金金属材料料compponeentss 有机高分分子材

5、料料功能材料料作用分类类Funnctiion结构(工工程)材料金属材料料(1) 黑色金金属材料料钢Steeel化学成分分碳素素钢、合合金钢品质普通、优优质、高高级优质质钢金相组织织或组织织结构珠光光体、贝贝氏体、马马氏体和和奥氏体体用途建筑工工程、结结构、工工具、特特殊性能能、专业业用钢冶炼方法法平炉炉、转炉炉、电炉炉、沸腾腾炉钢铸铁：灰灰铸铁、可可锻铸铁铁、球墨墨铸铁、蠕蠕墨铸铁铁、特殊殊性能铸铸铁(22) 有有色金属属五大类轻金属（4.558/ccm3) 铜、镍镍、铅、锌锌贵金属金金、银、铂铂、铑类金属（半半）硅、硒硒、绅、硼硼稀有金属属钛、锂锂、钨、钼钼、镭常用的稀稀有金属属材料有有：A

6、ll、Cu 、Zn、 Snn、 Pbb、 Mgg、 Nii (3) 基本特特性 PPrinncippal Prooperrtiees a. 金属属键，常常规法生生产的为为晶体结结构； b. 常温温下固体体熔点较较高； c. 金属属光泽； d. 纯金金属范性性大、展展性、延延性大； e. 强度度较高； f. 导热热、导电电性好； g. 空气气中易氧化。(4) 用途 AAppllicaatioon a. 结构构材料:如机床床,建筑机机械设备备、工程程交通工工具； b. 导体体材料，电电线芯（铜铜） c. 工具具无机非金金属材料料Inoorgaanicc noonmeetalls(1) 分类（按按成

7、分，化化学结构构和用途途分四大大类）混凝土（水水泥）玻璃 GGlasss 硅及耐火火材料 Sillicoon 陶瓷（器器） Ceerammicss 传统陶瓷瓷（天然然硅酸盐盐矿）：各中粘粘土烧制制而成。(Sillicaate Cerramiics) 特种陶瓷瓷（人工工化合物物：氧化化物、氮氮化物、硼硼化物、碳碳化物）(2) 基本特特性以陶瓷为为例，有有较大差差别a. 离子键键、共价价键及其其混合键键； b. 硬而而脆； c. 熔点点高、耐耐高温抗抗氧化 d. 导热热、导电电性差； e. 耐化化学腐蚀蚀性好； f. 耐磨磨； g. 成型型方式为为粉末制制坏、烧烧制成型型(3) 用途建筑卫生生陶瓷

8、：瓷砖、浴浴缸。工程陶瓷瓷工程结构构陶瓷：反应釜釜（耐酸酸、耐腐腐蚀）绝绝缘瓷瓶瓶。功能陶瓷瓷：磁性性、导电电。高分子材材料Poolymmerss, MMacrromoolecculees (1) 分类类按主链结结构Baackbbonee chhainn碳链 CCCC 杂链 CNCC=O；COCC 元素 Si、P、B按使用性性质塑料 Plaastiics橡胶 Rubbberr 天天然、合合成纤维Fiiberr 天天然、合合成粘合剂 Adhhesiive涂料 Coaatinng(2) 基本性性质 aa. 共价键键，部分分范氏键键 bb. 分子量量大，无无明显熔熔点，有有玻璃化化转变温温度Tgg

9、和粘流温温度Tff； cc. 力学状状态有三三态：玻玻璃态、高高弹态、粘粘流态 dd. 比重小小 ee. 绝缘性性好 ff. 优越的的化学稳稳定性 gg. 成型方方法多(3) 用途结构材料料：电视视机壳体体、冰箱箱壳体、轴轴承、机机械零件件绝缘材料料：漆包包线、电电缆、绝绝缘版、电电器零件件建筑材料料：贴面面板、地地贴包装材料料：塑料料袋、薄薄膜、泡泡沫塑料料涂装：涂涂料粘合剂：粘合剂剂日用：织织物（衣衣服）胶胶鞋运输：轮轮胎，传传送带复合材料料Commpossitees定义：由由两种以以上组分分组成，并并且具有有与其组组成不同同的新的的性能的的材料(1) 分类按性能：结构复复合材料料功能复合

