金属学基础PPT课件

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1、第一章金属学基础1.1 金属的力学性能1.2 金属的物理性能1.3 金属的晶体结构1.4 金属的结晶1.5 合金的结构与结晶1.6 铁碳合金相图1.7 金属受力时结构和性能的变化第一节金属的力学性能v通常机械零件或工程结构在工作中都要受到外力的作用，金属在外力作用下所表现的性能叫做力学性能。v常用力学性能指标有硬度、强度、塑性和韧性等。v一、硬度 硬度是表示固体材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量金属软硬的力学性能指标。v常用测定硬度的方法v1.布氏硬度 230HBS10/3000/30v2.洛氏硬度 50HRCv3.维氏硬度 480HV显微硬度计显微硬度计二、强度和

2、塑性v1.强度v强度是金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。v材料的强度指标：s(0.2);bs(0.2);bv试验方法为拉伸试验法圆形拉伸试样低碳钢力低碳钢力-伸长曲线图伸长曲线图(s ss s、s sb b、d d、y y )O FD DlFeFpFsFb线弹性阶段线弹性阶段屈服阶段屈服阶段强化阶段强化阶段颈缩阶段颈缩阶段屈服点：屈服点：0ssAF 0bbAF 抗拉强度：抗拉强度：%100001 lll 伸长率：伸长率：%100010 AAA 断面断面收缩率：收缩率：拉拉 伸伸 试试 验验v2.塑性v塑性是金属在外力作用下，断裂前发生不可逆永久变形的能力。v试验方法为拉伸试验v金属

3、材料的塑性指标：；三、韧性v又称韧度，是指金属在断裂前吸收变形能量的能力。v韧性通常通过摆锤式一次冲击试验测定。Ak;kv韧性材料:断裂前发生明显塑性变形的材料；脆性材料：断裂前断口不发生明显塑性变形的材料v对同一材料，随试验温度降低，韧性断裂可以转变为脆性断裂，即材料由韧性材料变为脆性材料，这种现象称为韧脆性转移。韧脆转移的温度称为韧脆转变温度（金属材料的最低工作温度）。摆锤式一次冲击试验机课堂练习v1.常用的力学性能指标有哪些，各是怎样 定义的？v2.测硬度的方法有哪些？v3.材料的强度及塑性指标有哪些？第二节 金属的物理性能v一、密度v定义：单位体积物质的质量。用符号表示，单位为g/cm

4、3 或kg/m3。v计算公式为=m/V m-物质的质量（g，kg）；V-物质的体积（cm3，m3）。v重金属5g/cm3，铁、铜、铅。v轻金属5g/cm3，如铝、镁、钛。二、熔点v定义：指金属由固态熔化为液态的温度。单位：，Kv纯金属熔点固定不变；合金熔点是将合金加热到最初微量液体出现时的温度作为熔点。v易熔金属熔点低于700，如锡、铅。难熔金属熔点高于700，如钨、钼。三、热膨胀性v热膨胀性是指固态金属在温度变化时热胀冷缩的能力，在工程上常用线膨胀系数来表示，符号为1，单位为1/v物理意义：温度从T0到T1每升高1度时物体单位长度的变化率。v线膨胀系数大，引发的焊接应力与变形就大四、导热性v

5、导热性是指在物体内部或互相接触的物体之间存在温度差时，热量从高温到低温的移动能力，用热导率表示。单位为W/(m.)或W/(m.K)五、导电性v导电性：金属传导电流的能力。常用导电率表示，符号为，单位为s/mv金属导电能力大小的顺序与热导率基本相同第三节第三节 金属的晶体结构金属的晶体结构一、晶体与非晶体一、晶体与非晶体晶体的特点是：晶体的特点是：原子在三维空间呈有规则地周期性重复排列。原子在三维空间呈有规则地周期性重复排列。具有一定的熔点，绝大多数固体金属属于晶体：具有一定的熔点，绝大多数固体金属属于晶体：如铁的熔点为如铁的熔点为15381538，铜的熔点为，铜的熔点为10831083。晶体的

6、性能随着原子的排列方位而改变，即单晶晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有各向异性。体具有各向异性。非晶体的特点是：非晶体的特点是：原子在三维空间呈不规则的排列。原子在三维空间呈不规则的排列。没有固定熔点，随着温度的升高将逐渐变软，最没有固定熔点，随着温度的升高将逐渐变软，最终变为有明显流动性的液体。如塑料、玻璃、沥青终变为有明显流动性的液体。如塑料、玻璃、沥青 等。等。各个方向上的原子密集程度大致相同，即具有各各个方向上的原子密集程度大致相同，即具有各向同性。向同性。1-3 1-3 金属的晶体结构金属的晶体结构二、晶格与晶胞晶格与晶胞1、晶格将每个原子视为一个几何质点，并用一些假想

