《机械基础》考前概念梳理与常考题选讲 第4讲、金属材料及热处理

《机械基础》概念梳理与常考题选讲 第4讲、金属材料及热处理 主讲人：郭老师 1 一、考纲要求 2 1.掌握铁碳合金基本组织和性能。 2.了解简化的铁碳合金相图及碳含量对铁碳合金性能的影响。 3.掌握碳钢、合金钢、铸铁的分类、牌号、性能及用途。 4.熟练掌握钢的热处理方法及其目的和应用。 3 一、知识梳理 4 2.面心立方晶格 这种晶胞也是一个立方体，它的8个顶角及6个面的中心各有一个原子，这种结构 称为面心立方晶格，如纯铁加热到以上时就会变成面心立方晶格，称为 。 一、金属常见的晶格类型 1.体心立方晶格 这种晶胞是一个立方体，它的8个顶角及其中心各有一个原子，这种结构称为体心 立方晶格，如纯铁在常温下的晶格状态是体心立方晶格，称为。 5 4.金属的同素异构转变 金属在固态下随着温度的变化，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为金属 的同素异构转变。具有同素异构转变的金属有铁和钛等。例如，液态铁在 进行结晶，得到体心立方晶格的，当温度降到时，转变为面心 立方晶格的，温度继续降至时，又转变为体心立方晶格的 ，温度继续下降，晶格类型不再发生变化。 正是由于铁能够发生同素异构转变，才能使钢铁通过热处理的方法改变其组织和性能。 3.密排六方晶格 它的晶胞是一个六方柱体，原子排列在柱体的每个角和上、下底面的中心，另外 还有3个原子排列柱体的中间，这种晶格类型称为密排六方晶格，如镁。 6 1.合金及其组织 (1)合金 合金是一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成 的具有金属特性的物质。 例如：普通黄铜是由铜锌两种金属元素组成的合金，碳素钢是由铁和碳组成的合金。 (2)组元或元 组成合金的最基本的独立物质称为组元或元。硬铝是由铝、铜、镁或铝、铜、锰 组成的三元合金。碳素钢是由铁和碳组成的二元合金。(根据合金中元数目的多少， 合金可分为二元合金、三元合金、多元合金。) 二、铁碳合金的基本组织和性能 7 (3)相 在合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。 注：合金的性能一般都是由组成合金的各相性能、数量、组合情况所决定的。 (4)组织 合金的组织是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。 (5)合金的组织 根据合金中各组元之间结合方式不同，合金组织可分为固溶体、金属化合物、机 械混合物。 8 1)固溶体：固溶体是一种组元的原子深入另一组元的晶格中所形成的均匀固相。溶 入的元素称为溶质，基体元素称为溶剂。固溶体仍然保持溶剂的晶格类型。 ①分类：按溶质原子在溶剂晶格中分布情况不同，可分为间隙固溶体和置换固溶体。 间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成的固溶体称为间隙固溶体。 置换固溶体：溶质原子置换了溶剂晶格结点上某些原子而形成的固溶体称为置换 固溶体。 ②性能影响：由于溶质原子的溶入，溶剂晶格发生畸变，材料塑性变形抗力增加， 强度、硬度升高的现象称为“固溶强化”(强化金属材料的重要途径)。 9 2)金属化合物：合金组元按一定的原子比例数，相互作用而形成一种完全不同于原 来组元晶格类型的物质称为金属化合物。其性能特点是熔点高，硬度高，脆性大。 金属化合物能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韧性会降低。 3)机械混合物：两种或两种以上的相按一定质量分数组成的机械混合物质。各相仍 保持自己原来的晶格，其性能取决于各相的性能、形态、数量、大小。 10 2.铁碳合金的基本组织和性能 (1)铁素体( ) 碳溶于中形成的间隙固溶体称为铁素体。由于是体心立方晶格，晶格 间隙较小，所以碳在中的溶解度很小，在时，碳在中的最大溶 解度为，随着温度的降低溶解度逐渐减小。其性能与纯铁相似，具有良好 的塑性和韧性，强度和硬度较低。 F 11 (2)奥氏体( ) 碳溶解于中形成的间隙固溶体称为奥氏体。由于是在高温( )下存在的面心立方晶格结构，晶格间隙较大，故奥氏体的溶碳能力 较强，在时溶碳能力为，随着温度的下降，溶碳能力逐渐减小，在 时溶碳能力为。其性能与纯铁比较，强度和硬度有所增加，但由于其 存在于以上，故有良好的塑性且变形抗力低。 A 12 (3)渗碳体() 渗碳体是碳的质量分数为的铁与碳形成的金属化合物，具有独特的复杂的斜 方晶格类型。其性能特点：熔点高()，硬度高(达到 ，塑性和韧 性几乎为零，渗碳体是钢中的主要强化相，在钢或铸铁中以片状、球状或网状分布。 (4)珠光体 珠光体是F和的机械混合物。其性能特点介于F和之间，一般强度较高， 硬度适中，具有一定的塑性。 13 (5)莱氏体 莱氏体是碳的质量分数为的液态合金在时从液态合金中结晶出的奥氏 体和渗碳体的机械混合物。Ld为高温()莱氏体，由于奥氏体在时转变 为珠光体，所以在室温下的莱氏体是珠光体和渗碳体组成的机械混合物，称为低 温莱氏体()。由于莱氏体的基体是渗