機(jī)械制造基礎(chǔ) -Ⅰ工程材料全冊(cè)配套最完整精品課件3

1、機(jī)械制造基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ) -工程材料工程材料全冊(cè)配套最完整精品課件全冊(cè)配套最完整精品課件3工程材料工程材料機(jī)械制造基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ) -第一章第一章 金屬材料的性能金屬材料的性能Performance of Metal Material金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的其他性能金屬材料的其他性能 第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一一.定義定義 : 力學(xué)性能是指材料在力的作用力學(xué)性能是指材料在力的作用下抵抗變形和開(kāi)裂的性能。下抵抗變形和開(kāi)裂的性能。二二.指標(biāo)指標(biāo) : 彈性彈性 、 塑性塑性 、 韌性韌性 、 強(qiáng)度、強(qiáng)度、 硬度和疲勞強(qiáng)度等。硬度和疲勞強(qiáng)度等。三三.拉伸

2、試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)拉伸試樣拉伸試樣拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象四四.拉伸圖拉伸圖bse1.彈性彈性( elasticity ):金屬材料受外力作金屬材料受外力作 用時(shí)產(chǎn)生變形用時(shí)產(chǎn)生變形,當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)當(dāng)外力去掉后能恢復(fù) 到原來(lái)形狀及尺寸的性能。到原來(lái)形狀及尺寸的性能。2.彈性變形彈性變形( elastic deformation ): 隨載荷撤除而消失的變形。隨載荷撤除而消失的變形。 3.彈性極限彈性極限( elastic limit ): Fe 彈性極限載荷彈性極限載荷( N ) e = ( M pa ) S0 試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積( mm2)4.強(qiáng)度

3、強(qiáng)度(strength): 材料在載荷作用下抵抗材料在載荷作用下抵抗 變形和破壞的能力。變形和破壞的能力。(1)種類(lèi)種類(lèi): 抗拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、 抗壓強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、 抗彎強(qiáng)抗彎強(qiáng) 度度 、 抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度 、 抗扭強(qiáng)度等?？古?qiáng)度等。 (2)屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度( yield strength): 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) S Fs s = ( M pa ) S0試樣屈服時(shí)的載荷試樣屈服時(shí)的載荷( N )試樣試樣原始橫截面積原始橫截面積( mm2) (3)條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度( 塑性變形量為塑性變形量為0.2%)(4)抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度( tensile strength ): 試樣在斷裂前所能承受的最

4、大應(yīng)力。試樣在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力。 F0.2 0.2 = ( M pa ) S 0 試樣原始橫截面試樣原始橫截面( mm2)試樣產(chǎn)生試樣產(chǎn)生0.2%殘余塑性變殘余塑性變 形時(shí)的載荷形時(shí)的載荷(N) F b 試樣斷裂前的最大載荷試樣斷裂前的最大載荷(N) b = ( M pa ) S 0 試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積( mm2)四四.塑性塑性(plasticity):是指材料在載荷作用下是指材料在載荷作用下 產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。(1)斷面收縮率斷面收縮率(percentage reduction in area): 是指試樣拉斷處橫截面積是指試樣

5、拉斷處橫截面積S k 的收縮量與原始橫截面積的收縮量與原始橫截面積S0之比。之比。 S0 - S k = 100% S0 (2)伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率(延伸率延伸率) specific elongation: 是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量L k與與原始標(biāo)距原始標(biāo)距L 0之比。之比。 L k L 0 = 100% L 0 10% 屬塑性材料屬塑性材料五五.硬度硬度( hardness ):是指材料抵抗其他是指材料抵抗其他 硬物體壓入其表面的能力。硬物體壓入其表面的能力。 布氏硬度布氏硬度HB 洛氏硬度洛氏硬度HR 維氏硬度維氏硬度HV 肖氏硬度肖氏硬度HS銼刀法銼刀法常用測(cè)量硬度的

6、方法常用測(cè)量硬度的方法(1)布氏硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) (1)布氏硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )適用范圍適用范圍:v 450HBS;v 650HBW;(1)布氏硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) 符號(hào)符號(hào)HBS或或HBW之前的數(shù)字表示硬度之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。如如: :120HBS10/1000/30表示表示直徑為直徑為10mm的的鋼球鋼球在在1000kgf（9.

7、807kN）載荷載荷作用下作用下保保持持30s測(cè)得的測(cè)得的布氏硬度值為布氏硬度值為120。(2)洛氏硬度洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)10HRCHBS(3)維氏硬度維氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness )適用范圍適用范圍: 測(cè)量薄板類(lèi)測(cè)量薄板類(lèi) ; HVHBS ;工工 件件(4)肖氏硬度肖氏硬度 HS (drop hardness )254mm2.5gh(5) 銼刀法銼刀法: 一組硬度差為一組硬度差為5HRC的銼刀。例如的銼刀。例如:10HRC、15HRC、20HR

8、C等。等。六六.沖擊韌性沖擊韌性( notch toughness ): 材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。的能力。沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊試樣和沖擊試驗(yàn)示意圖沖擊試樣和沖擊試驗(yàn)示意圖試樣沖斷時(shí)所消耗的試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功沖擊功A k為為: A k = m g H m g h (J) 沖擊韌性值沖擊韌性值a k 就是試樣缺口處單位就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。截面積上所消耗的沖擊功。 AK a k = (J/cm) S0七七.疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度( fatigue strength ): 表示材料經(jīng)無(wú)數(shù)次交變載荷作表示材料經(jīng)無(wú)數(shù)次交變載荷作 用而不致引

9、起斷裂的最大應(yīng)力值。用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力值。鋼材的循環(huán)次數(shù)鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取一般取 N = 107有色金屬的循環(huán)次數(shù)有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取一般取 N = 108鋼材的鋼材的疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度與與抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系之間的關(guān)系: -1 = (0.45 (0.450.55)0.55) b1943年美國(guó)年美國(guó)T-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂八八.比強(qiáng)度比強(qiáng)度 ( specific strength ): 材料的強(qiáng)度值與密度值之比。材料的強(qiáng)度值與密度值之比。名稱(chēng)名稱(chēng)密度密度(g / cm3)強(qiáng)度強(qiáng)度( Mpa )比強(qiáng)度比強(qiáng)度純鋁純鋁2.7801003037純鐵純鐵7.87180280233

