机械制图第二章

1、12007-04-17机械工程材料精品课程第一节第二节第三节金属的晶体结构实际金属的微观结构铁碳合金相图52007-04-17机械工程材料精品课程第一节 金属的晶体结构一、纯金属晶体结构1.晶体定义原子在三维空间作有规则的周期性重复排列的物质2.特性恒定熔点、各向异性、规则外形7机械工程材料精品课程第一节 金属的晶体结构1、晶体的描述1.晶格与晶胞阵点：将晶体的实际质点(原子、分子)抽象为纯粹的几何点晶格：描述原子排列方式的几何格架空间点阵晶胞：晶格中具有代表性的最小的几何单元。晶格则由晶胞重复堆砌而成。晶格晶胞2007-04-179机械工程材料精品课程体心立方面心立方第一节 金属的晶体结构2

2、、金属中三种常见的晶体结构体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格252007-04-17机械工程材料精品课程 第一节 金属的晶体结构3. 纯金属实际晶体结构特点（1）多晶体实际金属大多是多晶体组织，即由晶粒和晶界组成晶粒-小的单晶体(10-110-3mm）晶界-位向不同的晶粒之间的界多晶体结构-由许多位向不同的晶粒构成奥氏体不锈钢的显微组织工业纯铁的显微组织282007-04-17机械工程材料精品课程第二节 实际金属的微观结构（2）晶体缺陷1.晶体缺陷的概念点缺陷空位、间隙原子、置换原子动画292007-04-17机械工程材料精品课程刃型位错第二节 实际金属的微观结构线缺陷位错：晶体滑移区与未滑

3、移区的边界线302007-04-17机械工程材料精品课程面缺陷晶界：晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面第二节 实际金属的微观结构晶界、亚晶界 各种缺陷及附近晶格均处于畸变状态，影响金属力学性能，使金属的强度、硬度提高，而韧性下降。重点：纯金属微观结构与力学性能的关系重点：纯金属微观结构与力学性能的关系32007-05-12机械工程材料精品课程第一节 金属的晶体结构二、合金的晶体结构几个重要概念1、合金两种或两种以上的金属，或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质, 如铁碳合金等;2、组元组成合金最基本、独立的物质称为组元 ，是组成合金的元素，但也可以是相，有二元、三元等；3、相合金组织中

4、成分、结构和性质相同的部分，有界面分开的均匀组成部分组成部分。62007-05-12机械工程材料精品课程基本相结构正常价化合物电子化合物间隙化合物间隙化合物复杂结构间隙化合物金属化合物第一节 合金的相结构组元相互作用不同不同相结构置换固溶体固溶体间隙固溶体72007-05-12机械工程材料精品课程第一节 合金的相结构一、固溶体 固态下，合金组元间相互溶解形成新相。特点：保持溶剂晶格类型1、分类 置换固溶体 、 间隙固溶体置换固溶体间隙固溶体92007-05-12机械工程材料精品课程第一节 合金的相结构2、固溶体的性能固溶强化：溶入溶质原子形成固溶体而使金属强度、硬度升高。溶质原子%， b、 H

5、B, 、 k固溶强化是提高合金力学性能重要途径之一。102007-05-12机械工程材料精品课程第一节 合金的相结构二、金属化合物合金组元间按一定比例发生相互反应而形成化合物，如Fe3C、CuAl2等。晶格类型与性能均不同于任一组元。一般可用分子式表示。具有一定的金属性质。 性能特点：三高 (高熔点、高硬度、高脆性) 细小的金属化合物均匀分布在固溶体基体上时，将使合金强度、硬度明显提高，称为弥散强化。是提高合金力学性能重要途径之一。132007-05-12机械工程材料精品课程第一节 合金的相结构Fe-C合金中的相：组元之间相互溶解固溶体：铁素体(F)、奥氏体(A)组元之间相互反应金属化合物：渗

6、碳体（Fe3C)82007-04-17机械工程材料精品课程第二节 金属的结晶一、金属结晶的一般过程金属结晶过程示意图纯金属的结晶过程是形核和长大的过程。 晶核形成-过冷度两种形核方式：均匀形核：晶核在均匀液相中由液相的一些原子集团直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响。非均匀形核： 晶核依附于固态杂质或模壁上形成。这是金属凝固过程中主要形核方式。 长大方式：一般金属结晶时，多数以树枝状方式长大。182007-04-17机械工程材料精品课程第二节 金属的结晶一般金属结晶时，多数以树枝状方式长大。2、晶粒大小与控制晶粒越细小，金属的强度、塑性、韧性越高。3、铸锭的组织模具锻坯气泡镁合金铸件中的夹杂物

