金属晶体结构-课件

金属的晶体结构一、晶体的基本概念在自然界中除了一些少数的物质（如普通玻璃、松香等）以外，包括金属在内的绝大多数固体都是晶体1．晶体所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。金属的晶体结构一、晶体的基本概念19-1-1晶体的基本概念2．晶体结构晶体中原子（离子或分子）在空间的具体排列。3．阵点（结点）把原子（离子或分子）抽象为规则排列于空间的几何点，称为阵点或结点。4．阵点（或结点）在空间的排列方式称为空间点阵（简称点阵）

5．晶面点阵中的结点所构成的平面。6．晶向点阵中的结点所组成的直线。9-1-1晶体的基本概念2．晶体结构29-1-2晶体的基本概念7．晶格把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接起来构成空间格子称为晶格。8．晶胞构成晶格的最基本单元。由于晶体中原子排列的规律性，可以用晶胞来描述其排列特征。9．晶格常数晶胞的棱边长度a、b、c和棱间夹角α、β、γ是衡量晶胞大小和形状的六个参数，其中a、b、c称为晶格常数或点阵常数。其大小用A来表示（1A=10-8cm）若a=b=c，α=β=γ=90°这种晶胞就称为简单立方晶胞。具有简单立方晶胞的晶格叫做简单立方晶格。9-1-2晶体的基本概念7．晶格39-1-3常见金属的晶体结构类型在金属元素中，常见的金属晶体结构类型有下面三种晶体结构类型。

（一）体心立方晶格体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体，并且在立方体的体中心还有一个原子晶格常数a=b=c，通常只用a表示，（见图1-2）。这种晶胞在其立方体的对角线方向上原子是紧密接触排列着的。故其对角线长度a方向上所分布的原子数目为2，这样可计算出其原子半径：

在这种晶胞中，因每个顶点上的原子是同时属于周围八个晶胞所共有。实际上每个体心立方晶胞中仅含有：个原子。9-1-3常见金属的晶体结构类型在金属元素中，常见的金属晶体49-1-4常见金属的晶体结构类型晶格的致密度：是指其晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比。用“K”表示。体心立方晶格的致密度：即晶格中有68%的体积被原子占有，其余为空隙。属于这种体心立方晶格的金属有Fe(＜912℃,α-Fe)、Cr、Mo、W、V等。9-1-4常见金属的晶体结构类型晶格的致密度：是指其晶胞中所59-1-5常见金属的晶体结构类型图1-2体心立方晶格图1-3面心立方晶格9-1-5常见金属的晶体结构类型图1-2体心立方晶格6§9-2Fe-Fe3C合金相图§9-2Fe-Fe3C合金相图79-2-1型铁碳合金结晶过程图9-2-1型铁碳合金结晶过程图89-2-2典型铁碳合金结晶过程分析1．含碳0.01%的工业纯铁

2.含碳0.77%的共析钢（合金②）

3.含碳0.40%的亚共析钢（合金③）

4．含碳1.2%的过共析钢（合金④）

5．含碳4.3%的共晶白口铁：（合金⑤）

6．含碳3.0%的亚共晶白口铁：（合金⑥）7．含碳5.0%的过共晶白口铁（合金⑦）

9-2-2典型铁碳合金结晶过程分析1．含碳0.01%的工业纯99-2-3含碳0.01%的工业纯铁

9-2-3含碳0.01%的工业纯铁109-2-40.77%共析钢结晶过程9-2-40.77%共析钢结晶过程119-2-5亚共析钢结晶过程9-2-5亚共析钢结晶过程129-2-6%C的过共析钢的结晶过程9-2-6%C的过共析钢的结晶过程139-2-7铁碳合金组织特征图(a)0.01%C铁素体500×(c).0.77%C珠光体

500×(b)0.45%C铁素体+珠光体

500×d).1.2%C

铁素体+二次渗碳体

500×9-2-7铁碳合金组织特征图(a)0.01%C铁素体500149-2-8共晶白口铁的结晶过程9-2-8共晶白口铁的结晶过程15§9-3热加工相关概念热加工：将金属加热到再结晶温度以上一定温度进行压力加工。在热加工中将同时发生加工硬化和再结晶软化两个过程。再结晶温度是热加工与冷加工的分界线，高于再结晶温度的压力加工是热加工，低于再结晶温度的压力加工是冷加工。