10、6純鈦純鈦4.540550090111 第二節(jié)第二節(jié) 金屬材料的其他性能金屬材料的其他性能物理性能物理性能化學(xué)性能化學(xué)性能工藝性能工藝性能本章的作業(yè)本章的作業(yè) P 8 1. 3.歡迎進(jìn)入第二章學(xué)習(xí)內(nèi)容歡迎進(jìn)入第二章學(xué)習(xí)內(nèi)容工程材料工程材料機(jī)械制造基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ) -機(jī)電工程學(xué)院 金工學(xué)部 王志海 第二章第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu) Crystal Structure of Metalv晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)v實(shí)際金屬的體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷實(shí)際金屬的體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷第一節(jié)第一節(jié) 晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)一一.晶體與非晶體的基本概念晶體與非晶體的基本概念1.晶體晶體

11、( crystal ) 的基本概念的基本概念: 物體內(nèi)部的原子物體內(nèi)部的原子 ( 或分子或分子 ) 在三維在三維 空間中空間中 , 按一定規(guī)律作周期性排列按一定規(guī)律作周期性排列的固的固 體。體。 晶體物質(zhì)所具有的性質(zhì)晶體物質(zhì)所具有的性質(zhì): 固定的熔固定的熔 點(diǎn)點(diǎn); 各向異性各向異性等。等。 例如例如 , 所有的金屬、所有的金屬、 食鹽等。食鹽等。2.非晶體非晶體 ( non- crystal )的基本概念的基本概念: 物體內(nèi)部的原子呈散亂分布物體內(nèi)部的原子呈散亂分布, ,其其物理和力學(xué)性能物理和力學(xué)性能各向同性各向同性。例如。例如, ,普普通玻璃、松香等。通玻璃、松香等。金屬的結(jié)構(gòu)金屬的結(jié)構(gòu)晶

12、晶 態(tài)態(tài)非晶態(tài)非晶態(tài)SiO2的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)非晶態(tài)非晶態(tài)晶態(tài)晶態(tài)二二.晶體學(xué)晶體學(xué)(crystallography)的基本知識(shí)的基本知識(shí)1.晶格晶格(crystal lattice): 用以描述晶體中用以描述晶體中 原子排列規(guī)律的原子排列規(guī)律的空間點(diǎn)陣格架空間點(diǎn)陣格架。2.晶胞晶胞 ( unit cell ):能完全反映晶格特能完全反映晶格特 征的征的最小幾何單元。最小幾何單元。3.晶格常數(shù)晶格常數(shù) ( lattice constant ) :cXZYOba4.晶系與布拉菲點(diǎn)陣晶系與布拉菲點(diǎn)陣 1855年年,法國(guó)學(xué)者布拉維法國(guó)學(xué)者布拉維(Bravais)用數(shù)學(xué)方法證明了空間點(diǎn)陣共有且只用數(shù)學(xué)方法證

13、明了空間點(diǎn)陣共有且只 能有能有十四種十四種,并歸納為并歸納為七個(gè)晶系七個(gè)晶系:4.晶系與布拉菲點(diǎn)陣晶系與布拉菲點(diǎn)陣 1855年年,法國(guó)學(xué)者布拉維法國(guó)學(xué)者布拉維(Bravais)用數(shù)學(xué)方法證明了空間點(diǎn)陣共有且只用數(shù)學(xué)方法證明了空間點(diǎn)陣共有且只 能有能有十四種十四種,并歸納為并歸納為七個(gè)晶系七個(gè)晶系: 1). 三斜晶系三斜晶系 a = b = c , = = = 90; 2). 單斜晶系單斜晶系 a = b = c , = = 90 = ; 3). 正交晶系正交晶系 a = b = c , = = = 90 ; 4). 六方晶系六方晶系 a = b = c , = 90,=120; 5). 菱方晶

14、系菱方晶系 a = b = c , = = = 90; 6). 正方晶系正方晶系 a = b = c , = = = 90; 7). 立方晶系立方晶系 a = b = c , = = = 90;布拉菲空間點(diǎn)陣晶胞布拉菲空間點(diǎn)陣晶胞5.晶面晶面(crystal face): 在晶格中由在晶格中由一系一系 列原子所構(gòu)成的平面列原子所構(gòu)成的平面稱(chēng)為晶面。稱(chēng)為晶面。6.晶面指數(shù)晶面指數(shù)(indices of crystallographic plane):用密勒用密勒(Miller)指數(shù)對(duì)晶格中指數(shù)對(duì)晶格中 某一晶面進(jìn)行標(biāo)定。某一晶面進(jìn)行標(biāo)定。使用方法使用方法: 設(shè)置坐標(biāo)設(shè)置坐標(biāo);求截距求截距;取倒數(shù)

15、。取倒數(shù)。7.晶向晶向(crystal direction): 在晶格中在晶格中,任任 意意兩原子之間的連線所指的方向。兩原子之間的連線所指的方向。8.晶向指數(shù)晶向指數(shù): 用密勒用密勒(Miller)指數(shù)對(duì)晶格指數(shù)對(duì)晶格 中某一原子排列在空間的位向進(jìn)行標(biāo)中某一原子排列在空間的位向進(jìn)行標(biāo) 定。定。使用方法使用方法:設(shè)置坐標(biāo)設(shè)置坐標(biāo);求截距求截距;取最小整數(shù)。取最小整數(shù)。三三. .常見(jiàn)的三種晶體結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的三種晶體結(jié)構(gòu) 1.體心立方晶格體心立方晶格 ( body-center cubic lattice )*晶胞中的原子數(shù)晶胞中的原子數(shù): n= 8 181= 2個(gè)個(gè)*晶胞的特征參數(shù)晶胞的特征參數(shù):a

16、 = b = c , = = = 90 ;*原子的體積原子的體積: v = 4R33*致密度致密度:K= nV原子原子V晶體晶體= 0.68 = 68 %*配位數(shù)配位數(shù) ( N ) 是指晶格中與任一原子處于相是指晶格中與任一原子處于相 等距離并相距最近的原子數(shù)目。等距離并相距最近的原子數(shù)目。*原子的半徑原子的半徑: R = 3 a4N= 8 ( 原子間的最近距離原子間的最近距離d=3 a2 )屬于體心立方晶格的金屬有屬于體心立方晶格的金屬有:鈉鈉 ( Na ) ; 鉀鉀 ( K ) ; 鉻鉻 ( Cr ) ;鉬鉬 ( Mo ) ; 鎢鎢 ( W ) ; 釩釩 ( V ) ;鉭鉭 ( Ta )

