材成-工程材料

金属材料的性能使用性能： 材料在使用过程中所表现出来的性能。工艺性能： 材料在制成零件过程中所表现出的性能。 即材料对于零件制造工艺的适应性。使用性能工艺性能物理性能化学性能机械性能铸造性能锻造性能焊接性能切削加工性能热处理性能第一章金属材料的主要性能§1.1金属材料的机械性能机械性能：材料受外力作用时所反映出来的性能。（力学性能）即在各种载荷作用下其抵抗变形的性能。一、弹性、塑性和强度1.弹性:是指金属材料受力外力作用时产生变形，当外力除去后能恢复原来形状的性能。

金属材料的弹性指标是弹性极限（σe），表示：金属材料在发生永久变形之前单位面积上所能承受的最大外力。常用的塑性指标：①延伸率②断面收缩率2.塑性：是金属材料受力外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能。其中：l为变形后的长度；l0为变形前的长度。其中：F为变形后的断面面积；F0为变形前的断面面积。常用指标：①屈服强度：σs材料在外力作用下开始屈服时的应力。3.强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。测定方法：拉伸试验②抗拉强度σb：材料在拉断前所能承受的最大应力。σ0.2──产生0.2%塑性变形时的应力。几种常见金属材料的拉伸曲线一般情况下材料的变形随应力的增加而增加,但应力达到某一值时,在应力没有增加而变形大量产生时,就叫材料发生了屈服。二、硬度：材料抵抗更硬物体压入能力，也可以看作是材料对局部塑性变形的抗力。1.布氏硬度HB①只适于测量硬度不高的材料HBS<450HBW<650；②不适于测量成品和薄件。2.洛氏硬度HRCHRB──测量有色金属，退火钢和铸铁等硬度较低材料。HRC──测量经过热处理后的硬度。（一般用1490N的力）HRA──测量经过化学热处理后的表面。①测量硬度高的薄件3.维氏硬度HV②测量过程比较麻烦是机械零件生产过程中对零件性能进行检测的一个重要指标，与材料的强度有相应对应关系。＊不能直接用于设计计算，只能作为抵抗冲击能力的参考性指标。三、冲击韧性:材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。测量方法：一次摆锤冲击试验四、疲劳强度(σ-1)2.疲劳强度：材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力。1.疲劳破坏：材料在σ<<σs(σb)的情况下由于受交变载 荷作用而断裂的现象。测量方法：弯曲疲劳试验钢材:N＝107色金属:N＝108§2.1金属的晶体结构一、晶体概念晶体是指其原子（原子团或离子）按一定的几何形状作有规律的重复排列的物体。晶格：通常把晶体中的原子假想为几何结点，并用直线从其中心连接起来，使之构成一个空间格子。晶面：晶格中各种方位的原子面。晶向：晶格中由原子（结点）所组成的任一直线，都能代表晶体空间的一个方向。非晶体的原子则是无规律、无次序地堆聚在一起的。晶胞：能代表晶格特征的最小几何单元。第二章晶体结构与结晶晶格常数：晶胞的各边尺寸a、b、c表示，(长度单位为10-10m)及各边之间的夹角分别以α、β及γ表示。在立方晶格情况下，其晶格常数a=b=c，而夹角α=β=γ=90°，因此，在立方晶格中只取一个晶格常数a便足以表征其尺寸及形状。各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同，则呈现出不同的物理、化学及力学性能：金属晶体：大多数金属是通过金属键结合使金属构成晶体。非金属晶体：是通过离子键或共价键结合使其构成晶体。二、金属晶体与非金属晶体由于金属与非金属构成晶体的方式不同，则金属晶体与非金属晶体呈现出不同的物理、化学及力学性能：2.面心立方晶格致密度：0.74原子数：8*1/8＋6*1/2=4具有面心立方晶格的金属有：r-Fe、(912～1394℃的纯铁）、铜（Cu）、铝(AI）、镍（Ni）等3.密排六方晶格致密度：0.74原子数：12*1/3＋2*1/2+3=6具有密排六方的晶格的金属有：铍（Be）、镁（Mg）、锌（Zn）、镉（Cd）等三、常见的金属晶格具有体心立方晶格的金属有：α－Fe、Cr、Mo、W等1.体心立方晶格原子数：8*1/8+1=2致密度：晶胞中原子所占的体积与晶胞体积之比，0.68。铁的单晶体及在其各方向上的弹性模量示意图单晶体具有各向异性的特征，即在晶体的各个晶向上具有不同的物理、化学和力学性能。四、单晶体及单晶体的各向异性单晶体：结晶方位完全一致的晶体称为“单晶体”一、多晶体结构晶粒：具有不规则外形颗粒状的小晶体。晶界：晶粒与晶粒之间的界面。多晶体：由多个晶粒组成的晶体。多晶体金属不显示各向异性。晶粒大小对材料性能影响很大，在常温下，晶粒愈小，材料的强度愈高，塑性、韧性愈好。§2.2实际金属结构二、晶体缺陷1、点缺陷点缺陷是指“空位”、“置换原子”和“间隙原子”。空位是指在正常的晶格结点上出现原子空缺；置换原子是指结点上的原子被异类原子所置换；间隙原子是在晶格的间隙中存在多余原子。点缺陷对材料的机械性能会产生一定的影响，但更主要的是影响材料的物理与化学性能2、线缺陷(位错)线缺陷是晶体中呈线状分布的缺陷。实际金属晶粒内存在着大量的位错，晶体中的位错密度以单位体积中位错线的总长度来表示，单位是cm/cm3或cm/cm2。在退火状态下，位错密度通常在l06~108cm/cm3范围内。位错的密度对材料的机械性能会产生极大的影响。3、面缺陷面缺陷主要指金属中的晶界、亚晶界等。亚晶粒：晶粒内还存在着许多小尺寸和小位向差（一般几十分到1°～2°)的小晶块。亚晶界：两相邻的亚晶粒间的边界。面缺陷数量的增加能提高金属材料的综合机械性能。一、结晶的概念凝固：由液态转变为固态的过程。结晶：由液态转变为晶体的过程。金属凝固→金属结晶结晶过程：是原子由不规则排列的液体状态逐步过渡到原子作规则排列的晶体状态的过程。结晶理论结晶温度的测定：测定方法为热分析法结晶时的温度曲线（冷却曲线）将熔化后的金属放入冷却速度较小的体系中，在T0温度以上为液体金属，随着热量向外界散失，温度不断下降，当降至T0温度时，液体金属开始结晶，由于结晶潜热的放出，补偿了冷却时散失的热量，所以冷却曲线出现水平台阶，即结晶在恒温下进行。待结晶终止，固体金属的温度继续下降，直至室温。过冷度△T：理论结晶温度T0与实际结晶温度T1之差。§2.4金属的结晶二、金属的结晶过程②非自发形核：在一定过冷度下，液体中的原子依靠外来质点形成结晶核心（外来晶核）。2.长大：一般以树枝方式长大单晶体：由一个晶核长成的晶体（整块晶体内部晶格排列位向完全一致的晶体)。多晶体：由外形不规则，大小不一,排列方位各不相同的小单晶体组成的晶体。晶粒：多晶体中每个小单晶体。晶界：晶粒间的界面。1.形核：①自发形核：在一定过冷度下，液体中的原子自发地聚集在一起按照一定的几何形状排列起来形成结晶的核心（自发晶核）。三、晶粒大小及其影响因素②长大率Ｇ：单位时间内晶核长大的长度。①形核率Ｎ：单位时间内单位体内形成的晶核数。2.影响因素②变质处理（孕育处理）：增加外来晶核细化晶粒的方法①增大过冷度3.细化晶粒的方法③振动结晶：将技晶打碎，成为新的晶粒。1.晶粒度的概念晶粒度是晶粒大小的量度，用单位体积中晶粒的数目Z、或单位面积上晶粒的数目Z、表示，也可以用晶粒的平均线长度（或直径）表示。四、金属的同素异晶转变1.同素异晶转变──在固态下金属的晶格类型发生变化的现象。2.主要特点①也是一个结晶的过程。（由一种排列方式转变为另一种排列方式）遵循结晶的基本规律（二次结晶，重结晶）。②形核只能在一定的地方形成（晶界、特定的晶面）③过冷倾向大④伴随体积的变化──引起较大的内应力（组织应力）五、金属铸锭的组织特点1.表面细晶粒层2.柱状晶粒层3.中心粗大等轴晶粒层第三章金属的塑性变形§3.1单晶体、多晶体的塑性变形一、塑性变形的基本形式1.滑移：在切应力的作用下，晶体的一部分相对另一部分沿着一定的晶面发生一定距离的移动，应力去除后不能恢复原状。2.孪生：在切应力的作用下，晶体的一部分相对另一部分，沿着一定的晶面（孪生面）产生一定角度的切变，应力去除后不能恢复原状。二、单晶体的塑性变形1.滑移面：是原子排列密度最大的晶面。2.滑移方向：是沿着原子密度最大方向。3.滑移系：是由一个滑移面和其上的一个滑移方向构成。4.滑移系数愈多，金属的塑性愈好，特别是其中的滑移方向的作用更大。5.正应力（与滑移系相垂直的分力）只使晶体产生弹性变形，切应力（与滑移系相平行的分力）使晶体产生塑性变形。6.单晶体的塑性变形实质是位错的运动。7.塑性变形的过程也是位错增殖的过程。三、多晶体的塑性变形1.晶界的影响：晶界使位错运动受到较大的阻力，难以发生变形。2.晶粒愈细愈晶界愈多，则金属的强度就愈高。3.晶粒愈细，在单位体积内的晶粒数愈多，金属的总变形量可分散到更多的晶粒中，使变形愈均匀。4.晶粒愈细，晶界曲折愈多，可阻碍裂纹的扩展。5.细晶粒的金属材料具有较高的强度和良好的韧性与塑性。