7、的几何线条将各质点连接起来，便形成一个空间几何格架。这种抽象的用于描述原子在晶体中排列方式的空间几何格架称为晶格。2 2、晶胞、晶胞由于晶体中原子作周期性规则排列，因此可以在晶格内取由于晶体中原子作周期性规则排列，因此可以在晶格内取一个能代表晶格特征的，且由最少数原子排列成的最小结构一个能代表晶格特征的，且由最少数原子排列成的最小结构单元来表示晶格，称为晶胞。单元来表示晶格，称为晶胞。3 3、晶面、晶向和晶格常数、晶面、晶向和晶格常数 =90 三、常见的金属晶体结构类型属于体心立方晶格类型的金属有-铁（912以下的纯铁）、铬、钼、钨、钒。较高的强度和较好的塑性。1.体心立方晶格2.面心立方晶格

8、属于面心立方晶格类型的金属有-Fe（1394912的纯铁）、铜、铝、镍等。很好的塑性。3.密排六方晶格v铍、镁、锌、镉等。四、金属的实际晶体结构与晶体缺陷四、金属的实际晶体结构与晶体缺陷 单晶体与多晶体单晶体与多晶体单晶体：晶体内部原子排列得非常整齐，晶格位向单晶体：晶体内部原子排列得非常整齐，晶格位向完全一致，且无任何缺陷存在。完全一致，且无任何缺陷存在。多晶体：由许多位向不同的晶粒组成，且其内部还多晶体：由许多位向不同的晶粒组成，且其内部还存在着多种晶体缺陷。存在着多种晶体缺陷。金属的晶体缺陷金属的晶体缺陷 、点缺陷、点缺陷 ：空位和间隙原子空位和间隙原子、线缺陷、线缺陷：位错位错、面缺陷

9、、面缺陷：晶界和亚晶界：晶界和亚晶界二、晶体缺陷1、点缺陷 v点缺陷的存在使金属能够比较容易的发生扩散现象2.线缺陷-位错v位错的存在使金属能够比较容易发生塑性变形。3.面缺陷v面缺陷的存在使金属的强度提高五、金属的同素异构转变v定义：某些金属在不同的温度（或压力下）具有不同的晶体结构的现象，称为同素异构转变或同素异晶性。v纯铁的同素异构转变过程：-Fe（体心）912-Fe（面心）1394 -Fe（体心）课堂练习v1、常见的金属晶体结构类型有哪些?画出其 晶胞图，并举例。2、金属的晶体缺陷有那些？3、名词解释：晶格；晶胞；同素异构转变 4、纯铁的同素异构转变过程？第四节金属的结晶第四节金属的结

10、晶v凝固与结晶凝固与结晶一、纯金属的结晶条件一、纯金属的结晶条件二、金属的结晶过程二、金属的结晶过程三、晶核形三、晶核形成与晶粒成与晶粒长大长大四、晶粒大小及控制四、晶粒大小及控制五、铸件组织五、铸件组织结构结构小结小结晶体晶体液体液体结晶结晶凝固：物质由液态冷却转变为固态的过程凝固：物质由液态冷却转变为固态的过程结晶结晶:如果凝固的固态物质是原子（或分子）作有规则排列如果凝固的固态物质是原子（或分子）作有规则排列的晶体，则这种凝固又称为结晶。的晶体，则这种凝固又称为结晶。结晶潜热v结晶过程实际上是原子由一个高能量级向一个较低能量级转变的过程，所以结晶过程中会放出一定的热量，称为结晶潜热。v结

11、晶潜热使正在结晶的金属处于一种动态的热平衡，所以纯金属结晶是在恒温下进行的。冷却曲线上有一段水平线，是说明在这一时间段中温度是恒定的 tTT T0 0T Tn n理论结晶温度理论结晶温度实际结晶温度实际结晶温度 D DT T过冷度过冷度DT=T T0 0 -T-Tn n纯金属结晶的条纯金属结晶的条件就是应当有一件就是应当有一定的过冷度定的过冷度一一.纯纯金金属属的的结结晶晶条条件件纯金属的冷却曲线纯金属的结晶是在一定的温度下进行的冷却速度越大，则过冷度越大。冷却速度越大，则过冷度越大。二二.金属的金属的结晶过程结晶过程液态金属液态金属形核形核晶核长大晶核长大完全结晶完全结晶形核形核和和晶核长大

