机械工程师考前培训资料.pptx

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1、第二第二(d r)部分部分 工程材料工程材料2.0 基本要求基本要求熟悉常用金属材料的性能、试验方法及其选用。熟悉常用金属材料的性能、试验方法及其选用。熟悉钢的热处理原理。熟悉钢的热处理原理。掌握常用金属材料的热处理方法及选用。掌握常用金属材料的热处理方法及选用。了解常用工程塑料、特种了解常用工程塑料、特种(tzhng)陶瓷、复合陶瓷、复合材料的种类及应用材料的种类及应用第一页，共240页。2.1工程材料的分类工程材料的分类(fn li)和性能和性能2.1.1 2.1.1 工程材料的分类（工程材料的分类（P32P32）按功能按功能(gngnng)(gngnng)和用途分：和用途分：结构材料、功

2、能结构材料、功能(gngnng)(gngnng)材料材料按组成特点分：按组成特点分：金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料合材料第二页，共240页。2.1.2工程工程(gngchng)材料的性能材料的性能 工程工程(gngchng)材料的性能主要包材料的性能主要包括工艺性能和使用性能。括工艺性能和使用性能。工艺性能是指材料使用某种工艺方法进行工艺性能是指材料使用某种工艺方法进行加工的难易程度（相对性）。加工的难易程度（相对性）。使用性能是指材料在正常工作条件下所表使用性能是指材料在正常工作条件下所表现出来的力学性能、物理性能和化学性能。现出来的力学性能、物理

3、性能和化学性能。第三页，共240页。2.1.2.1 力学性能力学性能 材料的力学性能是指材料在不同环境材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。简单地说，力学性时所表现出的力学特征。简单地说，力学性能是指材料在外力作用下表现出来的性能。能是指材料在外力作用下表现出来的性能。主要主要(zhyo)力学性能指标：硬度、强度、力学性能指标：硬度、强度、塑性、韧性、耐磨性和缺口敏感性等。塑性、韧性、耐磨性和缺口敏感性等。材料力学性能主要材

4、料力学性能主要(zhyo)取决于材料取决于材料的组织成分和晶体结构。的组织成分和晶体结构。第四页，共240页。1.硬度硬度 硬度硬度(hardness):是指材料抵抗其他硬物是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。体压入其表面的能力。常用测量常用测量(cling)硬度的方法：硬度的方法：布氏硬度布氏硬度HB 洛氏硬度洛氏硬度HR 维氏硬度维氏硬度HV肖肖氏硬度氏硬度HS努氏硬度努氏硬度HK里氏硬度里氏硬度HL第五页，共240页。(1)布氏硬度布氏硬度 HB(Brinell-hardness)布氏硬度计布氏硬度计 测量测量(cling)压痕球形面积压痕球形面积第六页，共240页。适用范围适用范围

5、:v 450HBS;v 650HBW;特别适用于测定特别适用于测定(cdng)灰铸铁、轴承合金等具有灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度及钢件退火、材料的硬度及钢件退火、正火和调质厚的硬度。不正火和调质厚的硬度。不宜在产品上进行试验宜在产品上进行试验第七页，共240页。符号符号HBSHBS或或HBWHBW之前的数字表示硬度值，之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别符号后面的数字按顺序分别(fnbi)(fnbi)表示表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如球体直径、载荷及载荷保持时间。如:120HBS10/1000/30:120HBS10/1000/3

6、0表示直径为表示直径为10mm10mm的钢球的钢球在在1000kgf1000kgf（9.807kN9.807kN）载荷作用下保持）载荷作用下保持30s30s测得的布氏硬度值为测得的布氏硬度值为120120。第八页，共240页。(2)洛氏硬度洛氏硬度 HR(Rockwll hardness)h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度计10HRCHBS压头压头(y tu)：圆锥角圆锥角1200的金刚石的金刚石圆锥体圆锥体小淬火滚球小淬火滚球测量测量(cling)压痕深度压痕深度广泛用于热处理质量广泛用于热处理质量检验，常用于检查检验，常用于检查(jinch)淬火后的硬淬火后的

7、硬度。度。操作迅速简单，可在工件上直接试验，操作迅速简单，可在工件上直接试验，但检测结果离散度较大但检测结果离散度较大第九页，共240页。(3)维氏硬度维氏硬度 HV (diamond penetrator hardness)适用范围适用范围:测量薄板测量薄板类类;HVHBS;测量压痕对角线比较测量压痕对角线比较(bjio)长度长度压头：压头：两对面夹角两对面夹角(ji jio)1360的金刚石的金刚石四棱锥体四棱锥体特点：试验特点：试验力任意选取，力任意选取，压痕测量精压痕测量精度高，硬度度高，硬度(yngd)值值准确，但需准确，但需查表或计算查表或计算效率低。效率低。第十页，共240页。(

