第一章工程材料的基本知識(shí)

1、一、本課程的性質(zhì)和內(nèi)容一、本課程的性質(zhì)和內(nèi)容1、本課程的性質(zhì)、本課程的性質(zhì) 2、本課程的內(nèi)容、本課程的內(nèi)容 生產(chǎn)準(zhǔn)備生產(chǎn)準(zhǔn)備毛坯制造毛坯制造機(jī)械加工機(jī)械加工裝配調(diào)試裝配調(diào)試（車，銑，（車，銑，刨，磨，刨，磨，鉆，鏜等）鉆，鏜等）（組裝，（組裝，部裝，總部裝，總裝）裝）（鑄造，（鑄造，鍛造，焊鍛造，焊接，沖壓接，沖壓等）等）機(jī)電類專業(yè)的主干專業(yè)基礎(chǔ)課機(jī)電類專業(yè)的主干專業(yè)基礎(chǔ)課機(jī)械制造機(jī)械制造： 將原材料制成零件的毛坯，將毛坯加工成機(jī)將原材料制成零件的毛坯，將毛坯加工成機(jī)械零件，再將零件裝配成機(jī)器的整個(gè)過程。械零件，再將零件裝配成機(jī)器的整個(gè)過程。（市場(chǎng)（市場(chǎng)調(diào)查，調(diào)查，購(gòu)買原購(gòu)買原材料）材料）（1

2、）了解和掌握常用的工程材料；）了解和掌握常用的工程材料；（2）了解和掌握鑄造、鍛造、焊接、切削加）了解和掌握鑄造、鍛造、焊接、切削加工和特種加工；工和特種加工；（3）熟悉機(jī)械制造全過程，并了解現(xiàn)代機(jī)械）熟悉機(jī)械制造全過程，并了解現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)。制造技術(shù)。工程材料工程材料金屬材料金屬材料非金屬材料非金屬材料復(fù)合材料復(fù)合材料黑色金屬黑色金屬有色金屬有色金屬高分子高分子材料材料陶瓷材料陶瓷材料金屬基金屬基復(fù)合材料復(fù)合材料非金屬基非金屬基復(fù)合材料復(fù)合材料第一章第一章 工程材料的基本知識(shí)工程材料的基本知識(shí)工程材料主要性能使用性能工藝性能力學(xué)性能力學(xué)性能物理性能、化學(xué)性能物理性能、化學(xué)性能鑄造性、鍛造性

3、、焊接性鑄造性、鍛造性、焊接性切削加工性、熱處理性切削加工性、熱處理性第一章第一章 工程材料的基本知識(shí)工程材料的基本知識(shí)1.1.11.1.1金屬材料力學(xué)性能金屬材料力學(xué)性能 金屬力學(xué)性能是指在外載荷作用下其抵抗金屬力學(xué)性能是指在外載荷作用下其抵抗變形或破壞變形或破壞的能力。的能力。常用的主要有常用的主要有強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等。等。 強(qiáng)度指金屬材料在外載荷的作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力強(qiáng)度指金屬材料在外載荷的作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力 。 強(qiáng)度分為強(qiáng)度分為屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)

4、度、抗剪強(qiáng)度度等。等。1.1 金屬材料金屬材料1 1、兩種基本變形、兩種基本變形 彈性變形彈性變形 塑性變形塑性變形 材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后恢復(fù)其原來形狀，材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后恢復(fù)其原來形狀，這種隨外力消失而消失的變形，稱為這種隨外力消失而消失的變形，稱為彈性變形彈性變形。當(dāng)外力去除后當(dāng)外力去除后不能恢復(fù)其原來形狀，稱為不能恢復(fù)其原來形狀，稱為塑性變形塑性變形F1.1 金屬材料金屬材料2、拉伸試驗(yàn)（、拉伸試驗(yàn)（GB6397-1986）1.1 金屬材料金屬材料2、試樣處于屈服點(diǎn)時(shí)，長(zhǎng)度不再繼續(xù)伸長(zhǎng)。 （ ）1.1 金屬材料金屬材料表面越粗糙，取樣長(zhǎng)度就越大。表面