10、合材料按增强剂剂形状及及增强机机理：粒粒子增强强纤维增强强按复合方方式分类类基体 MMatrrix 增强强体 RReinnforrcemmentt金属金属属、无机机非金属属无机非金金属金属属、无机机非金属属高分子(塑料、橡橡胶) 金金属、无无机非金金属、高高分子(纤维)(2) 基本性性质 a. 抗疲疲劳性能能良好； b. 结构构件减震震性好； c. 比强强度和比比量高； d. 耐烧烧能性和和耐高温温性能好好 e. 具有有良好的的减摩、耐耐摩和耐耐润滑性性能(3) 用途无机-高分子子: 玻璃纤纤维增强强塑料(玻璃钢钢)汽车,游艇，碳纤维增增强塑料料飞机机机翼、高高尔夫球球棍、撑撑杆跳杆杆金属陶陶

11、瓷: 飞机机螺旋桨桨叶综合金属属韧性，陶陶瓷耐高高温性高分子-高分子子: 橡胶胶增韧塑塑料抗冲冲ABSS树脂减减震材料料其它类型型 Biommateeriaals BBiommateeriaals aree emmplooyedd inn coompoonennts impplanntedd innto thee huumann boody forr reeplaacemmentt off diiseaasedd orr daamagged boddy ppartts. Advaanceed mmateeriaalsMateeriaals thaat aare utiilizzed in hi

12、ggh-ttechhnollogyy (oor hhighh-teech) apppliicattionns aare sommetiimess teermeed aadvaanceed mmateeriaals. lasserss, iinteegraatedd ciircuuitss, mmagnnetiic iinfoormaatioon sstorragee, lliquuid cryystaal ddispplayys (LCDDs), fiiberr oppticcs, andd thhermmal prootecctioon ssysttemss foor tthe Spaace

13、 Shuuttlle OOrbiiterr.二、材料料的重要要作用 Immporrtannce of Matteriialss foor tthe Devveloopmeent of Humman Hisstorry and Sciiencce &Tecchnoologgy 材料是人人类社会会发展的的巨大推推动力，制制造生产产工具的的物质基基础是材材料。石器时代代陶器器时代 青青铜时代代 铁期时时代复合材材料自古以来来，材料料的发展展水平就就是人类类社会文文明程度度的标志志. 材料的使使用和发发展，与与生产力力和科学学技术的的水平密密切相关关。举例17644年工业业革命，第第一部机机器（手手摇

14、） 17769年年，水力力纺纱机机 17782年年，蒸汽汽机为动动力的纺纺纱机，纺纺织业（动动力）瓦特发动动机、传传动机、工工作机机器器系列机机器制造造铁 冶炼炼业19455年电子管管计算机机，几间间大屋半导体集成成电路小型型芯片、液液晶、分分子器件件、计算算机（PPC）手提电脑脑，掌上上电脑目前材料品种种：几十十万种（手手册中）科学技术术发展的的三大支支柱：80年代代能源、材材料、信信息90年代代信信息技术术、新材材料、生生物技术术高速民航航客机使使用的复复合材料料，高比比强、代代替金属属、重量量轻耐摩摩擦、热热氧稳定定、力学学性能生物降解解材料（环环境保护护），计计算机、液液晶显示示屏（低

15、低电压）信息社会会要术各各种各样样光、电电、磁、声声材料各种材料料相互替替换、复复合、共共性、特特性，纳纳米材料料三、材料料科学与与工程的的范畴和和任务（1）学学科建立立 EEstaabliishmmentt off Maaterriall Scciennce andd Ennginneerringg 119600s 金属材料料金相相学金属学学无机材料料无机机化学陶瓷瓷学高分子材材料高分子子化学高分分子物理理(2) 内容和和任务 Conntennts andd Obbjecctivve 材料科学学：从理理论上研研究金属属、无机机非金属属和有机机高分子子等材料料的成分分、结构构、加工工工艺同同材

16、料性性能及材材料应用用之间的的相互关关系。材料科学学与工程程：关于于材料组组成、结结构、制制备工艺艺与其性性能及使使用过程程间相互互关系的的知识开开发及应应用的科科学学科性质质：是介介于基础础科学与与应用科科学之间间的应用用基础科科学（边边缘学科科）。合成与制备过程 Synthesis and Processing组成与结构 Compositions and Structures性质 Properties（工程）（化学）（物理学）使用性能 Performance研究内容容科学性 a. 从化化学角度度出发，研研究材料料的化学学组成、键键性、结结构与性性能的关关系 b. 从物物理角度度，阐述述材料

