金属学基础知识

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1、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,*,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,单击此处编辑母版标题样式,,,,,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,,*,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,,*,第1章：金属学基础知识,力学性能：,金属材料在外力作用下，所表现出来,,的抵抗变形和破坏的能力，,,1.1.1 强

2、度和塑性,金属材料的力学性能,,-----材料在静载荷作用下抵抗塑性变,,形和断裂的能力,1、强度(strength),——金属材料开始产生屈服现象时的应力,,抵抗塑性变形的能力,,s,,S,b,z,,,,,•,屈服强度yield strength（,,s,）,,•抗拉,强度 tensile strength（,,R,m,,）: 材料在拉断前,,能承受的最大应力,抵抗断裂的能力,,,,,S,b,z,,s,,,R,m,,,2、塑性plasticity,——金属材料产生塑性变形而不破坏的能力,,1、延伸率：试样拉断后，伸长的长度与原始长,,度之比的百分率,2、断面收缩率：试样拉断后

3、，断面缩小的面积,,与原截面面积之比的百分率,通常以,A,区别塑性好坏:,A,2,,5%的材料为塑性材料,,,A,2,,5%的材料为脆性材料,,,,1.1.2 硬度,hardness,,硬度,——金属表面抵抗其它更硬物体压入的能力,,1、布氏硬度（HB）,原理,：,HB=,,0.102,×,,金属种类,布氏硬度值范围,试样厚度 （mm）,负荷F（kgf）与钢球直径D 的 相 互 关 系,钢球直径D（mm）,负荷F,,（N（kgf））,负荷保持时间 （秒）,钢,,铁,140 ~ 450,6 ~ 3,,4 ~ 2,,< 2,F=30D,2,10.0,,5.0,,2.5,29420

4、(3000),,7355 (750),,1839 (187.5),10,,< 140,> 6,,6 ~ 3,,< 3,F=10D,2,10.0,,5.0,,2.5,9807 (1000),,2452 (250),,613 (62.5),10,非,,铁,,金,,属,> 130,6 ~ 3,,4 ~ 2,,< 2,F=30D,2,10.0,,5.0,,2.5,29420 (3000),,7355 (750),,1839 (187.5),30,,36 ~ 130,9 ~ 3,,3 ~ 6,,< 3,F=10D,2,10.0,,5.0,,2.5,9807 (1000),,2452

5、(250),,613 (62.5),30,,8 ~ 35,> 6,,6 ~ 3,,< 3,F=2.5D,2,10.0,,5.0,,2.5,2452 (250),,613 (62.5),,153 (15.2),60,,表1-1 测 定 布 氏 硬 度 应 遵 守 的 条 件,,布氏硬度的书写表示方法,①硬度数据；②布氏硬度符号；③球体直径；④试验力（,kgf,）；⑤试验力保持时间（10,,15s不标注）,,压头为钢球（用于HB≤450的材料）HBS；压头为硬质合金球（用于HB=450,,650的材料）HBW,,例如，120HBS10/1000/30，表示直径10mm的钢球在100

6、0kg(9.807kN)试验力的作用下，保持了30s测得的布氏硬度值为120。,,布氏硬度的特点,测值准确；,,操作麻烦；,,不能测成品、大量需逐件检验的材料硬度,,适用范围,,,组织粗大且不均匀的金属材料的硬度,如铸铁、铸钢、非铁金属材料及热处理后钢材毛坯或半成品,,2、,洛氏硬度,,用压痕凹陷的深度确定硬度值,,金刚石圆锥压头：,,钢球压头：,◆,原理,：,,表1-2 常,,用,,洛,,氏,,硬,,度,,值,,符,,号及,,试,,验,,条,,件,,标尺,硬度符号,压头型号,初载+主载=总载荷,,（N（kgf））,常用范围,应用举例,A,HRA,金钢石圆锥,98.07 + 490.3 =

7、588.4,,(10 + 50 = 60),70~85,碳化物、硬质合金、表面淬火钢,B,HRB,钢球,,1.588mm,98.07 + 882.6 =980.7,,(10 + 90 =100),25~100,软钢、退火钢、铜合金等,C,HRC,金钢石圆锥,98.07 + 1373 =1471,,(10 + 140 =150),20~67,淬火钢、调质钢等,,◆,洛氏硬度的特点：操作简便；测值离散性大,◆,适用范围,,在批量的成品或半成品质量检验中广泛使用，也可测定较薄工件或表面有较薄硬化层的硬度。,◆,硬度的书写表示方法：,如25HRC,,1.1.3 冲击韧度,——,金属材料在冲击载荷作