§9-3热加工相关概念热加工：将金属加热到再结晶温度以上一定169-3-1热加工对钢的组织和性能影响有利影响：(1)通过热加工，可使铸态金属中的气孔焊合，从而使其致密度得以提高；(2)通过热加工，可使铸态金属中的枝晶和柱状晶破碎，从而使晶粒细化，机械性能提高；(3)通过热加工，可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂分布发生改变可提高零件使用寿命。

9-3-1热加工对钢的组织和性能影响有利影响：179-3-2热加工对钢的组织和性能影响不利影响加工的温度过高，晶粒粗大；若温度过低，引起加工硬化、残余内应力等；形成带状组织使性能变坏。

9-3-2热加工对钢的组织和性能影响不利影响18§9-4碳钢的分类按含碳量分类低碳钢中碳钢高碳钢按质量分类

普通碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢

按用途分类

碳素结构钢

碳素工具钢

§9-4碳钢的分类按含碳量分类199-4-1碳钢牌号和用途

普通碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢9-4-1碳钢牌号和用途普通碳素结构钢209-4-2普通碳素结构钢牌号和用途

Q+数字表示牌号,Q235表示屈服点是235MPa,Q235-A·F,表示屈服点为235的A级沸腾钢。制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等钢结构，也可制造普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴等等

9-4-2普通碳素结构钢牌号和用途Q+数字表示牌号,Q219-4-3优质碳素结构钢牌号和用途

两位数字表示钢材中的平均含碳量的万分数的数字,20钢表示平均含碳量为0.20%,15Mn：表示钢材中的含锰量比较高。08、08F、10、10F钢，塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等；15、20、25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等；30、35、40、45、50钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件；55、60、65钢热处理（淬火+高温回火）后具有高的弹性极限，常用作弹簧。9-4-3优质碳素结构钢牌号和用途两位数字表示钢材中的平均229-4-4碳素工具钢牌号和用途

数字表示钢材中平均含碳量千分数的数值,T10A表示平均含碳量为1.0%,A表示高级优质钢碳素工具钢用于制造各种量具、刃具、模具等。碳素工具钢经热处理（淬火+低温回火）后具有高硬度，用于制造尺寸较小要求耐磨性的量具、刃具、模具等。

9-4-4碳素工具钢牌号和用途数字表示钢材中平均含碳量千分23§9-5铸铁的石墨化过程石墨的晶体结构铸铁的石墨化过程根据石墨化程度不同铸铁的分类

§9-5铸铁的石墨化过程石墨的晶体结构24

9-5-1石墨的晶体结构

石墨为稳定相，具有特殊的简单六方晶格，其底面原子呈六方网格排列，原子间距小（1.42×10-10m），结合力很强；而底面之间的间距较大（3.04×10-10m），结合力较弱。所以石墨的强度、硬度和塑性都很差。