即良好的综合性能。6.多晶体的塑性变形分为晶粒内塑性变形和晶粒间转动两部分。§3.2金属的塑性变形一、变形强化（加工硬化）随着金属塑性变形的进行，其强度硬度增加而塑性韧性下降的现象。二、织构（加工硬化）随着金属塑性变形量的增加，各晶粒的位向也沿着变形的方向发生转变，当变形量达到足够大的程度(70％～90%）时，绝大部分晶粒的某一位向将与外力方向大体趋向一致的现象。三、回复把变形金属在较低的温度加热时，虽然不会引起金属内的显微组织发生明显的变化，但点缺陷、位错将会运动并发生重新分布，从而使晶体内的某些空位和间隙原子合并，位错相消，缺陷数量减少，晶格畸变程度降低，残余内应力部分消失。回复后，变形金属的晶粒大小和形态不会发生明显的变化。因此，变形金属的强度、硬度及塑性等性能亦变化不大，但其内应力、电阻等则明显降低。四、再结晶1.概念：当经冷变形的金属加热到再结晶温度以上时，金属以一些碎晶、杂质为核心，形成细小的等轴晶粒,使加工硬化彻底消除，塑性完全恢复的现象。2.再结晶温度：3.影响再结晶晶粒度的因素加热条件的影响：