17、; 鈮鈮 ( Nb ) ; -鐵鐵 ( -Fe ) 等等 。2.面心立方晶格面心立方晶格 ( face-center cubic lattice )*晶胞中的原子數(shù)晶胞中的原子數(shù): n=81/8+61/2= 4個(gè)個(gè)*晶胞的特征參數(shù)晶胞的特征參數(shù):a = b = c , = = = 90 ;*原子的體積原子的體積: v = 4R33*致密度致密度:K= nV原子原子V晶體晶體= 0.74 = 74 %*配位數(shù)配位數(shù) ( N ) 是指晶格中與任一原子處于相是指晶格中與任一原子處于相 等距離并相距最近的原子數(shù)目。等距離并相距最近的原子數(shù)目。*原子的半徑原子的半徑: R = 2 a4N=12 ( 原子

18、間的最近距離原子間的最近距離d=2 a2 )屬于面心立方晶格的金屬有屬于面心立方晶格的金屬有:金金 ( Au ) ; 銀銀 ( Ag ) ; 銅銅 ( Cu ) ;鋁鋁 ( Al ) ; 鎳鎳 ( Ni ) ; 鉑鉑 ( Pt ) ;鉛鉛 ( Pb ) ; -鐵鐵 ( -Fe ) 等。等。3.密排六方晶格密排六方晶格 ( c/a = 1.633 ) ( close-packed hexagonal lattice )*晶胞中的原子數(shù)晶胞中的原子數(shù): n=121/6+21/2+3 =6個(gè)個(gè)*晶胞的特征參數(shù)晶胞的特征參數(shù):*原子的體積原子的體積: v = 4R33*致密度致密度:K= nV原子原子

19、V晶體晶體= 0.74 = 74 %*配位數(shù)配位數(shù) ( N ) 是指晶格中與任一原子處于相是指晶格中與任一原子處于相 等距離并相距最近的原子數(shù)目。等距離并相距最近的原子數(shù)目。*原子的半徑原子的半徑: R = a / 2 N= 12 ( 原子間的最近距離原子間的最近距離d = a )a = b = c, = = 90, = 120;屬于密排六方晶格的金屬有屬于密排六方晶格的金屬有:鎂鎂 ( Mg ) ; 鋅鋅 ( Zn ) ; 鎘鎘 ( Cd ) ; 鈦鈦 ( Ti ) ; 鈹鈹 ( Be ) 等等 。四四. .純金屬的晶體結(jié)構(gòu)與特性純金屬的晶體結(jié)構(gòu)與特性1.金屬鍵金屬鍵-金屬原子間的結(jié)合鍵。金

20、屬原子間的結(jié)合鍵。2.金屬鍵的基本特點(diǎn)金屬鍵的基本特點(diǎn)是是電子公有化電子公有化。3.電子氣電子氣-當(dāng)金屬原子結(jié)合成晶體時(shí)當(dāng)金屬原子結(jié)合成晶體時(shí), ,價(jià)電價(jià)電子不再被束縛在各個(gè)原子上子不再被束縛在各個(gè)原子上, ,而是在整個(gè)而是在整個(gè)晶體內(nèi)運(yùn)動(dòng)晶體內(nèi)運(yùn)動(dòng), ,從而形成電子氣。從而形成電子氣。4.金屬晶體金屬晶體-失去價(jià)電子的金屬正離子與失去價(jià)電子的金屬正離子與組成電子氣的自由電子之間產(chǎn)生的靜電引組成電子氣的自由電子之間產(chǎn)生的靜電引力使金屬原子結(jié)合在一起力使金屬原子結(jié)合在一起, ,從而形成了金從而形成了金屬晶體。屬晶體。 第二節(jié)第二節(jié) 實(shí)際金屬的體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的體結(jié)構(gòu) 與晶體缺陷與晶體缺陷一一. .

21、單晶體與多晶體的基本概念單晶體與多晶體的基本概念 1.單晶體單晶體( single crystal )的特征的特征: : * * 晶體由一個(gè)晶格晶體由一個(gè)晶格排列方位完全一排列方位完全一 致致的晶粒組成。的晶粒組成。 * * 晶體具有晶體具有各向異性各向異性( aeolotropy )。 例如例如: :單晶硅、單晶鍺等。單晶硅、單晶鍺等。 單晶體結(jié)構(gòu)示意圖單晶體結(jié)構(gòu)示意圖 2.多晶體多晶體( polycrystal )的特征的特征 * *晶體是由許多顆晶格晶體是由許多顆晶格排列方位不排列方位不 相同相同的晶粒組成。的晶粒組成。 * *晶體具有晶體具有各向同性各向同性( isotropy )。

22、例如例如: : 常用的金屬等。常用的金屬等。 多晶體結(jié)構(gòu)示意圖多晶體結(jié)構(gòu)示意圖二二. 晶體缺陷晶體缺陷( crystal defect )點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷線缺陷線缺陷面缺陷面缺陷1.點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷( point defect )空位空位( vacancy )間隙原子間隙原子( gap atom )置換原子置換原子( substitutional atom ) 點(diǎn)缺陷示意圖點(diǎn)缺陷示意圖間隙原子間隙原子晶格空位晶格空位置換原子置換原子 2. 線缺陷線缺陷( line defect ) -位錯(cuò)位錯(cuò)( dislocation ) 螺旋型位錯(cuò)螺旋型位錯(cuò)( screw dislocation )刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)

23、( blade dislocation ) 螺旋型位錯(cuò)示意圖螺旋型位錯(cuò)示意圖 刃型位錯(cuò)示意圖刃型位錯(cuò)示意圖 刃型位錯(cuò)示意圖刃型位錯(cuò)示意圖正刃型位錯(cuò)正刃型位錯(cuò)負(fù)刃型位錯(cuò)負(fù)刃型位錯(cuò)3.面缺陷面缺陷( surface-defect )晶界晶界( grain boundary ) : : 晶粒與晶粒之間的界面。晶粒與晶粒之間的界面。亞晶界亞晶界( sub-boundary ) : : 相鄰晶粒位向很小相鄰晶粒位向很小( (一般一般1 12 2) )的小角度晶界。的小角度晶界。 晶界與亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖晶界與亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖大角度晶界大角度晶界-晶界晶界小角度晶界小角度晶界-亞晶界亞晶界 晶界與亞晶界結(jié)構(gòu)

