機械制圖第二章.

1、12007-04-17機械工程材料精品課程第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)金屬的晶體結構實際金屬的微觀結構鐵碳合金相圖52007-04-17機械工程材料精品課程第一節(jié) 金屬的晶體結構一、純金屬晶體結構1.晶體定義原子在三維空間作有規(guī)則的周期性重復排列的物質2.特性恒定熔點、各向異性、規(guī)則外形7機械工程材料精品課程第一節(jié) 金屬的晶體結構1、晶體的描述1.晶格與晶胞陣點：將晶體的實際質點(原子、分子)抽象為純粹的幾何點晶格：描述原子排列方式的幾何格架空間點陣晶胞：晶格中具有代表性的最小的幾何單元。晶格則由晶胞重復堆砌而成。晶格晶胞2007-04-179機械工程材料精品課程體心立方面心立方第一節(jié) 金屬的晶體結構2

2、、金屬中三種常見的晶體結構體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格252007-04-17機械工程材料精品課程 第一節(jié) 金屬的晶體結構3. 純金屬實際晶體結構特點（1）多晶體實際金屬大多是多晶體組織，即由晶粒和晶界組成晶粒-小的單晶體(10-110-3mm）晶界-位向不同的晶粒之間的界多晶體結構-由許多位向不同的晶粒構成奧氏體不銹鋼的顯微組織工業(yè)純鐵的顯微組織282007-04-17機械工程材料精品課程第二節(jié) 實際金屬的微觀結構（2）晶體缺陷1.晶體缺陷的概念點缺陷空位、間隙原子、置換原子動畫292007-04-17機械工程材料精品課程刃型位錯第二節(jié) 實際金屬的微觀結構線缺陷位錯：晶體滑移區(qū)與未滑

3、移區(qū)的邊界線302007-04-17機械工程材料精品課程面缺陷晶界：晶體結構相同但位向不同的晶粒之間的界面第二節(jié) 實際金屬的微觀結構晶界、亞晶界 各種缺陷及附近晶格均處于畸變狀態(tài)，影響金屬力學性能，使金屬的強度、硬度提高，而韌性下降。重點：純金屬微觀結構與力學性能的關系重點：純金屬微觀結構與力學性能的關系32007-05-12機械工程材料精品課程第一節(jié) 金屬的晶體結構二、合金的晶體結構幾個重要概念1、合金兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質, 如鐵碳合金等;2、組元組成合金最基本、獨立的物質稱為組元 ，是組成合金的元素，但也可以是相，有二元、三元等；3、相合金組織中

4、成分、結構和性質相同的部分，有界面分開的均勻組成部分組成部分。62007-05-12機械工程材料精品課程基本相結構正常價化合物電子化合物間隙化合物間隙化合物復雜結構間隙化合物金屬化合物第一節(jié) 合金的相結構組元相互作用不同不同相結構置換固溶體固溶體間隙固溶體72007-05-12機械工程材料精品課程第一節(jié) 合金的相結構一、固溶體 固態(tài)下，合金組元間相互溶解形成新相。特點：保持溶劑晶格類型1、分類 置換固溶體 、 間隙固溶體置換固溶體間隙固溶體92007-05-12機械工程材料精品課程第一節(jié) 合金的相結構2、固溶體的性能固溶強化：溶入溶質原子形成固溶體而使金屬強度、硬度升高。溶質原子%， b、 H

5、B, 、 k固溶強化是提高合金力學性能重要途徑之一。102007-05-12機械工程材料精品課程第一節(jié) 合金的相結構二、金屬化合物合金組元間按一定比例發(fā)生相互反應而形成化合物，如Fe3C、CuAl2等。晶格類型與性能均不同于任一組元。一般可用分子式表示。具有一定的金屬性質。 性能特點：三高 (高熔點、高硬度、高脆性) 細小的金屬化合物均勻分布在固溶體基體上時，將使合金強度、硬度明顯提高，稱為彌散強化。是提高合金力學性能重要途徑之一。132007-05-12機械工程材料精品課程第一節(jié) 合金的相結構Fe-C合金中的相：組元之間相互溶解固溶體：鐵素體(F)、奧氏體(A)組元之間相互反應金屬化合物：滲

6、碳體（Fe3C)82007-04-17機械工程材料精品課程第二節(jié) 金屬的結晶一、金屬結晶的一般過程金屬結晶過程示意圖純金屬的結晶過程是形核和長大的過程。 晶核形成-過冷度兩種形核方式：均勻形核：晶核在均勻液相中由液相的一些原子集團直接形成，不受雜質粒子或外表面的影響。非均勻形核： 晶核依附于固態(tài)雜質或模壁上形成。這是金屬凝固過程中主要形核方式。 長大方式：一般金屬結晶時，多數以樹枝狀方式長大。182007-04-17機械工程材料精品課程第二節(jié) 金屬的結晶一般金屬結晶時，多數以樹枝狀方式長大。2、晶粒大小與控制晶粒越細小，金屬的強度、塑性、韌性越高。3、鑄錠的組織模具鍛坯氣泡鎂合金鑄件中的夾雜物