8、用下表现出来的抵,,抗破坏的能力,,,冲击功 A,k,=G(h,1,-h,2,)（J）,冲击韧度 ,k,=A,k,/S,0,(J/cm,2,),,1.1.4,疲劳强度,金属的疲劳——,金属材料在远低于其屈服强度的,,交变应力长期作用下发生的断裂现象,,◆,疲劳破坏过程：表面产生疲劳裂纹（应力集中,,严重或强度低的部位）,,,裂纹扩展  突然断裂,◆,疲劳断口特征,,,◆,疲劳强度  —,材料在长期（无数次）经受交变载荷作用 下，不至引起断裂的最大应力,,,机械零件的传统强度设计为,σ,<[,σ,]=,σ,/,n,(,n,为安全系数),有些高强钢制造

9、的零件或大型焊接构件如桥梁、船舶等，有时会在工作应力远低于材料屈服强度甚至低于许用应力的条件下突然发生脆性断裂，这种工作应力远低于材料屈服强度的断裂叫,低应力脆断,。,1.1.5 断裂韧度,,裂纹尖端附近应力场示意,,应力强度因子,：,衡量裂纹尖端附近应力场强弱,,程度的力学参量,Y：与裂纹形状、试样几何尺寸及加载方式有关的一个无量纲的系数（一般为1～2）；,,,：外加应力（N/mm,2,）；,,a：裂纹的半长（mm）,,断裂韧度（,K,ⅠC,）：导致裂纹失稳扩展而使材,,料脆断的应力强度因子的临界值,K,ⅠC,表明了材料抵抗裂纹扩展的能力，即有裂纹存在时，材料抵抗脆性断裂的能力。,当,K

10、,Ⅰ,≥,K,Ⅰc,时，裂纹就会扩展而导致低应力脆断,,,1、习题4：,,低碳钢做成的原直径为φ10mm的圆形短试样经拉伸试验，在试验力为21100N时屈服，试样断裂前的最大试验力为34500N，拉断后长度为65mm，断裂处最小直径为φ6mm。试计算σ,s,、σ,b,、 δ,5,、ψ。,,题图2,2、习题3：,,图所示为三种不同材料的拉伸曲线（试样尺寸相同），试比较这三种材料的抗拉强度、屈服强度和塑性大小，并指出屈服强度的确定方法。,,,3为什么相同材料进行拉伸试验时，短试样所测得的伸长率（δ5）要比长试样测得的伸长率（δ10）大一些？,,,4 下列硬度要求和写法是否正确？为什么？,,HBS1

11、50 5~10HRC HV800~850,,,5 甲、乙、丙三种材料的硬度分别为45HRC、800HV、240HBS，试比较这三种材料硬度的高低。,,6、分析下列现象属什么性能不符合要求？,,,紧固螺栓使用后变形伸长。,,某轴段磨损速度极快。,,某杆状零件使用时发生突然断裂现象。,,,7、下列说法是否正确？为什么？,,机械在运行中各零件都承受外加载荷，材料强度高的不会变形，材料强度低的就会变形。,,材料的强度高，其硬度就高，耐磨性也就好。,,强度高的材料，塑性都低。,,弹性极限高的材料，所产生的弹性变形大。,,金属的晶体结构与结晶,1、金属的晶体结构,,◆,晶体：原子（

12、离子或分子）具有规则排列,,的物质,◆,晶格(crystal lattices)：把晶体中的原子看成刚,,性小球，用假想的线条,,把各原子的中心连接起,,来所构成的空间格架,（1）,纯金属晶体结构的基本类型,,,◆,晶格常数：晶胞的各边尺寸及三个邻边的夹角,◆,晶胞(unit cell)：晶格中能代表晶格特征的最基,,本的单元,,体心立方晶格（body-centered cubic）,晶格常数：a,晶胞内原子数：2,致密度：,典型金属：a-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb,致密度：晶体中原子本身所占体积与该晶胞,,体积之比,原子半径 :,a,致密度= =0.68或68%,