12、晶核长大的过程的过程晶核不断地形成及长大，直到液态金属已全部耗尽，晶核不断地形成及长大，直到液态金属已全部耗尽，结晶过程也就完成了结晶过程也就完成了三、晶核形成与晶粒长大1 两种形核方式 均质形核均质形核在均匀的液体金属内部，由少量能量较高的液态原子聚集形成结晶核心的过程。形核所需过冷度很大。非均质形核非均质形核 晶核依附于容器表面或外来杂质上生成的形核过程。形核所需的过冷度小。晶核长大规律晶核长大规律2两种长大方式 平面生长平面生长 与 树枝状生长树枝状生长平面生长：晶体界面始终保持规则的外形树枝状生长树枝状晶体生长示意图树枝状晶体生长示意图 四、晶粒大小及控制四、晶粒大小及控制v金属晶粒尺

13、寸的大小对金属的力学性能金属晶粒尺寸的大小对金属的力学性能影响很大。在室温下，细晶粒的金属具影响很大。在室温下，细晶粒的金属具有较高的强度和韧性（细晶强化）。有较高的强度和韧性（细晶强化）。细化晶粒的方法：控制形核率与晶粒长细化晶粒的方法：控制形核率与晶粒长大速度之间的关系大速度之间的关系 （1 1）增大液体金属的过冷度增大液体金属的过冷度 （2 2）变质处理）变质处理 （3 3）附加振动）附加振动冷却速度对金属晶粒度的影响冷速大冷速小铸造生产中的具体措施：降低浇注温度、使用金属铸型或水冷铸造生产中的具体措施：降低浇注温度、使用金属铸型或水冷提高冷却速度可有效地提高过冷度，增加形核率提高冷却速

14、度可有效地提高过冷度，增加形核率（2 2）变质处理）变质处理 在液体金属中加入变质剂在液体金属中加入变质剂(孕育剂孕育剂)，以细，以细化晶粒和改善组织的工艺措施。化晶粒和改善组织的工艺措施。变质剂的作用：作为非均质形变质剂的作用：作为非均质形核的核心，或阻碍晶粒长大。核的核心，或阻碍晶粒长大。变质处理（孕育处理）：加入人工晶核晶粒细化（3 3）振动结晶）振动结晶机械振动、超声振动，或电机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。磁搅拌等。振动的作用振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数：使树枝晶破碎，晶核数 增加，晶粒细化。增加，晶粒细化。v五五 铸锭的结晶结铸锭的结晶结构构表面细晶粒层表面细晶粒层中间柱状晶

15、粒层中间柱状晶粒层中心等轴晶粒层中心等轴晶粒层v名词解释：过冷度，自发形核，非自发形名词解释：过冷度，自发形核，非自发形核核 变质处理变质处理v2、冷却速度越大，则过冷度（）。v3、细化晶粒的方法有那些？v纯金属虽然具有好的导电性、导热性，在工业中获得了一定的应用，但力学性能较低，价格较高，且种类有限；合金具有很多优于纯金属的特性：较高的强度、硬度、耐磨性，优异的物理和化学性能。种类繁多，并且容易冶炼，价格便宜。v工业生产上应用的金属材料大都是合金，尤其是铁碳合金。第五节第五节 合金的晶体结构与结晶合金的晶体结构与结晶一、合金的基本概念一、合金的基本概念 1 1、合金：、合金：合金是指由两种或

16、两种以上的金属元素或金属与合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素经过熔炼、烧结或其他方法行成的具有金属特性非金属元素经过熔炼、烧结或其他方法行成的具有金属特性的物质。的物质。2 2、组元：、组元：组成合金的最基本而独立的物质称为组元，简称组成合金的最基本而独立的物质称为组元，简称元。元。元素或化合物；元素或化合物；3 3、合金系：、合金系：给定组元按不同比例可以配制一系列不同成分给定组元按不同比例可以配制一系列不同成分的合金，构成一个合金系。的合金，构成一个合金系。4 4、相：、相：相是指在合金中具有相同的化学成分、结晶结构的相是指在合金中具有相同的化学成分、结晶结构的均匀部分。

17、均匀部分。5 5、组织：、组织：泛指用金相观察方法看到的金属或合金中不同形泛指用金相观察方法看到的金属或合金中不同形状、大小、数量和分布的一种或多种状、大小、数量和分布的一种或多种“相相”构成的综合体。构成的综合体。合金的性能决定于组织，而组织又取决于合金中各个相的成合金的性能决定于组织，而组织又取决于合金中各个相的成分、类型和性质。分、类型和性质。v固态合金中的相，按其组元原子的存在方式可分为固溶体和金属间化合物两大基本类型 v一）固溶体v1 定义：一种由基体金属在固态下溶有其它元素的原子而组成的相，叫固溶体，固溶体仍保持溶剂金属的晶格类型。溶剂、溶质v2 分类：根据固溶体中合金组元的溶解度

