工程材料（二）（课件）-《机械基础》同步教学（理工教育）

机械基础 MECHANICAL FOUNDATION 工程材料 1 CONTENT 目录 合金 01 02 铁碳合金 2 alloy 合金 01 3 合金 金属晶体结构的基本知识 固态物质按其内部微粒 (原子、 离子或分子) 的构成，可分为晶体和非晶体两类。晶体内部的原子呈有序、 规则排列，而非晶体内部的原子呈无序堆积。晶体具有固定熔点，而非晶体没有固定熔点。晶体表现出各向异性，而非晶体表现出各向同性。 4 合金 常见金属晶体的类型 5 合金 单晶体内部原子的排列位向是完全一致的，而多晶体是由许多晶粒组成的晶体。单晶体表现出各向异性，多晶体显示出各向同性，也称伪无向性。实际生产中的金属都是多晶体结构，单晶体金属基本上不存在。 6 合金 在实际金属中，晶体内部由于结晶、 加工等条件的影响，原子排列规律受到破坏，出现原子排列的不完整性，称为晶体缺陷，按照晶体缺陷的几何特征，一般将其分为三类： 点缺陷———空位、 间隙原子和置代原子 线缺陷———位错 面缺陷———晶界和亚晶界 7 合金 合金的基本概念 纯金属由于强度、 硬度比较低，无法满足各种零件对力学性能的要求，在使用上受到很大限制，因此，在实际生产中大量使用的是合金。 合金: 以一种金属为基础，再加入一种或多种金属或非金属元素形成的具有金属性能的物质称为合金。 8 合金 组元: 组成合金的最基本的独立单元称为组元，简称元。合金的组元既可以是纯金属，也可以是稳定的化合物。 合金系: 由两个或两个以上组元按不同含量配置的一系列不同成分的合金称为合金系，简称系。 相: 相是组成合金组织的基本单元，合金中化学成分、 结构及性能相同的组成部分称为相。 9 合金 组织：合金的组织是指合金中不同种类、 形态、 大小、 数量和分布状况的相相互组合而成的综合体，它直接决定着合金性能。组织可由单相组成，也可由两个或两个以上的相组成，只有一种相组成的组织称为单相组织，由两种或两种以上的相组成的组织称为多相组织。 10 合金 合金的基本组织与性能 根据合金组元之间相互作用的不同，合金中的相结构可分为固溶体、 金属化合物和混合物三种基本类型。 11 合金 固溶体 一种组元的原子溶入另一种组元的晶格中所形成的均匀固相称为固溶体，有间隙固溶体和置代固溶体两种。 （1）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。 （2）置代固溶体: 溶质原子代替部分溶剂原子，占据溶剂晶格中的某些节点位置而形成的固溶体。 12 合金 间隙固溶体 置代固溶体 13 合金 金属化合物 合金组元间发生相互作用而形成的一种具有金属特性的物质称为金属化合物。 混合物 两种或两种以上的相按一定质量分数组成的物质称为混合物，混合物中的组成部分可以是纯金属、 固溶体或化合物各自的混合，也可以是它们之间的混合，混合物中各相既不溶解，也不化合，它们保持自己原来的晶格。 14 合金 纯金属的结晶 纯金属由液态转变为固态的过程称为结晶，晶体物质都有一个平衡结晶温度 (即晶体的熔点)，在平衡结晶温度，液固共存，处于平衡状态，因为结晶所形成的组织直接影响到金属的性能，所以金属的结晶基本规律对改善其组织和性能有重要的意义。 15 合金 金属的同素异构转变 大多数金属在结晶完成后晶格类型不会发生变化，如 Cu、 AI 等。但也有少数金属，如Fe、 Ti、Mn、 Co 等，在结晶成固态后继续冷却的过程中，还会发生晶格类型的变化，这种现象称为金属的同素异构转变。以不同晶格类型存在的同一种金属元素的晶体称为该金属的同素异构体，一般按其稳定存在的温度由低到高依次用希腊字母 α 、 β 、 γ 、 δ 等表示。 16 The iron carbon alloy 铁碳合金 02 17 铁碳合金 铁碳合金在固态时基本相为固溶体和化合物，固溶体和化合物还可以组成机械混合物。 固溶体 （1）铁元素：碳溶解在 α－Fe 中形成的间隙固溶体，用符号 F 表示 （2）奥氏体：碳溶解在 γ－ Fe 中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号 A 表示。 18 铁碳合金 金属化合物 渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，化学式为，含碳量为 6.69％。 机械混合物 （1）珠光体是铁元素和渗碳体的混合物，用符号P表示。 （2）莱氏体是含碳量为 4.3％的铁碳合金。 19 铁碳合金 简化后的相图 20 铁碳合金 相图中的特性点及其含义 21 铁碳合金 相图中的特性线及其含义 （1）ACD 线 (液相线): 此线以上区域全部为液相，用 L 表示。 （2）AECF 线 (固相线): 液态合金冷却到此线全部结晶为固态，此线以下为固相区。 （3）GS 线: 冷却时从奥氏体中析出铁素体的开始，用符号表示。 （4）ES 线: 碳在奥氏体中的饱和溶解度曲线 (固溶线)，用符号 表示。 22 铁碳合金 （5）ECF 线 (共晶转变线): 当液态合金冷却到此线 (1148℃ ) 时，将发生共晶转变。 （6）PSK 线 (共析转变线): 常用符号 表示。当合金冷却到此线时 (727℃ )，将发生共析转变。 23 铁碳合金 随着含碳量的增加，铁碳合金的组织将按下列顺序发生变化: 含碳量对正火后碳素钢的力学性能的影响 24 铁碳合金 相图的应用 （1）作为选用钢铁材料的依据。 （2）在热加工工艺方面的应用。 ① 在铸造工艺方面的应用。 ② 在热锻、 热轧工艺方面的应用。 ③ 在焊接工艺方面的应用。 ④ 在热处理工艺方面的应用 25 谢谢观看 机械基础 26 $$