9-5-1石墨的晶体结构石墨为稳定相，具有特殊的简单六方259-5-2Fe-G相图

对铁碳合金的结晶过程来说，实际上存在两种相图，即Fe3C-Fe和Fe-G相图，铁碳合金结晶条件不同可以全部或部分地按照其中的一种或另一种相图进行结晶

9-5-2Fe-G相图对铁碳合金的结晶269-5-3铸铁的石墨化过程铸铁组织中石墨的形成叫叫“石墨化”过程。

第一阶段共晶石墨第二阶段二次石墨第三阶段共析石墨

9-5-3铸铁的石墨化过程铸铁组织中石墨的形成叫叫“石墨化”279-5-4冷却速度的影响冷却速度愈慢，即过冷度愈小，愈有利于按照Fe-G相图进行结晶，对石墨化愈有利，反之冷却速度愈快，过冷度增大，不利于铁和碳原子的长距离扩散，愈有利于按Fe-Fe3C相图进行结晶，不利于石墨化的进行。生产中铸铁冷却速度可由铸件的壁厚来调态，综合了铸铁化学成分和冷却速度对铸铁组织的影响，可见，碳硅含量增加，壁厚增加易得到灰口组织，石墨化愈完全；反之，碳硅含量减少，壁厚愈小，愈易得到白口组织，石墨化过程越不易进行。9-5-4冷却速度的影响冷却速度愈慢，即过冷度愈小，愈有利于289-5-5可锻铸铁它是将铁水先浇注成白口铸铁件，然后经石墨化退火而得到石墨呈团絮状形态的一种铸铁，其强度较灰铸铁高，塑性比灰铸铁好，且有一定的塑性变形能力，因此又被称为展性铸铁韧性铸铁，其可锻铸铁也是由此而得名，实际上也是不能经过锻造加工的，只是因为其较灰铸铁有一定的韧性，才称为可锻铸铁。9-5-5可锻铸铁它是将铁水先浇注成白口铸铁件，然后经石墨化299-5-6球墨铸铁球墨铸铁是在浇注前往铁水中加入一定量的球化剂（Mg、Ce及其他烯土）进行球化处理，并加入少量的孕育剂（硅铁或硅钙合金）以促进石墨化，浇注后得到球状石墨的铸铁。组织（F、F+P、P）+G球状。由于石墨呈球状，对基体的割裂作用最小，应力集中小，其基体的强度能够得到充分的发挥，因此球墨铸铁既具有灰铸铁的优点如良好的铸造性、耐磨性、可切削加工性及低的缺口敏感性，又有可与钢化的机械性能，即有较高的抗拉强度及良好的塑性与韧性，还可通过合金化和热处理来进一步提高它的性能，在所有的铸铁中机械性能最好，但其韧性仍比钢差，可部分替代钢，某些合金钢。和可锻铸铁，用于制造载荷较大，受力复杂的重要零件，如：汽车、拖拉机、或煤油机乃至火车的曲轴凸轮轴、机床中的主轴，轧钢机的轧辊等。9-5-6球墨铸铁球墨铸铁是在浇注前往铁水中加入一定量的球化30§9-6有色金属及合金一、铝及铝合金

二、铜及铜合金

三、轴承合金四、钛及钛合金的性能特点§9-6有色金属及合金一、铝及铝合金319-6-1铝及铝合金的性能特点（1）优良的物理性能（2）抗大气腐蚀性能好

（3）加工性能好，比强度高

9-6-1铝及铝合金的性能特点（1）优良的物理性能329-6-2优良的物理性能密度小，熔点低，导电性、导热性好，磁化率低纯铝的密度2.72g/cm3，仅为铁的1/3，熔点为660.4℃，导电性仅次于Cu、Au、Ag。铝合金的密度也很小，熔点更低，但导电、导热性不如纯铝、铝及铝合金的磁化率极低，属于非铁磁材料。9-6-2优良的物理性能密度小，熔点低，导电性、导热性好，339-6-3抗大气腐蚀性能好铝和氧的化学亲和力大，在大气中，铝和铝合金表面会很快形成一层致密的氧化膜，防止内部继续氧化。但在碱和盐的水溶液中，氧化膜易破坏，因此不能用铝及铝合金制作的容器盛放盐和碱溶液。9-6-3抗大气腐蚀性能好铝和氧的化学亲和力大，在大气中，铝349-6-4加工性能好，比强度高纯铝为面心立方晶格，无同素异构转变，具有较高的塑性（δ=30～50%，ψ=80%），易于压力加工成型，并有良好的低温性能，纯铝的强度低，σn=70Mpa，虽经冷变形强化，强度可提高到150～250Mpa，但也不能直接用于制作受力的结构件，而铝合金通过冷成型和热处理，其抗拉强度可达到500～600Mpa，相当于低合金钢的强度，比强度高，成为飞机的主要结构材料。

9-6-4加工性能好，比强度高纯铝为面心立方晶格，无同素异构359-6-5铝及铝合金的分类及用途纯铝

铝合金

9-6-5铝及铝合金的分类及用途纯铝369-6-6纯铝

按纯度分为高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝三类高纯铝：99.996%～99.93%用于科研，代号L04～L01；工业高纯铝：99.9%～99.85%用于作Al合金原料、铝箱，代号L0、L00；工业纯铝：99.0%～98.0%作管、线、棒、代号L1～L6，数字大。