加热温度升高或加热时间延长都使晶粒增大；变形度的影响：

当变形度达到某一值（一般金属为2％一10%)时，由于金属变形度不大而且不均匀，再结晶时形核数目少，故获得的晶粒特别粗大。这种获得异常粗大晶粒的变形度，称为临界变形度。§3.4金属的热加工一、热加工──在再结晶温度以上进行的加工。二、热加工对金属组织和性能影响机械性能得的提高a.晶粒得到细化缺陷被消除b.形成纤维组织──性能是方向性三、纤维组织的合理利用a.零件最大正应力方向与纤维方向平行。b.零件最大切应力方向与纤维方向垂直。C.纤维沿零件轮廓形状分布不被切断。第四章二元合金按组元数二元合金钢铁Fe-C黄铜Cu-Zn三元合金硬铝Al－Cu－Mg四元合金保险丝Sn－Bi－Cd－Pb组元：组成合金的元素，或独立的基本单元。合金：以一种金属为基础，加入其它金属元素或非金属元素，经过熔合而成的具有金属特性的物质。基本概念相：合金中具有相同成分和相同结构（相同聚集状态）的均匀部分。§4.1合金的相结构一、固溶体合金在固态时，组元间会互相溶解，形成一种在某一组元晶格中包含有其他组元的新相，这种新相称为固溶体。根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置，可将固溶体分为：置换固溶体──B置换了晶格中A的位置。间隙固溶体──B存在A晶格的间隙中。固溶强化：因形成固溶体而引起合金强度、硬度升高的现象。例：Cu──Ni合金、α——Fe，ν——Fe都是固容体。1.置换固溶体根据溶质原子在晶格中的位置可分为有序和无序固溶体。根据溶质的溶解度可分为有限和无限固溶体。影响溶质溶解度的因素有：晶格类型组元原子直径的相对大小电负性的差别电子浓度的影响溶质的原子百分比每个溶剂原子贡献的价电子数每个溶质原子贡献的价电子数2.间隙固溶体间隙固溶体的溶解度与溶质原子半径及溶剂的晶格类型有关。3.金属化合物：合金组元在固态下相互作用而形成的一种具有金属性质的新相。②具有高的熔点和硬度、脆性大作为合金的强化相。①晶体结构不同于组元1)特点：2)分类：①正常价化合物是指符合一般化合物的原子价规律的化合物②电子化合物主导因素是合金的电子浓度③间隙化合物是由过渡族金属元素与原子半径较小的C、N、H、B等非金属元素形成间隙化合物分为：A.间隙相当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，将形成具有简单晶格的间隙化合物B.具有复杂结构的间隙化合物，

例如钢铁中的Fe3C、Mn3C、Fe4W2C、Cr7C3等形成间隙相时，它的晶格与其组元的晶格不同⑤连接相应点成光滑曲线④将临界点描入温度──成分坐标中③找出各冷却曲线上的临界点2.相图的建立（Cu─Ni）①配制不同成分的Cu-Ni合金②作出各成分的冷却曲线表1不同成分的Cu——Ni合金ⅠⅡⅢⅣⅤCu1007550250Ni02550751001.相图建立的方法热分析法──通过观察温度随时间的变化,从而探知物体内部组织变化的方法。冷却曲线——是合金在冷却过程中的温度与时间的曲线。§4.2二元合金相图一、二元相图的建立二、匀晶相图(Cu——Ni相图)二元匀晶相图：两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图。化学成分不均匀→晶内偏析→扩散退火2.结晶过程晶内偏析：在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象。成分Ⅰ结晶过程：T——>T1——>T4——>T室温液相从液相中析出α相α相1.相图分析点分析：tA=1083℃纯铜的熔点，tB=1451℃纯镍的熔点基本相：为液相（L）和固相（α固溶体）AB液相线，线分析：域分析：液相线之上的区域为液相区，固相线以下的为固相区，而两线之间的区域为液固两相共存区。AB固相线LL+ααTCuNiXT1。LXQL（X-LX）=Qα（αX-X）设：合金的质量为W；

液相的质量为WL；

液相的质量百分数为QL；

固相的质量为Wα；

固相的质量百分数为Qα。解方程得：F!F!。αXab则有方程组：对方程组各项除以W则有：QααX+QLLX=XQα+QL=1即得方程组：三、杠杆定律共晶反应：一定成分的合金，在一定温度下，从液相中同时析出由两种不同固相的过程。四、共晶相图(Pb-Sn)点分析：A—纯铅的熔点；B—纯锡的熔点；

C—共晶反应时α固溶体成分及锡的最大溶解度；

D—共晶反应时β固溶体成分及铅的最大溶解度；

E—共晶点线分析：AEB—液相线；ACEDB—固相线；CED—共晶线；

CF—Sn在Pb中的溶解度线；

DG─Pb在Sn中的溶解度线。1.相图分析基本相：L相—液相；

α相─Sn溶于Pb中形成的固溶体；

β相─Pb溶于Sn中形成的固溶体。域分析LL+αL+βα+βαβ2、结晶过程成分Ⅱ结晶过程：T——>T共(共晶反应：L→α+β)——>T室温液相α、β相互相析出成分Ⅲ结晶过程：T——>T1—>T共(共晶反应：L→α+β)———>T室温α、β相互相析出液相从液相中析出α相从α中析出β相成分Ⅰ结晶过程：T——>T1——>T2——>T3——>T4液相从液相中析出α相α相五、包晶相图包晶反应：在一定温度下，由固定成分的液相和固定成分的固相反应生成一个新固相的过程。点分析：A—纯Pt的熔点；B—纯Ag的熔点；