18、不同，可分为有限固溶体和无限固溶体 根据固溶体晶格中溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，分为置换固溶体和间隙固溶体。二、固态合金的相结构THANK YOUSUCCESS2022-7-24可编辑（1）置换式固溶体置换式固溶体示意图溶质原子代替部分溶剂原子占据晶格中的节点位置而形成的固溶体形成置换固溶体的条件：两组元化学性质相近；原子半径差别较小ab（2）间隙式固溶体 碳溶于-Fe的间隙式固溶体溶质原子插入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体。形成条件：r溶质/r溶剂0.59；间隙式固溶体都是有限固溶体 固溶体晶格畸变示意图形成固溶体时由于晶格畸变（晶格歪扭）使合金强度和硬度升高的现象-固溶强化固溶强化是

19、提高金属强度的重要途径之一二）金属间化合物 图1-28 金属间化合物晶格示意图a)VC的间隙相结构 b)Fe3C的斜方晶格结构 金属间化合物是合金组元之间相互发生作用而形成具有金属金属间化合物是合金组元之间相互发生作用而形成具有金属特性的一种新相。晶体结构复杂，熔点、硬度高，脆性大。特性的一种新相。晶体结构复杂，熔点、硬度高，脆性大。沉淀强化（弥散强化）：细小的金属间化合物从过饱和的固溶体中析出而沉淀在固溶体基体上所产生的强化三三 合金的结晶特点合金的结晶特点v与纯金属相似：也是在过冷条件下，经过形核与晶核长大两个过程。v不同：（1）合金的结晶过程是在一定的温度范围内进行；（2）结晶的固态金属

20、与液态金属成分不同，且两者的成分都随温度而改变，最后通过原子扩散而达到均匀化。（3）合金结晶后是双相或多相组织课堂练习v1、合金是指由两种或两种以上的（合金是指由两种或两种以上的（）或（或（）经过熔炼、烧结或其他方法行）经过熔炼、烧结或其他方法行成的具有金属特性的物质。成的具有金属特性的物质。v2、根据构成合金各组元之间相互作用的不同，根据构成合金各组元之间相互作用的不同，固态合金的相结构可分为（固态合金的相结构可分为（）和（）和（）两大类。两大类。v3、名词解释：相；组织名词解释：相；组织第六节 铁碳合金相图v教学目的与要求教学目的与要求v掌握Fe-C合金的基本相、组织以及它们的性能特点。v

21、掌握Fe-Fe3C相图特征点、线的含义及区域组织分析。v熟悉典型铁碳合金结晶过程及Fe-Fe3C相图的应用 复习提问 5 金属间化物：1 组元组成合金最基本而独立的物质。2 相：合金中具有相同的化学成分和结晶结构的均匀部分。3 组织：金属或合金中不同形状、大小、数量、和分布的“相”的综合体。4 固溶体由基本金属在固态下溶有其它元素原子而组成的相。固溶体仍保持溶剂金属的晶格类型金属间化合物是合金组元之间相互发生作用而形成具有金属特性的一种新相。什么是铁碳相图v相图：表示合金系统中，合金的状态、温度、成分之间关系的图解。v 铁碳合金相图是研究钢铁材料的成分、相和组织的变化规律以及与性能之间关系的重

22、要工具。铁碳合金相图如图所示。AF完整的完整的Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图(相相)简化的Fe-Fe3C相图（组织）一、铁碳全合金的基本相及其性能一、铁碳全合金的基本相及其性能 1 1、液相。铁碳合金在熔化温度以上形成的均匀液体称为、液相。铁碳合金在熔化温度以上形成的均匀液体称为液相，用符号液相，用符号L L表示。表示。2 2、铁素体。、铁素体。碳在碳在-Fe-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体中形成的间隙固溶体称为铁素体（简称（简称固溶体），用符号固溶体），用符号F F或或表示。晶体结构呈体心表示。晶体结构呈体心立方晶格。碳在立方晶格。碳在-Fe-Fe中的溶解度很低，随着温度的升高中