8、4)肖氏硬度肖氏硬度 HS 是一种动载荷试验法，较为是一种动载荷试验法，较为(jio wi)方便，可方便，可在现场测量大型工件的硬度，缺点是精度较低。在现场测量大型工件的硬度，缺点是精度较低。(5)努氏硬度努氏硬度 HK 是一种显微硬度试验法，对表面淬火硬度或镀是一种显微硬度试验法，对表面淬火硬度或镀层、渗层等薄层区域硬度测定以及截面层、渗层等薄层区域硬度测定以及截面(jimin)上的硬度分布的测定较为方便。上的硬度分布的测定较为方便。(6)里氏硬度里氏硬度 HL 是一种新型的反弹式硬度测量方法，便于携带，是一种新型的反弹式硬度测量方法，便于携带，常用于测量大型铸锻件、永久常用于测量大型铸锻件

9、、永久(yngji)组装部件组装部件等，精度较高，可自动转换成洛氏硬度、布氏硬等，精度较高，可自动转换成洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度，并可直接打印结果。度、维氏硬度、肖氏硬度，并可直接打印结果。第十一页，共240页。2.2.强度强度(qingd)(qingd)指标指标 (1)拉伸试样拉伸试样GB6397-86规定金属拉伸试样有：规定金属拉伸试样有：圆形、矩形、异型及全截面圆形、矩形、异型及全截面常用常用(chn yn)标准圆截面试样。标准圆截面试样。长试样：长试样：L0=10d0;短试样：短试样：L0=5d0拉伸试样拉伸试样第十二页，共240页。拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象拉

10、伸试验机拉伸试验机第十三页，共240页。l Fl bl ul Fbbk Fss o g fe Fep Fp拉伸拉伸(l shn)曲线曲线op段：比例弹性变形阶段段：比例弹性变形阶段(jidun)；pe段：非比例弹性变形阶段段：非比例弹性变形阶段(jidun)；平台或锯齿（平台或锯齿（s段）：屈服阶段段）：屈服阶段(jidun)；sb段：均匀塑性变形阶段段：均匀塑性变形阶段(jidun)，是强化阶段，是强化阶段(jidun)。b点：形成了点：形成了“缩颈缩颈”。bk段：非均匀变形阶段段：非均匀变形阶段(jidun)，承载下降，到，承载下降，到k点断裂。点断裂。断裂总伸长为断裂总伸长为Of，其中塑

11、形变形，其中塑形变形Og(试样断后测得的伸长试样断后测得的伸长)，弹性，弹性伸长伸长gf。第十四页，共240页。弹性极限弹性极限:Fe 弹性极限载荷弹性极限载荷(N)e=(M pa)S0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)Fs s=(M Pa)S0试样屈服时的载荷试样屈服时的载荷(N)试样试样原始横截面积原始横截面积(mm2)屈服强度屈服强度:产生产生(chnshng)明显塑性变形的明显塑性变形的最低应力值最低应力值.第十五页，共240页。屈服屈服(qf)强度强度(塑性变形量为塑性变形量为0.2%，微量塑性变形，微量塑性变形)F0.2 0.2 =(M Pa)S 0 试样原始横截面试样原

12、始横截面(mm2)试样试样产生产生0.2%残余塑性变残余塑性变 形时的载荷形时的载荷(N)0.2：试样产生残余塑性变形：试样产生残余塑性变形0.2%时的应力时的应力试样产生试样产生0.2%残余塑性变形残余塑性变形 屈服点屈服点 s、屈服强度、屈服强度0.2是零件设计的主要依据；是零件设计的主要依据；也是评定金属也是评定金属(jnsh)强度的重要指标之一。强度的重要指标之一。第十六页，共240页。抗拉强度：试样抗拉强度：试样(sh yn)在断裂前所能承受的最大应力。在断裂前所能承受的最大应力。F b 试样断裂前的最大载荷试样断裂前的最大载荷(N)b=(M Pa)S 0 试样原始试样原始横截面积横

13、截面积(mm2)它表示材料抵抗断裂的能力。它表示材料抵抗断裂的能力。是零件设计的重要依据；也是评定金属强度是零件设计的重要依据；也是评定金属强度(qingd)的重要指标之一。的重要指标之一。第十七页，共240页。3.塑性塑性(sxng):是指材料在载荷作用下产生塑性是指材料在载荷作用下产生塑性(sxng)变形而不被破坏的能力。变形而不被破坏的能力。(1)断面收缩率断面收缩率:是指试样是指试样(sh yn)拉断处横截面积的拉断处横截面积的收缩量收缩量S与原始横截面积与原始横截面积S0之比。之比。S0-S 1 =-100%S0(2)伸长率伸长率:是指试样是指试样(sh yn)拉断后的标距伸长量拉断

