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1、材料是人类生产和生活的物质基础；,石器时代,现代社会的三大支柱：,材料,青铜器时代,铁器时代,能源,信息,我国是世界上最早使用金属材料的国家之一。,材料的使用是人类文明的体现：,第一章 钢铁材料及热处理,纯金属：合 金：,合金的优点：,单一金属元素所组成的物质。例：Fe Al Cu Au,力学性能好（好用）；加工性能好（好做）；价格便宜。,金属材料,由两种或两种以上金属元素或金属与非金属元素相互熔合且具有金属性质的物质。如钢则主要是Fe、C组成的合金，青铜则是Cu-Sn合金,1 金属材料的性能,一 材料性能的内容,使用性能：,加工性能：,物理性能、化学性能、机械性能。,亦称工艺性能，即适应于各
2、种加工工艺的能力。,二 金属材料的机械性能,（一）机械性能：亦称力学性能，指材料抵抗外力作用的能力。,常用的机械性能指标有：强度、塑性、硬度、韧性等。,（二）机械性能的内容：,1、强度,1）概念：金属材料在静载荷的作用下，抵抗变形和 断 裂 的能力。静载荷：对材料缓慢施加的外力。2）强度的种类：抗 拉强度、抗 压强度、抗弯强度、抗扭强度、抗剪强度等。3）抗拉强度的测定：（静拉伸试验）步骤：将欲测材料制成如图所示拉伸试棒；,装机缓慢加载，直到拉断；,试验机自动绘出拉伸曲线。,分析曲线：,弹性极限：屈服极限：强度极限：,材料保持完全弹性变形所能 承受的最大应力；,材料在外力作用下开始产生明显塑性变
3、形的最小应力；,材料断裂前所能承受的最大应力，又称抗拉强度。,(MPa),（屈服强度）,OE段：弹性变形阶段，Fe是保持弹性变 形的最大载荷；,SS段：屈服阶段，Fs是材料发生屈 服的最小载荷；,二 塑性及其衡量指标,塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不发生断裂的能力。,1 伸长率：2 断面收缩率：,则塑性越好,试样拉断后其标距长度的相对伸长值。,试样拉断后断口处横截面面积的相对收缩量。,三 硬度,2 种类：a 布氏硬度：HBS HBW b 洛氏硬度：HRC,1 概念：金属表面抗硬物压入的能力。,硬度的换算关系：1HRC10HB,布氏硬度测量准确，但不能测太薄的试样和太硬的材料。,洛氏硬度法
4、的优点是测量简单、迅速，但不如布氏硬度准确。,c 机械性能与硬度之间的关系：,低碳钢：b=0.36HB高碳钢:b=0.34HB铸铁：b=0.1HB,材料抵抗冲击载荷的能力。,这是一种重要的动载形式，冲击韧度是一个能量指标。,ak=Ak/A0(J/cm2),材料经交变应力无数次循环作用而不发生断裂的最大应力。,光滑试样对称弯曲（如轴）其疲劳强度表示为：-1,脉动循环交变应力（如齿轮根部）疲劳强度表示为：0,2 纯金属的晶体结构和结晶,晶体的原子在空间做有规则的排列；原子的排列是不规则的。,一 晶体结构的基本知识（一）基本概念,晶体：非晶体：,1 晶格：晶体中原子排列的格式。,2 晶胞：晶格中的一
5、个基本单元。,1 体心立方晶格：2 面心立方晶格：3 密排六方晶格：,晶胞是一个立方体。属于这类晶格的金属有Cr、Mo、W、V等。纯铁在912以下也具有体心立方晶格结构。,-Fe,晶胞是一个立方体。属于这类晶格的金属有Cu、AL、Ni、Au、Ag等。纯铁在9121394也具有面心立方晶格结构。,-Fe,晶胞是一个正六棱柱。镁、锌等金属具有密排六方晶格结构。,（二）晶格的类型,二 纯金属的结晶,1 结晶：,原子由无序状态排列的液体转变为按一定几何形状排列的晶体，这个转变过程叫结晶。,2 结晶过程：,a 产生细小的晶体（晶核）形核；自发形核和非自发形核。b 晶核长大，同时产生新的晶核；c 形成晶粒
6、。,树枝状晶体 枝晶,等轴晶,晶粒越细小机械性能就越好。,晶粒：晶体中晶格位向基本一致的区域。,晶界：晶粒之间原子排列不规则的区域。,多晶体结构：由许多晶粒组成的结构。,热分析装置示意图1-电炉 2-坩锅 3-金属液体4-热电偶,实际结晶温度 Tn；其随金属的冷却速度V冷变化而变化平衡结晶温度（理论结晶温度）T0；纯金属的T0是一恒定值过冷度 T=T0-Tn V冷 Tn T,3 结晶温度和冷却曲线(金属结晶时温度随时间的变化曲线),5 晶粒大小对机械性能的影响,V冷 Tn T 晶粒越细 机械性能越好。,晶核数目晶核长大的速度,T,晶核数目 每一个晶核长大的余地越小 晶粒越细,晶粒越细 晶界越多
7、,1538以上为液体，L1538-1394 具有体心立方晶格，-Fe1394-912 具有面心立方晶格,-Fe912 以下具有体心立方晶格，-Fe,同素异晶转变：,晶格类型随温度改变而改变的现象。,重结晶：,固态下晶格类型的转变，亦存在生核和长大的过程。,纯铁的力学性能：b=250MPa=50%80HB，,软而韧。,三 金属的同素异晶转变,纯铁的分类：,3 合金的结构与状态图,一 基本概念,1 组元：,组成合金的最基本的、能独立存在的物质，简称元。,2 相：,在合金中凡是化学成份相同、晶格结构相同，并有界面与其它部分分割开的一个均匀区域，称为相。,二 合金的结构,（一）固溶体,组成合金的各组元
8、在凝固后仍能保持溶解状态 而形成均匀的固相叫固溶体。,1 定义：,固溶体是单相组织，其晶格与溶剂保持一致。,3 显微组织：在显微镜下看到的晶粒的形态、大小和分布情况。,2 种类：,a 置换固溶体：,溶剂晶格上的原子被溶质原子所取代。,无限固溶体：溶质可以以任何比例溶解到溶剂中去,如铜-镍合金系、金-银合金系则是无限固溶体。,有限固溶体：溶质在溶剂中的溶解度有限。如铜-锌合金，锌在铜中的溶解度为46%。,置换固溶体间隙固溶体,b 间隙固溶体：,溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中。,这类固溶体属于有限固溶体，它的溶解度随温度的增加而增加。,例：C 溶入Fe中，形成的固溶体叫铁素体（F），最大溶解度0.
9、02%。,3 固溶强化：,晶格变形，导致金属塑性变形阻力增加，故材料强度增加，硬度增加；,如上两种固溶体是钢中的重要组织,C 溶入Fe中，形成的固溶体叫奥氏体（A），最大溶解度2.11%。,（二）金属化合物,金属化合物是合金的各组元相互化合而形成的一种新的晶体，它是单相组织。大都晶格复杂，熔点高，硬而脆。,例如：Fe3C 则是一种金属化合物。它是钢中的一种重要组织，具有复杂的晶格结构，其硬度800HB，=0。,（三）机械混合物,硬而脆,由两种以上的相按一定比例混合而成。,例如：F和Fe3C以片层相间的形式混合,C=0.77%。,这是钢中的一种重要组织，叫做珠光体（P）。,珠光体是两相组织。,（渗碳体）,