5、越粗糙，取樣長(zhǎng)度就越大。二、材料的拉伸曲線二、材料的拉伸曲線1 1、oeoe段：直線、彈性變性段：直線、彈性變性2 2、eses段：曲線、彈性變形段：曲線、彈性變形+ +塑性變形塑性變形5 5、b b點(diǎn)：出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即試樣局部截面明顯縮小試樣承載能力降低，拉點(diǎn)：出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即試樣局部截面明顯縮小試樣承載能力降低，拉伸力達(dá)到最大值，試樣即將斷裂。伸力達(dá)到最大值，試樣即將斷裂。3 3、s ss s段：水平線（略有波動(dòng)）明顯段：水平線（略有波動(dòng)）明顯的塑性變形屈服現(xiàn)象，作用的力基本的塑性變形屈服現(xiàn)象，作用的力基本不變，試樣連續(xù)伸長(zhǎng)。不變，試樣連續(xù)伸長(zhǎng)。注意：注意：試樣處于屈服點(diǎn)時(shí)，長(zhǎng)度試樣處于屈

6、服點(diǎn)時(shí)，長(zhǎng)度繼續(xù)繼續(xù)伸長(zhǎng)。伸長(zhǎng)。4 4、s sb b曲線：彈性變形曲線：彈性變形+ +均勻塑性變形均勻塑性變形低碳鋼的力低碳鋼的力伸長(zhǎng)曲線伸長(zhǎng)曲線1.1 金屬材料金屬材料三、強(qiáng)度的指標(biāo)三、強(qiáng)度的指標(biāo)2 2、抗拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度指試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力。指試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力。其物理意義是在于它反映了最大均勻變形的抗力其物理意義是在于它反映了最大均勻變形的抗力。1 1、屈服強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度b = F Fb b / S/ S0 0 當(dāng)材料的內(nèi)應(yīng)力當(dāng)材料的內(nèi)應(yīng)力b b 時(shí)，材料將產(chǎn)生斷裂。時(shí)，材料將產(chǎn)生斷裂。bb常用作脆性材料的選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。常用作脆性材料的選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。 符號(hào)：符

7、號(hào)： s 材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力s s = F= Fs s / S/ S0 0 Fs：試樣屈服時(shí)所承受的拉伸力（試樣屈服時(shí)所承受的拉伸力（N） S0 ：試樣原始橫截面積（：試樣原始橫截面積（mm） 條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度1.1 金屬材料金屬材料02 . 02 . 0SF=四、塑性指標(biāo)四、塑性指標(biāo) 塑性是金屬材料在外載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能塑性是金屬材料在外載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。評(píng)定指標(biāo)是斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。力。評(píng)定指標(biāo)是斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。1 1、斷后伸長(zhǎng)率、斷后伸長(zhǎng)率指試樣指試樣 拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比。拉

8、斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比。L0:L0:標(biāo)距（本實(shí)驗(yàn)標(biāo)距（本實(shí)驗(yàn)L=100L=100）Lk:Lk:拉斷后的試件標(biāo)距。將斷口密合在一起，用卡尺直接量出。拉斷后的試件標(biāo)距。將斷口密合在一起，用卡尺直接量出。K應(yīng)用中：應(yīng)用中：10試樣試樣 L0=10d0 5 試樣試樣 L0=5d01.1 金屬材料金屬材料1.1 金屬材料金屬材料2 2、斷面收縮率、斷面收縮率 指試樣拉斷后縮項(xiàng)處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面指試樣拉斷后縮項(xiàng)處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。積的百分比。=(S=(S0 0-S-SK K)/S)/S0 0 x 100%x 100%說明：說明：、值愈大，表明材料的塑

9、性愈好。值愈大，表明材料的塑性愈好。式中式中 S0試樣變形前斷面積，試樣變形前斷面積，mm； Sk試樣拉伸縮頸后最小斷面積，試樣拉伸縮頸后最小斷面積，mm；用卡尺直接量出。；用卡尺直接量出。1.1 金屬材料金屬材料五、硬度五、硬度 1 1、定義：、定義：指金屬材料抵抗比它更硬的物體壓入其表指金屬材料抵抗比它更硬的物體壓入其表面局部表面的能力。面局部表面的能力。它是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)，其它是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)，其物理含義與試驗(yàn)方法有關(guān)。物理含義與試驗(yàn)方法有關(guān)。 硬度越高硬度越高, ,耐磨性越好耐磨性越好, ,強(qiáng)度越高強(qiáng)度越高. . 2 2、硬度的測(cè)試方法、硬度的測(cè)試方法 （1 1）布氏硬

