工程材料與金屬熱處理 課件 第0-2章 緒論、工程材料的分類與性能、金屬材料的結(jié)構(gòu)

工程材料與金屬熱處理教學(xué)內(nèi)容

緒論1.工程材料的分類與性能2.金屬材料的結(jié)構(gòu)3.鋼的熱處理原理4.鋼的熱處理工藝5.金屬材料的綜述6.工業(yè)用鋼7.鑄鐵8.非鐵金屬（或有色金屬）及其合金9.非金屬材料10.新型材料11.工程材料的選用緒論一.材料科學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用石器時(shí)代陶器時(shí)代青銅器時(shí)代鐵器時(shí)代材料是人類生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)；材料是人類文明發(fā)展史的里程碑，是人類進(jìn)化的重要標(biāo)志之一，人類歷史曾以使用的主要材料來(lái)加以劃分。舊石器時(shí)代

（10000年前）新石器時(shí)代

（距今10000-4000年）磨制石器7000年前陶器青銅器時(shí)代公元前5000年

青銅器時(shí)代鐵器時(shí)代公元前1200年鐵器時(shí)代磁懸浮列車核磁共振儀材料又是發(fā)展高科技的先導(dǎo)和基石。材料、能源、信息被稱為現(xiàn)代社會(huì)的三大支柱，而能源和信息的發(fā)展，在一定程度上又依賴于材料的進(jìn)步。因此許多國(guó)家都把材料科學(xué)作為重點(diǎn)發(fā)展學(xué)科之一，使之成為新技術(shù)革命堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二.工程材料定義：工程上使用的材料。主要是指用于機(jī)械、車輛、船舶、建筑、農(nóng)業(yè)、化工、能源、儀器儀表、航空航天等工程領(lǐng)域的材料。按材料的化學(xué)成分、結(jié)合鍵的特點(diǎn)進(jìn)行分類，可以分為金屬材料、非金屬材料和新型材料三大類。1.金屬材料定義：金屬鍵結(jié)合為主的材料；特點(diǎn)：良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金屬光澤。分類：金屬材料黑色金屬（鋼鐵）：鐵和以鐵為基體的合金材料。有色金屬（非鐵金屬）：除黑色金屬之外的所有金屬及其合金材料。有色金屬為輕金屬(如鋁、銅等)。2.非金屬材料如高分子材料、陶瓷材料…等。3.新型材料如復(fù)合材料、納米材料…等。復(fù)合材料

用碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂制得的高爾夫球桿強(qiáng)度高、重量輕、剛性好。復(fù)合材料三.教學(xué)目標(biāo)和基本要求1)建立工程材料和金屬熱處理完整概念，培養(yǎng)良好的工程意識(shí)。2)掌握必要的材料科學(xué)基礎(chǔ)理論。3)熟悉各類常用結(jié)構(gòu)工程材料，包括金屬材料、高聚物材料、陶瓷材料等的成分、結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用特點(diǎn)及牌號(hào)表示方法。4)掌握強(qiáng)化金屬材料的基本途徑。三.教學(xué)目標(biāo)和基本要求5)了解新型材料的發(fā)展及應(yīng)用。6)掌握選擇零件材料的基本原則和方法步驟，了解失效分析方法及其應(yīng)用，了解表面處理技術(shù)的應(yīng)用；初步具有合理選擇材料及強(qiáng)化(或改性、表面技術(shù)應(yīng)用等)方法的能力。7)了解與本課程有關(guān)的成形工藝方法（見(jiàn)附錄）。第一章工程材料的分類與性能一.工程材料的分類材料是指那些能夠用于制造結(jié)構(gòu)、器件或其他有用產(chǎn)品的物質(zhì)。分為天然材料和人造材料。天然材料是所有材料的基礎(chǔ)，隨著社會(huì)的發(fā)展，人們開(kāi)始對(duì)天然材料進(jìn)行各種加工處理，使它們更適合于人類的使用，這就是人造材料。化學(xué)性質(zhì)使用性能金屬材料非金屬材料新型材料（如復(fù)合材料、納米材料、智能材料等）結(jié)構(gòu)材料（作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料）功能材料（使用性能主要是光、電、熱、磁、聲等）鋼鐵非鐵金屬高分子材料陶瓷材料按應(yīng)用領(lǐng)域分：機(jī)械工程材料、信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等。航空、航天材料能源材料電子材料光學(xué)材料生物材料建筑材料二.工程材料的性能使用性能：在使用過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的性能。工藝性能：材料在加工過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的性能。4力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能強(qiáng)度硬剛彈塑度度性性電學(xué)性能磁學(xué)性能光學(xué)性能熱學(xué)性能聲學(xué)性能抗氧化性耐腐蝕性催化性能使用性能81、密度單位體積的質(zhì)量，用符號(hào)ρ(g/cm3或kg/m3)表示。金屬材料中，Al、Mg、Ti密度較低，Cu、Fe、Pb、Zn等密度較高；非金屬材料中，塑料的密度較低，陶瓷的密度較高。2、熔點(diǎn)緩慢加熱時(shí)，材料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度(℃或K)。金屬材料中，Pb、Sn熔點(diǎn)低，F(xiàn)e、Ni、Cr、Mo等金屬熔點(diǎn)高；非金屬材料中，陶瓷的熔點(diǎn)高，塑料等材料無(wú)熔點(diǎn)，只有軟化點(diǎn)。3、導(dǎo)熱性材料傳導(dǎo)熱量的能力。金屬材料中，Ag和Cu導(dǎo)熱性最好，A1次之；非金屬中，金剛石的導(dǎo)熱性最好。物理性能84、導(dǎo)電性材料傳導(dǎo)電金屬具有導(dǎo)電性，Ag最好，其次是Cu、Al。5、熱膨脹性材料因溫度變化而引起的體積變化現(xiàn)象稱為熱膨脹性，一般用線膨脹系數(shù)表示，即溫度每升高1℃(或K)，單位長(zhǎng)度的膨脹量。其值越大，材料的尺寸或體積隨溫度變化的程度越大。6、磁性

材料在磁場(chǎng)中能被磁化或?qū)Т诺哪芰ΨQ為導(dǎo)磁性或磁性；金屬材料可分為鐵磁性材料、抗磁性材料和順磁性材料。8定義：材料與周圍介質(zhì)接觸時(shí)抵抗發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的能力。1、耐蝕性常溫下材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力。2、熱穩(wěn)定性材料在高溫下抵抗產(chǎn)生氧化現(xiàn)象的能力?；瘜W(xué)性能8定義：材料在承受各種載荷時(shí)的行為。載荷類型分為：靜載荷、動(dòng)載荷、變載荷。力學(xué)性能1、強(qiáng)度材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力。主要有屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等。..ld圓截面試件：l＝10d（長(zhǎng)試件）

l＝5d（短試件）1）靜載時(shí)的拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì)低碳鋼是指含碳量在0.3％以下的碳素結(jié)構(gòu)鋼。試驗(yàn)時(shí)一般采用標(biāo)準(zhǔn)圓截面試件。拉伸試驗(yàn)一般是在如圖1-1（a）所示的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。16拉伸試驗(yàn)一般是在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。先裝夾試件，然后加載。試件受到由零逐漸增加的拉力F的作用，發(fā)生伸長(zhǎng)變形，直到斷裂。一般實(shí)驗(yàn)機(jī)上附有自動(dòng)繪圖裝置，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能自動(dòng)繪出載荷F和相應(yīng)的伸長(zhǎng)變形的關(guān)系曲線，稱為拉伸圖或F—

l曲線。F

l拉伸曲線

工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線工程應(yīng)力(Stress)工程應(yīng)變(Strain)σ=F／A0ε=ΔL／L0a）彈性和剛度彈性：若應(yīng)力不超過(guò)σP，則試樣的變形能在卸載后(σ=0)立即消失，即恢復(fù)原狀，這種不產(chǎn)生永久變形的性能稱為彈性。彈性極限：σP為不產(chǎn)生永久變形的最大應(yīng)力，稱為彈性極限。在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即E為彈性模量，它是衡量材料抵抗彈性變形能力的指標(biāo)。