C—包晶反应时α固溶体成分及Ag的最大溶解度；

D—包晶反应时β固溶体成分及Pt的最大溶解度；E—包晶点线分析：AEB—液相线；ACDEB—固相线；CDE—包晶线；

ACF—Ag在Pt中的溶解度线；

BDG─Pt在Ag中的溶解度线。1.相图分析基本相：L相—液相；

α相─Ag溶于Pt中形成的固溶体；

β相─Pt溶于Ag中形成的固溶体。包晶相图域分析空白域分析3.包晶偏析由于包晶转变不能充分进行而产生的化学成分不均匀的现象。2、结晶过程从β中析出α相成分Ⅰ结晶过程：T→T1→T2(包晶反应L+α→β)→T室温液相从液相中析出α相α相全部消耗完→T4→T室温α、β互相析出成分Ⅱ结晶过程：T→T1→T2(包晶反应L+α→β)→T室温液相从液相中析出α相有α相剩余从L中析出β相成分Ⅲ结晶过程：T→T1→T2(包晶反应L+α→β)→T3液相从液相中析出α相有L相剩余从β中析出α相α、β互相析出六、共析相图共晶反应：一定成分的合金，在一定温度下，从固相中同时析出由两种新固相的过程。§5.1铁碳合金的基本相和基本组织1、铁素体(F)──C在α－Fe中形成的间隙固溶体晶格形式：体心立方溶解度：727℃0.0218%C室温0.0008%C性能：与纯铁相似，常作为钢的基体一、铁碳合金中的基本相溶解度：727℃0.77%C，1148℃2.11%C性能：具有高的塑性。一般存在于高温,常作为锻造组织。2、奥氏体(A)──C在γ－Fe中形成的间隙固溶体晶体形式：面心立方常作为钢中的强化相3、渗碳体（Fe3C）──Fe与C的化合物晶体形式：复杂斜方成分：6.69%C性能：硬而脆第五章铁碳合金二、基本组织成分：0.77%C性能：综合机械性能较高高温莱氏体(Ld)──727℃以上，A+Fe3C性能：硬而脆无利用价值低温莱氏体(Ld)──727℃以下，P+Fe3C3、铁素体、奥氏体和渗碳体也可以称为相应的单相组织。1、珠光体(P)──F和Fe3C组成片层相间的机械混合物2、莱氏体一、相图分析C：共晶点，降温时发生共晶反应的成分、温度点。(1148℃，液相成分为4.3%C)E：共晶反应时，从液相中同时析出A相的成分及碳在γ－Fe(A)的最大溶解度（2.11%C）。1、点分析G：纯铁中A与F的同素异构点(912℃)。S：共析反应点，降温时A发生共析反应的成分与温度。(727℃，奥氏体的成分为0.77%C)P：共析反应时，析出F的成分及在912℃以下F中的最大溶解度（0.02%C)。Q：室温下F中碳的最大溶解度（0.0008%C）。A：纯铁的熔点(1538℃)。§5.2铁碳合金相图ACD：液相线AECF：固相线ES：A冷却时析出Fe3C的开始线（Acm）。GS：A冷却时析出F的开始线（A3）。ECF：共晶线2、线分析PSK：共析反应线（A1）。PQ：C在F中溶解度曲线(降温时脱溶析出Fe3CⅢ点状或不连续网状Fe3CⅢ棒状)共晶反应：一定成分的合金，在一定温度下，从液相中同时析出两种不同固相的过程。共析反应：一定成分的合金，在一定温度下，同时从一种固相析出两种新固相的过程。3.区域分析LL+AL+Fe3CAA+Fe3CA+FF+Fe3CF铁素体：含碳量的范围为小于0.020%C。

（工业纯铁）铁素体加珠光体：含碳量的范围为0.020～0.77%C。

（亚共析钢）珠光体：含碳量的范围为0.77%C。

（共析钢）珠光体加渗碳体：含碳量的范围为0.77～2.11%C

（过共析钢）三、结晶过程(1)共析钢Ⅰ(2)亚共析钢Ⅱ(3)过共析钢Ⅲ4.结晶过程（钢）5.铁碳相图的组织分区四、铁碳合金的成分与性能的关系1.铁碳合金的相组成物、组织组成物的相对量2.110.776.69QP1-QPQP≈0.774QFe3C≈0.2260.00086.692.11QF1-QFQF≈0.685QFe3C≈0.3152.wC对铁碳合金力学性能的影响