10、度）布氏硬度 （2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 （3 3）維氏硬度）維氏硬度1.1 金屬材料金屬材料 布氏硬度布氏硬度HBS 用于測(cè)定軟性材料（用于測(cè)定軟性材料（HBS450）1.1 金屬材料金屬材料1 1、布氏硬度試驗(yàn)、布氏硬度試驗(yàn)（布氏硬度計(jì)） 原理原理: :用一定直徑的球體（淬火鋼球或硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試用一定直徑的球體（淬火鋼球或硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入待測(cè)材料表面，保持規(guī)定時(shí)間并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后卸除試驗(yàn)驗(yàn)力壓入待測(cè)材料表面，保持規(guī)定時(shí)間并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量材料表面力，測(cè)量材料表面壓痕直徑壓痕直徑，以計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)方法。，以計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)方法。Dd

11、6 . 024. 0當(dāng)當(dāng)F、D一定時(shí)，一定時(shí)，d越小，材料的硬度值越大，被測(cè)材料越硬；越小，材料的硬度值越大，被測(cè)材料越硬；d越大，硬度值越小，越大，硬度值越小，被測(cè)材料越軟被測(cè)材料越軟。（1） 壓頭直徑為壓頭直徑為D： 鋼球鋼球S或硬質(zhì)合金或硬質(zhì)合金球球 W；（2）試驗(yàn)力）試驗(yàn)力F：保持規(guī)定時(shí)間：保持規(guī)定時(shí)間t。（3）壓痕直徑）壓痕直徑d：用放大鏡在互相垂直：用放大鏡在互相垂直方向上測(cè)兩次取平均值；方向上測(cè)兩次取平均值； （4）硬度值：壓痕單位面積壓力）硬度值：壓痕單位面積壓力F/S。 (硬度值不標(biāo)單位硬度值不標(biāo)單位) 布氏硬度試驗(yàn)原理圖布氏硬度試驗(yàn)原理圖1.1 金屬材料金屬材料 2 2、布

12、氏硬度值、布氏硬度值 用球面壓痕單位面積上所承受有平均壓力表示。用球面壓痕單位面積上所承受有平均壓力表示。 如： 120HBS 500HBW 3、表示方法、表示方法 150HBS 10/1000/30 10mm淬火鋼球在1000kg載荷作用下保持30s（1015s不標(biāo)注）測(cè)得的硬度值為150；w-硬質(zhì)合金 5 5、測(cè)量范圍、測(cè)量范圍 用于測(cè)量灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼、非鐵金屬及非金屬材料等用于測(cè)量灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼、非鐵金屬及非金屬材料等. . 4 4、優(yōu)缺點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn) （1 1）測(cè)量值較準(zhǔn)確，重復(fù)性好，可測(cè)組織不均勻材料（鑄鐵）測(cè)量值較準(zhǔn)確，重復(fù)性好，可測(cè)組織不均勻材料（鑄鐵） （2 2）可測(cè)的硬度值不高，

13、）可測(cè)的硬度值不高，HBSHBS適用于測(cè)量硬度值小于適用于測(cè)量硬度值小于450450的材料；的材料；HBWHBW適用于適用于硬度值小于硬度值小于650650的材料。的材料。 （3 3）不宜測(cè)試成品與薄件）不宜測(cè)試成品與薄件 （4 4）測(cè)量費(fèi)時(shí)，效率低）測(cè)量費(fèi)時(shí)，效率低1.1 金屬材料金屬材料 洛氏硬度洛氏硬度HRC 用于測(cè)定硬質(zhì)表面材料（用于測(cè)定硬質(zhì)表面材料（2067 HRC）1.1 金屬材料金屬材料1 1、洛氏硬度試驗(yàn)、洛氏硬度試驗(yàn)（洛氏硬度計(jì)） 原理原理: :洛氏硬度用用頂角為120的金剛石圓錐或金剛石圓錐或直徑為1.588的淬火鋼球，在淬火鋼球，在規(guī)定的試驗(yàn)力的作用下壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定