14、后的标距伸长量 L 与原始标距与原始标距L 0之比。之比。l 1-l0 =-100%l0第十八页，共240页。l=l=l lu ub b=l/ll/l0 0=l lu u/l/l0 0+l lb b/l/l0 0 10%属塑性材料属塑性材料ubbseE塑性指塑性指标标不直接用于不直接用于计计算，但任何零件算，但任何零件(ln jin)都需要一定塑性。都需要一定塑性。防止防止过载过载断裂；断裂；塑性塑性变变形可以形可以缓缓解解应应力集中、削减力集中、削减应应力峰力峰值值。第十九页，共240页。4.冲击韧性冲击韧性(notch toughness):材料在冲击载荷作用下抵抗破坏材料在冲击载荷作用下

15、抵抗破坏(phui)的的能力。能力。第二十页，共240页。冲击冲击(chngj)试验机试验机冲击试样冲击试样(sh yn)和冲击试验示意图和冲击试验示意图第二十一页，共240页。试样冲断时所消耗的冲击功试样冲断时所消耗的冲击功A k为为:A k=m g H m g h(J)冲击韧性值冲击韧性值a k 就是试样缺口处单位就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。截面积上所消耗的冲击功。AK a k=(J/cm)S0第二十二页，共240页。5.疲劳强度疲劳强度(fatigue strength):表示材料经无数次交变载荷作用而不致表示材料经无数次交变载荷作用而不致(bzh)引起断裂的最大应力值。引

16、起断裂的最大应力值。第二十三页，共240页。钢材的循环次数一般取钢材的循环次数一般取 N=107有色金属的循环次数一般取有色金属的循环次数一般取 N=108钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:-1=(0.45(0.450.55)0.55)b第二十四页，共240页。6.刚度：将材料抵抗弹性变形的能力刚度：将材料抵抗弹性变形的能力(nngl)称为称为刚度。刚度。弹性模量：弹性下应力与应变的比值弹性模量：弹性下应力与应变的比值,表示材料抵表示材料抵抗弹性变形的能力抗弹性变形的能力(nngl)。即：。即：E=/材料的材料的E越大，刚度越大；越大，刚度越大；E对组织不敏

17、感；对组织不敏感；零件的刚度主要决定于零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有，也与形状、截面等有关，一般用关，一般用AE表示。表示。第二十五页，共240页。2.1.2.2物理性能：物理性能：密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等；密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等；2.1.2.3化学性能：化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等；耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等；2.1.2.4工艺性能：工艺性能：铸造性能、锻造铸造性能、锻造(dunzo)性能、焊接性能、切削加性能、焊接性能、切削加工性、热处理工艺性等。工性、热处理工艺性等。第二十六页，共240页。例例1.1.（25.25

18、.20072007单单选选2 2分分）精精度度较较高高，便便于于携携带带，常用于测量大型铸锻件和永久组装件的硬度计常用于测量大型铸锻件和永久组装件的硬度计A A）洛洛氏氏硬硬度度计计 B B）布布氏氏硬硬度度计计 C C）维维氏氏硬硬度度计计 D D）里氏硬度计）里氏硬度计例例2.2.（8.8.20062006单单选选1 1）测测定定灰灰铸铸铁铁、轴轴承承合合金金等等具具有有粗粗大大晶晶粒粒或或组组成成相相的的金金属属材材料料的的硬硬度度及及钢钢件退火、正火及调质后的硬度常采用件退火、正火及调质后的硬度常采用A A）洛洛氏氏硬硬度度试试验验(shyn)(shyn)B B）布布氏氏硬硬度度试试验

19、验(shyn)(shyn)C C）维维氏氏硬硬度度试试验验(shyn)(shyn)D D）努努氏硬度试验氏硬度试验(shyn)(shyn)例例3.(24.3.(24.20052005单单选选2 2）广广泛泛用用于于钢钢件件淬淬火火后后的的硬硬度度检检测测仪仪器器是是：A A）洛洛氏氏硬硬度度计计 B B）布布氏氏硬硬度度计计 C C）维氏硬度计）维氏硬度计 D D）肖氏硬度计）肖氏硬度计第二十七页，共240页。例例4 4（12.12.20112011单单选选1 1分分）常常用用于于检检测测零零件件较较薄薄硬硬化化层层（如如0.1mm0.1mm厚厚）硬硬度度的的仪仪器器是是：A A）布布氏氏硬硬

