材料材料及热处理知识

1、第一章材料的性能1.1材料的力学性能力学性能：材料在外力作用时所表现的性能（乂称机械性能），如强度、塑性、硬度、韧性 及疲劳强度等。变形：材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化。外力去除后能够恢复的变形称为弹性变 形，外力去除后不能够恢复的变形称为塑性变形。1.1.1弹性与刚度应力应变曲线：是描述应力与应变关系的曲线，它是根据标准试样所承受的载荷与变形量 的变化所绘制的关系曲线。低碳钢拉伸试验圆形标准拉伸试样低碳钢应力应变曲线弹性极限：在应力应变illi线中，0a段为弹性变形阶段，此时卸掉载荷，试样恢复到原來尺 寸。a点多对应的应力为材料承受最大弹性变形的应力称为弹性极限，用op表示。比例极限

2、：其屮0a嘟分为一斜直线，应力与应变呈比例关系，a，点所对应的应力为保持这 种比例关系的最大应力称为比例极限，用ere表示。由于大多数材料的a点和/v点几乎重合 在一起，一般不做区分。弹性模最巳 在弹性形变范围内，应力与应变的比值。弹性模最是材料最稳定的性质之一， 它的人小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热 处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力，可以通过增加横截面积或改变截面形状的方法來提 高零件的刚度。1.1.2强度与塑性一、强度：材料在外力作用卜抵抗变形和破坏的能力。根据加载方式的不同，强度指标有 许多种，具中

3、以拉伸试验测得的屈服强度和抗拉强度两个指标应川最多。1.屈服强度 屈服现彖：应力超过b点后，材料将发生塑性变形。在bc段，材料发生塑性变形而应力 不会增加的现象。屈服强度：b点所对应的应力称为曲服强度，用os表示。丿出:服强度反映材料抵抗永久变形 的能力，是最重要的零件设计指标之一。2.抗拉强度颈缩现象：cd段为均匀变形阶段。在这一阶段，应力随应变增加而增加，产生应变强化。 变形超过d点后，试样开始发生局部塑性变形，即出现颈缩。抗拉强度：随应变增加，应力明显下降，并迅速在e点断裂。d点所对应的应力为材料断 裂前所承受的最人应力，称为抗拉强度，用ob表示。抗拉强度反映材料抵抗断裂破坏的能 力,也

4、是零件设计和材料评价的重耍指标。二、塑性：是指材料受力破坏前承受最大塑性变形的能力，指标为伸长率和断面收缩率。 伸长率：为试样拉断后，标距部分的残余伸长与原始标距之比的市分率。6=(11-10) /10*10 0%, i0为原长，11为断裂后长度。断面收缩率：为试样断裂后，横截血枳最大缩减量与原始横截血积之比的百分率。(p=(f0 f1)/ f0 *100%, f0为试件原始截血积，f1为断口处的截面积。屈服现彖：应力超过b点后，材料将发生塑性变形。在bc段，材料发生塑性变形而应力 不会增加的现彖。屈服强度：b点所对应的应力称为屈服强度，用os表示。屈服强度反映材料抵抗永久变形 的能力，是最重

5、要的零件设计指标之一。2.2晶体结构的基本概念2.2.1晶体与非晶体固体物质按原了在空间的排列方式可分为晶体与非晶体。品体：原子在空间呈规则排列的固体物质；如正常状态下的金属、食盐、单晶硅。非品体：原子在空间呈无序排列的固体物质；如普通玻璃、石蜡、松香的等。晶体和非晶体 在一定条件下可以互相转化。2.2.2晶格如果把组成晶体的原子看作是刚性球体，那么晶体就是由这些刚性球体按一定规律周期性堆 垛而成，如下图所示。为研究方便，假设将刚性球体缩为处于球心的点，称为结点。山结点 所形成的阵列称为空间点阵。用假想的直线将这些结点连接起来所形成的三维空间格架称 为晶格。晶格直观地表示了晶体中原子的排列规律

6、。晶格原子垛模荃2.3金属的结构2.3.1金属的晶体结构一、纯金属的晶休结构(1)体心立方晶格(b.c.c) : body-centered cubic lattice体心立方晶格的晶胞如f图所示，为一个立方休。在立方体的8个顶角各有一个与相邻晶胞共有的原子，立方休中心述有一个原子。具有体心立方晶格的金属有afe、cr、mo、w、v、nb 等。模型晶胞晶胞原子数体心立方晶格晶榕常数：a=b=c,故只用a即可表示；晶胞原子数：2,每个顶点的原子为八个晶胞所共有;原子半径：体对角线上原子间距的一半；配位数：8；致密度：0.68。(2)面心立方晶格(f.c.c) : face-centered cu

7、bic lattice面心立方晶格的晶胞如下图所示，也是一个立方体。除在立方体的8个顶角上各有一个与相邻晶胞共有的原子外，在6个面的中心也各有一个共有的原子。属于这种晶格的金属有:y-fe, ni, a1, cu, pb, au, rh 等。模型晶胞晶胞原子数3.3铁碳合金相图3.3.1铁碳合金的纽元和相一、基本概念铁碳合金：碳钢和铸铁的统称，都是以铁和碳为基木组元的合金碳钢：含碳量为0.0218%2."%的铁碳合金铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金铁碳合金相图：研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系 的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。注：由于含

8、碳量大于fe3c的含碳量(6.69%)时，合金太脆，无实用价值，因此所讨论的铁碳合金相图实际上是fe-fe3c二、组元4 .纯铁纯铁指的是室温下的a-fe,强度、硬度低，赠性、韧性好。2. 碳碳是非金属元索，自然界存在的游离的碳冇金刚石和石墨，它们是同索异构体。石墨具有简单的六万晶拷3 .碳在铁碳合金11'的存在形式有三种：c与fe形成金属化合物，即渗碳体：c以游离态的石墨存在于合金中。c溶于fe的不同晶格中形成固溶体；a. 铁素体：c溶于a-fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格，川符号“f”或9”表示，铁 素体是一种强度和破度低，而塑性和韧性好的相，铁素体在室温下可稳定存在。b.