9-6-6纯铝按纯度分为高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝三类379-6-7铝合金

变形铝合金防锈铝硬铝超硬铝锻铝

铸造铝合金

Al-Si系Al-Cu系Al-Mg系Al-Zn

9-6-7铝合金变形铝合金389-6-8铝合金牌号铝合金的牌号表示方法：Al+主要合金元素符号+主要合金元素平均含量，若为铸造铝合金前面加“Z”，如ZAlSi12表示平均硅含量为12%的铸造铝合金。按国家标准规定，防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝代号分别用“LF”、“LY”、“LC”、“LD”等字母及一组顺序号表示，如LF5、LY1、LC4、LD5等，而铸造铝合金的代号用“ZL”两个字母和三个数字表示，如ZL102，ZL203,ZL302等9-6-8铝合金牌号铝合金的牌号表示方法：Al+主要合金元素399-6-9铜及铜合金1.铜及铜合金的性能特点2.铜及铜合金的分类及用途9-6-9铜及铜合金1.铜及铜合金的性能特点409-6-10铜及铜合金的性能特点优异的物理、化学性能

导电、导热性、抗蚀、抗磁能力高

良好的加工性能

塑性好；铸造性好某些特殊机械性能优良的减摩性和耐磨性，高的弹性极限和疲劳极限9-6-10铜及铜合金的性能特点优异的物理、化学性能419-6-11铜及铜合金的分类及用途纯铜铜合金黄铜青铜白铜9-6-11铜及铜合金的分类及用途纯铜429-6-12铜及铜合金的分类及牌号纯铜(紫铜)T1、T2、T3、Tu1，Tu2

铜合金黄铜普通黄铜H××表示含铜62%,其余为Zn的黄铜特殊黄铜HPb59-1表示59%Cu、1%Pb。余量为Zn的铅黄铜青铜锡青铜QSn6.5-0.4,表示6.5Sn及0.4%P的锡-磷青铜特殊青铜白铜BMn3-12,是含3%Ni及12%Mn的锰白铜9-6-12铜及铜合金的分类及牌号纯铜(紫铜)T1、T2、439-6-13纯铜我国工业有三个牌号：即一号铜（99.95%Cu）、二号铜（99.90%Cu），三号铜（99.7%Cu），其代号分另为T1、T2、T3。此外，纯铜除工业纯铜外，还有一类叫无氧铜，其含氧量极低，不大于0.003%，其代号有Tu1，Tu2，“u”是“无”汉语拼音字首。纯铜退火状态，强度低，塑性好（σb=250～270Mpa，δ=35～45%），经冷加工变形后强度升高，而塑性急剧降低（σb=400～500Mpa，δ=1～3%）。不能用作受力的结构材料，工业纯铜主要用导电、导热，兼有抗腐蚀性的器材，如电线、电缆、电器开关等，无氧铜主要作真空器件。

9-6-13纯铜我国工业有三个牌号：即一号铜（99.449-6-14铜合金纯铜强度低，虽然冷加工变形可提高其强度，但塑性显著降低，不能制作受力的结构件。为了满足制作结构件的要求，在铜中加入合金元素，通过固溶强化，时效强化及过剩相强化等途径提高合金的强度，获得高强度的铜合金。常用的合金元素：Zn、Al、Sn、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Cr、Zr等。铜合金按其化学成分可分为黄铜、青铜、白铜三大类。