20、度度计计 B B）洛洛氏氏硬硬度度计计C C）肖肖氏氏硬硬度度计计 D D）维维氏氏硬硬度计度计例例5.5.（7.7.20062006单单选选1 1分分）材材料料在在无无数数次次交交变变应应力力作作用用(zuyng)(zuyng)下而不致引起断裂的最大应力称为下而不致引起断裂的最大应力称为A A）断断裂裂强强度度 B B）疲疲劳劳强强度度 C C）抗抗拉拉强强度度 D D）屈屈服强度服强度第二十八页，共240页。例例6.6.（52.52.20042004简简答答5 5分分）金金属属材材料料力力学学性性能能的的主主要要指指标标有有哪哪些些(nxi)(nxi)（至至少少列列举举5 5项项）？用用符

21、符号号表表示示常常规力学性能的五项指标。规力学性能的五项指标。答答：硬硬度度、强强度度、塑塑性性、韧韧性性、刚刚度度、耐耐磨磨性性、缺缺口口敏敏感感性性等等。超超常常规规力力学学性性能能的的五五项项指指标标：b b、e e、a k a k 第二十九页，共240页。2.2 2.2 金属材料及其热处理金属材料及其热处理2.2.0 考核知识点考核知识点（1）熟悉晶体的两大特性）熟悉晶体的两大特性(txng)，金属，金属最常见的三种晶体结构类型，实际金属材料最常见的三种晶体结构类型，实际金属材料中的晶体缺陷，常用的三种细化晶粒方法，中的晶体缺陷，常用的三种细化晶粒方法，纯金属在固体下的两种转变，合金相

22、结构的纯金属在固体下的两种转变，合金相结构的三种类型；三种类型；（2）熟悉铁碳合金相图中固态下的几种基）熟悉铁碳合金相图中固态下的几种基本组织，各主要点温度、碳的质量分数及意本组织，各主要点温度、碳的质量分数及意义，典型铁碳合金结晶过程分析，碳对铁碳义，典型铁碳合金结晶过程分析，碳对铁碳平衡组织和性能的影响、相图的应用；平衡组织和性能的影响、相图的应用；第三十页，共240页。（3）熟悉金属材料常见的化学分析方法，金）熟悉金属材料常见的化学分析方法，金相分析方法，无损探伤方法及适用范围；相分析方法，无损探伤方法及适用范围；（4）熟悉钢的热处理原理（铁碳合金平衡图、）熟悉钢的热处理原理（铁碳合金平

23、衡图、钢在加热、冷却、回火时的转变）钢在加热、冷却、回火时的转变）（5）熟悉典型零件）熟悉典型零件(ln jin)（轴类、弹簧、（轴类、弹簧、齿轮类、滚动轴承类、模具类、工具类、铸齿轮类、滚动轴承类、模具类、工具类、铸铁件类、有色金属类等）的热处理应用。铁件类、有色金属类等）的热处理应用。（6）熟悉金属材料的选择和使用原则。）熟悉金属材料的选择和使用原则。第三十一页，共240页。（7 7）掌握钢的常规热处理（退火、正火、淬）掌握钢的常规热处理（退火、正火、淬火、回火、时效等）、表面淬火（火焰淬火火、回火、时效等）、表面淬火（火焰淬火、感应加热淬火）、化学热处理（渗碳、渗、感应加热淬火）、化学热

24、处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗等）、铸铁（灰铸铁、可锻铸氮、碳氮共渗等）、铸铁（灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、合金铸铁等）热铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、合金铸铁等）热处理、有色金属（铝合金、铜合金等）热处处理、有色金属（铝合金、铜合金等）热处理方法的选用。理方法的选用。（8 8）了解热处理设备（燃烧）了解热处理设备（燃烧(rnsho)(rnsho)炉、炉、电阻炉、真空炉、感应加热电源及淬火机床电阻炉、真空炉、感应加热电源及淬火机床）。）。第三十二页，共240页。2.2.1金属金属(jnsh)的晶体结的晶体结构构2.2.1.1晶体的特性：熔点和各项异性晶体的特性：熔点和各项异性 固态物质按其原子

25、（或分子）聚集固态物质按其原子（或分子）聚集(jj)状态可分为状态可分为晶体和非晶体两大类。在晶体中，原子（或分子）按晶体和非晶体两大类。在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列一定的几何规律作周期性地排列。非晶体中原子（或。非晶体中原子（或分子）则是无规则的堆积在一起。（如松香、玻璃、分子）则是无规则的堆积在一起。（如松香、玻璃、沥青）沥青）2.2.2.2金属金属(jnsh)的晶体的晶体结构结构 由于金属由于金属(jnsh)键结合键结合力较强，是金属力较强，是金属(jnsh)原原子总趋于紧密排列的倾向，子总趋于紧密排列的倾向，故大多数金属故大多数金属(jnsh)属于属于以下三种