17、的的组成原原子、分分子及其其运动状状态与各各物性之之间的关关系 c. 材料料的制备备工艺技技术性 d. 材料料的性能能表征 e. 材料料的应用用(3) 材料料工程 Matteriialss Ennginneerringg对于工程程技术人人员：如如何选择择特定应应用环境境下需要要的材料料，来满满足使用用要求，如如何按实实际要求求设计新新材料，须须弄清以以下三个个关系（材质）材料内部结构与性能（内部形形态）加工工工艺与与性能（使用环环境，耐耐久性）材料的性能与使用过程四、本课课程的内内容和学学习方法法绪论 IIntrroduuctiion材料的定定义、分分类及基基本内容容第一章 工程材料料的力学学

18、性能材料的力力学性能能包括强强度、塑塑性、硬硬度、韧韧性、抗抗疲劳性性和耐磨磨性等第二章 工程材料料的基础础知识决定工程程材料的的性能的的基本因因素时他他们内部部的微观观结构和和组织状状态，本本章以金金属材料料为例，介介绍与工工程材料料有关的的微观组组织结构构的基础础知识第三章 金属的塑塑性变形形与再结结晶在塑性变变形的过过程中，金金属组织织和性能能也发生生了相应应的变化化，因此此，研究究金属塑塑性变形形以及变变形金属属在加热热过程中中所发生生的变化化，对充充分发挥挥金属材材料的力力学性能能有重要要的意义义。第四章 钢的热处处理热处理时时将金属属或合金金在固态态下经过过加热、保保温和冷冷却等三

19、三个步骤骤，以改改变其整整体或表表面的组组织，从从而获得得所需性性能的一一种工艺艺。第五章 金属材料料第六章 非金属材材料和复复合材料料高分子材材料、陶陶瓷材料料和复合合材料第七章 常用机械械工程材材料的选选用机械零件件的设计计包括零零件结构构设计、材材料选择择和工艺艺设计三三个方面面，选材材或用材材不当是是造成零零件失效效的重要要原因主要参考考书魏广升，褚褚祥志 . 工工程材料料学 . 北京京：中国国劳动出出版社，1996崔占全，机机械工程程材料 . 哈哈尔滨：哈尔滨滨工程大大学出版版社，220000吴承建主主编 . 金属属材料学学 . 北京：冶金工工业出版版社，119999第一章工工程材料

20、料的力学学性能材料在不不同的外外界条件件下使用用的，如如在载荷荷、温度度、介质质、电场场等作用用下将表表现出不不同的行行为，即即材料的的使用性性能。使使用性能能主要包包括：力力学性能能、物理性性能和化学性性能。力学性能能是指材料料在载荷荷(外力)作用下下所表现现出的行行为。第一节材材料的强强度与塑塑性一、强度度1.定义义：强度度是指材材料在外外力作用用下对变变形与断断裂的抵抵抗能力力。通常强度度是根据据国家标标准(GGB63397-19886)的的规定进进行静拉拉伸试验验测得的的。2.拉伸伸应力-应变曲曲线特点点1）弹性性变O-A2）塑性性变形BB-D3）断裂裂点Ds=F/SeF=(LF-L0

21、)/LL03.力学学性能指指标1）材料料对弹性性变形的的抵抗能能力 - 弹性模量量E=应力力s /应变变e*弹性模模量E反映了了材料产产生弹性性变形的的难易程程度。（刚刚度）保保证了材材料不发发生过量量弹性变变形。*弹性模模量取决决于材料料本身。合金化、热热处理及及冷热变变形影响响不大。2）强度度指标a 屈服服点强度度ss*s0.2：残残余变形形量为00.2%时的应应力值二、塑性性塑性是指指材料在在外力作作用下产产生塑性性变形而而不破坏坏的能力力。一般用伸伸长率()或或断面收收缩率()来来反映材材料塑性性的好坏坏。 =(L1-L0)/LL0=(SS0-S1)/SS0意义： 11.材料料可通过过