14、時(shí)試驗(yàn)力的作用下壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用測(cè)量的殘余壓痕深度增量來計(jì)算硬度的一種壓間后卸除試驗(yàn)力，用測(cè)量的殘余壓痕深度增量來計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)。痕硬度試驗(yàn)。 如圖所示，00為金剛石壓頭還沒有和試樣接觸的位置。11是在初試驗(yàn)力作用下壓頭所處的位置，壓入深度為h1，目的是為了消除由于試樣表面不光潔對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的精確性造成的不良影響。圖中22在總試驗(yàn)力（初試力主試驗(yàn)力）作用下壓頭所處位置，壓入深度為h2。 33是卸除主試驗(yàn)力后壓頭所處的位置，由于金屬?gòu)椥宰冃蔚玫交謴?fù)，此時(shí)壓頭實(shí)際壓入深度為h3。故由于主試驗(yàn)力所引起的塑性變形而使壓頭壓入深度為hh3h1。1.1 金屬材料金屬材料

15、洛氏硬度值由h的大小確定，壓入深度h越大，硬度越低；反之，則硬度越高。一般說來，按照人們習(xí)慣上的概念，數(shù)值越大，硬度越高。因此采用一個(gè)常數(shù)k減去h來表示硬度的高低。并用每0.002的壓痕深度為一個(gè)硬度單位。由此獲得的硬度值稱為洛氏硬度值，用符號(hào)表示。 HR=K-bd/0.002 金剛石壓頭K為100；淬火鋼球壓頭K為130. 2、表示方法、表示方法 3 3、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用測(cè)量的殘余壓痕深度表示?？蓮谋肀P上直接讀出用測(cè)量的殘余壓痕深度表示?？蓮谋肀P上直接讀出 如：如：50HRC 50HRC （無(wú)單位）（無(wú)單位）1.1 金屬材料金屬材料 上述洛氏硬度的三種標(biāo)尺中，以應(yīng)用最多，一般經(jīng)淬火

16、處理的鋼或工具都采用測(cè)量。在中等硬度情況下，洛氏硬度與布氏硬度之間關(guān)系約為1：10，如40相當(dāng)于400。如50，表示用標(biāo)尺測(cè)定的洛氏硬度值為50。硬度值應(yīng)在有效測(cè)量范圍內(nèi)（為2067）為有效。 4、常用洛氏硬度標(biāo)尺及適用范圍、常用洛氏硬度標(biāo)尺及適用范圍 1.1 金屬材料金屬材料 5、試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)、試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 操作簡(jiǎn)單迅速，效率高，直接從指示器上可讀出硬度值； 壓痕小，故可直接測(cè)量成品或較薄工件的硬度； 對(duì)于和采用金剛石壓頭，可測(cè)量高硬度薄層和深層的材料。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：由于壓痕小，測(cè)得的數(shù)值不夠準(zhǔn)確，通常要在試樣不同部位測(cè)定四次以上，取其平均值為該材料的硬度值。1.1 金屬材料金屬材

17、料1 1、維氏硬度試驗(yàn)、維氏硬度試驗(yàn) 原理原理: :用夾角為用夾角為136136的金剛石四棱錐體壓頭，使用很小試驗(yàn)力的金剛石四棱錐體壓頭，使用很小試驗(yàn)力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）壓入試樣表面，測(cè)出壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度）壓入試樣表面，測(cè)出壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度d d。2 2、維氏硬度值、維氏硬度值 用壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度表示。用壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度表示。如：如：640HV640HV。 4 4、測(cè)量范圍、測(cè)量范圍 常用于測(cè)薄件、鍍層、化學(xué)熱處理后的表層等。常用于測(cè)薄件、鍍層、化學(xué)熱處理后的表層等。3 3、優(yōu)缺點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)（1 1）測(cè)量準(zhǔn)確，應(yīng)用范圍廣（硬度從極軟到極硬）（）測(cè)量準(zhǔn)確，應(yīng)用范