26、晶格类型。以下三种晶格类型。第三十三页，共240页。1、体心(t xn)立方晶格2 2、面心立方、面心立方(lfng)(lfng)晶格晶格81812（个）。（个）。8186124（个）（个）第三十四页，共240页。3 3、密排六方晶格、密排六方晶格(jn)(jn)晶体缺陷晶体缺陷 晶体内部的某些局部区域，原子的规则排列晶体内部的某些局部区域，原子的规则排列受到干扰而破坏，不象理想晶体那样规则和完受到干扰而破坏，不象理想晶体那样规则和完整整(wnzhng)(wnzhng)。把这些区域称为晶体缺陷。把这些区域称为晶体缺陷。121621236（个）（个）第三十五页，共240页。这这些些缺缺陷陷的的存

27、存在在，对对金金属属的的性性能能（物物理理性性能能、化化学学性性能能、机机械械性性能能）将将产产生生显显著著影影响响，如如钢钢的的耐耐腐腐蚀蚀性性，实实际际金金属属的的屈屈服服强强度度远远远远低低于于通通过原子间的作用力计算所得数值。过原子间的作用力计算所得数值。根根据据晶晶体体缺缺陷陷的的几几何何形形态态特特征征，可可将将其其分分为以下为以下(yxi)(yxi)三类：三类：点缺陷点缺陷 线缺陷线缺陷 面缺陷面缺陷 第三十六页，共240页。点缺陷点缺陷空位空位(kn wi)(kn wi)和间隙原子和置换原子和间隙原子和置换原子第三十七页，共240页。线缺陷线缺陷(quxin)(quxin)位错

28、位错 晶体中，某处有一列或若干列原子发生有规律晶体中，某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象，称为位错。其特征是在一个方向上的的错排现象，称为位错。其特征是在一个方向上的尺寸很长，而另两个方向的尺寸很短。最常见最基尺寸很长，而另两个方向的尺寸很短。最常见最基本的位错是刃型位错和螺型位错本的位错是刃型位错和螺型位错 位错的存在以及位错密度的变化，对金属的位错的存在以及位错密度的变化，对金属的性能如强度、塑性、疲劳等都起着重要影响。如金性能如强度、塑性、疲劳等都起着重要影响。如金属材料的塑性变形与位错的移动属材料的塑性变形与位错的移动(ydng)(ydng)有关。冷有关。冷变形加工后金属出现了

29、强度提高的现象（加工硬化）变形加工后金属出现了强度提高的现象（加工硬化），就是由于位错密度的增加所致。，就是由于位错密度的增加所致。第三十八页，共240页。第三十九页，共240页。面缺陷面缺陷(quxin)(quxin)晶界和亚晶界晶界和亚晶界 实际金属材料是多晶体材料，则在晶体内部存在着大实际金属材料是多晶体材料，则在晶体内部存在着大量量(dling)(dling)的晶界和亚晶界。晶界和亚晶界实际上是一的晶界和亚晶界。晶界和亚晶界实际上是一个原子排列不规则的区域，该处晶体的晶格处于畸变状态，个原子排列不规则的区域，该处晶体的晶格处于畸变状态，能量高于晶粒内部，在常温下强度和硬度较高，在高温下

30、能量高于晶粒内部，在常温下强度和硬度较高，在高温下则较低，晶界容易被腐蚀等。则较低，晶界容易被腐蚀等。第四十页，共240页。第四十一页，共240页。2.2.2.3金属金属(jnsh)的结晶的结晶 结晶：晶体结晶：晶体(jngt)(jngt)物质由液态转变成固态物质由液态转变成固态的过程。凝固：非晶体的过程。凝固：非晶体(jngt)(jngt)由液态转变由液态转变成固态的过程。成固态的过程。结晶的一般过程：结晶的一般过程：To时间温度理论冷却曲线理论冷却曲线实际冷却曲线实际冷却曲线T1结晶平台结晶平台(是由结晶潜热导致是由结晶潜热导致):平衡结晶温度平衡结晶温度第四十二页，共240页。过冷现象过

31、冷现象(xinxing)过冷度过冷度 T=T0 T1过冷是结晶的必要条件。过冷是结晶的必要条件。结晶结晶(jijng)(jijng)的一般规律的一般规律形核形核长大长大(chn d)第四十三页，共240页。形核、长大形核、长大(chn d)(chn d)第四十四页，共240页。实际实际(shj)(shj)金属的多晶粒结构金属的多晶粒结构第四十五页，共240页。晶粒的粗细对金属力学性能影响晶粒的粗细对金属力学性能影响(yngxing)(yngxing)颇大。晶粒愈细，其强度、颇大。晶粒愈细，其强度、韧性和塑性也愈好。韧性和塑性也愈好。细化晶粒的三种途径：细化晶粒的三种途径：v1）提高冷却速度自发