23、的溶解度很低，随着温度的升高略有增加（在略有增加（在600 600 时溶解度仅有时溶解度仅有0.008%0.008%，在，在727727时最大时最大溶解度为溶解度为0.0218%0.0218%。铁素体的机械性能与纯铁相近，其。铁素体的机械性能与纯铁相近，其强度、硬度较低，但具有良好的塑性、韧性。强度、硬度较低，但具有良好的塑性、韧性。铁素体的显微组织铁素体的显微组织奥氏体的显微组织奥氏体的显微组织铁素体（F）晶格奥氏体（A）晶格3 3、奥氏体。、奥氏体。碳溶于碳溶于-Fe-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体中形成的间隙固溶体称为奥氏体（简称（简称固溶体），用符号固溶体），用符号A A或或表示，面

24、心立方晶格。碳表示，面心立方晶格。碳在在727 727 时能溶时能溶0.77%0.77%，在，在1148 1148 时的最大溶解度达时的最大溶解度达2.11%2.11%，A A存在于存在于727 727 以上的高温区间，具有一定的强度和硬度，以上的高温区间，具有一定的强度和硬度，以及很好的塑性，是绝大多数钢在高温进行锻造或轧制时所以及很好的塑性，是绝大多数钢在高温进行锻造或轧制时所要求的组织。要求的组织。4 4、渗碳体。、渗碳体。渗碳体是一种具有复杂晶体结构的金属间化渗碳体是一种具有复杂晶体结构的金属间化合物，它的分子式为合物，它的分子式为FeFe3 3C C，渗碳体既是组元，又是基本相。，渗

25、碳体既是组元，又是基本相。硬度很高近硬度很高近800HBW800HBW，脆性很大，塑性几乎为零。，脆性很大，塑性几乎为零。两相的机械混合物（组织）两相的机械混合物（组织）5 5、珠光体。、珠光体。用符号用符号P P表示，表示，它是铁素体与渗碳体薄层片它是铁素体与渗碳体薄层片相间的机械混合物。相间的机械混合物。6 6、莱氏体。、莱氏体。用符号用符号LdLd表示，表示，奥氏体和渗碳体所组成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体。共晶体。渗碳体的晶体结构二二 、Fe-FeFe-Fe3 3C C相图分析（组织）相图分析（组织）图1-30 Fe-Fe3C相图1 1、Fe-FeFe-Fe3 3C C相图主要相区相

26、图主要相区（1 1）单相区单相区：简化的：简化的Fe-FeFe-Fe3 3C C相图中有相图中有L L、FeFe3 3C C、A A和和F F 四个单相区。四个单相区。（2 2）两相区两相区 ：简化的：简化的Fe-FeFe-Fe3 3C C相图中有五个两相区，即相图中有五个两相区，即 L+AL+A、L+FeL+Fe3 3C C、A+FeA+Fe3 3C C、A+FA+F和和F+FeF+Fe3 3C C两相区。两相区。每个两相区都与相应两个单相区相邻。每个两相区都与相应两个单相区相邻。（3 3）两条三相共存线两条三相共存线：共晶线：共晶线ECFECF：L L、A A和和FeFe3 3C C三相三

27、相 共存；共析线共存；共析线PSKPSK：A A、F F和和FeFe3 3C C三相共存。三相共存。ECF ECF线线发生共晶转变，温度为发生共晶转变，温度为11481148，转变，转变产产 物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体，用称为莱氏体，用 符号符号,“L“Ld d”表示。表示。L L4.34.3=A A2.112.11+Fe+Fe3 3C C（LdLd）PSK PSK线线发生共析转变，温度为发生共析转变，温度为727727，转变产，转变产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体，物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体，以符号以符号“P”P”表

28、示。表示。A A0.770.77=F=F0.02180.0218+FeFe3 3C C(P)(P)2 2二条重要水平线二条重要水平线3 3三条重要固态转变线三条重要固态转变线:GSGS线（线（A A3 3 ）：冷却时不同成分的）：冷却时不同成分的A A开始析出开始析出铁素体铁素体F F的温度线，也是加热时的温度线，也是加热时F F转变为转变为A A的温度的温度线。同素异构转变线。线。同素异构转变线。ESES线（线（A Acmcm）：碳在）：碳在A A中的溶解度线。中的溶解度线。PQPQ线：碳在线：碳在F F中的溶解度线。中的溶解度线。4 4主要特性点主要特性点点的符号温度含碳量%说明A1538

