第一章補(bǔ)充概念

第一章鋼的合金化基礎(chǔ)（補(bǔ)充概念）主講：黃麗紅一些基本概念

材料的力學(xué)性能碳鋼與鑄鐵鋼的熱處理材料在外力（或外加能量）作用下抵抗外力所表現(xiàn)的行為，包括變形和抗力，即在外力作用下不產(chǎn)生超過允許的變形或不被破壞的能力。

硬度強(qiáng)度塑性韌性一、材料的力學(xué)性能金屬材料承受載荷作用，當(dāng)載荷不再增加或緩慢增加時，仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，這種現(xiàn)象就稱為屈服。1、強(qiáng)度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。

持久強(qiáng)度σD蠕變強(qiáng)度σn屈服強(qiáng)度σs(σ0.2)抗拉強(qiáng)度σb疲勞極限σn常溫拉應(yīng)力下20號鋼的拉抻試驗(yàn)

l0=10d0l0=5d0或從開始加載到發(fā)生斷裂所能達(dá)到的最大應(yīng)力值，叫做抗拉強(qiáng)度。開始出現(xiàn)塑性變形時的應(yīng)力，稱為“屈服點(diǎn)”ss

sb1、強(qiáng)度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。

金屬在拉伸條件下，從開始加載到發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力值，叫作抗拉強(qiáng)度。持久強(qiáng)度σD蠕變強(qiáng)度σn屈服強(qiáng)度σs(σ0.2)抗拉強(qiáng)度σb疲勞極限σn1、強(qiáng)度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。

材料在高溫下，在一定的應(yīng)力下，抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力。持久強(qiáng)度σD蠕變強(qiáng)度σn屈服強(qiáng)度σs(σ0.2)抗拉強(qiáng)度σb疲勞極限σn材料在高溫下，抵抗發(fā)生斷裂的能力。

1、強(qiáng)度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。

持久強(qiáng)度σD蠕變強(qiáng)度σn屈服強(qiáng)度σs(σ0.2)抗拉強(qiáng)度σb疲勞極限σn材料在交變載荷作用下，會在遠(yuǎn)低于材料本身的屈服點(diǎn)時就已經(jīng)斷裂了，這種現(xiàn)象就是疲勞。我們把經(jīng)過106~108次循環(huán)試驗(yàn)而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力，作為疲勞強(qiáng)度。1、強(qiáng)度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。

持久強(qiáng)度σD蠕變強(qiáng)度σn屈服強(qiáng)度σs(σ0.2)抗拉強(qiáng)度σb疲勞極限σn2、塑性：金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。主要有兩個塑性指標(biāo)：延伸率δ斷面收縮率Ψ鋼板的冷彎試驗(yàn)通常要求冷彎角α=180°時不裂不斷。彎心直徑d是關(guān)鍵，d=0.5a，a，1.5a，2a等。a為板厚，寬度b=2a3、韌性：

表示材料彈塑性變形為斷裂全過程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。承受靜載荷抗裂紋擴(kuò)展的能力——缺口敏感性承受動載荷時抗裂紋的能力——沖擊韌性沖擊功

，而沖擊韌度（F為面積）

圖1-1沖擊試樣的安放1-擺錘2-試樣3-機(jī)座圖1-2沖擊試驗(yàn)原理1-擺錘2-試樣（1）沖擊韌度（2）缺口敏感性指在帶有一定應(yīng)力集中的缺口條件下，并且在靜載荷作用條件下，抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。圖1-3沖擊試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試樣10281055R1(a)U型缺口1045°81055R0.25

(a)V型缺口

4、硬度：金屬材料抵抗其它更硬的物體壓入其內(nèi)的能力。表示金屬材料在一個小的體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破斷的能力。布氏硬度HB（一般在HB650以上就不能使用)、洛氏硬度HR(可以用于硬度很高的材料)、維氏硬度HV(比洛氏硬度更適合于測定極薄試樣的硬度)，顯微硬度。二、碳鋼與鑄鐵