24、示意圖晶界與亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖大角度晶界大角度晶界-晶界晶界小角度晶界小角度晶界-亞晶界亞晶界 晶界與亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖晶界與亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖大角度晶界大角度晶界-晶界晶界小角度晶界小角度晶界-亞晶界亞晶界 Cu-Ni 合金中的亞結(jié)構(gòu)合金中的亞結(jié)構(gòu)三三.晶體缺陷對(duì)金屬性能的影響晶體缺陷對(duì)金屬性能的影響原子的擴(kuò)散原子的擴(kuò)散金屬的強(qiáng)化金屬的強(qiáng)化固態(tài)的相變固態(tài)的相變本章的作業(yè)本章的作業(yè) P 18 1. 3.歡迎進(jìn)入第三章學(xué)習(xí)內(nèi)容歡迎進(jìn)入第三章學(xué)習(xí)內(nèi)容工程材料工程材料機(jī)械制造基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ) -機(jī)電工程學(xué)院 金工學(xué)部 王志海 第三章第三章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 ( Crystal of Simple

25、Metal )凝固與結(jié)晶的概念凝固與結(jié)晶的概念結(jié)晶的現(xiàn)象與規(guī)律結(jié)晶的現(xiàn)象與規(guī)律同素異晶同素異晶( (構(gòu)構(gòu)) )轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 第一節(jié)第一節(jié) 凝固與結(jié)晶的概念凝固與結(jié)晶的概念1.凝固凝固 ( coagulation ) 物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過(guò)程。物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過(guò)程。2.結(jié)晶結(jié)晶 ( crystal ) * *晶體物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過(guò)程。晶體物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過(guò)程。 * *物質(zhì)中的原子由物質(zhì)中的原子由近程有序排列近程有序排列向向遠(yuǎn)遠(yuǎn) 程有序排列程有序排列的過(guò)程。的過(guò)程。 第二節(jié)第二節(jié) 結(jié)晶的現(xiàn)象與規(guī)律結(jié)晶的現(xiàn)象與規(guī)律一一. .結(jié)晶的一般過(guò)程結(jié)晶的一般過(guò)程微小微小晶核晶核長(zhǎng)大長(zhǎng)大晶體晶體

26、To二二.結(jié)晶的過(guò)冷現(xiàn)象結(jié)晶的過(guò)冷現(xiàn)象1.純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線時(shí)間溫度理論冷卻曲線理論冷卻曲線實(shí)際冷卻曲線實(shí)際冷卻曲線Tn結(jié)晶平臺(tái)結(jié)晶平臺(tái)(是由結(jié)晶潛熱導(dǎo)致是由結(jié)晶潛熱導(dǎo)致)2. 過(guò)冷現(xiàn)象與過(guò)冷度過(guò)冷現(xiàn)象與過(guò)冷度過(guò)冷現(xiàn)象過(guò)冷現(xiàn)象 ( supercooling )過(guò)冷度過(guò)冷度 ( degree of supercooling ) T = T0 Tn過(guò)冷是結(jié)晶的必要條件。過(guò)冷是結(jié)晶的必要條件。 三三. 結(jié)晶的能量條件及結(jié)構(gòu)條件結(jié)晶的能量條件及結(jié)構(gòu)條件1.金屬結(jié)晶的能量條件金屬結(jié)晶的能量條件: : F = U S T F 物體的自由能物體的自由能 U 物體的內(nèi)能物體的內(nèi)能 S

27、 熵熵 T 溫度溫度 K F / T = See-FTTFTnToTL液相液相固相固相2.金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件近程有序結(jié)構(gòu)近程有序結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)起伏結(jié)構(gòu)起伏結(jié)晶結(jié)晶遠(yuǎn)程有序結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程有序結(jié)構(gòu)四四. .結(jié)晶的一般規(guī)律結(jié)晶的一般規(guī)律形核形核長(zhǎng)大長(zhǎng)大四四. .結(jié)晶的一般規(guī)律結(jié)晶的一般規(guī)律: : 形核、長(zhǎng)大。形核、長(zhǎng)大。1.晶核的形成晶核的形成在一定的過(guò)冷度下在一定的過(guò)冷度下, ,當(dāng)當(dāng)F F體體F F表表時(shí)時(shí), ,晶晶核就形成。核就形成。晶核形成的形式晶核形成的形式: : * *自發(fā)形核自發(fā)形核 T = 200 * *非自發(fā)形核非自發(fā)形核 T = 20 2.晶核的長(zhǎng)大方式晶核的長(zhǎng)大方式樹(shù)枝狀樹(shù)

28、枝狀2.晶核的長(zhǎng)大方式晶核的長(zhǎng)大方式樹(shù)枝狀樹(shù)枝狀金屬的樹(shù)枝晶金屬的樹(shù)枝晶金屬的樹(shù)枝晶金屬的樹(shù)枝晶金屬的樹(shù)枝晶金屬的樹(shù)枝晶冰的樹(shù)枝晶冰的樹(shù)枝晶3.影響晶核的形核率和影響晶核的形核率和 晶體長(zhǎng)大率的因素晶體長(zhǎng)大率的因素v過(guò)冷度過(guò)冷度的影響的影響v未熔雜質(zhì)未熔雜質(zhì)的影響的影響1)過(guò)冷度的影響過(guò)冷度的影響1)過(guò)冷度的影響過(guò)冷度的影響2)未熔雜質(zhì)的影響未熔雜質(zhì)的影響* *自發(fā)形核自發(fā)形核 T = 200* *非自發(fā)形核非自發(fā)形核 T = 20 20五五. .細(xì)化晶粒的途徑細(xì)化晶粒的途徑v提高冷卻速度提高冷卻速度V V冷冷T TN N晶粒細(xì)小晶粒細(xì)小v變質(zhì)處理變質(zhì)處理v機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)、電磁攪拌等。機(jī)

29、械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)、電磁攪拌等。純鐵的純鐵的同素異晶同素異晶( allomorph )轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變反應(yīng)式反應(yīng)式:第三節(jié)第三節(jié) 金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變1394 C912 Cbccfccbcc - Fe - Fe - Fe 純鐵的冷卻曲線純鐵的冷卻曲線1394153410006008001200溫度時(shí)間16001500500700900110013001400912 - Fe - Fe - Fe本章的作業(yè)本章的作業(yè) P 25 1. 5. 7.歡迎進(jìn)入第四章學(xué)習(xí)內(nèi)容歡迎進(jìn)入第四章學(xué)習(xí)內(nèi)容工程材料工程材料機(jī)械制造基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ) -機(jī)電工程學(xué)院 金工學(xué)部 王志海 第四章第四章 合金的結(jié)晶與相