22、局部塑塑性变形形来削减减应力峰峰，缓解解应力集集中，从从而防止止突然破破坏。 22.通过过发生塑塑性变形形和因此此引起的的形变强强化，可可提高抵抵抗过载载的能力力。 33.如果果零件失失效前产产生塑性性变形，由由于塑性性变形可可吸收大大量能量量，可使使失效的的破坏性性降到最最小。 44.好的的塑性有有利于压压力加工工成型工工艺。第二节材材料的硬硬度定义：表表示材料料表面局局部区域域内抵抗抗变形或或破坏的的能力。意义：硬硬度能较较敏感地地反映材材料的成成分与组组织结构构的变化化，故可可用来检检验原材材料和控控制冷热热加工质质量。指标种类类： 1.布氏硬硬度(HHB)： 2.洛氏硬硬度(HHR)：

23、 3.其它硬硬度：维维氏硬度度 (HHV)、显显微硬度度等。l 布氏硬度度：19990瑞瑞典工程程师布利利涅尔（Brinell）提出将一定直直径的淬淬火钢球球或硬质质合金球球，在规规定载荷荷下压入入被测金金属的表表面，并并保持一一定时间间，然后后卸除载载荷，以以金属表表面压痕痕单位面面积上所所承受载载荷的大大小来确确定被测测金属材材料的硬硬度。说明：1.布氏氏硬度的的单位为为MPaa,一般般不标出出；2.淬火火钢球为为压头测测出的硬硬度值以以HBSS表示,适用于于硬度值值在4550以下下的材料料;硬质合合金球为为压头测测出的硬硬度值以以HBWW表示，适适用于硬硬度值在在4500-6550的材材

24、料。如如10mmm淬火火球在99.811kN载载荷下，保保持300s测得得的布氏氏硬度值值为1550时，可可标注为为1500HBSS10/10000/330。又又如5000HBBW5/7500表示用用5mmm的硬质质合金球球在7550kggf（7.3335kkN）载载荷作用用下保持持10-15ss测得的的布氏硬硬度值为为5000。l 洛氏硬度度：19919年年美国洛洛克威尔尔提出。用金刚石石圆锥体体或淬火火钢球作作为压头头，在一一定试验验力的先先后作用用下，将将压头压压入试样样表面，经经规定的的保持时时间后，卸卸除主试试验力，用用测量的的残余压压痕深度度计算被被测材料料的硬度度。测试洛氏氏硬度

25、时时，直接接从表盘盘读取数数值即可可。洛氏硬度度的分类类HRA HHRB HRCC 压头: 金刚刚石直径径金刚石石圆锥体11.58875钢钢球圆锥锥体总载荷 /N : 5588.37 9880.667 14771.007应用：高高硬度较较软材料料，淬火火钢材料，如如如退火火钢，等等硬材硬质合金金铜铝等等料范围： 60-88HHRA 20-1000HRBB 200-700HRCC维氏硬度度(英国的的维克斯斯Vicckerrs公司司)维氏硬度度的试验验原理与与布氏硬硬度的试试验原理理相同，但但维氏硬硬度试验验的压头头不是钢钢球，而而是用两两面夹角角为1336的的金刚石石四棱锥锥体作为为压头。试试验

26、时测测出压痕痕对角线线长度以以计算压压痕的表表面积，以以F/AA的数值值表示维维氏硬度度值。HV=11.85544FF/d22(MPPa)维氏硬度度载荷小小（499.1，98.1，1966.2，2944.3，4900.5，9811N 五五种），压压痕深度度浅，适适应于测测量较薄薄的材料料或表面面硬化层层的硬度度，所以以维氏硬硬度广泛泛用来测测定金属属镀层、薄薄片金属属以及化化学热处处理后的的表面硬硬度。第三节材材料的韧韧性和韧韧度韧性是指指材料在在塑性变变形和断断裂的全全过程中中吸收能能量的能能力，是是材料强强度和塑塑性的综综合表现现。或指指材料抵抵抗裂纹纹扩展的的能力。韧韧度是衡衡量材料料韧

27、性的的力学性性能指标标。常用用韧性指指标：（1）冲冲击韧度度（2）断断裂韧度度冲击韧度度定义：冲冲击韧度度是指材材料在冲冲击加载载下吸收收塑性变变形功和和断裂功功的能力力，它是是用来评评价材料料在冲击击载荷作作用下的的脆断倾倾向的。指标：冲冲击吸收收功AKK(单位位J)；冲冲击韧度度ak(ak= AKK/断裂裂面截面面积，单单位J/cm22)。意义：用用来反映映材料对对一次或或少次数数大能量量冲击破破坏的抵抵抗能力力和在此此工作条条件下材材料对缺缺口的敏敏感性。试验方法法：一次次摆锤冲冲击试验验。冲击功：Gh11-Ghh2=GG(h11-h22) J断裂韧度度定义：断断裂韧度度表征了了材料抵抵