29、0.00纯铁的熔点B14950.53包晶反应时液态合金的浓度C11484.30共晶点，LcA+Fe3CD12276.69渗碳体熔点E11482.11碳在-Fe 中的最大溶解度F11486.69渗碳体G9120.00-Fe-Fe 同素异构转变点H14950.09碳在-Fe 中的最大溶解度K7276.69渗碳体P7270.0218碳在-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点三三 、典型合金的结晶过程及组织典型合金的结晶过程及组织 根据铁碳合金的含碳量及组织的不同，可将铁碳合金分为：根据铁碳合金的含碳量及组织的不同，可将铁碳合金分为：1 1）工业纯铁）工业纯铁 wcwc0.0218%0.0218%

30、。2 2）钢）钢 0.0218%0.0218%wcwc2.11%2.11%，又可分为：，又可分为：亚共析钢亚共析钢 0.0218%0.0218%wcwc0.77%0.77%；共析钢共析钢 wc=0.77%wc=0.77%；过共析钢过共析钢 0.77%0.77%wcwc2.11%2.11%。3 3）白口铸铁）白口铸铁 2.11%2.11%wcwc6.69%6.69%，又可分为以下三种：，又可分为以下三种：亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 2.11%2.11%wcwc4.3%4.3%共晶白口铸铁共晶白口铸铁 wc=4.3%wc=4.3%过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 4.3%4.3%wcwc6.69%6

31、.69%6 6个典型成分的个典型成分的Fe-CFe-C合金合金图图1-31 1-31 典型铁碳合金结晶过程分析典型铁碳合金结晶过程分析1 1、共析钢的结晶过程分析、共析钢的结晶过程分析共析钢结晶过程示意图共析钢结晶过程示意图共析钢的显微组织（共析钢的显微组织（P P）1以上 12 23 3以下2 2、亚共析钢的结晶过程分析、亚共析钢的结晶过程分析 图图1-34 1-34 亚共析钢结晶过程亚共析钢结晶过程 示意图示意图图图1-35 1-35 亚共析钢亚共析钢的显微组织的显微组织1以上 12 23 34 4以下3 3、过共析钢的结晶过程分析、过共析钢的结晶过程分析 图图1-36 1-36 过共析钢

32、结晶过程示意图过共析钢结晶过程示意图图图1-37 1-37 过共过共析钢的显微析钢的显微组织组织1以上 12 23 34 4以下4 4、共晶白口铸铁的结晶过程分析、共晶白口铸铁的结晶过程分析 图图1-38 1-38 共晶白口铸铁结晶过程示意共晶白口铸铁结晶过程示意图图图图1-391-39共晶白共晶白口铸铁的显微口铸铁的显微组织组织1以上 1 12 2以下5 5、亚共晶白口铸铁的结晶过程分析、亚共晶白口铸铁的结晶过程分析 图1-41亚共晶白口铸铁的显微组织图1-40 亚共晶白口铸铁结晶过程示意图1以上 12 2 23 3以下6 6、过共晶白口铸铁的结晶过程分析、过共晶白口铸铁的结晶过程分析图图1

33、-43 1-43 过共晶白口铸铁结晶过程示意图过共晶白口铸铁结晶过程示意图图图1-411-41过共过共晶 白 口 铸 铁晶 白 口 铸 铁的显微组织的显微组织1以上 12 2 3以下四四 铁碳合金的成分、组织、性能之间的关系铁碳合金的成分、组织、性能之间的关系1、碳含量对铁碳合金平衡组织的影响碳含量对铁碳合金平衡组织的影响 分类名称Wc(%)平衡组织组织形态特点亚共析钢0.02180.77F+PF块状P层片状共析钢0.77PP层片状过共析钢0.772.11P+Fe3CFe3C网状分布于晶界亚共晶白口铁2.114.3P+Fe3C+LdFe3C与Ld中的渗碳体连在一起共晶白口铁4.3Ld Ld中的

34、渗碳体为基体过共晶白口铁4.36.69Ld+Fe3CFe3C呈板状图1-45含碳量对钢力学性能的影响2、含碳量对力学性能的影响含碳量对力学性能的影响3 3、Fe-FeFe-Fe3 3C C相图在工业中的应用相图在工业中的应用（1 1）在选材方面的应用）在选材方面的应用 Fe-Fe3C相图反映了铁碳合金组织和性能随成分的变化规律。这样，就可以根据零件的工作条件和性能要求来合理的选择材料。例如，桥梁、船舶、车辆及各种建筑材料，需要塑性、韧性好的材料，可选用低碳钢（wc=0.1%0.25%）；对工作中承受冲击载荷和要求较高强度的各种机械零件，希望强度和韧性都比较好，可选用中碳钢（wc=0.25%0.