18、圍廣（硬度從極軟到極硬）（2 2）可測(cè)成品與）可測(cè)成品與薄件（薄件（3 3）試樣表面要求高，費(fèi)工。）試樣表面要求高，費(fèi)工。1.1 金屬材料金屬材料 例例1、說明下列符號(hào)的含義及其所表示的機(jī)械性能指標(biāo)的物理說明下列符號(hào)的含義及其所表示的機(jī)械性能指標(biāo)的物理意義：意義： s，b，HRC，180HBS10/1000/30。 答：答：s（屈服強(qiáng)度）表示金屬材料抵抗微量塑性變形的（屈服強(qiáng)度）表示金屬材料抵抗微量塑性變形的能力。能力。 b（抗拉強(qiáng)度）表示金屬材料抵抗最大均勻塑性變（抗拉強(qiáng)度）表示金屬材料抵抗最大均勻塑性變形或斷裂的能力。形或斷裂的能力。 HRC洛氏硬度（洛氏硬度（c種）試驗(yàn)壓頭為種）試驗(yàn)壓頭

19、為120金剛石圓錐金剛石圓錐體。體。 180HBS10/1000/30表示用直徑為表示用直徑為10mm的淬火鋼的淬火鋼球在球在1000kgf的載荷作用下時(shí)間保持的載荷作用下時(shí)間保持30s所測(cè)得的布氏硬度值所測(cè)得的布氏硬度值為為180。1.1 金屬材料金屬材料沖擊韌性沖擊韌性金屬抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力金屬抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力。（。（沖擊試驗(yàn)測(cè)定沖擊試驗(yàn)測(cè)定) ) 在沖擊載荷下工作的零件，很少是受大能量一次沖擊而破壞的；往往是受在沖擊載荷下工作的零件，很少是受大能量一次沖擊而破壞的；往往是受小能量多次重復(fù)沖擊而破壞的。小能量多次重復(fù)沖擊而破壞的。沖擊韌性值越大，材料韌性越好；

20、沖擊韌性值越大，材料韌性越好；六六 沖擊韌性沖擊韌性低沖擊韌低沖擊韌性值部分性值部分高沖擊韌性之部分高沖擊韌性之部分韌脆轉(zhuǎn)變溫韌脆轉(zhuǎn)變溫度范圍度范圍kykyt t沖擊韌性值隨溫度的降低而減小。沖擊韌性值隨溫度的降低而減小。韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，材料的低溫沖擊性越好韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，材料的低溫沖擊性越好、 1.1 金屬材料金屬材料用沖擊試驗(yàn)測(cè)定沖擊韌度用沖擊試驗(yàn)測(cè)定沖擊韌度 1.1 金屬材料金屬材料10nn0n 循環(huán)基數(shù)鋼：7010n有色金屬：8010n七、七、 疲勞強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度 1、疲勞強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度 金屬材料經(jīng)受無(wú)數(shù)次交變載荷而不 引起斷裂的最大應(yīng)力值稱為材料的疲勞強(qiáng)度。 在

21、交變載荷的作用下，零件所承受的最大應(yīng)力值雖然遠(yuǎn)小于其屈服強(qiáng)度 ，但經(jīng)過多次循環(huán)后，零件在無(wú)顯著的外形變形情況下卻會(huì)發(fā)生斷裂，這種斷裂稱為疲勞斷裂疲勞斷裂。 零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中盡量避免尖角、缺口和截面突變，降低表面粗糙度以及采用各種表面強(qiáng)化處理提高疲勞強(qiáng)度。1.1 金屬材料金屬材料 2、蠕變強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度 金屬在高溫長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)力作用下，即使所加應(yīng)力小于該金屬在高溫長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)力作用下，即使所加應(yīng)力小于該溫度下的屈服強(qiáng)度，也會(huì)逐漸產(chǎn)生明顯的塑性變形直至斷溫度下的屈服強(qiáng)度，也會(huì)逐漸產(chǎn)生明顯的塑性變形直至斷裂的現(xiàn)象稱為裂的現(xiàn)象稱為蠕變?nèi)渥儭?注意：注意：在長(zhǎng)期高溫載荷的作用下，金屬材料對(duì)塑性變?cè)陂L(zhǎng)期高溫載荷的作