=E

b）屈服點(diǎn)σS低碳鋼應(yīng)力一應(yīng)變曲線在C點(diǎn)出現(xiàn)一水平段，即應(yīng)力不增加而變形繼續(xù)進(jìn)行。塑性變形：此時(shí)若卸載，試樣變形不能完全消失，而保持一部分殘余變形，這種不能恢復(fù)的殘余變形稱為塑性變形。此時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力就稱為屈服點(diǎn)，用σS表示。Ose0.2%無(wú)明顯屈服階段的，規(guī)定將產(chǎn)生0.2%塑性應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度。記作σ0.2。

DAs0.2Cc）拉伸強(qiáng)度σb試樣在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力。反映試樣最大的均勻變形的抗力，是設(shè)計(jì)機(jī)械零件和選擇金屬材料的主要參數(shù)之一，也是評(píng)價(jià)金屬材料的主要指標(biāo)。

σb—抗拉強(qiáng)度，脆性材料唯一拉伸力學(xué)性能指標(biāo)。應(yīng)力應(yīng)變不成比例，無(wú)屈服、頸縮現(xiàn)象，變形很小且σb很低。

灰口鑄鐵拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì)金屬材料的壓縮試件一般制成很短的圓柱，以免被壓彎。圓柱高度約為直徑的1.5～3倍。