9、奥氏体：c溶于yfe屮所形成的间隙固溶休，面心立方晶格，用符号“a”或“丫”表示，奥 氏休强度低、塑性好，钢材的热加工都在奥氏体相区进行，奥氏体在高温下可稳定存在。c. c与fe形成金属化合物：即渗碳体fe3c, fe与c组成的金属化合物，fe与c组成 的金属化合物，含碳量为6.69%。以“fe3c”或“cm”符号表示，渗碳体的熔点为1227°c,硬 度很高(hb=800)而脆，蛾性几乎等于零。渗碳体在钢和铸铁屮，一般呈片状、网状或球状 存在。它的形状和分布对钢的性能影响很人，是铁碳合金的重要强化札i。碳在a-fe屮溶解 度很低，所以常温下碳以渗碳体或石墨的形式存在。3.3.2铁碳合

10、金相图的分析1. 铁碳合金相图由三个相图组成：包晶相图、共晶相图和共析相图;2. 相图中有五个单相区：液相l、高温铁素体&、铁素体a、奥氏体丫、渗碳体fe3c；以相组成物标注的铁碳合金相图3. 相图中有三条水平线：hjb水平线（1495°c）：包品线，发牛包品反应，反应产物为奥氏体。l0.53+&0.09-yo.17ecf水平线（1148°c）：共晶线，发生共晶反应，反应产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物, 称为莱氏体，用“le”表示。l4.3y2.11+fe3cpsk水平线（727°c）：共析线，发牛共析反应，反应产物为铁素体和渗碳体的机械混合物,

11、 称为珠光体，用“p”表示。共析线又称为a1线丫0.77-f0.0218+ fe3c4图中的特性点a点：纯铁的熔点c点：共晶点d点：fe3c的熔点e点：yfe屮的最人溶碳量g点：a-fe->y-fe的同素异构转变点j点：包品点n点：y-fe->a-fe的同素界构转变点s点：共析点5.图中的特性线abcd-液相线ahjecf固相线gs、gp为a-fe固溶体转变线hn、jn为奥氏体a固溶体转变线es线为碳在奥氏体a中的固溶线，随着温度下降，c的溶解度下降，当含碳量超过0.77% 的铁碳合金自1148°c冷却到727°c时，会从奥氏体中析出渗碳体，称为二次渗碳体，标记

12、 为fe3c ii o es线乂称为acm线。pq线为碳在a-fe屮的固溶线，随着温度下降，c的溶解度下降，铁碳合金自727°c向室 温冷却时，会从铁素体屮析出渗碳体，称为三次渗碳体。标记为fe3ciii,但因为析出量极 少，在含碳量高的合金中不予以考虑。cd线是从液体中结晶出渗碳体的开始温度线，从液体中结晶出的渗碳体称为一次渗碳体， 标记为fe3c i o举报回复引用并回复维护d冬季(iylsg555)技术：上将铁碳合金：碳钢和铸铁的统称，都是以恢和碳为基木组元的合金财富：财神积分：21109经验：13929声望：5199时长:136230个人资料给他ffla帖子合集3.3.3典型

13、铁碳合金的平衡结品过程一、铁碳合金的分类1. 工业纯铁(<0.0218%c)室温下的平衡组织儿乎全部为铁索体的铁碳合金，工业上很少使用2. 钢(0.0218%-2.11%c)高温组织为单相奥氏体，易于变形。根据室温组织的不同分为三类亚共析钢(0.0218%-0.77%c):指室温下的平衡组织为铁素体与珠光体的铁碳合金， 有熟铁z称；共析钢(0.77%c)：指室温下的平衡组织为珠光体的铁碳合金，即碳素工具钢中的t8 钢；过共析钢(0.77%c- 2.11%c):指室温下的平衡组织为珠光体与二次渗碳体的铁碳合金。3白口铸铁(2.11% 一 6.69%c)指液态结晶时都冇共晶反应r室温下的平衡

14、组织中怦含冇变态莱氏体的一类铁碳介金,其断口口亮而得名，俗称住铁。亚共晶口口铸铁共晶口 口铸铁过共品白口铸铁二、结合下图，分析7种典型铁碳合金的结晶过程及其组织变化技术：上将财富：财神(iylsg555)举报回复引用并回匐 潍护积分：21109经验：13929声望：5199时长：136230d冬季 个人资料给他留言帖子合集1.工业纯铁的结晶过程（图屮合金）1 2点：匀品反应形成&铁素体2 3点：不发生组织转变3 4点：开始从&恢素体中析出奥氏体，4点后全部转化为奥氏体4 5点：不发生组织转变5 6点：开始从奥氏体小析出铁索体，6点后全部转化为铁素体6 7点：不发生组织转变7点以后:开始从铁素体屮析出三次渗碳体工业纯铁结晶过程的基本反应：匀晶反应十固溶体转变反应+二次析出反应匸业纯铁的室温纟r织：f十fe3clii纯铁的结晶过程中的组织变化过程工业纯铁的显黴组织（400 x ）冬季(iylsg555)技术：上将财