28、抗裂纹纹失稳扩扩展的能能力。断裂韧度度K1c：裂裂纹失稳稳扩展时时的应力力场强度度因子，应应力场强强度因子子的临界界值。影响因素素：材料本身身的性质质有关，与与材料的的成分、成成型工艺艺有关；而与裂裂纹的形形状、尺尺寸及外外应力的的大小无无关。第四节疲疲劳强度度疲劳断裂裂的概念念零件在交交变载荷荷作用下下经较长长时间工工作而发发生断裂裂的现象象(交变载载荷大小、方方向随时时间发生生周期性性循环变变化的载载荷。)疲劳断裂裂的特点点 (1)断裂时时的应力力远低于于材料静静载下的的抗拉强强度，甚甚至屈服服强度, 疲劳劳断裂属属低应力力脆断。 (2)断裂前前无论是是韧性材材料还是是脆性材材料均无无明显

29、的的塑性变变形，是是一种无无预兆、突突然发生生的断裂裂，因此此危险性性极大。疲劳断裂裂的基本本过程(1)裂裂纹的产产生：由由于材料料本身的的各种缺缺陷和结结构等原原因，使使零件受受力时局局部产生生应力集集中，形形成疲劳劳裂纹源源，达到到一定条条件时，产产生裂纹纹。(2)裂裂纹扩展展：裂纹纹形成后后，在交交变应力力作用下下将不断断扩展。(3)最后断裂：随着疲劳裂纹的扩展，有效承载面逐渐减小，当应力达到材料的断裂强度或断裂韧度时，发生快速断裂。l 疲劳抗力力指标疲劳极限限(疲劳强强度)-材料料在“无数”次重复复交变载载荷的作作用下而而不破坏坏的最大大应力。当当交变应应力循环环对称时时，疲劳劳极限用

30、用1表示。注：试验验时，钢钢材的循循环次数数以100-7为基基数。影响疲劳劳极限的的因素：(1)材材料本质质：材料料的成分分、组织织以及纯纯度和夹夹杂物对对疲劳极极限有显显著影响响。(2)零零件表面面状况：疲劳裂裂纹源大大多起始始于零件件的表面面。零件件表面的的加工缺缺陷大大大降低了了疲劳极极限。(3)载载荷类型型：载荷荷类型不不同，疲疲劳极限限不一样样。(4)工工作温度度：温度度升高，裂裂纹易产产生和扩扩展，故故降低了了疲劳极极限。(5)腐腐蚀介质质：零件件在腐蚀蚀环境中中，疲劳劳极限明明显降低低。第2章工工程材料料基础知知识第一节金金属的晶晶体结构构一、晶体体与非晶晶体-原原子的排排列对材

31、材料的影影响1.晶体体：晶体体中的原原子是有有序排列列，即原原子或离离子按一一定的几几何形状状有规律律的排列列的物体体。2.非晶晶体：晶晶体中原原子的排排列是无无序的。 3.与与晶体有有关的几几个概念念晶格：把把晶体中中的原子子假想为为几何的的结点，用用直线从从其中心心连接起起来，使使之构成成一个空空间格子子（空间间点阵）。晶面：晶晶格中各各种方位位的原子子面。晶向：晶晶格中由由结点（原原子）所所组成的的任一直直线，则则代表晶晶体空间间的一个个方向，这这种方向向称为晶晶向。晶胞：构构成晶格格的最基基本的几几何单元元称为晶晶胞。晶格常数数与夹角角：晶胞胞的边长长大小的的尺寸（a,b,c）称为晶格

32、常数。a，b，g。晶胞原子子数：一一个晶胞胞内包含含的原子子数目。配位数：晶格中中与任一一原子处处于等距距且相距距最近的的原子数数目。致密度：晶胞中中原子的的体积与与晶胞体体积之比比。二、晶体体的分类类原子子的结合合方式对对材料的的影响金属晶体体 Na离子晶体体 Na+ CCl-共价晶体体 C分子晶体体 Cl * CCl三、金属属晶体1.晶格格的形式式：（1) 体心立立方（2) 面心立立方（3) 密排六六方2.晶向向指数的的建立（1）建建立坐标标系（2）确确定坐标标值（3）化化整并加加中括号号3.晶面面指数的的建立（1）建建立坐标标系；（2）确定在坐标轴上的截距。（2），1，2；（3）取取倒数