30、圖合金的結(jié)晶與相圖( Crystal and Phase Diagram of Alloy )v基本概念基本概念v合金在固態(tài)下的相結(jié)構(gòu)及性能合金在固態(tài)下的相結(jié)構(gòu)及性能v二元合金相圖的建立與結(jié)晶過(guò)程分析二元合金相圖的建立與結(jié)晶過(guò)程分析第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念合金合金 ( alloy )組元組元 ( 元元 ) ( element ) 相相 ( phase )顯微組織顯微組織 ( microscopic structure )第第 二二 節(jié)節(jié) 合金在固態(tài)下的相結(jié)構(gòu)及性能合金在固態(tài)下的相結(jié)構(gòu)及性能固溶體固溶體 (solid solution )金屬化合物金屬化合物 ( metallic comp

31、ound )機(jī)械混合物機(jī)械混合物 ( mechanical impurity )一一. .固溶體固溶體 ( solid solution ) 溶劑溶劑A + 溶質(zhì)溶質(zhì)B = C bcc fcc bcc例如例如: Fe + C = F ( 鐵素體鐵素體 ) 體心體心 六方六方 體心體心v固溶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)固溶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 鐵素體的晶體結(jié)構(gòu)鐵素體的晶體結(jié)構(gòu)一一) )固溶體的主要類(lèi)型及形成條件固溶體的主要類(lèi)型及形成條件1.置換固溶體置換固溶體 ( substitution solid solution ) * * 形成特征形成特征: : R溶劑溶劑 R溶質(zhì)溶質(zhì) 例如例如: : Au - - Cu 置換

32、固溶體結(jié)構(gòu)示意圖置換固溶體結(jié)構(gòu)示意圖置換固溶體的分類(lèi)置換固溶體的分類(lèi)v無(wú)限固溶體無(wú)限固溶體v有限固溶體有限固溶體v無(wú)序固溶體無(wú)序固溶體v有序固溶體有序固溶體 有序固溶體結(jié)構(gòu)示意圖有序固溶體結(jié)構(gòu)示意圖Cu3AuCuAu2.間隙固溶體間隙固溶體 ( interstitial solid solution ) * * 形成的特征形成的特征: : R溶質(zhì)溶質(zhì) / R溶劑溶劑 0.59 例如例如: : Fe - C 間隙固溶體結(jié)構(gòu)示意圖間隙固溶體結(jié)構(gòu)示意圖二二) )固溶體的性能固溶體的性能 v固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化 ( solution strength )v晶格畸變晶格畸變 ( distortion of

33、lattice ) 溶質(zhì)原子對(duì)晶格畸變影響示意圖溶質(zhì)原子對(duì)晶格畸變影響示意圖二二.金屬化合物金屬化合物 ( intermetallic compound )溶劑溶劑A + 溶質(zhì)溶質(zhì)B = C bcc fcc cph 例如例如: 3Fe + C = Fe3C 體心體心 六方六方 復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)v金屬化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)金屬化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有原子整數(shù)倍關(guān)系具有原子整數(shù)倍關(guān)系 3Fe + C = Fe3C 體心體心 六方六方 復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu) 8000%HB 80 3 50% 0% 滲碳體滲碳體( Fe3C )晶格結(jié)構(gòu)示意圖晶格結(jié)構(gòu)示意圖一一) 金屬化合物的主要類(lèi)型金屬化合物的主要類(lèi)型1.正常價(jià)化合

34、物正常價(jià)化合物 ( normal compounds )2.電子價(jià)化合物電子價(jià)化合物 ( electron compounds )3.間隙化合物間隙化合物 ( interstitial compounds )二二) 金屬化合物的主要性能金屬化合物的主要性能具有一定程度的金屬性質(zhì)。具有一定程度的金屬性質(zhì)。具有較高的熔點(diǎn)。具有較高的熔點(diǎn)。硬度較高。硬度較高。脆性高。脆性高。三三. 機(jī)械混合物機(jī)械混合物 ( mechanical impurity )v機(jī)械混合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)機(jī)械混合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 具有重量百分比的關(guān)系具有重量百分比的關(guān)系 溶劑溶劑A + 溶質(zhì)溶質(zhì)B = C bcc fcc bcc + f

35、cc例如例如 88.5F + 11.5Fe3C = 100P 體心體心 復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu) 體心體心 + 復(fù)雜復(fù)雜 v機(jī)械混合物的性能特點(diǎn)機(jī)械混合物的性能特點(diǎn)取決于組元的相對(duì)數(shù)量。取決于組元的相對(duì)數(shù)量。取決于組成相的大小和形狀。取決于組成相的大小和形狀。具體數(shù)值介于組元性能之間。具體數(shù)值介于組元性能之間。 第三節(jié)第三節(jié) 二元合金相圖的建立二元合金相圖的建立 與結(jié)晶過(guò)程分析與結(jié)晶過(guò)程分析一一.基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 1.合金系合金系 ( alloy series ) 2.平衡組織平衡組織 ( statenchyma ) 3.相圖相圖 ( phase diagram ) 二二.相圖的建立相圖的建立名稱(chēng)名稱(chēng)

36、A金屬金屬B金屬金屬晶格類(lèi)型晶格類(lèi)型bccbcc熔點(diǎn)熔點(diǎn)高高低低合金合金1100%0%合金合金290%10%合金合金380%20%.合金合金920%80%合金合金1010%90%合金合金110%100%熱熱 分分 析析 法法 二二.相圖的建立相圖的建立時(shí)間時(shí)間溫度90 705030AB溫度A溫度B溫度abab : 液相線液相線ab : 固相線固相線LL + SSL : 液相區(qū)液相區(qū)S : 固相區(qū)固相區(qū)L+S:液固共存區(qū)液固共存區(qū)AB溫度TLTSTnbacABabLS溫度100C時(shí)時(shí),糖在水中的飽和度為糖在水中的飽和度為80%。90C時(shí)時(shí),糖在水中的飽和度為糖在水中的飽和度為70%。過(guò)飽和體的濃