13、,面,心立方晶格(face-centered cubic),晶格常数：a,晶胞内原子数：4,致密度：,典型金属：,,-Fe、AI、Cu、Ni,原子半径：,,密排六方,晶格(close-packed hexagonal),晶格常数：a、c，,晶胞内原子数：6,原子半径：,a/2,致密度：,典型金属：,Be、Mg、Zn,,（3）实际金属中的晶体缺陷,,◆,单晶体,◆,多晶体：,◆,晶界：晶粒与晶粒之间的界面,,1）点缺陷(空位、间隙原子),对,结构,的影响：引起晶格畸变,对,性能,的影响：使金属的强度、硬度升高,产生原因：原子热运动,点缺陷处在不断运动变化中,,2）线缺陷（位错dislocati

14、on）,位错：晶体中某处有一列或若干列原子发生了,,有规律的错排现象,对,结构,的影响: 引起晶格畸变,对,性能,的影响：少量位错使金属的强度降低，,,大量位错使金属的强度升高,线缺陷固定不变？,产生原因：局部塑性变形、结晶过程中,,3）面缺陷（晶界、亚晶界）,晶界特点,：原子排列不规则；熔点低；原子扩散,,速度快；常温下晶界强度高于晶粒强,,度，高温下晶界强度低于晶粒强度,晶界：晶粒与晶粒之间的界面,,金属晶体中有缺陷是件坏事？,◆,面缺陷对,性能,的影响——常温下，使金属的强,,度、硬度提高,亚晶界：亚,晶粒与亚晶粒之间的界面,◆,晶粒由亚晶（或称镶嵌块、亚结构）组成,,2、金属的结晶,

15、Request,,：,1、掌握结晶、过冷度的概念及获得细晶,,粒铸件的方法,2、了解结晶的基本过程,,（1）结晶的概念,—--金属由液态转变为晶体固态的过程,熔点用热分析法测定,◆,过冷度：平衡结晶温度与实际结晶温度之差,T,0,T,n,,△,T,,温度,温度,时间,时间,,（2）结晶过程,1、晶核的形成,2、晶核长大 长大方式：枝晶成长,自发形核/非自发形核。,,,◆,枝晶成长过程中，由于液体的流动、枝轴本身的重力作用及彼此间的碰撞、杂质元素的影响，会使某些枝轴偏斜或折断，以致造成亚结构、亚晶界及位错,,常温下，金属的晶粒越细小，强度、硬度,,越高，塑性、韧性越好,

16、（3）影响结晶后晶粒大小的因素及,,细化晶粒的措施,,◆,影响结晶后晶粒大小的因素,1、形核率（,N,）：,单位时间单位体积内的形核数,2、生长率(G) /,晶核的长大速度,,△,T,N G,N,G,结晶时的冷却速度(△T)越大，金属的晶粒越细,,◆,获得细晶粒铸件的方法：,1、,增大冷却速度（,过冷度,）,,,(,采用金属铸模、镶嵌冷铁),2、,变质处理,---在液态金属结晶前有意地加入,,少量细小、难溶某种物质，以造成大,,量的人工晶核，从而获得细小晶粒,,（如向钢液中加入少量铝、钒、钛等，可在钢液中形成大量氧化铝、氧化钒等细小质点，从而增加了形核率）,3、,施加振动,,合金,：,由两种或

17、两种以上的金属元素或金属元素,,与非金属元素组成的具有金属特性的物质,,组元,：组成合金的独立的最基本的物质,合金系,：由若干给定组元可以配制出一系列不同,,成分的合金，这一系列合金构成一个合,,金系。,1.2.2 合金的晶体结构与结晶,,（1）固溶体：,当合金由液态结晶为固态时，组,,元间仍能相互溶解而形成的均匀相,,1、合金的晶体结构,,----溶质溶解在溶剂中形成的均匀相,固溶体的晶体结构与溶剂的晶体结构相同,相,：金属及合金中化学成分相同、晶体结构相同,,并与其他部分有界面分开的均匀组成部分,,间隙固溶体,：溶质原子处于溶剂晶格的间隙中形,,成的固溶体,置换固溶体,：溶质原子占据溶剂晶

18、格的某些结点,,位置形成的固溶体,◆,固溶体的分类,间隙固溶体只能是有限固溶体,置换固溶体可是有限固溶体或无限固溶体,,固溶强化solid solution strengthening,：通过溶入,,某种溶质元素形成固溶体而使金属的强,,度、硬度提高的现象,◆,固溶体的性能,,特征：1）具有明显的金属特性,,2）可以用分子式表示其组成,,3）硬度高，脆性大，熔点高,,,,4）具有复杂的晶体结构,（2）金属化合物：合金组元间发生相互作用而生,,成的一种具有明显金属特性的化合物,,,相图,：表示平衡状态下合金系中合金的状态同温,,度、成分之间关系的图形 也称,状态图,或,,,平衡图,2. 合金