壓縮時(shí)的彈性模量E和屈服極限ss

，都與拉伸時(shí)大致相同。

應(yīng)力超過(guò)屈服階段以后，試件越壓越扁，呈鼓形低碳鋼的力學(xué)性能一般由拉伸試驗(yàn)確定

a）低碳鋼壓縮

2）材料在壓縮時(shí)的力學(xué)性能b）鑄鐵壓縮試件在較小變形下突然破壞，破壞斷面的法線與軸線大致成45o～55o的傾角。

鑄鐵的抗壓強(qiáng)度極限比其抗拉強(qiáng)度極限高4～

5倍

鑄鐵廣泛用于機(jī)床床身，機(jī)座等受壓零部件

FPO24681012600500400300200100

/MPa拉伸壓縮FP

/%伸長(zhǎng)率：a)伸長(zhǎng)率δ:表示試件拉斷后標(biāo)距范圍內(nèi)平均的塑性變形百分率

δ和Ψ愈大,說(shuō)明材料的塑性愈好

b)斷面收縮率ψ:指試件斷口處橫截面面積的塑性收縮百分率斷面收縮率：δ<5%脆性材料：直接斷裂

鑄鐵、混凝土、玻璃鋼、陶瓷δ>5%塑性材料：斷裂前有屈服段，可抵抗局部高應(yīng)變

碳鋼、低合金鋼、青銅、紫銅、防銹鋁低碳鋼是典型的塑性材料2、塑性定義：硬度是衡量材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)。一般認(rèn)為，硬度表示材料表面抵抗局部壓入變形或刻劃破裂的能力。分類：根據(jù)載荷、壓頭和表示方法不同，又分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等多種。3、硬度1）布氏硬度a）試驗(yàn)原理用直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球的壓頭，加一定的試驗(yàn)力F將其壓入試樣表面，經(jīng)過(guò)規(guī)定的保持時(shí)間t后卸除試驗(yàn)力，試樣表面將殘留壓痕，然后測(cè)量壓痕的平均直徑d求得壓痕的球形面積A。b）布氏表示方法示例c）特點(diǎn)及應(yīng)用布氏硬度試驗(yàn)壓痕面積較大，能反映表面較大范圍內(nèi)被測(cè)金屬的平均硬度，故測(cè)量結(jié)果較準(zhǔn)確，適合于測(cè)量組織粗大且不均勻的金屬材料的硬度，如鑄鐵、鑄鋼、非鐵金屬及其合金，各種退火、正火或調(diào)質(zhì)的鋼材等；但因壓痕較大，不宜用來(lái)測(cè)成品，特別是有較高精度要求配合面的零件及小件、薄件，也不能用來(lái)測(cè)太硬的材料。2）洛氏硬度用初試驗(yàn)載荷及總試驗(yàn)載荷F=F0+F1將壓頭壓入被測(cè)材料表面，保持一定時(shí)間后卸除主載荷F1，測(cè)出殘余壓痕深度增量來(lái)表示硬度值，即圖中壓痕深度bd。在實(shí)際測(cè)試時(shí)，硬度值的大小可直接從硬度計(jì)上讀出。a）試驗(yàn)原理表常用洛氏硬度試驗(yàn)條件及應(yīng)用范圍最常用的是HRA、HRB、HRC三種，其中HR代表洛氏硬度，A、B、C表示三種標(biāo)尺，HRC應(yīng)用最廣泛。b）特點(diǎn)及應(yīng)用洛氏硬度試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，迅速，測(cè)量硬度值范圍大，壓痕小，幾乎不損傷工件表面，可直接測(cè)成品和較薄工件。但因試驗(yàn)載荷較大，不宜用來(lái)測(cè)定極薄工件及氮化層、金屬鍍層等的硬度，且因壓痕小，當(dāng)測(cè)定組織粗大、不均勻的材料時(shí)，測(cè)定結(jié)果波動(dòng)較大，故需在不同位置測(cè)試三點(diǎn)的硬度值，取其算術(shù)平均值。3）維氏硬度b）壓頭：金剛石制成的四方角錐體，兩相對(duì)面間夾角為136°壓頭在試驗(yàn)力P作用下將樣品表面壓出一個(gè)四方錐形的壓痕，經(jīng)一定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量壓痕對(duì)角線平均長(zhǎng)度d，d=(d1+d2)/2，計(jì)算壓痕的表面積A。a）試驗(yàn)原理：基本上與布氏硬度的相同c）表示方法d）特點(diǎn)及應(yīng)用由于維氏硬度試驗(yàn)所加載荷較小，壓入深度淺，故可測(cè)定較薄工件及氮化層、金屬鍍層等的硬度；維氏硬度能在同一硬度標(biāo)尺上測(cè)定由極軟到極硬金屬材料的硬度值(O～1000HV)，且連續(xù)性好，準(zhǔn)確率高，彌補(bǔ)了布氏硬度因壓頭變形不能測(cè)高硬度材料，洛氏硬度受試驗(yàn)載荷與壓頭直徑比的約束硬度值不能換算的不足。韌性：材料在塑性變形和斷裂過(guò)程中吸收能量的能力。沖擊韌度：材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功AK來(lái)表示。4、沖擊韌度試驗(yàn)在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。試驗(yàn)過(guò)程：將樣品水平放在試驗(yàn)機(jī)的支座上，缺口位于沖擊相背的方向。然后將具有一定質(zhì)量G的擺錘舉至一定高度H1，使其獲得一定位能GH1。釋放擺錘沖斷試樣，擺錘的剩余能量為GH2，則擺錘沖斷試樣失去的位能為GH1-GH2，這就是試樣變形和斷裂所消耗的功，稱為沖擊吸收功，以Ak表示，單位為J。即AK=G(H1-H2)沖擊試驗(yàn)原理1-擺錘2-試樣脆性斷裂：有些高強(qiáng)度材料的零件(構(gòu)件)往往在遠(yuǎn)低于屈服點(diǎn)的狀態(tài)下發(fā)生脆性斷裂；低應(yīng)力脆斷：中、低強(qiáng)度的重型零件(構(gòu)件)及大型結(jié)構(gòu)件也有類似情況，這就是低應(yīng)力脆斷。裂紋擴(kuò)展的三種基本形式：