37、度為含糖量過(guò)飽和體的濃度為含糖量90%。1.勻晶相圖勻晶相圖TLTSTnbac杠桿定理杠桿定理QS=(bcab) 100% QL=(acab) 100% QS + QL = 1aQS + bQL = cABabLS溫度QLQs 2.共晶相圖共晶相圖溫度成分成分100%A100%BLSAL + SASB L +SB2.共晶相圖共晶相圖SA+(SA+SB)SB +(SA+SB)X%YSA+SBLX SA+SB YSALSALSAL溫度成分成分100%A100%BLL + SA L +SB 共晶相圖的建立共晶相圖的建立 共共 晶晶 相相 圖圖SA+(SA+SB)SB +(SA+SB)X%YSA+SB

38、溫度成分成分100%A100%BLL + SA L +SBSA+(SA+SB)SB +(SA+SB)X%YSA+SB溫度成分成分100%A100%BSS + SA S +SB3.共析相圖共析相圖SX SA+SB Y共析相圖共析相圖4.包晶相圖包晶相圖 相圖與合金物理、力學(xué)性能之間的關(guān)系相圖與合金物理、力學(xué)性能之間的關(guān)系 合金的流動(dòng)性、縮孔性質(zhì)合金的流動(dòng)性、縮孔性質(zhì) 與相圖之間的關(guān)系與相圖之間的關(guān)系本章的作業(yè)本章的作業(yè) P 65 3. 4. 5. 9.歡迎進(jìn)入第五章學(xué)習(xí)內(nèi)容歡迎進(jìn)入第五章學(xué)習(xí)內(nèi)容工程材料工程材料機(jī)械制造基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ) -機(jī)電工程學(xué)院 金工學(xué)部 王志海 第五章第五章 鐵碳合金相圖

39、鐵碳合金相圖 ( Iron Carbon Phase Diagram ) Fe C 相圖的基礎(chǔ)知識(shí)。相圖的基礎(chǔ)知識(shí)。形成形成Fe - Fe3C 相圖組元和基本組織的結(jié)相圖組元和基本組織的結(jié)構(gòu)與性能。構(gòu)與性能。Fe - Fe3C 相圖的建立與分析。相圖的建立與分析。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鐵碳合金組織、性能的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鐵碳合金組織、性能的影響。影響。Fe - Fe3C 相圖的應(yīng)用。相圖的應(yīng)用。鐵碳合金的生產(chǎn)及分類(lèi)。鐵碳合金的生產(chǎn)及分類(lèi)。 第一節(jié)第一節(jié) Fe - C相圖的基礎(chǔ)知識(shí)相圖的基礎(chǔ)知識(shí)1.鐵與碳可以形成鐵與碳可以形成 Fe3C、Fe2C、FeC 等一系列化合物。等一系列化合物。2.穩(wěn)定的化合物可

40、以作為一個(gè)獨(dú)的組穩(wěn)定的化合物可以作為一個(gè)獨(dú)的組 元。元。3.Fe C 二元相圖。二元相圖。 Fe C 二元相圖二元相圖Fe3C Fe2CFeC溫度FeC(6.69%C) Mg Si 合金相圖合金相圖第二節(jié)第二節(jié) 形成形成Fe - Fe3C 相圖組元相圖組元 和基本組織的結(jié)構(gòu)與性能和基本組織的結(jié)構(gòu)與性能 一一. .組元組元 * * 鐵鐵 ( ferrite ) * * 滲碳體滲碳體 ( Cementite )二二.基本組織基本組織1.鐵素體鐵素體 ( F ) ( Ferrite ) 碳溶于碳溶于Fe中形成中形成的間隙固溶的間隙固溶體。體。 鐵素體組織金相圖鐵素體組織金相圖2.奧氏體奧氏體 ( A

41、 ) - Austenite 碳溶于碳溶于-Fe中形成中形成的間隙固溶的間隙固溶體。體。 奧氏體組織金相圖奧氏體組織金相圖3. 滲碳體滲碳體 ( ( Fe3C ) - Cementite 鐵與碳鐵與碳形成的金屬形成的金屬化合物。化合物。 滲碳體組織金相圖滲碳體組織金相圖4.珠光體珠光體 ( P ) - Pearite 鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。5.萊氏體萊氏體 ( Ld ) - Ledeburite 奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。第第 三三 節(jié)節(jié) Fe - Fe3C 相圖的建立與分析相圖的建立與分析一一. .Fe - Fe

42、3C 相圖的建立相圖的建立v包晶反應(yīng)相圖包晶反應(yīng)相圖v共晶反應(yīng)相圖共晶反應(yīng)相圖v共析反應(yīng)相圖共析反應(yīng)相圖 Fe - Fe3C 相圖相圖FeTFe3C Fe - Fe3C 相圖相圖ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T( A+Fe3C )LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+ Fe3C( F+ Fe3C )PP+F0.77%CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK共晶相圖共晶相圖共析相圖共析相圖勻晶相圖勻晶相圖( P+Fe3C ) Fe - Fe3C 相圖相圖ACDEFGSPQ114872

43、7LAL+A4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C TLdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FP0.77%CLdK( P+Fe3C )P+Ld+Fe3CLd+Fe3CP+FP+Fe3C( F+ Fe3C )A+ Fe3CL+ Fe3C( A+Fe3C ) Fe - Fe3C 相圖相圖二. Fe - Fe3C 相圖的分析相圖的分析五個(gè)重要的成份點(diǎn)五個(gè)重要的成份點(diǎn): P、S、E、C、K。四條重要的線四條重要的線: EF、ES、GS、FK。三個(gè)重要轉(zhuǎn)變?nèi)齻€(gè)重要轉(zhuǎn)變: 包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式、共晶包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式、共晶 轉(zhuǎn)變反應(yīng)式、共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式。轉(zhuǎn)變反應(yīng)式、共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式。二個(gè)重

44、要溫度二個(gè)重要溫度: 1148 、727 。1.包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式:LB + H AJ14953.共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式:AS ( FP + Fe3C ) P 7272.共晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式共晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式:LC ( AE + Fe3C ) Le 1148三三. .典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程分析典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程分析工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 ( ingot iron )共析鋼共析鋼 ( eutectoid steel )亞共析鋼亞共析鋼 ( hypoeutectoid steel )過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 ( hypereutectoid steel )共晶白口鐵共晶白口鐵 ( eutectoid

45、white iron )亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵( hypoeutectoid white iron )過(guò)共晶白口鐵過(guò)共晶白口鐵( hypereutectoid white iron )1.工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 ( Wc 0.6%2.按鋼的質(zhì)量分類(lèi)按鋼的質(zhì)量分類(lèi): :* * 碳素鋼碳素鋼: : Wp = (0.035% 0.045%) Ws = (0.035% 0.050%)* * 優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼: : Wp = 0.035% Ws = (0.030% 0.035%) * * 高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼: : Wp 0.030% Ws = ( 0.020%0.025% ) 3.按鋼的用途分