19、的结晶,（1)合金相图的建立,,,2)用热分析法测定各个合金的冷却曲线,------,1)配制一系列不同成分的Cu—Ni合金,合金Ⅰ 100%Cu 0%Ni,,合金Ⅱ 80%Cu 20%Ni,,合金Ⅲ 60%Cu 40%Ni,,合金Ⅳ 40%Cu 60%Ni,,合金Ⅴ 20%Cu 80%Ni,,合金Ⅵ 0%Cu 100%Ni,热分析法,以铜镍合金为例,,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,温度,时间,温度,Ni%,Cu,20,40,60,80,Ni,5、,4)将各临界点标在相应的温度—成分坐标系中,将意义相同的点连接起来,3)找出各冷却曲线上的临界点,

20、,L,,L+,,,液相线,固相线,温度,Ni%,Cu,20,40,60,80,Ni,A,B,,1,2,（2）合金结晶过程分析,,,同素异晶转变：金属在固态下发生的晶格类型转变,,-Fe,a-Fe,,-Fe,,-Fe,,-Fe,,-Fe a-Fe,1.3 铁碳合金相图,铁碳合金的基本组元和相,1、纯铁,1394,912,1538,温度,时间,,含碳量：727,,C——0.0218%,,,室温——0.0008%,性能：强度、硬度低，塑性、韧性好,2、,铁素体ferrite,（F、,,）：碳在a-Fe,中的,,间隙固溶体,性能：强度

21、、硬度低，塑性、韧性好,3、,奥氏体,（A、,,）：碳在,-Fe,中的间隙固溶体,含碳量：1148,,,C——2.11%,,727,,C——0.77%,,4、,渗碳体,（Fe,3,C）：铁和碳形成的具有复杂晶,,体结构的金属化合物,性能：硬度极高，脆性极大，强度、塑性、,,韧性极差,含碳量：,%,,1.3.2 铁碳合金相图分析,F+,Fe,3,C,A + Fe,3,C,,温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,,F+Fe,3,C,,Ⅲ,P,F+P,A,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,P,,+,,Fe

22、,3,C,Ⅱ,Le’,A + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le,P + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le’,Le,Le+ Fe,3,C,I,Le’+ Fe,3,C,I,,温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,,A: 纯铁的熔点,1、相图中的,点,E: 碳在,-Fe中的最大溶解点,S: 共析点,,(0.77%C,727,°,C),C: 共晶点,,（4.3%C,1148,°,C),D: 渗碳体的熔点,F+Fe,3,C,,Ⅲ,P,F+P,A,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,P,,+,,Fe,3,C

23、,Ⅱ,Le’,A + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le,P + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le’,Le,Le+ Fe,3,C,I,Le’+ Fe,3,C,I,,温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,,P ： ：,碳在,-Fe中的最大溶解度点,G：,-Fe与 -Fe,的同素异晶转变点,Q：碳在,-Fe中的溶解度点,F+Fe,3,C,,Ⅲ,P,F+P,A,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,P,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,Le’,A + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le,P + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le’,Le,L

24、e+ Fe,3,C,I,Le’+ Fe,3,C,I,,温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,,AECF,:,固相线,,2、相图中的,线,ACD,:,液相线,ECF,:,共晶线,共晶反应,：一定成分的液相在某一 恒温下同时结晶出两种成分和结构都不相同的晶体的相变过程,F+Fe,3,C,,Ⅲ,P,F+P,A,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,P,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,Le’,A + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le,P + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le’,Le,Le+ Fe,3,C,I,Le’+ Fe,3,C,

25、I,,温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,,莱氏体ledeburite(Le、Ld)：共晶反应得到的奥氏,,体和渗碳体的机械混合物,低温莱氏体的性能：硬度高、脆性大，强度、塑,,性、韧性很低,,,共析反应,：一定成分的固溶体在某一恒温下同时,,转变为两种成分和结构都不相同的晶,,体的相变过程,PSK,:,共析线,F+Fe,3,C,,Ⅲ,P,F+P,A,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,P,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,Le’,A + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le,P + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le’,Le,