32、形核）提高冷却速度自发形核V V冷冷T TN N晶粒细小晶粒细小v2）变质处理非自发形核）变质处理非自发形核v3）机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。）机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。第四十六页，共240页。2.2.2.4金属在固态下的转变金属在固态下的转变 纯金属在固态下的转变有两种：纯金属在固态下的转变有两种：同素异晶转变同素异晶转变磁性磁性(cxng)转变（纯铁磁性转变（纯铁磁性(cxng)转变转变温度温度768度）度）纯铁的同素异晶转变纯铁的同素异晶转变(zhunbin)反反应式应式:1394 C912 Cbccfccbcc -Fe -Fe -Fe第四十七页，共240页。纯铁的冷却纯铁

33、的冷却(lngqu)曲线曲线1394153410006008001200温度时间16001500500700900110013001400912-Fe -Fe-Fe第四十八页，共240页。2.2.2.5合金合金(hjn)的相结构的相结构 由于组元间相互作用不同，固态合金的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。1、固溶体 合金在固态下，组元间能够互相溶解而形成的均匀(jnyn)相称为固溶体。第四十九页，共240页。不管溶质(rngzh)原子处于溶剂原子的间隙中或者代替了溶剂原子都会使固溶体的晶格发生畸变，使塑性变形抗力增大，结果使金属材料的强度、硬度增高。这种通过溶入溶质(rngzh)元素形成固

34、溶体，使金属材料的强度、硬度升高的现象，称为固溶强化。第五十页，共240页。2 2、金属化合物、金属化合物 金属化合物的晶格类型与形成化合物各组元的晶金属化合物的晶格类型与形成化合物各组元的晶格类型完全不同，一般可用化学分子式表示。钢中渗格类型完全不同，一般可用化学分子式表示。钢中渗碳体（碳体（Fe3CFe3C）是由铁原子和碳原子所组成的金属化合）是由铁原子和碳原子所组成的金属化合物，它具有复杂的晶格形式。物，它具有复杂的晶格形式。金属化合物的性能不同于任一组元，其溶点一般金属化合物的性能不同于任一组元，其溶点一般较高、硬而脆。当它呈细小颗粒均匀分布在固溶体基较高、硬而脆。当它呈细小颗粒均匀分

35、布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度和耐磨性明显提高，体上时，将使合金的强度、硬度和耐磨性明显提高，这一现象称为这一现象称为(chn wi)(chn wi)弥散强化。弥散强化。第五十一页，共240页。金属化合物在合金中常作为强化相存在，它是许多合金属化合物在合金中常作为强化相存在，它是许多合金钢、有色金属和硬质合金的重要组成相。金钢、有色金属和硬质合金的重要组成相。3 3、金属混合物、金属混合物 绝大多数合金的组织都是固溶体与少量金属化绝大多数合金的组织都是固溶体与少量金属化合物组成的金属混合物，其性质取决于固溶体与金属合物组成的金属混合物，其性质取决于固溶体与金属化合物的数量化合物的数量

36、(shling)(shling)、大小、形态和分布状况。、大小、形态和分布状况。第五十二页，共240页。铁碳合金固态下的几种铁碳合金固态下的几种(j zhn)基基本组织：本组织：1.铁素体铁素体(F)：碳溶于：碳溶于Fe中的间中的间隙隙(jin x)固溶体。固溶体。2.2.2铁碳合金铁碳合金(hjn)相图相图第五十三页，共240页。2.奥氏体奥氏体(A)碳溶于碳溶于-Fe中形成中形成(xngchng)的间的间隙固溶体。隙固溶体。第五十四页，共240页。奥氏体组织奥氏体组织(zzh)金相图金相图第五十五页，共240页。3.渗碳体渗碳体(Fe3C)铁与碳形成铁与碳形成(xngchng)的的金属化合

37、物。金属化合物。第五十六页，共240页。渗碳体组织渗碳体组织(zzh)金相图金相图第五十七页，共240页。4.珠光体珠光体 (P)铁素体和渗碳体组成铁素体和渗碳体组成(z chn)的机械混合物。的机械混合物。第五十八页，共240页。5.莱氏体莱氏体 (Ld)奥氏体和渗碳体组成奥氏体和渗碳体组成(z chn)的机械混合物。的机械混合物。第五十九页，共240页。Fe-Fe3C 相图相图(xin t)第六十页，共240页。Fe-Fe3C 相图相图(xin t)ACDEFGSPQ1148727LAL+A4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C TLdLd+Fe3CA+Ld+Fe