33、。 1/2，1，1/2 ；（4）化整并加小括号（121）4.晶体体的种类类单晶：结结晶方位位完全一一致的晶晶体。特特点：各各向异性性多晶体：5.晶体体的缺陷陷（1）点点缺陷（2）线缺陷（3）面缺陷第二节合合金及相相结构一基本知知识：1.合金金：有22种或2种以上上的金属属元素或或金属元元素与非非金属元元素组成成的具有有金属性性质的物物质。2.组元元：组成成合金的的最简单单、最基基本、能能够独立立存在的的物质。3.相：成分相相同，结结构相同同，并与与其他部部分以界界面分开开的均匀匀组成部部分。二、合金金中的相相结构固溶体：形成合金金时，如如果一种种组元的的晶格中中可以包包含其他他组元，即即新相的

34、的晶格结结构与某某一组元元的晶格格相同，这这种新相相称为固固溶体。晶晶格与固固溶体相相同的组组元称为为溶剂，其其他组元元称为溶溶质。化合物：形成合金金时，新新相的晶晶格结构构不同于于任一组组元的晶晶格，则则新相是是组元间间形成的的一种新新的物质质，这种种新相称称为化合合物。（一）固固溶体1.分类类：置换换固溶体体和间隙隙固溶体体2.特征征：造成成晶格畸畸变，固固溶体的的强度及及硬度升升高，物物理性能能也会发发生变化化。固溶强强化（二）化化合物1.分类类：正常常价化合合物，电电子价化化合物及及间隙化化合物2.各种种化合物物的比较较第三节金金属的结结晶1、结晶晶的概念念（1)过过冷度DDT ：DT

35、=TT0-TT1（2)理理论结晶晶温度TTo（3)实实际结晶晶温度TT12、金属属的结晶晶过程包括两个个过程：形核与与长大3、结晶晶的影响响因素（1)过过冷度DDT (2)难难容杂质质起到晶核核的作用用细化化晶粒4、金属属晶体的的长大形形态（1）随随液固界界面距离离的增大大，在液液相内温温度升高高（2）随随液固界界面距离离的增大大，在液液相内温温度降低低第四节二二元合金金相图1.合金金系：由由给定的的的组元元可以配配制成不不同成分分的合金金，这些些合金组组成的合合金系统统称为合合金系。2.（相相）平衡衡：在一一定条件件下，合合金中参参与结晶晶或相变变过程中中的各相相之间的的相对重重量和相相的浓

36、度度不再改改变的状状态。3.相图图：不同同温度及及成分下下，合金金中的合合金相的的构成及及相之间间的平衡衡关系的的图形。又又称为平平衡图或或状态图图。第五节铁铁碳合金金相图通过讲授授铁碳合合金相图图，使学学生掌握握：合金金相图是是表示在在极缓慢慢冷却 (或加加热)条件下下，不同同成分的的铁碳合合金在不不同的温温度下所所具有的的组织或或状态的的一种图图形。从从中可以以了解碳碳钢和铸铸铁的成成分(含碳量量)，组织织和性能能之间的的关系。它它不仅是是我们选选择材料料和判定定有关热热加工工工艺的依依据，而而且是钢钢和铸铁铁热处理理的理论论基础。15388 13394 9912L d-Fee g-Fee

37、 a-Fee体心立方方面心立立方体心心立方1. 铁铁素体aa-Fee + C 体体心立方方 F2. 奥奥氏体gg-Fee + CC 面心心立方 A3. 渗渗炭体 Fee3C4. 珠珠光体铁铁素体渗碳体体 PP5. 莱莱氏体莱莱氏体渗碳体体 Ldd一、相图图分析912 G1538 A1394 N0.77 2.11 4.43 6.69Fe Fe3C1495B1148C 1227DEFHJKPSQ0.0218二、典型型合金析析晶过程程分析 工业纯铁铁：塑性性较好，强强度较低低，具有有铁磁性性，在一一般的机机器制造造中很少少应用，常常用的是是铁碳合合金 铁素体（F）：碳溶于a -Fe中的一种间隙固溶体