22、用下，金屬材料對(duì)塑性變形的抵抗能力稱為形的抵抗能力稱為蠕變?nèi)渥儚?qiáng)度強(qiáng)度。1.1 金屬材料金屬材料八、幾種常用金屬材料的力學(xué)性能、幾種常用金屬材料的力學(xué)性能1.1 金屬材料金屬材料 1、鐵碳合金相圖表示鐵碳合金在不同成分和溫度下的、鐵碳合金相圖表示鐵碳合金在不同成分和溫度下的成分、組織和性能以及它們之間相互關(guān)系的圖形。又成分、組織和性能以及它們之間相互關(guān)系的圖形。又稱鐵碳合金狀態(tài)圖或鐵碳合金平衡圖。是通過實(shí)驗(yàn)的稱鐵碳合金狀態(tài)圖或鐵碳合金平衡圖。是通過實(shí)驗(yàn)的方法建立起來的。方法建立起來的。 2、鐵碳合金在液態(tài)時(shí)可以無(wú)限互溶，在固態(tài)下碳可溶、鐵碳合金在液態(tài)時(shí)可以無(wú)限互溶，在固態(tài)下碳可溶于鐵中形成于鐵

23、中形成固溶體固溶體。還可形成固溶體和化合物組成的。還可形成固溶體和化合物組成的機(jī)械混合物機(jī)械混合物。 3、作用：是研制新材料，制定合金熔煉、鑄造、壓力、作用：是研制新材料，制定合金熔煉、鑄造、壓力加工和熱處理等工藝的重要工具。加工和熱處理等工藝的重要工具。1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 1、固溶體、固溶體 部分碳溶于鐵的晶格間隙，鐵的晶格類型不變（有一定的畸變）。 1）、鐵素體（）、鐵素體（F）：）：碳溶解在碳溶解在-Fe中形成的間隙固溶體。中形成的間隙固溶體。 性能性能-強(qiáng)度和硬度低，塑性和韌性好。強(qiáng)度和硬度低，塑性和韌性好。 鐵素體鐵素體F 600 0.006%C 727 0.021

24、8%C 力學(xué)性能：力學(xué)性能：b = 250MPa； = 45%50%； HBS = 80。 2）、奧氏體（）、奧氏體（A）：）：碳與碳與-Fe形成的間隙固溶體。高溫組織，在大于形成的間隙固溶體。高溫組織，在大于727（0.77%）時(shí)存在。）時(shí)存在。1148（2.11%) 性能性能-塑性好，強(qiáng)度和硬度高于塑性好，強(qiáng)度和硬度高于F。在鍛造、軋制時(shí)常要加熱到。在鍛造、軋制時(shí)常要加熱到A，可提高，可提高塑性，易于加工。塑性，易于加工。 力學(xué)性能：力學(xué)性能： b = 250 350MPa ；= 40%45%。 HBS= 160200； 一、一、 鐵碳合金的基本組織鐵碳合金的基本組織1.1 金屬材料金屬材

25、料1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 （石墨）（石墨）2、金屬化合物、金屬化合物 1）、）、滲碳體（滲碳體（ Fe3C ）：）：鐵與碳鐵與碳(6.69%)形成的金屬形成的金屬化合物。化合物。 性能性能-高熔點(diǎn)（高熔點(diǎn)（1227）、高硬度）、高硬度（9501050HV），脆性大，塑性和韌性幾乎為零。），脆性大，塑性和韌性幾乎為零。鑄鑄鐵生產(chǎn)鐵生產(chǎn) 用用硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金800 HBW 頭測(cè)定頭測(cè)定 1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖3、同晶粒內(nèi)的機(jī)械混合物同晶粒內(nèi)的機(jī)械混合物 白色白色F基體中嵌入黑片狀基體中嵌入黑片狀Fe 3C 有良好的力學(xué)性能：良好的力學(xué)性能： b = 750MPa ； =