35、6%）；制造各种切削工具、模具及量具时，需要高的硬度、耐磨性，可选用高碳钢（wc=0.77%1.44%）对于形状复杂的箱体、机器底座等，可选用熔点低、流动性好的铸铁材料。（2）在焊接生产上的应用焊接时，由于局部区域（焊缝）被快速加热，所以从焊缝到母材各区域的温度是不同的，由Fe-Fe3C相图可知，温度不同，冷却后的组织性能就不同，为了获得均匀一致的组织和性能，就需要在焊接后采用热处理方法加以改善。（3）在热处理方面的应用从Fe-Fe3C相图可知，铁碳合金在固态加热或冷却过程中均有相的变化，所以钢和铸铁可以进行有相变的退火、正火、淬火和回火等热处理。此外，奥氏体有溶解碳和其它合金元素的能力，而且

36、溶解度随温度的提高而增加，这就是钢可以进行渗碳和其它化学热处理的缘故。思考题v1、铁素体。碳在（）中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号（）表示。v2、奥氏体。碳在（）中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号（）表示。v3、珠光体是由（）和（）组成的双相组织。v4、S点、C点的意义；ECF线、PSK(A1)线；GS线（A3）、ES线（Acm）的意义？v5、铁碳合金的基本相有哪些?课前提问v1 什么是金属的强度？主要的强度指标有哪些？v2 什么是金属的塑性？塑性指标有哪些？第七节 金属受力时结构和性能的变化v金属受力时都要产生变形金属受力时都要产生变形，变形分类变形分类：1 1 弹性变形弹性变形:卸载

37、后可全部恢复的变形卸载后可全部恢复的变形 2 2 塑性变形塑性变形:卸载后残留的变形卸载后残留的变形v塑性塑性是指金属能够产生塑性变形而不破坏的能力；是指金属能够产生塑性变形而不破坏的能力；是金属材料的重要特性，有很高的是金属材料的重要特性，有很高的实用价值。实用价值。1 1 使金属材料获得所需的形状和尺寸；使金属材料获得所需的形状和尺寸；2 2 可以提高金属的强度；可以提高金属的强度；3 3 在金属制件设计中，通常限制在弹性范围在金属制件设计中，通常限制在弹性范围内工作，塑性就是材料抵抗外力的能量储备，是产内工作，塑性就是材料抵抗外力的能量储备，是产品的安全运行的重要保证。品的安全运行的重要

38、保证。一、金属的塑性变形一、金属的塑性变形 经受塑性变形的金属，在组织、结构与性能上都经受塑性变形的金属，在组织、结构与性能上都会发生复杂的变化。会发生复杂的变化。1 1 性能变化性能变化：力学性能变化：金属材料在冷力学性能变化：金属材料在冷变形过程中产生的强度、硬度逐变形过程中产生的强度、硬度逐渐升高，塑性和韧性逐渐降低的渐升高，塑性和韧性逐渐降低的现象，称为现象，称为加工硬化或冷作硬化。加工硬化或冷作硬化。它是提高某些金属材料强度的重它是提高某些金属材料强度的重要手段。（实例）要手段。（实例）物理、化学性能变化：加工硬物理、化学性能变化：加工硬化使金属的电阻升高，导电性、化使金属的电阻升高

39、，导电性、导热性、导磁性及耐蚀性均降低。导热性、导磁性及耐蚀性均降低。冷塑性变形对金属力学性能的影响冷塑性变形对金属力学性能的影响变形程度（变形程度（%）2 2 组织变化组织变化 金属的加工硬化现象，是金属在塑性变形中其内部的组织金属的加工硬化现象，是金属在塑性变形中其内部的组织发生了变化所致。发生了变化所致。金属常以金属常以滑移滑移方式发生塑性变形方式发生塑性变形v滑移滑移是指晶体的一部分沿一定的是指晶体的一部分沿一定的 晶面和晶向相对于另一部分发生晶面和晶向相对于另一部分发生 相对移动的现象。相对移动的现象。v滑移的结果滑移的结果使位错密度增大，晶使位错密度增大，晶 格歪扭，晶粒破碎，增加

40、了对滑格歪扭，晶粒破碎，增加了对滑 移的阻力，加大塑性变形抗力，移的阻力，加大塑性变形抗力，使金属的塑性下降，强度、硬度使金属的塑性下降，强度、硬度 上升。上升。滑移示意图滑移示意图二二 冷变形金属加热时组织与性能的变化冷变形金属加热时组织与性能的变化v金属经冷变形后金属经冷变形后,组织处于不稳定状态组织处于不稳定状态,有自发恢有自发恢复到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力复到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小小,不稳定状态可长时间维持。不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能加热可使原子扩散能力增加，变形金属将依次发生回复、再结晶和晶粒力增加，变形金属将依次发生回复、再结晶和