38、，体心立方晶体结构，组织和性能与工业纯铁相同 奥氏体（A）：碳溶于g -Fe中的一种间隙固溶体，具有面心立方晶体结构，塑性好，变形抗力小，易于锻造成型渗碳体：铁和碳碳的金属属化合物物（即FFe3C）属于于复杂结结构的间间隙化合合物，硬硬而脆，强强度很低低，耐磨磨性好，是是一个亚亚稳定的的化合物物，在一一定温度度下可分分解为铁铁和石墨墨珠光体（P）：铁素体和渗碳体的机械混合物，是两者呈层片相间的组织，即层片状组织特征，可以通过热处理得到另一种珠光体的组织形态五个单相相区：AABCDD以上-液相区区（L）；AHHNA-d固溶体体区（dd）；NJJESGGN-奥奥氏体区区（A）；GPPQ以上上-铁素

39、体体区（FF）；DFFKL-渗碳体体区（FFe-FFe3C）七个两相相区（两两相邻的的单相区区之间）： L+dd，L+AA，L+FFe3C，d+A，F+AA，A+FFe3C，F+FFe3C包晶反应应：HJJB水平平线LBdH（14995） AJ包晶反应应仅可能能在含碳碳量0.090.553的的铁碳合合金中，其其结果生生成生成成奥氏体体共晶反应应：ECCF水平平线AeeFe3C（11448） Lcc 共晶反应应可在含含碳量22.1116.669的的铁碳合合金中，形形成奥氏氏体与渗渗碳体的的共晶混混合物，称称为莱氏氏体，CC点为共共晶点，含含碳量为为4.33,温度11148度度共析反应应： PPS

40、K线线As FpFe3C（7277）所有含碳碳量超过过0.002188的铁铁碳合金金均能发发生共析析反应。其其结果形形成铁素素体和渗渗碳体的的共析和和渗碳体体的共析析混合物物，称为为珠光体体（P）。根根据杠杆杆定律可可以求出出铁素体体和渗碳碳体的相相对重量量为：F（）(6.69-0.777)6.6691100888Fe3CC（）18812 GS线不同含含碳量的的合金，有有奥氏体体开始析析出铁素素体（冷冷去时）或或铁素体体全部溶溶于奥氏氏体（加加热时）的的转变线线，常用用A3表示示 ES线碳在奥奥氏体中中的固溶溶体。常常用Acm表示示，含碳碳量大于于0.777的的铁碳合合金，自自11448冷冷至

41、7227从从奥氏体体析出渗渗碳体，称称二次渗渗碳体 PQ线碳在铁铁素体中中的固溶溶线，铁铁碳合金金由7227冷冷却至室室温时，将将从铁素素体析出出渗碳体体，称为为三次渗渗碳体1. 亚亚共析钢钢的组织织是由铁铁素体和和珠光体体组成，随随含碳量量的增加加。其组组织中珠珠光体的的数量随随之增加加，因而而强度、硬硬度也升升高，塑塑性、韧韧性不断断下降。2. 过过共析钢钢的组织织是由珠珠光体和和网状二二次渗碳碳体组成成，随着着钢中含含碳量的的增加，其其组织中中珠光体体的数量量不断减减少，而而网状二二次渗碳碳体的数数量相对对增加，因因强度、硬硬度上升升，而塑塑性、韧韧性值不不断下降降。但是是，当钢钢中 W

42、Wc0.99时，二二次渗碳碳体将沿沿晶界形形成完整整的网状状形态，此此时虽然然硬度继继续增高高，但因因网状二二次渗碳碳体割裂裂基体，故故使钢的的强度呈呈迅速下下降趋势势。至于于塑性和和韧性，则则随着含含碳量的的增加而而不断降降低铁碳相图图在工业业中的应应用1、在选选材方面面的应用用：根据据零件的的不同性性能要求求来合理理地选择择材料。2、在铸铸造生产产上的应应用：参照铁铁碳相图图可以确确定钢铁铁的浇注注温度，通通常浇注注温度在在液相线线以上 5060。纯铁铁和共晶晶白口铸铸铁的铸铸造性能能最好。3、在锻锻压生产产上的应应用：锻锻轧温度控控制在单单相奥氏氏体区。4、在热热处理生生产上的的应用：热处理理工艺的的加热温温度依据据铁碳相相图确定定。第三章金金属的塑塑性变形形与再结结晶第一节金金属的塑塑性变形形一、塑性性变形的的基本形形式滑移：晶晶体在切切应力的的作用下下，一部部分沿着着一定晶晶面上的的晶向相相对于另另一部分分发生滑滑动，这这种现象象成