26、20 %25% ； k = 30-40（J/cm2）。 1）珠光體）珠光體 P （F+Fe 3C）F與與Fe3C組成組成的機(jī)械混合物。的機(jī)械混合物。 性能性能-力學(xué)性能介于兩者之力學(xué)性能介于兩者之間。強(qiáng)度較高，硬度適中，具有間。強(qiáng)度較高，硬度適中，具有一定的塑性一定的塑性1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖2、萊氏體（、萊氏體（ Ld ）：）： A與與Fe3C組成的機(jī)械混合物組成的機(jī)械混合物 (0.43% 1148）727以上為高溫以上為高溫Ld（A+ Fe 3C）727以下為低溫以下為低溫Ld（ P+ Fe 3C ） 力學(xué)性能與力學(xué)性能與 Fe 3C 相似，硬而脆，相似，硬而脆，塑性差塑性差

27、。1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖二、二、 鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳合金狀態(tài)圖顯示各種不同碳量的鐵碳合金顯示各種不同碳量的鐵碳合金在不同溫度下組織形態(tài)的熱分析圖形在不同溫度下組織形態(tài)的熱分析圖形1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖一）、鐵碳相圖分析一）、鐵碳相圖分析 1、相圖的坐標(biāo)、相圖的坐標(biāo)縱坐標(biāo)縱坐標(biāo)：代表溫度。：代表溫度。橫坐標(biāo)橫坐標(biāo)：代表含碳量。：代表含碳量。 2、特性點(diǎn)、特性點(diǎn) A點(diǎn)：純鐵的熔點(diǎn)點(diǎn)：純鐵的熔點(diǎn) 1538 C點(diǎn)：共晶點(diǎn)點(diǎn)：共晶點(diǎn) 1148 D點(diǎn)：滲碳體的熔點(diǎn)點(diǎn)：滲碳體的熔點(diǎn) 1227 S點(diǎn)：共析點(diǎn)點(diǎn)：共析點(diǎn) 727 G點(diǎn)：純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)點(diǎn)：純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn) E點(diǎn)

28、：點(diǎn)：C在在-Fe中最大溶解度中最大溶解度 1148 P點(diǎn)：點(diǎn)：C在在-Fe中最大溶解度中最大溶解度 727 Q點(diǎn)：室溫時(shí)點(diǎn)：室溫時(shí)C在在-Fe中最大溶解度中最大溶解度9121.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖3、特性線、特性線 ACD：液相線：液相線，液相冷卻至，液相冷卻至此開始析出固相，固相加熱至此此開始析出固相，固相加熱至此全部轉(zhuǎn)化為液相。全部轉(zhuǎn)化為液相。 AECF：固相線：固相線，液態(tài)合金至，液態(tài)合金至此線全部結(jié)晶為固相，固相加熱此線全部結(jié)晶為固相，固相加熱至此開始轉(zhuǎn)化。至此開始轉(zhuǎn)化。 GS：A開始析出開始析出F的轉(zhuǎn)變線的轉(zhuǎn)變線，加熱時(shí)加熱時(shí)F全部溶入全部溶入A，又稱，又稱A3線。線。

29、 ES：C在在A中的溶解度曲線中的溶解度曲線，又稱又稱Acm線。線。1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 ECF：共晶線：共晶線（1148）含C量2.11 % -6.69%的鐵碳合金至此發(fā)生共晶反應(yīng)，結(jié)晶出A與Fe3C混合物-萊氏體Ld。 PSK：共析線：共析線，（727）含C量在0.0218 % -6.69%的鐵碳合金至此反生共析反應(yīng)，產(chǎn)生珠光體P ，又稱A1線。包晶部分包晶部分AL+AA+Fe3C1+LdLd+Fe3C1A+Fe3C1P+Fe3C1P+Fe3C1+LdLd+Fe3C1F+PFe3CLdLd1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 5、鐵的分類、鐵的分類 純鐵純鐵 （0.0218

30、%） 鋼鋼 （2.11%） 共析鋼共析鋼 (P） 亞共析鋼亞共析鋼 (F+P) 過共析鋼（過共析鋼（P=Fe3C) 共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵 亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖包晶部分AL+AA+Fe3C1+LdLd+Fe3C1A+Fe3C1P+Fe3C1P+Fe3C1+LdLd+Fe3C1F+PFe3CLdLdLdP+Fe3C1+LdLd+Fe3C1 4、四個(gè)基本相、四個(gè)基本相 液相液相(L)； 奧氏體奧氏體(A)； 鐵素體鐵素體(F)； 滲碳體相滲碳體相( Fe 3C)。1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖2、Fe C合金狀態(tài)圖的特性分析合金