41、晶粒长大。长大。1 1、回复回复v冷变形金属在加热温度较低时，由于金属原冷变形金属在加热温度较低时，由于金属原子活动能力较小，金属组织变化不明显，其子活动能力较小，金属组织变化不明显，其强度、硬度略有下降，塑性、韧性略有提高，强度、硬度略有下降，塑性、韧性略有提高，残余应力下降，此变化过程称残余应力下降，此变化过程称回复回复。v工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化的强化效加热，既稳定组织又保留加工硬化的强化效果，且使残余应力基本消除，这种热处理方果，且使残余应力基本消除，这种热处理方法称去应力退火。例如弹簧。法称去应力退火。

42、例如弹簧。2 2、再结晶再结晶v当变形金属被加热到较高温当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为化，由破碎拉长的晶粒变为完整的等轴晶粒。这种冷变完整的等轴晶粒。这种冷变形金属的组织在加热时重新形金属的组织在加热时重新彻底改组的过程称彻底改组的过程称再结晶再结晶。（非相变过程）（非相变过程）v再结晶后，金属的强度、硬再结晶后，金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失加工硬化消失（再结晶软（再结晶软化化)。金属恢复到冷变形之金属恢复到冷变形之前的状态。前的状态。

43、v再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶的在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶的最低温度称最低温度称再结晶温度。再结晶温度。T T再再（0.350.40）T T熔熔v影响再结晶温度的因素为：影响再结晶温度的因素为：1 1、金属的预先变形程度：金属预先变形程度越大、金属的预先变形程度：金属预先变形程度越大,再结晶温度越低。再结晶温度越低。2 2、化学成分：合金元素和杂质的存在可提高再结晶、化学成分：合金元素和杂质的存在可提高再结晶温度。温度。v生产中，将冷变形金属加热到再结晶温度以上（高生产中，将冷

44、变形金属加热到再结晶温度以上（高于于100-200100-200），消除加工硬化，提高塑性的热处），消除加工硬化，提高塑性的热处理称为理称为再结晶退火。再结晶退火。3 3、再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大v再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长保温时间，将发生晶粒长大，这是一个自发保温时间，将发生晶粒长大，这是一个自发的过程。的过程。v晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并小晶粒的过程。晶粒粗大会使金属的粒吞并小晶粒的过程。晶粒粗大会使金属的强度，尤其是塑性和韧性降低强度，尤其是塑性和韧性降低 。三三 金属的

45、热加工与冷加工金属的热加工与冷加工 一、冷加工与热加工的区别一、冷加工与热加工的区别v在金属学中，冷热加工的界限是以在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温度再结晶温度来来划分的。低于再结晶温度的加工称为冷加工，而划分的。低于再结晶温度的加工称为冷加工，而高于再结晶温度的加工称为热加工。高于再结晶温度的加工称为热加工。v如如 Fe Fe 的再结晶温度为的再结晶温度为451451，其在，其在400400以下的以下的加工仍为冷加工。而加工仍为冷加工。而 Sn Sn 的再结晶温度为的再结晶温度为-71-71，则其在室温下的加工为热加工。则其在室温下的加工为热加工。v热加工时产生的加工硬化与再结晶产生的

46、软化同热加工时产生的加工硬化与再结晶产生的软化同时进行。提高加热温度可使再结晶产生的软化占时进行。提高加热温度可使再结晶产生的软化占优势。但要合理地控制加热温度和终锻温度。优势。但要合理地控制加热温度和终锻温度。二、热加工对金属组织和性能的影响二、热加工对金属组织和性能的影响 v热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大的树枝晶或柱状晶破碎，从而的树枝晶或柱状晶破碎，从而使组织致密、成分均使组织致密、成分均匀、晶粒细化，力学性能提高。匀、晶粒细化，力学性能提高。思考题思考题v1 1 金属常以金属常以()()方式发生塑性变形方式发生塑性变形v2 2 金金属材料在冷变形过程中产生的强度、硬度逐渐属材料在冷变形过程中产生的强度、硬度逐渐（），塑性和韧性逐渐（），塑性和韧性逐渐（）的现象，称）的现象，称为加工硬化或冷作硬化。为加工硬化或冷作硬化。v3 3 判断判断：再结晶后，金属的强度、硬度下降，塑再结晶后，金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。（性、韧性提高，加工硬化消失。（）v4 4 在金属学中，冷热加工的界限是以（在金属学中，冷热加工的界限是以（）来划分的。来划分的。THANK YOUSUCCESS2022-7-24可编辑