26、Le+ Fe,3,C,I,Le’+ Fe,3,C,I,,温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,,珠光体pearlite（P）：共析反应得到的铁素体和渗,,碳体的机械混合物,珠光体的性能：强度较高，硬度、,,塑性、韧性介于铁,,素体和渗碳体之间,,GS,:,含碳量小于,0.77%,的,,铁碳合金在冷却时自,,奥氏体中析出铁素体,,的开始线,,ES,:,碳在奥氏体中的溶解度曲线,PQ,:,碳在铁素体中的溶解度曲线,F+Fe,3,C,,Ⅲ,P,F+P,A,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,P,,+,,Fe,3

27、,C,Ⅱ,Le’,A + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le,P + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le’,Le,Le+ Fe,3,C,I,Le’+ Fe,3,C,I,,温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,,1）工业纯铁,,（含碳量,≤,0.0218%）,2）钢,,（含碳量为0.0218-2.11%,）,1.3.3 典型合金结晶过程及其室温下平衡组织,3）白口铸铁,,（C=2.11-6.69%）,铁碳合金的分类,F+Fe,3,C,,Ⅲ,P,F+P,A,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,P,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,L

28、e’,A + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le,P + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le’,Le,Le+ Fe,3,C,I,Le’+ Fe,3,C,I,,温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,,2）钢,,共析钢：C=0.77%,,,亚共析钢：C=0.0218-0.77%,,过共析钢：C=0.77-2.11%,F+Fe,3,C,,Ⅲ,P,F+P,A,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,P,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,Le’,A + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le,P + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le’,Le,Le+ Fe,3,

29、C,I,Le’+ Fe,3,C,I,,温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,,3）白口铸铁,,共晶白口铸铁：C=4.3%,,亚共晶白口铸铁：C,=2.11-4.3%,,,过共晶白口铸铁：C=4.3-6.69%,F+Fe,3,C,,Ⅲ,P,F+P,A,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,P,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,Le’,A + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le,P + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le’,Le,Le+ Fe,3,C,I,Le’+ Fe,3,C,I,,温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L

30、+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,,1、共析钢,F+Fe,3,C,,Ⅲ,P,F+P,A,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,P,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,Le’,A + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le,P + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le’,Le,Le+ Fe,3,C,I,Le’+ Fe,3,C,I,,温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,,2、亚共析钢,F+Fe,3,C,,Ⅲ,P,F+P,A,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,P,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,Le’,

31、A + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le,P + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le’,Le,Le+ Fe,3,C,I,Le’+ Fe,3,C,I,,温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,,,3、过共析钢,A,L+A,L,A,,A+Fe,3,C,,G,P,S,,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,0,6.69,A + Fe,3,C,F+,Fe,3,C,,,4、共晶白口铸铁,L,e,’(p+Fe,3,C),,,C%,Fe,Fe,3,C

32、,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,0,6.69,A + Fe,3,C,F+,Fe,3,C,,5、亚共晶白口铸铁,,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,0,6.69,A + Fe,3,C,F+,Fe,3,C,,6、过共晶白口铸铁,,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,0,6.69,A + Fe,3,C,F+,Fe,3,C,,F+Fe,3,C,,Ⅲ,P,F+P,A,,+,,Fe,3,C,Ⅱ

33、,P,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,Le’,A + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le,P + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le’,Le,Le+ Fe,3,C,I,Le’+ Fe,3,C,I,,温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,,1.3.4 铁碳合金相图在工业中的应用,,1、铁碳合金的成分、组织与性能之间的关系,（1）含碳量对平衡组织的影响,,,F+Fe,3,C,,Ⅲ,P,F+P,A,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,P,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,Le’,A + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le,P + Fe,3,C,Ⅱ

34、,,+Le’,Le,Le+ Fe,3,C,I,Le’+ Fe,3,C,I,,温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,,C<0.9%,C,强度、硬度，塑性、韧性,,C>0.9%,,C硬度，强度、塑性、韧性,（2）含碳量对铁碳合金力学性能的影响,,,F+Fe,3,C,,Ⅲ,P,F+P,A,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,P,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,Le’,A + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le,P + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le’,Le,Le+ Fe,3,C,I,Le’+ Fe,3,C,I,,