9-6-14铜合金纯铜强度低，虽然冷加工变形可提高其强度，但459-6-15黄铜黄铜是以Zn为主要合金元素的铜合金，具有良好的机械性能，易加工成型，对大气、海水有相当好的抗蚀能力，是应用最广的重要有色金属材料。黄铜按其所含合金元素的种类可分为普通黄铜和特殊黄铜两类；按生产方式可分为压力加工黄铜和铸造黄铜两类。9-6-15黄铜黄铜是以Zn为主要合金元素的铜合金，46钻床和铣床的区别钻床和铣床的区别钻床系指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。镗床与铣床的区别镗床与铣床的工作原理和性质相似。刀具的旋转是主运动，工件的移动是进给运动。镗床多用于加工较长的通孔，大直径台阶孔，大型箱体零件上不同位置的孔等。由于镗床的刀盘和镗杆刚性较高，因此加工出的孔的直线度，圆柱度和位置度等都很高。铣床也可以进行镗孔，但加工范围较小，精度也较低。铣床多用于平面，成型面，槽等加工。摇臂钻是效率很高的孔加工机床，由于它的主轴可以在加工范围内快速的任意移动，而工件固定。因此加工大型箱体零件上的不同位置的孔，螺孔等，效率很高。编辑本段立式铣床的日常保养班前保养(1)开车前检查各油池是否缺油，并按照润滑图所示，使用清净的机油进行一次加油。(2)检查电源开关外观和作用是否良好，接地装置是否完整。(3)检查各部件螺钉、像目、手柄、手球及油杯等有无松动和丢失，如发现应及时拧紧和补齐。(4)检查传动皮带状况。钻铣床[1](5)检查电器安全装置是否良好。班中保养(1)观察电机、电器的灵敏性、可靠性、温升、声响及震动等情况。(2)检查电器安全装里的灵敏和可靠程度。(3)观察各传动部件的温升、声向及震动等情况。(4)时刻检查床身和升降台内的柱塞油泵的工作情况，当机床在运转中而指示器内没有油流出时，应及时进行修理。(5)发现工作台纵向丝杠轴向间隙及传动有间隙，应按说明要求进行调整。(6)主轴轴承的调整。(7)工作台快速移动离合器的调整。(8)传动皮带松紧程度的调整。班后保养工作后必须检查、清扫设备，做好日常保养工作，将各操作手柄(开关)置于空档(零位)拉开电源开关，达到整齐、清洁、润滑、安全。定期保养1.每3个月清洗床身内部、升降台内部和工作台底座的润滑油池、用汽油清洗润滑油泵的游油网，每年不少于两次。2.升降丝杠用二硫化铝油剂每两月润滑一次。3.机床各部间隙的调整：(1)主轴润滑的调整，必须保证每分钟有一滴油通过。(2)工作台纵向丝杠传动间隙的调整，每3个月调整或根据实际使用情况进行调整，要求是传动间隙充分减小，丝杠的间隙不超过1/40转，同时在全长上都不得有卡住现象。(3)工作合纵向丝杠轴向间隙的调整，目的是消除丝杠和螺母之间的传动间隙，同时还要使丝杠在轴线方向与工作台之间的配合间隙达到最小。专业精品课件本文档下载后可以修改编辑，欢迎下载收藏。专业精品课件本文档下载后可以修改编辑，欢迎下载收藏。47金属的晶体结构一、晶体的基本概念在自然界中除了一些少数的物质（如普通玻璃、松香等）以外，包括金属在内的绝大多数固体都是晶体1．晶体所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。金属的晶体结构一、晶体的基本概念489-1-1晶体的基本概念2．晶体结构晶体中原子（离子或分子）在空间的具体排列。3．阵点（结点）把原子（离子或分子）抽象为规则排列于空间的几何点，称为阵点或结点。4．阵点（或结点）在空间的排列方式称为空间点阵（简称点阵）

5．晶面点阵中的结点所构成的平面。6．晶向点阵中的结点所组成的直线。9-1-1晶体的基本概念2．晶体结构499-1-2晶体的基本概念7．晶格把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接起来构成空间格子称为晶格。8．晶胞构成晶格的最基本单元。由于晶体中原子排列的规律性，可以用晶胞来描述其排列特征。9．晶格常数晶胞的棱边长度a、b、c和棱间夹角α、β、γ是衡量晶胞大小和形状的六个参数，其中a、b、c称为晶格常数或点阵常数。其大小用A来表示（1A=10-8cm）若a=b=c，α=β=γ=90°这种晶胞就称为简单立方晶胞。具有简单立方晶胞的晶格叫做简单立方晶格。9-1-2晶体的基本概念7．晶格509-1-3常见金属的晶体结构类型在金属元素中，常见的金属晶体结构类型有下面三种晶体结构类型。

（一）体心立方晶格体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体，并且在立方体的体中心还有一个原子晶格常数a=b=c，通常只用a表示，（见图1-2）。这种晶胞在其立方体的对角线方向上原子是紧密接触排列着的。故其对角线长度a方向上所分布的原子数目为2，这样可计算出其原子半径：

在这种晶胞中，因每个顶点上的原子是同时属于周围八个晶胞所共有。实际上每个体心立方晶胞中仅含有：个原子。9-1-3常见金属的晶体结构类型在金属元素中，常见的金属晶体519-1-4常见金属的晶体结构类型晶格的致密度：是指其晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比。用“K”表示。体心立方晶格的致密度：即晶格中有68%的体积被原子占有，其余为空隙。属于这种体心立方晶格的金属有Fe(＜912℃,α-Fe)、Cr、Mo、W、V等。9-1-4常见金属的晶体结构类型晶格的致密度：是指其晶胞中所529-1-5常见金属的晶体结构类型图1-2体心立方晶格图1-3面心立方晶格9-1-5常见金属的晶体结构类型图1-2体心立方晶格53§9-2Fe-Fe3C合金相图§9-2Fe-Fe3C合金相图549-2-1型铁碳合金结晶过程图9-2-1型铁碳合金结晶过程图559-2-2典型铁碳合金结晶过程分析1．含碳0.01%的工业纯铁