38、3CFA+FP0.77%CLdK(P+Fe3C)P+Ld+Fe3CLd+Fe3CP+FP+Fe3C(F+Fe3C)A+Fe3CL+Fe3C(A+Fe3C)第六十一页，共240页。铁碳合金相图铁碳合金相图(xin t)各主要线的意义：各主要线的意义：ABCDABCD为液相线，为液相线，AHJECFAHJECF为固相线。为固相线。三条三条(sn tio)(sn tio)水平线：水平线：1.HJB包晶转变线包晶转变线:LB+H AJ14953.PSK共析转变线共析转变线:AS (FP+Fe3C)P 7272.ECF共晶转变线共晶转变线:LC (AE+Fe3C)Ld 1148第六十二页，共240页。包

39、晶反应：在一定温度下，由一固定包晶反应：在一定温度下，由一固定(gdng)(gdng)成份的液相与一个固定成份的液相与一个固定(gdng)(gdng)成份的固相作用，合成另一个成份固定成份的固相作用，合成另一个成份固定(gdng)(gdng)的固相反应。的固相反应。液固固液固固共晶反应：由某一成份的液相在一定温度下共晶反应：由某一成份的液相在一定温度下同时结晶出两种不同成份的固相反应。同时结晶出两种不同成份的固相反应。液固固液固固共析反应：在一定温度下，一固定共析反应：在一定温度下，一固定(gdng)(gdng)成份的固相同时分解成两种成份与结构均成份的固相同时分解成两种成份与结构均不相同的固

40、相反应。不相同的固相反应。固固固固固固 第六十三页，共240页。四条重要的线四条重要的线:GS是冷却是冷却(lngqu)过程中由过程中由相析出相析出 相的相的开始线开始线ES是是C在在 Fe中的溶解度曲线中的溶解度曲线PQ是是C在在 Fe中的溶解度曲线中的溶解度曲线HN是是C在在 Fe中的溶解度曲线中的溶解度曲线。重要的成份点重要的成份点:如下表如下表第六十四页，共240页。点符合温度t/0C含碳量wc含义A15380纯铁熔点纯铁熔点C11484.3共晶点共晶点D12276.69渗碳体熔点渗碳体熔点E11482.11碳在奥氏体中的最大溶解度碳在奥氏体中的最大溶解度G9120 Fe Fe同素异晶

41、同素异晶转变点转变点P7270.02碳在铁素体中的最大溶解度碳在铁素体中的最大溶解度S7270.77共析点共析点Q室温0.0008碳在铁素体中的溶解度碳在铁素体中的溶解度第六十五页，共240页。五个单相五个单相(dn xin)区：区：ABCD以上液相以上液相L区区AHNA 相区相区NJESGN 相区相区GPQ以左以左 相区相区DFKFe3C相区相区七个两相区：七个两相区：分别存在于相邻两个单相分别存在于相邻两个单相(dn xin)区之间：区之间：L、LA、L Fe3C、A、AF、A Fe3C、F Fe3C第六十六页，共240页。2.2.2.1典型典型(dinxng)铁碳合金相图过程分析铁碳合金

42、相图过程分析 (ingot iron)共析钢共析钢 (eutectoid steel)亚共析钢亚共析钢 (hypoeutectoid steel)过共析钢过共析钢 (hypereutectoid steel)共晶共晶(n jn)白口铁白口铁 (eutectoid white iron)亚共晶亚共晶(n jn)白口铁白口铁(hypoeutectoid white iron)过共晶过共晶(n jn)白口铁白口铁(hypereutectoid white iron)钢钢生铁生铁(shn(shngti)gti)工业纯铁工业纯铁第六十七页，共240页。第六十八页，共240页。第六十九页，共240页。1.

43、工业工业(gngy)纯铁纯铁(Wc 定义定义(dngy):马氏体是一种碳在马氏体是一种碳在 Fe中的中的 过饱和固溶体。过饱和固溶体。2转变特点转变特点:在一个温度范围内连续冷却完成在一个温度范围内连续冷却完成;转变速度极快转变速度极快,即瞬间形核与长大即瞬间形核与长大;无扩散转变无扩散转变(Fe、C原子均不扩散原子均不扩散),M与原与原A的成分相同的成分相同,造成晶格畸变。造成晶格畸变。转变不完全性转变不完全性,QM=f(T)第一百零七页，共240页。3马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构:由于碳的过饱和作由于碳的过饱和作 用用,使使 Fe晶格由体心晶格由体心(t xn)立方变成体心立方变成体心