46、類(lèi)按鋼的用途分類(lèi):碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼 ( carbon structural steel ) 用于制造各種機(jī)械零件、工程構(gòu)用于制造各種機(jī)械零件、工程構(gòu) 件。一般為低、中碳鋼。件。一般為低、中碳鋼。碳素工具鋼碳素工具鋼 ( carbon tool steel ) 用于制造各種工具。一般為高碳鋼。用于制造各種工具。一般為高碳鋼。二二) )碳素鋼的編號(hào)及用途碳素鋼的編號(hào)及用途 1.碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼: : Q 235 A F沸騰鋼沸騰鋼A等級(jí)等級(jí)235 MPa屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼* * 45 - Wc = 45%00* * 較高錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼較高錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)

47、的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 45Mn - Wc = 45%00 ; WMn = 0.7%1.0%3.碳素工具鋼碳素工具鋼T 12 A高級(jí)優(yōu)質(zhì)高級(jí)優(yōu)質(zhì) Wc = 12%0碳素工具鋼碳素工具鋼4.鑄造碳鋼鑄造碳鋼ZG 200 - 400b 400MPas 200MPa鑄鋼鑄鋼本章的作業(yè)本章的作業(yè)vP 65 3. 4. 5.vP 66 8. 9. 10歡迎進(jìn)入第六章學(xué)習(xí)內(nèi)容歡迎進(jìn)入第六章學(xué)習(xí)內(nèi)容工程材料工程材料機(jī)械制造基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ) -機(jī)電工程學(xué)院 金工學(xué)部 王志海 第六章第六章 鋼的熱處理鋼的熱處理 ( Heat Treatment of Steel )概述概述鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在

48、冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼的普通熱處理工藝鋼的普通熱處理工藝鋼的表面熱處理工藝鋼的表面熱處理工藝機(jī)械制造過(guò)程中的熱處理機(jī)械制造過(guò)程中的熱處理 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述1.熱處理的定義熱處理的定義: :時(shí)間溫度臨界溫度臨界溫度 熱熱加加保溫保溫冷冷 卻卻2.熱處理的主要目的熱處理的主要目的: :改變鋼的性能。改變鋼的性能。3.熱處理的應(yīng)用范圍熱處理的應(yīng)用范圍: :整個(gè)制造業(yè)。整個(gè)制造業(yè)。4.熱處理的分類(lèi)熱處理的分類(lèi)熱處理熱處理普普 通通熱處理熱處理表表 面面熱處理熱處理退火退火;正火正火;淬火淬火;回火回火;表面淬火表面淬火 化化 學(xué)學(xué) 熱處理熱處理感應(yīng)加感應(yīng)加熱淬火熱淬火火焰加火焰加

49、熱淬火熱淬火滲碳滲碳; 滲氮滲氮;碳氮共滲碳氮共滲; 第二節(jié)第二節(jié) 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度奧氏體的形成奧氏體的形成奧氏體晶粒度及對(duì)力學(xué)性能的影響奧氏體晶粒度及對(duì)力學(xué)性能的影響一一.轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度( transformation temperature )奧氏體的形成奧氏體的形成FFe3C未溶未溶Fe3CA殘余殘余Fe3CAAAA 形核形核A 長(zhǎng)大長(zhǎng)大殘余殘余Fe3C溶解溶解A 均勻化均勻化三三. 奧氏體晶粒度及對(duì)奧氏體晶粒度及對(duì) 力學(xué)性能的影響力學(xué)性能的影響一一)奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度: 1.起始晶粒度起始晶粒度:珠光體剛剛轉(zhuǎn)變成奧氏珠光體剛剛轉(zhuǎn)變成奧氏

50、體的晶粒大小。體的晶粒大小。 2.實(shí)際晶粒度實(shí)際晶粒度:熱處理后所獲得的奧氏熱處理后所獲得的奧氏 體晶粒的大小。體晶粒的大小。 3.本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度:度量鋼本身晶粒在度量鋼本身晶粒在930 以下以下,隨溫度升高隨溫度升高,晶粒長(zhǎng)晶粒長(zhǎng) 大的程度。大的程度。 鋼的本質(zhì)晶粒度示意圖鋼的本質(zhì)晶粒度示意圖二二)奧氏體晶粒大小對(duì)鋼的奧氏體晶粒大小對(duì)鋼的 力學(xué)性能的影響力學(xué)性能的影響1.奧氏體晶粒均勻細(xì)小奧氏體晶粒均勻細(xì)小,熱處理后鋼的力熱處理后鋼的力 學(xué)性能提高。學(xué)性能提高。2.粗大的奧氏體晶粒在淬火時(shí)容易引起粗大的奧氏體晶粒在淬火時(shí)容易引起 工件產(chǎn)生較大的變形甚至開(kāi)裂。工件產(chǎn)生較大的變形甚至開(kāi)裂。

51、 第三節(jié)第三節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式過(guò)冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變一一.鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式 熱熱加加保溫保溫時(shí)間溫度臨界溫度臨界溫度連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻等溫冷卻等溫冷卻二二.過(guò)冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變一一) 建立共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)建立共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn) 變曲線變曲線 - TTT曲線曲線 ( C 曲線曲線 )T - timeT - temperatureT - transformation 共析碳鋼共析碳鋼

52、TTT 曲線建立過(guò)程示意圖曲線建立過(guò)程示意圖時(shí)間時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度溫度()0400A1二二) 共析碳鋼共析碳鋼 TTT 曲線的分析曲線的分析穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開(kāi)始線物轉(zhuǎn)變開(kāi)始線A向產(chǎn)物向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線轉(zhuǎn)變終止線 A +產(chǎn)產(chǎn) 物物 區(qū)區(qū)產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1550;高溫轉(zhuǎn)變區(qū)高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; P 轉(zhuǎn)變區(qū)。轉(zhuǎn)變區(qū)。550230;中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變區(qū)區(qū); 半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; 貝氏體貝氏體( B ) 轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū);230 - 50; 低溫轉(zhuǎn)低溫轉(zhuǎn)變區(qū)變區(qū); 非擴(kuò)散