不锈钢耐热钢

耐磨钢滚动轴承钢模具钢量具钢渗碳钢调质钢弹簧钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素结构钢碳素工具钢合金结构钢合金工具钢特殊用途钢碳素钢合金钢钢一、钢的分类高级优质碳素工具钢低合金高强度结构钢刃具钢优质碳素工具钢§5.3碳钢1.SiMn是有利元素①起固溶强化作用②脱氧③Mn去S，提高钢的淬透性。一、常存杂质对铁碳合金组织和性能的影响P──引起钢的冷脆性(P溶在钢中使室温下钢的塑性韧 性急剧降低的现象)2.S.P有害元素S──使钢产生热脆性（由于共晶体溶化，晶体彼此脱开使 钢破裂的现象）(FeS+Fe)共晶体熔点低985℃S＜(0.03～0.05)%P<(0.035～0.045)%二、碳钢分类碳钢的分类方法很多，下面介绍三种。（一）按钢的wc分1．低碳钢wc≤0.25％。2．中碳钢wc：在0.25％～0.6％之间。3．高碳钢wc＞0.6％。主要是根据钢中含有害杂质S、P的多少来分：普通碳素钢钢中，wS≤0.055%,wP≤0.045％。优质碳素钢钢中，wS、wP均≤0.040%。高级优质碳素钢钢中wS≤0.030%,wP≤0.035％。（二）按钢的质量分类（三）按用途分类1．碳素结构钢2．碳素工具钢三、碳钢牌号×××××脱氧方法（F、b、Z、TZ）质量等级（A、B、C、D）屈服点数字MPa屈服点字母含锰较高(0.7～1.2)平均含碳量的万分之几.如：Q235-A.Z（一）碳素结构钢Q─（字母）（字母）应用：（二）优质碳素结构钢(Mn)常作为热轧钢板、钢带、型钢等，可供焊接、铆接一般工程构件，大多不予热处理而直接在供应状态下使用。如：20钢、45钢、60钢（三）碳素工具钢高级优质平均含碳量的千分之几碳素工具钢如：T12T12AT××（A）应用：主要用于制造各种低速刀具、量具和模具，这类钢在使用前必须进行淬火加低温回火处理。获得预期的组织和性能。冷却的目的：保温的目的：加热的目的：热处理是将钢在固态下，通过加热、保温和冷却，以改变钢的内部组织结构而达到改变其性能的一种工艺方法。一、定义：§6.1概述使室温的组织转变成A或所需要的组织。使组织转变的更加充分和A相中成分均匀化。二、作用：三、热处理工序分类2.最终热处理：在机械加工（粗加工）之后、精加工之前的这类热处理。1.预备热处理：机械加工之前的热处理一般称为预备热处理。2.提高零件或工具的使用性能。1.消除缺陷，改善材料的加工工艺性能。第六章钢的热处理表面淬火表面热处理普通热处理热处理四、热处理工序分类：退火淬火回火正火化学热处理火焰加热表面淬火感应加热表面淬火渗碳渗氮渗金属§6.2钢热处理的基本原理§6.2钢热处理的基本原理一、钢在加热时的组织转变1.钢加热时的组织转变特点1)晶格的重构 2)碳原子的重新分配P0.77%c(F0.0218%C+Fe3C6.69%C)体心斜方A0.77%C面心727℃2.共析钢加热时的组织转变1)组织转变③残余Fe3C的分解①A晶核的形成②A晶核的长大④A的均匀化2)奥氏体的形成过程实际晶粒度：钢在某一具体的热处理或热加工条件下实际获得的奥氏体晶粒度。3.非共析钢加热时的组织转变当珠光体转变成奥氏体后,还有渗碳体或先共析的铁素体向奥氏体转变。4.加热温度实际生产中的加热多不是极其缓慢的，故存有一定的滞后现象，也就是需要一定的过热转变才能充分进行。通常将加热时实际转变温度位置用AC1、AC3、Accm表示。按照GB6394-86《金属平均晶粒度测定法》规定，通常将A的标准晶粒度分为12级，其中：1～4级为粗晶粒，5～8为细晶粒，8～12级为超细晶粒。5.奥氏体的晶粒度起始晶粒度：钢进行加热时，当珠光体刚刚全部转变为奥氏体时的奥氏体晶粒度。本质细晶粒钢与本质粗晶粒钢。§6.3钢在冷却时的组织转变一、冷却方式：1.等温冷却：将加热到A的钢先以较快的冷却速度冷却到A1线以下一定温度，然后进行保温使A在等温下发生组织转变，转变完后再冷却到室温。2.连续冷却：将加热到A的钢一直连续冷却到室温，使钢中的A在一个温度范围内完成组织转变。在临界温度以下尚未转变的奥氏体(尚未发生转变，并存在于非奥氏体区的奥氏体)1.过冷奥氏体：2.珠光体：

形成条件：是奥氏体冷却至Ar1～550℃扩散转变所形成的产物。

组织形态：是F和Fe3C片层相间的机械混合物。Ar1～650℃P珠光体(粗)650～600℃S索氏体（细P）600～550℃T托（屈）氏体（极细P）珠光体(P)根据冷却到不同的温度，产物形成不同的片间距以将珠光体分为：珠光体的性能随片间距减小其强度和硬度升高，而塑性和韧性有所降低。二、奥氏体冷却转变的产物珠光体类型组织与性能的小结粗细性能形成温度冷却速度珠光体索氏体托(屈)氏体粗细低高高低小大3）贝氏体(B)根据转变温度和转变产物的形态不同分为：上贝氏体B上：