5、斷裂韌度裂紋擴(kuò)展的基本形式疲勞斷裂：工作應(yīng)力低于其屈服點(diǎn)甚至是彈性極限的情況下突然發(fā)生斷裂。疲勞強(qiáng)度：材料抵抗疲勞斷裂的能力稱為疲勞強(qiáng)度。循環(huán)次數(shù)：把材料經(jīng)無(wú)數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最高應(yīng)力值作為材料的疲勞強(qiáng)度。規(guī)定的循環(huán)次數(shù)稱為循環(huán)次數(shù)。提高零件疲勞強(qiáng)度的措施：a）改善零件表面粗糙度；b）避免應(yīng)力集中；c）進(jìn)行熱處理。6、疲勞強(qiáng)度81、鑄造性鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件(零件或毛坯)的工藝過(guò)程。鑄鐵的鑄造性能好于鑄鋼，銅、鋁合金的鑄造性能介于鑄鋼和鑄鐵之間。2、鍛造性鍛造是一種利用鍛壓機(jī)械對(duì)金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機(jī)械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。工藝性能83、焊接性材焊接是通過(guò)加熱或加壓，或兩者并用，促使兩種或兩種以上同種或異種材料通過(guò)原子或分子之間的結(jié)合和擴(kuò)散連接成一體的工藝過(guò)程。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，鐵碳合金的焊接性能越差。4、切削加工性

切削加工是利用刀具從工件上切去多余的材料，以獲得符合要求的零件的加工方法。5、熱處理工藝性

材料對(duì)熱處理加工的適應(yīng)性。一般來(lái)說(shuō)，合金鋼的淬透性好于碳素鋼，高碳鋼的淬硬性好于低碳鋼；鋼在油中淬火比在水中淬火變形開(kāi)裂要小。86、黏結(jié)固化性高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料及粉末冶金材料，在一定條件下由黏結(jié)固化劑固化組成在一起的性能稱為黏結(jié)固化性。各種材料的黏結(jié)固化傾向?qū)Σ牧铣尚斡泻艽笥绊?。第二章金屬材料的結(jié)構(gòu)一.固體材料的結(jié)構(gòu)固體材料的結(jié)構(gòu)是指組成固體相的原子、離子或分子等粒子在空間的排列方式。按粒子排列是否有序，固體材料可分為晶態(tài)(定型態(tài))和非晶態(tài)(無(wú)定型態(tài))兩大類。1、晶態(tài)結(jié)構(gòu)晶體：其組成粒子在三維空間做有規(guī)則的周期性重復(fù)排列。晶格：為了便于研究晶體結(jié)構(gòu)，假設(shè)通過(guò)粒子中心劃出許多空間直線，這些直線則形成空間格架，稱為晶格。晶胞：晶格的最小幾何組成單元。1）晶體、晶格和晶胞同素異構(gòu)現(xiàn)象是指一種元素具有不同晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。所形成的具有不同結(jié)構(gòu)的晶體稱同素異構(gòu)體。在一定條件下，同素異構(gòu)體可以相互轉(zhuǎn)變，稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。在具有同素異構(gòu)現(xiàn)象的固體中，最典型的例子是鐵。2）同素異構(gòu)現(xiàn)象2、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)非晶體：內(nèi)部原子在空間雜亂無(wú)規(guī)則地排列的物質(zhì)稱為非晶體或無(wú)定型體。由于粒子排列狀態(tài)與液態(tài)相似，故稱“被凍結(jié)的液體"。例：玻璃、瀝青、松香、石蠟和許多有機(jī)高分子化合物等.非晶體物質(zhì)沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，而且性能無(wú)方向性，即各向同性。二.金屬晶體結(jié)構(gòu)三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)：①面心立方結(jié)構(gòu)

如：

-Fe,

-Co,Ni,Ag等②體心立方結(jié)構(gòu)

如：

-Fe,V,Cr,W等③密排六方結(jié)構(gòu)