35、温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,铸造性:,,钢的铸造性能比铸铁差,可锻性:,,白口铸铁不能锻造,,低碳钢比高碳钢好,(3) 含碳量对铁碳合金工艺性能的影响,,可焊性:,,低碳钢可焊性好，随着含碳量增加钢的可焊性变坏。高碳钢的可焊性差，一般多用于修补工作。铸铁的可焊性更低劣。,切削加工性:,,低碳钢切削加工性较差。高碳钢切削加工性也较差。中碳钢削加工性较好。白口铸铁很难进行切削加工。,,,选材方面,2、铁碳合金相图的应用,建筑结构、型钢、船舶（塑性、韧性好、焊接性好）

36、 ——低碳钢,机械零件（强度、塑性、韧性良好配合）,,——中碳钢,工具（硬度高，耐磨性好） ——过共析高碳钢,耐磨性好且不受冲击的零件——白口铸铁,弹性元件、高强度件——亚共析高碳钢,,,制定热加工工艺方面,铸造,,锻造,,焊接,,热处理,F+Fe,3,C,,Ⅲ,P,F+P,A,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,P,,+,,Fe,3,C,Ⅱ,Le’,A + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le,P + Fe,3,C,Ⅱ,,+Le’,Le,Le+ Fe,3,C,I,Le’+ Fe,3,C,I,,温度,C%,Fe,Fe,3,C,L,A,L+A,L+ Fe,3,C,,

37、F+A,F,A,D,E,C,F,P,S,K,G,Q,0,6.69,,小结,,1、金属材料的力学性能（强度、塑性、硬度、冲击韧度、疲劳强度和断裂韧度等力学性能指标含义及试验方法）,,2、金属与合金的晶体结构与结晶,,3、铁碳合金相图,,习题,,1.分析加热到1000℃,Wc = 0.4%的钢能进行锻造，而Wc = 4%的铸铁不能锻造的原因。,,答:,加热到1000℃Wc = 0.4%的钢是A组织，具有良好的塑性和低的变形抗力，能进行锻造，而Wc = 4%的铸铁加热到1000℃时，是,A+Fe3C+Ld,组织，,Fe3C+Ld,都是硬相，很脆，不能锻造。,,2.指出何种成分的铸铁的铸造性能最好。,

38、,3.为了保证获得优质焊接接头，应优先选用低碳钢。这是为什么？,,3答:焊芯成分中含碳较低，可保证焊缝金属具有良好的塑性、韧性，以减少产生焊接裂纹倾向，改善焊缝的力学性能。,,,4.在平衡条件下，45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度、塑性、韧性哪个大，哪个小？变化规律是什么？原因何在？,,5.试从显微组织方面来说明ωc=0.2%、ωc=0.45%、ωc=0.77%三种钢力学性能有何不同？,,根据铁碳合金相图，说明产生下列现象的原因：,低温莱氏体比珠光体塑性差,`,,而硬度高,,,脆性大,,碳钢进行热锻热轧时，都要加热到奥氏体区。,,钳工锯高碳成分,(,Wc,>0.77%),的钢比锯低碳成分,(

39、,Wc,<0.25%),的钢料费力,,,锯条容易磨损,.,,钢适用于压力加工成形，而铸铁适用于铸造成形。,,钢铆钉一般用低碳钢制成。,,在相同条件下，,ωc,=0.1%,的钢切削后，其表面粗糙度的值不如,ωc,=0.45%,的钢低。,,,钳工锯高碳成分（Wc ≥0.77%）的钢材比锯低碳成分（Wc ≤0.2%）的钢料费力，锯条容易磨损。原因：钳工锯高碳成分（Wc ≥0.77%）的钢材比锯低碳成分（Wc ≤0.2%）的钢料费力，锯条容易磨损，这是因为高碳成分（Wc ≥0.77%）的钢材中含大量的,Fe3C,，这是硬相；而低碳成分（Wc ≤0.2%）的钢料中含大量的,F,和,P,，这是软相，硬度比较低。,,钢铆钉一般用低碳钢制成，原因；低碳钢的塑性很好，容易进行变形加工。,,钢铆钉,,,比较力学性能的优点各有何不同：低碳钢；工业纯铁；中碳钢； 高碳钢； 白口铸铁,,白口铸铁是硬度高、耐磨性好，且不能承受冲击载荷工件的材料；中碳钢是强度、硬度、塑性综合性能都较好的材料；高碳钢是硬度高、耐磨性好的材料；低碳钢是塑性好、韧性高的材料.,,谢谢,