形成条件：在550℃～350℃进行等温冷却。

组织形态：在含碳量过饱和的F晶界上分布着短棒状的 渗碳体，机械性能差，无实际用途。下贝氏体B下：

形成条件：在350℃～Ms进行等温冷却。

组织形态：在含碳量过饱和的F上分布着颗粒状的 渗碳体，综合机械性能较好。贝氏体转变为半扩散型转变（铁原子不扩散，原地发生晶体结构的转变，碳原子扩散)。4)马氏体(M)：组织形态：是C在α-Fe中极度过饱和的固溶体。形成温度：Ms～Mf。其中:Ms为马氏体转变的开始温度，Mf为马氏体转变的结束温度。马氏体的性能：具有高硬度，但韧性很差。连续冷却时发生马氏体的转变：片状（针状高碳）HB↑脆性大，当奥氏体中：C>1.0％时则为100%的片状马氏体。冷处理：将淬火工件放在0℃以下继续冷却，使A′转变成M的方法。根据M形态不同分：板条状（低碳）σHB↓δαk↑，当奥氏体中：C<0.2％时则为100%的板条马氏体。⑴转变速度极快，内应力较大；⑵一般为降温转变；⑶转变是不彻底的；⑷晶格发生严重畸变。马氏体转变特点：三、奥氏体等温转变曲线A‘产生转变产物所需要的时间称为孕育区。在大约550℃孕育期最短，A‘最不稳定，此处常称为C曲线的鼻尖。鼻尖是制定热处理工艺主要考虑的因素之一。Vk是临界冷却速度(A‘全转变成M的最小冷却速度)2.C曲线的分析1.共析钢过冷奥氏体曲线的建立（Time,Temperature,Transform）3.影响C曲线的因素4．A‘的连续冷却转变continuouscoolingtransformation5.非共钢的A等温冷却转变曲线①C的影响亚共析钢──C↑曲线右移C过共析钢──C↑曲线左移C②合金元素的影响除钴和大于2.5%A1铝外，其它元素溶入A中都能增加A'的稳定性使C曲线右移,除此之外还会对C曲线图形产生影响。③加热温度和保温时间加热温度越高，保温时间越长，A'越趋稳定，C曲线右移。碳素钢的C曲线随|X-0.77|的增加，而左移。§6.4钢的退火和正火一、退火1.目的①降低硬度，改善切削加工性。②消除应力，防止变形或开裂。2.工艺1)完全退火[Ac3＋(30～50)℃]③应用：常用于中碳钢和高碳亚共析钢①操作：将工件加热到Ac3＋(30～50)℃后，进行充分保温，使奥氏体成分均匀化后，随炉或缓慢冷却到室温。②获得的组织：获得珠光体组织。退火和正火通常作为预备热处理。③应用：主要用于过共析钢及合金工具钢。3)去应力退火（低温退火）[Ac1以下通常为500～650℃]③应用：主要用于消除铸件、锻件、焊接件或切削加工过程中残留的应力。 2)球化退火[Ac1＋(20～30)℃]（不完全退火）①操作：将工件加热到Ac1＋(20～30)℃后，进行长时间保温，使片状渗碳体球化后，随炉或缓慢冷却到室温。①操作：将钢件随炉缓慢加热(100～150℃／h)至500～650℃(<Ａ1)，经一段时间保温后，随炉缓慢冷却(50～100℃／h)至300～200℃以下出炉。②获得的组织：获得球状的渗碳体+球光体。②获得的组织：没有改变钢件原有的组织。②获得的组织：获得马氏体。二、正火二、正火1.目的与应用：2.工艺将钢件加热至Ａc3(亚共析钢)或Ａccm(过共析钢)以上30－50℃，保温后从炉中取出，在空气中冷却的一种操作。②作为普通结构零件的最终处理。（中碳钢）①适当提高低碳钢和低碳合金钢的硬度，便于切削加工。③消除过共析钢中的网状Fe3C,为球化退火作好组织准备。§6.5钢的淬火过共析钢：Ac1+30～50℃1.目的获得含碳量极度过饱和的铁素体→马氏体（M）或颗粒状的渗碳+含碳量过饱和的铁素体。2.工艺与应用1)加热温度：钢的淬火是将钢加热到临界点之上，保温后急速冷却的热处理操作。2)冷却介质①水：②油：③盐水或碱水亚共析钢：Ac3+30～50℃易得、价廉、冷却能力较强。但在Ｍ转变区的冷速太大易造成变形或开裂并且对水温变化敏感，水温升高冷却能力急剧下降。用于Vk大的碳钢件。可加入少量的盐或碱可提高冷却能力在Ms冷速小，故变形开裂的倾向小，但在C曲线鼻尖处冷速低，用于Vk小的合金钢及小件。优点高温区的冷却能力较大，略为水的十倍，冷却能力受温度影响小。缺点在低温区(200￣300℃)的冷速过大，而且对工件有一定的锈蚀作用。它在高温区的冷却能力比食盐水还大，而在低温区的冷速则与之相似，另外它可与已氧化的工件表面作用而析出氢，使氧化皮脱落，淬火后表面洁净，不需要清理。一、淬火工艺二、淬火方法1.单液淬火2.双液淬火碳钢─水淬油冷合金钢─油淬空冷工艺：将奥氏体化后钢件直接浸入一种冷却介质中，一直冷却到近室温后取出。优点：操作简单，易于掌握。缺点：对复杂的零件容易造成变形和开裂或对大型的零件则会淬不硬，只适用于形态简单或尺寸较小的零件。工艺：将奥氏体化后钢分别在两种不同介质中进行冷却。优点：可减轻淬火时应力，从而减少了零件变形和开裂的危险性。缺点：操作技术较高，产品质量的可靠性较低，因此，一般不用于加工成本较高零件。3.分级淬火4.等温淬火工艺：将奥氏体化后的钢，浸入到温度在Ｍs点附近的硝盐浴或碱浴中，保持一段时间，使工件内外温度达到均匀状态，然后取出放在空气中冷却，使之发生马氏体转变。优点：可大大减轻组织应力，减少变形和开裂危险性。