44、(t xn)正方晶格。正方晶格。第一百零八页，共240页。4马氏体的组织马氏体的组织(zzh)形态形态:板条状板条状-低碳马氏体低碳马氏体(0.2%C);3050HRC;=917%。第一百零九页，共240页。4马氏体的组织马氏体的组织(zzh)形态形态:针、片状针、片状-高碳马氏体高碳马氏体(1%C);66HRC左右左右;1%。第一百一十页，共240页。5马氏体的性能马氏体的性能(xngnng):主要取决于马氏体中的碳浓度。主要取决于马氏体中的碳浓度。马氏体的碳浓度 Wc 100507040602030100.10.30.20.400.5 0.6 0.7 0.80.9 1.0硬度(HRC)20

45、00抗拉强度b(Mpa)1800 1400 1000 600 200第一百一十一页，共240页。亚共析钢的亚共析钢的TTTTTT曲线曲线(qxin)(qxin)FAP+FS+FTBM+A残残A3时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1MsMf第一百一十二页，共240页。过共析钢的过共析钢的TTTTTT曲线曲线(qxin)(qxin)P+Fe3CS+Fe3CTBM+A残残 Fe3CAACM时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1MsMf第一百一十三页

46、，共240页。影响影响 TTT 曲线形状位置曲线形状位置(wi zhi)的因素的因素1奥氏体中含碳量的影响奥氏体中含碳量的影响(yngxing):过共过共析钢析钢共析共析 钢钢亚共亚共析钢析钢时间温度A1第一百一十四页，共240页。2奥氏体中含合金元素的影响奥氏体中含合金元素的影响:除除Co、Al(2.5%)外外,所有所有(suyu)合金合金元元 素溶入奥氏体中素溶入奥氏体中,会引起会引起:向右移向右移向下移向下移MsA1A1Ms含含Cr合金钢合金钢第一百一十五页，共240页。3加热温度和保温时间的影响加热温度和保温时间的影响:加热温度越高加热温度越高,保温时间越长保温时间越长,碳化物溶解充分

47、碳化物溶解充分,奥氏体成分均匀奥氏体成分均匀(jnyn),提高了过冷奥氏体的稳定性提高了过冷奥氏体的稳定性,从而从而 使使 TTT曲线向右移。曲线向右移。3)过冷奥氏体的连续冷却过冷奥氏体的连续冷却(lngqu)转变转变第一百一十六页，共240页。Vk共析碳钢共析碳钢 CCT 曲线建立曲线建立(jinl)过程示意图过程示意图时间(lg )温度A1PfPsA+PKMsMf水冷水冷油冷油冷Vk1炉冷炉冷空冷空冷第一百一十七页，共240页。共析碳钢共析碳钢 TTT 曲线曲线(qxin)与与CCT曲线曲线(qxin)的比较的比较稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区时间(s)300102103104101080

48、0-100100200500600700温度()0400A1MsMfCCT曲线曲线TTT曲线曲线第一百一十八页，共240页。稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf在连续在连续(linx)冷却过程中冷却过程中 TTT 曲线的应用曲线的应用V1V2VkV3V4V1=5.5/s:炉冷炉冷;PV2=20/s:空冷空冷;SV3=33/s:油冷油冷;T+M+A残残V4 138/s:水冷水冷;M+A残残V4第一百一十九页，共240页。4.钢的整体钢的整体(zhngt)热热处理处理毛坯生产毛坯生产 预备热处

49、理预备热处理 机械加机械加工工 最终热处理最终热处理 机械精加工机械精加工预备预备(ybi)热处理热处理:退火退火;正火正火最终最终(zu zhn)热处理热处理:淬淬火火;回火回火一般零件生产的工艺路线一般零件生产的工艺路线:第一百二十页，共240页。（1）钢的退火）钢的退火(tu hu)1)定义定义:把零件加温到适当温度把零件加温到适当温度,保温一段时间保温一段时间,然然后后(rnhu)缓慢冷却（随炉冷却）。缓慢冷却（随炉冷却）。2)目的目的:消除应力消除应力;降低硬度，以改变切削性能降低硬度，以改变切削性能;细化晶粒，均匀成分细化晶粒，均匀成分(chng fn)，为最终热处理，为最终热处理

50、作好组织准备。作好组织准备。第一百二十一页，共240页。3)种类种类(zhngli)退火退火重结晶重结晶退退 火火低温低温退火退火完全退火完全退火扩散退火扩散退火球化退火球化退火再结晶退火再结晶退火去应力退火去应力退火普通退火普通退火等温退火等温退火普通球化普通球化 退退 火火等温球化等温球化 退退 火火不完全退火不完全退火等温退火等温退火第一百二十二页，共240页。4)工艺参数工艺参数(P46-47):温温 度度(C)名名 称称Ac3+3050完全退火完全退火AC1AC3（Acm）不完全退火不完全退火Ac3 或或 AC1以上以上等温退火等温退火Ac1+3050球化退火球化退火Ac3、ACCm