2.含碳0.77%的共析钢（合金②）

3.含碳0.40%的亚共析钢（合金③）

4．含碳1.2%的过共析钢（合金④）

5．含碳4.3%的共晶白口铁：（合金⑤）

6．含碳3.0%的亚共晶白口铁：（合金⑥）7．含碳5.0%的过共晶白口铁（合金⑦）

9-2-2典型铁碳合金结晶过程分析1．含碳0.01%的工业纯569-2-3含碳0.01%的工业纯铁

9-2-3含碳0.01%的工业纯铁579-2-40.77%共析钢结晶过程9-2-40.77%共析钢结晶过程589-2-5亚共析钢结晶过程9-2-5亚共析钢结晶过程599-2-6%C的过共析钢的结晶过程9-2-6%C的过共析钢的结晶过程609-2-7铁碳合金组织特征图(a)0.01%C铁素体500×(c).0.77%C珠光体

500×(b)0.45%C铁素体+珠光体

500×d).1.2%C

铁素体+二次渗碳体

500×9-2-7铁碳合金组织特征图(a)0.01%C铁素体500619-2-8共晶白口铁的结晶过程9-2-8共晶白口铁的结晶过程62§9-3热加工相关概念热加工：将金属加热到再结晶温度以上一定温度进行压力加工。在热加工中将同时发生加工硬化和再结晶软化两个过程。再结晶温度是热加工与冷加工的分界线，高于再结晶温度的压力加工是热加工，低于再结晶温度的压力加工是冷加工。

§9-3热加工相关概念热加工：将金属加热到再结晶温度以上一定639-3-1热加工对钢的组织和性能影响有利影响：(1)通过热加工，可使铸态金属中的气孔焊合，从而使其致密度得以提高；(2)通过热加工，可使铸态金属中的枝晶和柱状晶破碎，从而使晶粒细化，机械性能提高；(3)通过热加工，可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂分布发生改变可提高零件使用寿命。

9-3-1热加工对钢的组织和性能影响有利影响：649-3-2热加工对钢的组织和性能影响不利影响加工的温度过高，晶粒粗大；若温度过低，引起加工硬化、残余内应力等；形成带状组织使性能变坏。

9-3-2热加工对钢的组织和性能影响不利影响65§9-4碳钢的分类按含碳量分类低碳钢中碳钢高碳钢按质量分类

普通碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢

按用途分类

碳素结构钢

碳素工具钢

§9-4碳钢的分类按含碳量分类669-4-1碳钢牌号和用途

普通碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢9-4-1碳钢牌号和用途普通碳素结构钢679-4-2普通碳素结构钢牌号和用途

Q+数字表示牌号,Q235表示屈服点是235MPa,Q235-A·F,表示屈服点为235的A级沸腾钢。制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等钢结构，也可制造普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴等等

9-4-2普通碳素结构钢牌号和用途Q+数字表示牌号,Q689-4-3优质碳素结构钢牌号和用途

两位数字表示钢材中的平均含碳量的万分数的数字,20钢表示平均含碳量为0.20%,15Mn：表示钢材中的含锰量比较高。08、08F、10、10F钢，塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等；15、20、25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等；30、35、40、45、50钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件；55、60、65钢热处理（淬火+高温回火）后具有高的弹性极限，常用作弹簧。9-4-3优质碳素结构钢牌号和用途两位数字表示钢材中的平均699-4-4碳素工具钢牌号和用途

数字表示钢材中平均含碳量千分数的数值,T10A表示平均含碳量为1.0%,A表示高级优质钢碳素工具钢用于制造各种量具、刃具、模具等。碳素工具钢经热处理（淬火+低温回火）后具有高硬度，用于制造尺寸较小要求耐磨性的量具、刃具、模具等。