如：Mg,Zn,

-Co等晶胞為立方體，原子分布在立方體的各個(gè)結(jié)點(diǎn)及六個(gè)棱面中心。這類晶格金屬往往有很好的塑性。1、常見(jiàn)金屬晶體的結(jié)構(gòu)1）面心立方結(jié)構(gòu)2）體心立方結(jié)構(gòu)晶胞為立方體，原子分布在立方體各個(gè)結(jié)點(diǎn)和立方體中心。這類晶格一般具有較高的熔點(diǎn)、相當(dāng)大的強(qiáng)度和良好的塑性。3）密排六方結(jié)構(gòu)晶胞為六方柱體，柱體高度與邊長(zhǎng)不相等。原子除分布在六方柱體的各結(jié)點(diǎn)及上下兩個(gè)正六方底面中心。并在六方柱體縱向中心面上還分布三個(gè)原子，此三原子與分布在上下底面上的原子相切。這類晶格金屬具有一定強(qiáng)度，但塑性較差。單晶體：結(jié)晶方位完全一致的晶體。在單晶體中所有晶胞均呈相同的位向，故單晶體具有各向異性。多晶體：工業(yè)上實(shí)際應(yīng)用的金屬材料是由許多外形不規(guī)則的晶粒所組成，所以是多晶體。晶界：這些晶粒內(nèi)仍保持整齊的晶胞堆積，各晶粒之間的界面稱為晶界。2、實(shí)際金屬的結(jié)構(gòu)三.純金屬的結(jié)晶1、純金屬的結(jié)晶過(guò)程1）純金屬結(jié)晶的冷卻曲線結(jié)晶：金屬由液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w狀態(tài)的過(guò)程。冷卻曲線:熱分析法做出的時(shí)間－溫度關(guān)系；開(kāi)始時(shí)為液體狀態(tài)，溫度隨時(shí)間下降；之后出現(xiàn)水平線，這是由于液體金屬進(jìn)行結(jié)晶時(shí)，內(nèi)部放出的結(jié)晶潛熱補(bǔ)償了它向環(huán)境散失的熱量，從而使溫度保持不變；隨后溫度又隨時(shí)間下降。過(guò)冷度：ΔT=T0－TnΔT>0,結(jié)晶的必要條件2）結(jié)晶的過(guò)冷現(xiàn)象結(jié)晶過(guò)程：晶核形成和晶核長(zhǎng)大。3）結(jié)晶的基本過(guò)程增加過(guò)冷度2、細(xì)化晶粒的方法緩冷、急冷后晶粒大小示意圖在液態(tài)金屬中加入某些物質(zhì)這些物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)也可作為結(jié)晶時(shí)的晶核，相當(dāng)于增加了晶核數(shù)，故使晶粒得到細(xì)化。這種處理過(guò)程稱為變質(zhì)處理。鋼中加釩，鑄鐵中加硅(這又稱孕育處理)、鋁液中加鈉鹽。振動(dòng)可使枝晶尖端破碎而增加新的結(jié)晶核心；補(bǔ)充形核所需的能量，提高形核率。

bccfccbcc3、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變四.合金的晶體結(jié)構(gòu)合金：由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)。如碳鋼和鑄鐵是Fe－C合金；黃銅是Cu－Zn合金等。組元：組成合金的基本的獨(dú)立的物質(zhì)。組元可以是金屬和非金屬元素，也可以是穩(wěn)定的化合物。相：材料中聚集狀態(tài)相同，化學(xué)成分相同，結(jié)構(gòu)相同并與其他部分有明顯界面的均勻組成部分。絕大多數(shù)實(shí)用金屬材料是合金是以某一組元為溶劑，在其晶體點(diǎn)陣中溶入其他組元原子（溶質(zhì)原子）所形成的均勻固態(tài)溶體，它保持著溶劑的晶體結(jié)構(gòu)類型。

1、固溶體在合金系中，組元間發(fā)生相互作用，除彼此形成固溶體外，還可能形成一種具有金屬性質(zhì)的新相，即為金屬化合物。金屬化合物具有它自己獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，而與各組元的晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同，一般可以用分子式來(lái)大致表示其組成。