7、(a)縱向剖面 (b)橫向剖面 鑄錠組織 (a)縱向剖面 (b)橫向剖面 鑄錠組織示意圖鑄錠特點：組織不均勻、還存在各種缺陷，是影響鑄件或鑄錠的質量和力學性能的因素 332007-05-12機械工程材料精品課程單相區(qū)L單相區(qū)+雙相區(qū)L+雙相區(qū)L+雙相區(qū)L+三相共存區(qū)(MEN水平線)單相區(qū) 第二節(jié) 金屬的結晶二、合金的結晶合金相圖 鐵碳合金是以鐵和碳為基本組元的合金。一般將碳的質量分數為0.0218%2.11%的鐵碳合金稱為碳鋼，碳的質量分數大于2.11%的稱為鑄鐵。鐵碳合金鐵碳合金1 1、鐵碳合金基本組織鐵碳合金基本組織 23奧氏體-單相組織珠光體-復相組織第三節(jié) 鐵碳合金相圖思考：什么是合金

8、相？Fe、C元素可形成那些相？組織：泛指用金相觀察方法看到的由各相的形態(tài)、數量、尺寸和分布組成的關系和構造情況。合金相是組織的基本單位。第三節(jié) 鐵碳合金相圖1.鐵素體 鐵素體是碳在-Fe中的固溶體，用符號“F”表示。其組織結構與組織形態(tài)如圖3所示。鐵碳合金的基本組織：圖3 鐵素體鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體 (1)在727有最大溶解度， wC =0.0218%。 (2)強度和硬度低，韌性塑性好。力學性能如表2所示。1 1）鐵素體的特點）鐵素體的特點 24b 180280MN/m270%80%0.2100170MN/m230%50%硬度5080HBSak1.82.5MJ/m2b250M

9、N/m285%0.2120MN/m250%硬度80HBSak2.0MJ/m22 表鐵素體的力學性能表3 純鐵的力學性能第三節(jié) 鐵碳合金相圖 奧氏體是碳在-Fe中的固溶體，用符號“A”表示。高溫奧氏體的顯微組織如圖4所示。奧氏體的特點： 2.奧氏體25圖4 奧氏體 (1)在1148時有最大溶解度wC= 2.11%。當727時，wC=0.77%。 (2)其力學性能與碳含量及晶粒大小有關，硬度低塑性好，形變能力好。3.滲碳體 滲碳體是鐵和碳的化合物，碳質量分數6.67%，用“Fe3C”或表示。 滲碳體的特點：硬度高、塑性、韌性幾乎為零。 第三節(jié) 鐵碳合金相圖4.復相組織珠光體（P）和萊氏體（Ld）

10、鐵素體(F)+滲碳體(FeC3) 珠光(P)+滲碳體(FeC3) 珠光體組織（P） 萊氏體組織（Ld）第三節(jié) 鐵碳合金相圖 鐵碳合金相圖是研究鋼鐵材料的成分、相和組織的變化規(guī)律以及與性能之間關系的重要工具。 鐵碳合金相圖如動畫11所示。2 2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖26動畫11 鐵碳合金相圖第三節(jié) 鐵碳合金相圖1 1）相區(qū)區(qū)域）相區(qū)區(qū)域27動畫12 鐵碳合金相區(qū)分析第三節(jié) 鐵碳合金相圖2 2）各特性線）各特性線28動畫13 鐵碳合金相圖特性線3 3）主要特性點）主要特性點29特特性性點點溫溫度度wC100100含含 義義特特性性線線含含 義義ACDEFGKPSQ153811481227114

11、8114891272772772760004.36.692.116.6906.690.02180.770.0057純鐵的熔點共晶點滲碳體的熔點碳在奧氏體中的最大溶解度滲碳體的成分-Fe-Fe轉變點滲碳體的成分碳在鐵素體中最大溶解度共析點碳在鐵素體中的溶解度 ACCDAEGSGPESPQECFPSK液相線，液態(tài)合金開始結晶出奧氏體液相脫溶線，液相開始脫溶出Fe3C固相線，即奧氏體結晶終了線奧氏體轉變?yōu)殍F素體開始線，即A3線奧氏體轉變?yōu)殍F素體終了線脫溶線，奧氏體脫溶出Fe3C，(Acm線)脫溶線，鐵素體開始脫溶出Fe3C共晶轉變線，LC EFe3C共析轉變線，S PFe3C，即A1線注:本表是指冷

12、卻過程中相變的含義表表4 鐵碳合金的特性點鐵碳合金的特性點第三節(jié) 鐵碳合金相圖 隨著合金中碳的質量分數的增加，在合金的室溫組織中不僅滲碳體的數量增加，其形態(tài)、分布也有變化，因此合金的力學性能也相應變化（見圖5）。3 3、鐵碳合金室溫組織性能隨成分的變化規(guī)律、鐵碳合金室溫組織性能隨成分的變化規(guī)律30圖5 鐵碳合金室溫組織性能變化規(guī)律第三節(jié) 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖的應用可以應用情況：1、選材方面的應用（1）各種型鋼、建筑用鋼，塑性、韌性較好，選用低碳鋼。（2）承受沖擊載荷要求強度、塑性、韌性較好的機械零件， 選用中碳鋼 （0.25-0.5%） （3）承受沖擊、高硬度耐磨性好的工具鋼，高碳鋼（0.55%）（4）形狀復雜、不受沖擊、要求高硬度、耐磨性的鑄件