9-4-4碳素工具钢牌号和用途数字表示钢材中平均含碳量千分70§9-5铸铁的石墨化过程石墨的晶体结构铸铁的石墨化过程根据石墨化程度不同铸铁的分类

§9-5铸铁的石墨化过程石墨的晶体结构71

9-5-1石墨的晶体结构

石墨为稳定相，具有特殊的简单六方晶格，其底面原子呈六方网格排列，原子间距小（1.42×10-10m），结合力很强；而底面之间的间距较大（3.04×10-10m），结合力较弱。所以石墨的强度、硬度和塑性都很差。

9-5-1石墨的晶体结构石墨为稳定相，具有特殊的简单六方729-5-2Fe-G相图

对铁碳合金的结晶过程来说，实际上存在两种相图，即Fe3C-Fe和Fe-G相图，铁碳合金结晶条件不同可以全部或部分地按照其中的一种或另一种相图进行结晶

9-5-2Fe-G相图对铁碳合金的结晶739-5-3铸铁的石墨化过程铸铁组织中石墨的形成叫叫“石墨化”过程。

第一阶段共晶石墨第二阶段二次石墨第三阶段共析石墨

9-5-3铸铁的石墨化过程铸铁组织中石墨的形成叫叫“石墨化”749-5-4冷却速度的影响冷却速度愈慢，即过冷度愈小，愈有利于按照Fe-G相图进行结晶，对石墨化愈有利，反之冷却速度愈快，过冷度增大，不利于铁和碳原子的长距离扩散，愈有利于按Fe-Fe3C相图进行结晶，不利于石墨化的进行。生产中铸铁冷却速度可由铸件的壁厚来调态，综合了铸铁化学成分和冷却速度对铸铁组织的影响，可见，碳硅含量增加，壁厚增加易得到灰口组织，石墨化愈完全；反之，碳硅含量减少，壁厚愈小，愈易得到白口组织，石墨化过程越不易进行。9-5-4冷却速度的影响冷却速度愈慢，即过冷度愈小，愈有利于759-5-5可锻铸铁它是将铁水先浇注成白口铸铁件，然后经石墨化退火而得到石墨呈团絮状形态的一种铸铁，其强度较灰铸铁高，塑性比灰铸铁好，且有一定的塑性变形能力，因此又被称为展性铸铁韧性铸铁，其可锻铸铁也是由此而得名，实际上也是不能经过锻造加工的，只是因为其较灰铸铁有一定的韧性，才称为可锻铸铁。9-5-5可锻铸铁它是将铁水先浇注成白口铸铁件，然后经石墨化769-5-6球墨铸铁球墨铸铁是在浇注前往铁水中加入一定量的球化剂（Mg、Ce及其他烯土）进行球化处理，并加入少量的孕育剂（硅铁或硅钙合金）以促进石墨化，浇注后得到球状石墨的铸铁。组织（F、F+P、P）+G球状。由于石墨呈球状，对基体的割裂作用最小，应力集中小，其基体的强度能够得到充分的发挥，因此球墨铸铁既具有灰铸铁的优点如良好的铸造性、耐磨性、可切削加工性及低的缺口敏感性，又有可与钢化的机械性能，即有较高的抗拉强度及良好的塑性与韧性，还可通过合金化和热处理来进一步提高它的性能，在所有的铸铁中机械性能最好，但其韧性仍比钢差，可部分替代钢，某些合金钢。和可锻铸铁，用于制造载荷较大，受力复杂的重要零件，如：汽车、拖拉机、或煤油机乃至火车的曲轴凸轮轴、机床中的主轴，轧钢机的轧辊等。9-5-6球墨铸铁球墨铸铁是在浇注前往铁水中加入一定量的球化77§9-6有色金属及合金一、铝及铝合金