2、金屬化合物當(dāng)組成合金的各組元在固態(tài)下既不相互溶解，又不形成化合物，而是按一定質(zhì)量比，以混合方式存在的結(jié)構(gòu)形式。機(jī)械混合物可是純金屬、固溶體或化合物各自的混合物，也可是它們之間的混合物。機(jī)械混合物不是單相組織，其性能介于各組成相性能之間，且隨組成相的形狀、大小、數(shù)量及分布而變

3、機(jī)械混合物五.勻晶相圖相圖：表示多元材料體系中溫度、成分與材料結(jié)構(gòu)的平衡圖（又稱為平衡圖、狀態(tài)圖）。勻晶相圖：兩組元不但在液態(tài)無(wú)限互溶，而且在固態(tài)下也無(wú)限互溶的二元合金系所形成的相圖。主要有Cu-Ni、Ag-Au、Cr-Mo、Fe-Ni等。勻晶轉(zhuǎn)變：合金在結(jié)晶時(shí)都是從液相結(jié)晶出固溶體，固態(tài)下呈單相固溶體。配制一系列不同成分的合金，分別作冷卻曲線將各T-t曲線上、下各臨界點(diǎn)投影到T-C坐標(biāo)系中連接同類型的臨界點(diǎn)熱分析法、金相法、膨脹法、磁性法、電阻法、X射線結(jié)構(gòu)分析法等。

1、相圖的建立上面的一條曲線為液相線；下面的一條曲線為固相線。3個(gè)相區(qū)：液相線以上為單相液相區(qū)L，固相線以下為單相固相區(qū)α，二者之間為液、固兩相共存區(qū)(L+α)。

2、相圖分析Cu-Ni合金勻晶相圖①當(dāng)溫度高于T1時(shí)，合金為液相L；②當(dāng)溫度降到T1(與液相線相交的溫度)以下時(shí)，開(kāi)始從液相中結(jié)晶出口固溶體。隨著溫度的繼續(xù)下降，從液相不斷析出固溶體，液相成分沿液相線變化，固相成分則沿固相線變化。在T1-T3溫度區(qū)間，合金呈L+α兩相共存。③當(dāng)溫度下降到T3時(shí)，液相消失，結(jié)晶完畢，最后得到與合金成分相同的固溶體。3、合金的平衡結(jié)晶過(guò)程Cu-Ni合金勻晶相圖平衡結(jié)晶：合金在極其緩慢的冷卻條件下進(jìn)行結(jié)晶的過(guò)程。平衡組織：在此條件下得到的組織。①確定兩平衡相的成分要想確定含ωNi=20%的合金I在冷卻到T溫度時(shí)兩個(gè)平衡相的成分，可通過(guò)T做一水平線arb，它與液相線的交點(diǎn)a對(duì)應(yīng)的成分CL即為此時(shí)液相的成分；它與固相線的交點(diǎn)b對(duì)應(yīng)的成分Ca即為已結(jié)晶的固相的成分。4、杠桿定律杠桿定律的證明在某一溫度下處于平衡狀態(tài)的兩相的成分和相對(duì)質(zhì)量可用杠桿定律確定。只適用于兩相區(qū)。因?yàn)閷?duì)單相區(qū)無(wú)需計(jì)算，而對(duì)三相區(qū)又無(wú)法確定。②確定兩個(gè)平衡相的相對(duì)質(zhì)量設(shè)合金I的總質(zhì)量為1，液相的質(zhì)量為WL，固相的質(zhì)量為Wα，則有：WL+Wα=1且WLCI+WαCa=1×C由以上兩式可以得出：杠桿定律的證明兩相的相對(duì)質(zhì)量：5、枝晶偏析不平衡結(jié)晶：由于冷卻速度快，原子的擴(kuò)散過(guò)程落后于結(jié)晶過(guò)程，合金成分的均勻化來(lái)不及進(jìn)行，因此每一溫度下的固相平均成分將要偏離相圖上固相線所示的平衡成分不平衡組織：不平衡結(jié)晶所得到的組織。晶內(nèi)偏析：先結(jié)晶的晶粒心部與后結(jié)