缺点：由于热浴的冷却能力有限，故只能应用于截面较小的零件。工艺：将奥氏体化后的钢浸入到Ｍs上一点的热浴中，进行充分保温，使过冷奥氏体完全转变为下贝氏体组织，然后取出空冷。优点：较好的强度与韧性的配合，同时还可以减轻组织应力所造成的变形。缺点：完成工艺所需的时间长。四、回火1.目的①稳定尺寸；②降低脆性，消除或减少内应力；③调整强韧性，获得零件所需性能。2.操作：将淬火后的钢件加热到AC1以下的某一温度，经保温一定时间后缓慢冷却。三、钢的淬透性1.淬透性的概念淬透性：是指钢在淬火时获得Ｍ的能力。与钢的化学成分有关淬透层深度：由钢的表面到50%Ｍ组织处的深度淬硬性：钢经淬火后能达到的最高硬度，除了与钢的成分有关外，还与具体的热处理工艺有关。2.淬透性的测定按国家标准GB225一88规定，末端淬火法是测定结构钢淬透性最常用的方法，如图所示。J表示末端淬透性，罢表示至末端的距离，HRC为该处测得的硬度值。3.临界淬透直径临界淬透直径(d0)是指钢在某种淬火冷却介质中冷却时，其心部能淬透的最大直径。淬透4.淬透性的应用根据淬透性曲线推算出不同直径的圆棒在各种介质中淬火后硬度沿截面的分布。设某钢棒直径为50mm，水淬，其淬透性曲线如图2.首先在图中纵坐标上找到直径50mm处，引水平线分别与“表面”、“3/4半径”、“1/2半径”和“中心”等各曲线相交。1.先找到或制作：在端淬试样上各点的冷却速度与不同直径圆棒在截面上所对应的位置之间的关系图。1.56.08.0123.在末端淬火曲线图中找到1.5、6.0、8.0、12mm处的硬度值，分别为HRC58、55、50、45。1.5576.0558.05012454.绘制钢棒直径为50mm的硬度分布图§6.6钢的回火回火：是将淬火钢重新加热到Ar1点以下某一温度保温，然后冷却的热处理工艺。一、淬火钢的回火转变1.马氏体的分解:在100℃以上回火时，马氏体就开始分解。马氏体中的碳以ε-Fe2-3C的形式析出，使过饱和度降低。2.残余奥氏体的分解残余奥氏体的分解主要发生在200~300℃。3.碳化物的转变ε-Fe2-3C在250一400℃转变为薄片状的渗碳体Fe3C。4.渗碳体的聚集长大和仪相再结晶渗碳体在400℃以上逐渐聚集长大，形成较细小的粒状渗碳体，到600℃以上时，渗碳体迅速粗化。同时，在450℃以上α相开始再结晶，逐渐失去针状形态，而成为多边形的铁素体。二、回火的分类及应用回火后钢的组织与性能决定于回火温度，选择时应根据使用时对性能的要求来定。1.低温回火1)温度：150～250℃2)组织：M回(在M中分布着极细小的Fe3C微粒)3)性能：高硬度、高耐磨性、低的塑性和韧性HRC58～644)应用：处理各种工具，滚动轴承，渗碳件及表面淬火件2.中温回火2)组织：T回(在F上分布着极细小的颗粒状Fe3C)1)温度：350～500℃3)性能：具一定的强韧性，弹性极限最高HRC35～454)应用：处理各种弹簧及要求高强度中韧性的部件(锻模)淬火钢件经回火后，其冲击韧性不升高，反而显著下降的现象。3.高温回火1)温度：500～650℃2)组织：S回(在F基体上均匀分布着细粒状渗碳体)3)性能：综合机械性能优良4)应用：处理各种重要的机械零件。如：齿轮、轴、连杆等4.回火脆性①低温回火脆性(第一类回火脆性)：250～350℃避免在此温度范围回火（不可逆回火脆性）再次高温回火并快冷(可逆回火脆）②高温回火脆性(第二类回火脆性)：500～600℃调质处理=淬火+高温回火各种回火的综合比较种类低温回火中温回火高温回火回火温度100∽250350∽500500∽650回火后的性能高硬度、高耐磨性、低的塑性和韧性,HRC58～64具一定的强韧性，弹性极限最高HRC35～45综合机械性能优良适用范围各种工具，滚动轴承，渗碳件及表面淬火件各种弹簧及要求高强度中韧性的部件(锻模)各种重要的机械零件。§6.7钢的形变热处理把塑性变形加工（锻、轧等）和热处理工艺紧密结合起来的一种综合处理方法。形变在相变前的形变热处理根据形变温度的高低，可分为低温形变热处理和高温形变热处理表面淬火（改变零件表面的组织使钢件表面淬硬，而心部仍保持未淬火前的组织和性能；使零件表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳强度而心部具有高的韧性和塑性）一、感应加热表面淬火电磁感应①原理集肤效应②特点：加热迅速、效率高，能获得高质量的表面层，易实现机械化和自动化，但设备费用高，维修安装困难。主要用于旋转体工件的大批量生产。二、火焰加热表面淬火特点：设备简单，容易操作，灵活性较大，但淬火质量不够稳定。主要用于单件小批生产及大型工件的表面淬火。§6.8钢的表面淬火三、激光加热表面淬火通过改变钢表层的化学成分来改变钢表层组织，使零件表面具有比表面淬火更高的硬度，耐磨性和疲劳强度以及许多特殊性能。1.基本过程①化学介质分解成活性原子；②活性原子被工件表面吸收形成固溶体或化合物；2.方法①渗碳（将碳原子渗入到低碳钢零件的表层）③活性原子向工件心部扩，形成一定深度的扩散层。②渗氮（氮化）（将氮原子渗入钢件的表层）3.表面淬火、渗碳和渗氮三种方法的比较§6.8钢的化学热处理种类表面淬火