二、铜及铜合金

三、轴承合金四、钛及钛合金的性能特点§9-6有色金属及合金一、铝及铝合金789-6-1铝及铝合金的性能特点（1）优良的物理性能（2）抗大气腐蚀性能好

（3）加工性能好，比强度高

9-6-1铝及铝合金的性能特点（1）优良的物理性能799-6-2优良的物理性能密度小，熔点低，导电性、导热性好，磁化率低纯铝的密度2.72g/cm3，仅为铁的1/3，熔点为660.4℃，导电性仅次于Cu、Au、Ag。铝合金的密度也很小，熔点更低，但导电、导热性不如纯铝、铝及铝合金的磁化率极低，属于非铁磁材料。9-6-2优良的物理性能密度小，熔点低，导电性、导热性好，809-6-3抗大气腐蚀性能好铝和氧的化学亲和力大，在大气中，铝和铝合金表面会很快形成一层致密的氧化膜，防止内部继续氧化。但在碱和盐的水溶液中，氧化膜易破坏，因此不能用铝及铝合金制作的容器盛放盐和碱溶液。9-6-3抗大气腐蚀性能好铝和氧的化学亲和力大，在大气中，铝819-6-4加工性能好，比强度高纯铝为面心立方晶格，无同素异构转变，具有较高的塑性（δ=30～50%，ψ=80%），易于压力加工成型，并有良好的低温性能，纯铝的强度低，σn=70Mpa，虽经冷变形强化，强度可提高到150～250Mpa，但也不能直接用于制作受力的结构件，而铝合金通过冷成型和热处理，其抗拉强度可达到500～600Mpa，相当于低合金钢的强度，比强度高，成为飞机的主要结构材料。

9-6-4加工性能好，比强度高纯铝为面心立方晶格，无同素异构829-6-5铝及铝合金的分类及用途纯铝

铝合金

9-6-5铝及铝合金的分类及用途纯铝839-6-6纯铝

按纯度分为高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝三类高纯铝：99.996%～99.93%用于科研，代号L04～L01；工业高纯铝：99.9%～99.85%用于作Al合金原料、铝箱，代号L0、L00；工业纯铝：99.0%～98.0%作管、线、棒、代号L1～L6，数字大。

9-6-6纯铝按纯度分为高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝三类849-6-7铝合金

变形铝合金防锈铝硬铝超硬铝锻铝

铸造铝合金

Al-Si系Al-Cu系Al-Mg系Al-Zn

9-6-7铝合金变形铝合金859-6-8铝合金牌号铝合金的牌号表示方法：Al+主要合金元素符号+主要合金元素平均含量，若为铸造铝合金前面加“Z”，如ZAlSi12表示平均硅含量为12%的铸造铝合金。按国家标准规定，防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝代号分别用“LF”、“LY”、“LC”、“LD”等字母及一组顺序号表示，如LF5、LY1、LC4、LD5等，而铸造铝合金的代号用“ZL”两个字母和三个数字表示，如ZL102，ZL203,ZL302等9-6-8铝合金牌号铝合金的牌号表示方法：Al+主要合金元素869-6-9铜及铜合金1.铜及铜合金的性能特点2.铜及铜合金的分类及用途9-6-9铜及铜合金1.铜及铜合金的性能特点879-6-10铜及铜合金的性能特点优异的物理、化学性能

导电、导热性、抗蚀、抗磁能力高

良好的加工性能

塑性好；铸造性好某些特殊机械性能优良的减摩性和耐磨性，高的弹性极限和疲劳极限9-6-10铜及铜合金的性能特点优异的物理、化学性能889-6-11铜及铜合金的分类及用途纯铜铜合金黄铜青铜白铜9-6-11铜及铜合金的分类及用途纯铜899-6-12铜及铜合金的分类及牌号纯铜(紫铜)T1、T2、T3、Tu1，Tu2

铜合金黄铜普通黄铜H××表示含铜62%,其余为Zn的黄铜特殊黄铜HPb59-1表示59%Cu、1%Pb。余量为Zn的铅黄铜青铜锡青铜QSn6.5-0.4,表示6.5Sn及0.4%P的锡-磷青铜特殊青铜白铜BMn3-12,是含3%Ni及12%Mn的锰白铜9-6-12铜及铜合金的分类及牌号纯铜(紫铜)T1、T2、909-6-13纯铜我国工业有三个牌号：即一号铜（99.95%Cu）、二号铜（99.90%Cu），三号铜（99.7%Cu），其代号分另为T1、T2、T3。此外，纯铜除工业纯铜外，还有一类叫无氧铜，其含氧量极低，不大于0.003%，其代号有Tu1，Tu2，“u”是“无”汉语拼音字首。纯铜退火状态，强度低，塑性好（σb=250～270Mpa，δ=35～45%），经冷加工变形后强度升高，而塑性急剧降低（σb=400～500Mpa，δ=1～3%）。不能用作受力的结构材料，工业纯铜主要用导电、导热，兼有抗腐蚀性的器材，如电线、电缆、电器开关等，无氧铜主要作真空器件。

9-6-13纯铜我国工业有三个牌