7、(a)纵向剖面 (b)横向剖面 铸锭组织 (a)纵向剖面 (b)横向剖面 铸锭组织示意图铸锭特点：组织不均匀、还存在各种缺陷，是影响铸件或铸锭的质量和力学性能的因素 332007-05-12机械工程材料精品课程单相区L单相区+双相区L+双相区L+双相区L+三相共存区(MEN水平线)单相区 第二节 金属的结晶二、合金的结晶合金相图 铁碳合金是以铁和碳为基本组元的合金。一般将碳的质量分数为0.0218%2.11%的铁碳合金称为碳钢，碳的质量分数大于2.11%的称为铸铁。铁碳合金铁碳合金1 1、铁碳合金基本组织铁碳合金基本组织 23奥氏体-单相组织珠光体-复相组织第三节 铁碳合金相图思考：什么是合金

8、相？Fe、C元素可形成那些相？组织：泛指用金相观察方法看到的由各相的形态、数量、尺寸和分布组成的关系和构造情况。合金相是组织的基本单位。第三节 铁碳合金相图1.铁素体 铁素体是碳在-Fe中的固溶体，用符号“F”表示。其组织结构与组织形态如图3所示。铁碳合金的基本组织：图3 铁素体铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体 (1)在727有最大溶解度， wC =0.0218%。 (2)强度和硬度低，韧性塑性好。力学性能如表2所示。1 1）铁素体的特点）铁素体的特点 24b 180280MN/m270%80%0.2100170MN/m230%50%硬度5080HBSak1.82.5MJ/m2b250M

9、N/m285%0.2120MN/m250%硬度80HBSak2.0MJ/m22 表铁素体的力学性能表3 纯铁的力学性能第三节 铁碳合金相图 奥氏体是碳在-Fe中的固溶体，用符号“A”表示。高温奥氏体的显微组织如图4所示。奥氏体的特点： 2.奥氏体25图4 奥氏体 (1)在1148时有最大溶解度wC= 2.11%。当727时，wC=0.77%。 (2)其力学性能与碳含量及晶粒大小有关，硬度低塑性好，形变能力好。3.渗碳体 渗碳体是铁和碳的化合物，碳质量分数6.67%，用“Fe3C”或表示。 渗碳体的特点：硬度高、塑性、韧性几乎为零。 第三节 铁碳合金相图4.复相组织珠光体（P）和莱氏体（Ld）

10、铁素体(F)+渗碳体(FeC3) 珠光(P)+渗碳体(FeC3) 珠光体组织（P） 莱氏体组织（Ld）第三节 铁碳合金相图 铁碳合金相图是研究钢铁材料的成分、相和组织的变化规律以及与性能之间关系的重要工具。 铁碳合金相图如动画11所示。2 2 铁碳合金相图铁碳合金相图26动画11 铁碳合金相图第三节 铁碳合金相图1 1）相区区域）相区区域27动画12 铁碳合金相区分析第三节 铁碳合金相图2 2）各特性线）各特性线28动画13 铁碳合金相图特性线3 3）主要特性点）主要特性点29特特性性点点温温度度wC100100含含 义义特特性性线线含含 义义ACDEFGKPSQ153811481227114

11、8114891272772772760004.36.692.116.6906.690.02180.770.0057纯铁的熔点共晶点渗碳体的熔点碳在奥氏体中的最大溶解度渗碳体的成分-Fe-Fe转变点渗碳体的成分碳在铁素体中最大溶解度共析点碳在铁素体中的溶解度 ACCDAEGSGPESPQECFPSK液相线，液态合金开始结晶出奥氏体液相脱溶线，液相开始脱溶出Fe3C固相线，即奥氏体结晶终了线奥氏体转变为铁素体开始线，即A3线奥氏体转变为铁素体终了线脱溶线，奥氏体脱溶出Fe3C，(Acm线)脱溶线，铁素体开始脱溶出Fe3C共晶转变线，LC EFe3C共析转变线，S PFe3C，即A1线注:本表是指冷

12、却过程中相变的含义表表4 铁碳合金的特性点铁碳合金的特性点第三节 铁碳合金相图 随着合金中碳的质量分数的增加，在合金的室温组织中不仅渗碳体的数量增加，其形态、分布也有变化，因此合金的力学性能也相应变化（见图5）。3 3、铁碳合金室温组织性能随成分的变化规律、铁碳合金室温组织性能随成分的变化规律30图5 铁碳合金室温组织性能变化规律第三节 铁碳合金相图铁碳合金相图的应用可以应用情况：1、选材方面的应用（1）各种型钢、建筑用钢，塑性、韧性较好，选用低碳钢。（2）承受冲击载荷要求强度、塑性、韧性较好的机械零件， 选用中碳钢 （0.25-0.5%） （3）承受冲击、高硬度耐磨性好的工具钢，高碳钢（0.55%）（4）形状复杂、不受冲击、要求高硬度、耐磨性的铸件