53、型轉(zhuǎn)變非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體馬氏體 ( M ) 轉(zhuǎn)變區(qū)。轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf三三) 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能1.珠光體型珠光體型 ( P ) 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 ( A1550 ) :A1650 : P ; 525HRC; 片間距為片間距為0.60.7m ( 500 )。650600 : 細(xì)片狀細(xì)片狀P-索氏體索氏體(S); 片間距為片間距為0.20.4m (1000); 2536HRC。600550:極細(xì)片狀極細(xì)片狀P-屈氏體屈氏體(T); 片間距為片間距為0.2m ( 電鏡電鏡 );

54、3540HRC。 珠珠 光光 體體 形形 貌貌 像像光鏡下形貌光鏡下形貌電鏡下形貌電鏡下形貌光鏡形貌電鏡形貌 索索 氏氏 體體 形形 貌貌 像像 屈屈 氏氏 體體 形形 貌貌 像像電鏡形貌光鏡形貌三三) 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能2.貝氏體型貝氏體型 ( B ) 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 ( 550230 ) :550350: B上上; 4045HRC;B上上 =過(guò)飽和碳過(guò)飽和碳 -Fe條狀條狀 + Fe3C細(xì)條狀細(xì)條狀過(guò)飽和碳過(guò)飽和碳-Fe條狀條狀 Fe3C細(xì)條狀細(xì)條狀羽毛狀羽毛狀 上貝氏體組織金相圖上貝氏體組織金相圖三三) 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能2.貝氏體型貝氏體型 ( B

55、 ) 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 ( 550230 ) :350230: B下下; 5060HRC;B下下 =過(guò)飽和碳過(guò)飽和碳 -Fe針葉狀針葉狀 + Fe3C細(xì)片狀細(xì)片狀過(guò)飽和碳過(guò)飽和碳 -Fe針葉狀針葉狀Fe3C細(xì)片狀細(xì)片狀針葉狀針葉狀 下貝氏體組織金相圖下貝氏體組織金相圖三三) 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能3.馬氏體型馬氏體型 ( M ) 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 ( 230 -50 ) :1)定義定義:馬氏體是一種碳在馬氏體是一種碳在 Fe中的中的 過(guò)飽和過(guò)飽和固溶體。固溶體。2)轉(zhuǎn)變特點(diǎn)轉(zhuǎn)變特點(diǎn):在一個(gè)溫度范圍內(nèi)在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷卻完成連續(xù)冷卻完成;轉(zhuǎn)變速度極快轉(zhuǎn)變速度極快,即即瞬間形核與長(zhǎng)大瞬間形核

56、與長(zhǎng)大;無(wú)擴(kuò)散轉(zhuǎn)變無(wú)擴(kuò)散轉(zhuǎn)變( Fe、C原子均不擴(kuò)散原子均不擴(kuò)散 ), M與原與原A的成分相同的成分相同,造成晶格畸變。造成晶格畸變。轉(zhuǎn)變不完全性轉(zhuǎn)變不完全性, QM = f ( T )奧氏體含碳量對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響奧氏體含碳量對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響6007005003004002001000-100-2000.20.4 0.6 0.8 1.0 1.21.4 1.6 1.8 2.00溫度 Wc 100MsMf90805070406020301000.60.90.80.71.00.51.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7Wc 100殘余奧氏體量 ( % )奧氏體含碳量對(duì)殘余奧

57、氏體數(shù)量的影響奧氏體含碳量對(duì)殘余奧氏體數(shù)量的影響3)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu): 由于碳的過(guò)飽和作由于碳的過(guò)飽和作 用用,使使 Fe晶格由晶格由體心立方變成體心正體心立方變成體心正 方晶格。方晶格。4)馬氏體的組織形態(tài)馬氏體的組織形態(tài):板條狀板條狀 - 低碳馬氏體低碳馬氏體(0.2%C ); 3050HRC ; = 917%。 低碳板條狀馬氏體組織金相圖低碳板條狀馬氏體組織金相圖4)馬氏體的組織形態(tài)馬氏體的組織形態(tài):針、片狀針、片狀 - 高碳馬氏體高碳馬氏體(1%C); 66HRC左右左右 ; 1%。 高碳針片狀馬氏體組織金相圖高碳針片狀馬氏體組織金相圖馬氏體的碳濃度 Wc 100507

58、040602030100.10.30.20.400.5 0.6 0.7 0.80.9 1.0硬度 ( HRC ) 2000抗拉強(qiáng)度b ( Mpa ) 1800 1400 1000 600 2005)馬氏體的性能馬氏體的性能: 主要取決于馬氏體中的主要取決于馬氏體中的碳濃度。碳濃度。 亞共析鋼的亞共析鋼的TTT曲線曲線 FAP + FS + FTBM + A殘殘A3時(shí)間時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度溫度()0400A1MsMf 過(guò)共析鋼的過(guò)共析鋼的TTT曲線曲線P + Fe3CS + Fe3CTBM + A殘殘 Fe3CAACM時(shí)間時(shí)間

59、(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度溫度()0400A1MsMf 四四) 影響影響 TTT 曲線形狀曲線形狀 與位置的因素與位置的因素1.奧氏體中含碳量的影響奧氏體中含碳量的影響:過(guò)共過(guò)共析鋼析鋼共析共析 鋼鋼亞共亞共析鋼析鋼時(shí)間溫度A12.奧氏體中含合金元素的影響奧氏體中含合金元素的影響: 除除Co、Al (2.5% ) 外外,所有合金所有合金元元 素溶入奧氏體中素溶入奧氏體中,會(huì)引起會(huì)引起:向右移向右移向下移向下移MsA1A1Ms含含Cr合金鋼合金鋼3.加熱溫度和保溫時(shí)間的影響加熱溫度和保溫時(shí)間的影響: 加熱溫度越高加熱溫度越高, 保溫時(shí)間

60、越長(zhǎng)保溫時(shí)間越長(zhǎng), 碳化物溶解充分碳化物溶解充分, 奧氏體成分均勻奧氏體成分均勻, 提高了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性提高了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性, 從而從而 使使 TTT曲線向右移。曲線向右移。三三.過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變一一) 建立共析鋼過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)建立共析鋼過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn) 變曲線變曲線 - CCT 曲線曲線 C - continuousC - coolingT - transformationVk 一一) 共析碳鋼共析碳鋼 CCT 曲線建立過(guò)程示意圖曲線建立過(guò)程示意圖時(shí)間( lg )溫度A1PfPsA+PKMsMf水冷水冷油冷油冷Vk1爐冷爐冷空冷空冷二二) 共