31、狀態(tài)圖的特性分析1）共晶線共晶線ECF （C點(diǎn)點(diǎn)共晶點(diǎn)）共晶點(diǎn)） 說明：含說明：含2.06%6.67%C的的 Fe C合金合金(生鐵生鐵)都將在都將在1148時(shí)發(fā)生萊氏體轉(zhuǎn)變，即共晶轉(zhuǎn)變。時(shí)發(fā)生萊氏體轉(zhuǎn)變，即共晶轉(zhuǎn)變。1148表示共晶反應(yīng)表示共晶反應(yīng)：1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖2）共析線共析線PSK （S點(diǎn)共析點(diǎn)點(diǎn)共析點(diǎn)）說明：含說明：含0.0218%2.06%C的的 Fe C合金合金(鋼鋼)都將在都將在727 時(shí)發(fā)生時(shí)發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變，即，即共析共析 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變。在熱處理中，該線溫在熱處理中，該線溫 度常以度常以A1表示，表示，冷卻時(shí)用冷卻時(shí)用Ar1，加熱時(shí)用，加熱時(shí)用Ac1

32、。727表示共析反應(yīng)：表示共析反應(yīng)：1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖3）兩條固溶線兩條固溶線GS、ES ES 自高碳奧氏體冷卻過自高碳奧氏體冷卻過程中析出程中析出 Fe3C的起始線。的起始線。溫度常以溫度常以 Acm表示。表示。（冷卻：（冷卻：Arm；加熱：；加熱：Acm） GS 自低碳奧氏體冷卻過自低碳奧氏體冷卻過程中析出鐵素體晶粒的起始程中析出鐵素體晶粒的起始線，該溫度常以線，該溫度常以 A3表示。表示。（冷卻：（冷卻：Ar3；加熱：；加熱：Ac3）1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖四、四、 鐵碳合金分類鐵碳合金分類(據(jù)C%不同分) 以以E點(diǎn)（點(diǎn)（C2.06 % ）為）為界，分為界，

33、分為鋼和生鐵鋼和生鐵兩類。兩類。生鐵結(jié)晶時(shí)有萊氏體轉(zhuǎn)變，生鐵結(jié)晶時(shí)有萊氏體轉(zhuǎn)變，組織中有萊氏體。組織中有萊氏體。 鋼以鋼以S點(diǎn)（點(diǎn)（0.77%C） 為界，分為：為界，分為： 亞共析鋼亞共析鋼 C0.77%； 共析鋼共析鋼 C0.77%； 過共析鋼過共析鋼 C0.77%。1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 生鐵以生鐵以C點(diǎn)（點(diǎn)（4.3%C）為界，分為：）為界，分為： 亞共晶生鐵亞共晶生鐵 2.06%C4.3%； 共晶生鐵共晶生鐵 C4.3% ； 過共晶生鐵過共晶生鐵 C4.3%6.67。 鑄鐵：一般是指用來制造鑄鐵：一般是指用來制造 鑄件的生鐵，為亞共晶生鑄件的生鐵，為亞共晶生 鐵。鐵。C2.8 % 4.0 % 。 注意：注意：含碳量大于含碳量大于6.69%的鐵的鐵碳合金在工業(yè)中沒有實(shí)用意義。碳合金在工業(yè)中沒有實(shí)用意義。1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖相 圖 訣溫度成分建坐標(biāo)，鐵碳二元要記牢。兩平三垂標(biāo)特點(diǎn)，九星閃耀五狐交。共晶共析液固線，十二面里組織標(biāo)?；窘M織先標(biāo)好，相間組織共逍遙。分析成分?jǐn)嘟M織，鑄鍛處理離不了。1.1.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖三、含碳量對(duì)鐵碳合金組織與性能的影響三、含碳量對(duì)鐵碳合金組織與性能的影響 1、含碳量對(duì)鐵碳合金組織的、含碳量對(duì)鐵碳合金組織的影響影響 含碳量增加，滲碳體增加，滲含碳量增加，滲碳體增加，滲碳體形態(tài)變化，說明鐵碳合金具碳體形態(tài)