鐵碳合金：碳鋼和鑄鐵的總稱碳鋼：含碳量0.02%~2.11%（小于0.02%為工程純鐵，很軟，工程上極少使用）鑄鐵：含碳量大于2.11%（大于4.3%時，鑄鐵太脆，無實(shí)際應(yīng)用價值）2.1鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)金屬的組織與結(jié)構(gòu)金屬的（顯微）組織：通常在低于1500倍的顯微鏡下觀察到的金屬的晶粒。見圖1-6金屬的晶體結(jié)構(gòu)：用X光或電子顯微鏡可以觀察到的金屬原子的各種規(guī)則排列。面心立方——γ—鐵體心立方——α—鐵

純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變——固態(tài)下，晶體構(gòu)造隨溫度發(fā)生改變的現(xiàn)象γ—鐵α—鐵鐵與碳的相互關(guān)系和碳鋼的基本組織碳在鐵中的存在形式碳在鐵中的存在形式：

固溶體化合物混合物固溶體：兩種或兩種以上元素在固態(tài)下互相溶解，而仍然保持溶劑晶格原來形式的物體。⑴鐵素體“F”

：碳在α—鐵中所形成的固溶體。⑵奧氏體“A”：碳在γ—鐵中所形成的固溶體。

化合物⑶滲碳體“C”

：鐵和碳以化合物形態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)的碳化鐵（Fe3C）?；旌衔铫戎楣怏w“P”

：鐵素體和滲碳體二者的機(jī)械混合物。⑸萊氏體“L”

：珠光α—鐵體和初次滲碳體共晶混合物。⑹馬氏體“M”

：鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷下來，得到一種碳原子在α—鐵中過飽和的固溶體。2.2鐵碳合金狀態(tài)圖

2.3鋼的分類三、鋼的熱處理熱處理：鋼鐵在固態(tài)下通過加熱、保溫和不同的冷卻方式，以改變其組織，滿足所要求的物理、化學(xué)及機(jī)械性能的加工工藝。

鋼的熱處理工藝一般經(jīng)過加熱、保溫、冷卻等工序，如圖1-14所示：

鋼的熱處理工藝一般分為退火、正火、淬火和回火等。1.

退火與正火作用：HB↓、A↑、部分改善機(jī)械性能、組織均勻化、消除部分內(nèi)應(yīng)力

退火：加熱（臨界點(diǎn)以上）→保溫→隨爐冷卻

正火：加熱（臨界點(diǎn)以上）→保溫→置于空氣中冷卻

2.淬火與回火：淬火：加熱（臨界點(diǎn)以上30℃~50℃）→保溫→淬火劑中冷卻（所得組織為“M”）?！鶫B↑、σ↑、耐磨性↑?；鼗穑毫慵慊鸷笤龠M(jìn)行一次較低溫度的加熱與冷卻處理工藝。淬火后的內(nèi)應(yīng)力↓、組織穩(wěn)定、控制回火溫度可獲得技術(shù)上所需要的性能

⑴低溫回火：HB較淬火“M”稍低，部分消除殘余應(yīng)力，脆性↓。一般用于需要HB↑、σ↑、耐磨性↑的零件。回火溫度：150℃～250℃；保溫時間：1～3小時；冷卻環(huán)境：空氣；所得組織：回火“M”。⑵中溫回火：要求HB↑、彈性↑、αK↑的零件采用中溫回火?；鼗饻囟龋?00℃～500℃。⑶高溫回火：要求零件的σ↑、A↑、αK↑的綜合性能時采用高溫回火。回火溫度：500℃～650℃。淬火＋高溫回火——“調(diào)質(zhì)處理”

淬火時冷卻速度是關(guān)鍵：速度太快容易引起變形和裂紋；速度太慢達(dá)不到技術(shù)要求。淬火劑的冷卻能力：空氣＜油＜水＜鹽水。碳鋼的強(qiáng)度、硬度總的說來還是比較低的，雖然可以通過調(diào)節(jié)碳含量及熱處理的方法來提高其力學(xué)性能，但其淬透性及回火穩(wěn)定性差，限制了其應(yīng)用。淬透性：表征鋼件淬火時形成Ｍ的能力。（用淬硬層深度來表示）淬硬性：以大于上臨界冷速的冷卻速