（感应加热）渗碳渗氮（氮化）加热温度Ac3以上80～150900～930500～560常用材料中碳钢及中碳合金钢低碳素钢及低碳合金钢含铬、钼、铝的中碳合金结构钢附加热处理预先调质、表面淬火后低温回火渗碳后淬火+低温回火预先调质渗层深度0.5～50.5～2.00.2～0.5表层组织中碳马氏体马氏体+渗碳体+少量残余奥氏体铁氮固容体及合金氮化物耐蚀性一般一般好耐磨性较好良好最好疲劳强度良好较好最好设备费用高低中大致硬度50～55(低)58～64(中)65～72(高)生产周期以秒、分计以小时计以几十小时计工作变形小较大很小适用范围一般耐磨件，大量生产，形状简单，要求变形量小的工件，如一般齿轮等。受冲击的耐磨件，成批生产的汽车齿轮耐磨、耐高温、耐蚀，复杂精密件，如精密机床主轴等。1．零件外形要避免尖角或棱角，减少台阶。§6.11热处理对零件结构设计的要求及技术条件的标注一、热处理对零件结构设计的要求2.零件外形尽量简单，各部分壁厚力求均匀，以免因冷却不均匀，使变形、开裂倾向增大。3.零件的形状力求对称，以减少变形或使变形有规律性。4.某些有淬裂倾向而各个部分工作条件要求不同的零件或形状复杂的零件，在可能条件下采取组合结构或镶拼结构。二、热处理技术条件的标注根据GB/T12603一1990，金属热处理工艺代号由数字及英文字母表示，具体标记规定如下：整体热处理的技术条件一般标注在图样标题栏上方，写出热处理工艺名称或代号及硬度值。在标注硬度时允许一个波动范围，布氏硬度在30~40HBS的范围，洛氏硬度在5HRC的范围。加热炉加热整体调质处理45钢摇杆表面淬火标注实例感应加热表面淬火和回火处理多工序热处理工艺代号用破折号将各工艺代号连接组成，除第一道工序外，后面的工序均可省略第一个数字“5”，例如5151-33/G表示调质处理和气体渗氮。．热处理工艺分类及代号附加分类工艺代号第七章合金钢§7.1合金元素在钢中的作用一、合金元素对钢中基本相的影响在合金化理论中，通常把合金元素分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两类。非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、si、Al、N、B等。碳化物形成元素：Zr、Nb、Ti、V、W、Mo、cr、Mn。其中Zr、Nb、Ti、V、W为强碳化物形成元素。由于溶人元素的原子直径与铁的原子直径有差别，使铁素体晶格发生畸变，从而使塑性变形抗力提高。合金元素的原子半径与铁的原子半径相差愈大，或两者晶格类型不同，则造成的晶格畸变愈大，其固溶强化的效果也愈显著。1.对铁素体相的影响2.对渗碳体相的影响非强碳化物元素一般溶入到渗碳体相中，形成合金渗碳体，提高了合金渗碳体的稳定性且阻碍了渗碳体的聚集长大。3.特殊碳化物特殊碳化物是与渗碳体晶格完全不同的合金碳化物。特殊碳化物有两种类型：①具有简单晶格的间隙相碳化物，如WC、Mo2C、TiC等；②具有复杂晶格的碳化物，如Cr23C6、Cr7C3、Fe3W3C等。合金碳化物的种类、性能和在钢中分布状态会直接影响到钢的性能及热处理时的相变。二、合金元素对铁碳合金相图的影响合金元素会使奥氏体的单相区扩大或缩小。1.奥氏体形成元素(扩大奥氏体区)：N、Co、Ni、Mn、Cu等2.铁素体形成元素(缩小奥氏体区)：Cr、Mo、W、V、Ti、Al等三、合金元素对钢的热处理的影响1、细化晶粒除Mn以外，大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用。2、提高淬透性除Co以外大多数合金元素溶入奥氏体后均能使C曲线右，增加奥氏体的稳定性，降低临界冷却速度，提高淬透性。4、提高红硬性①合金元素能使回火的硬度降低过程变缓，因此能提高钢

的回火稳定性。③对碳化物形成元素，回火过程中会有二次硬化作用。3、增加残余奥氏体的含量除Al、Co外，大多数合金元素都能使Ms、Mf下降，残余奥氏体量增加。②当回火温度相同时，合金钢的强度、硬度比碳钢高。5、对高温回火脆性的影响Cr、Mn、Ni等元素会促进高温回火脆性的发生，而W或Mn元素能可有效地防止高温回火脆性的发生。§7.2合金钢的分类及编号方法一、分类合金钢种类繁多，分类方法也较多，一般可按化学成分，冶金质量和用途进行分类：一般为弹簧钢二、合金钢的编号方法合金元素符号合金元素的百分含量碳的含量+数字化学元素+数字几点说明:1、碳的含量①结构钢：平均含碳量的万分之几②工具钢和特殊性能钢：平均含碳量的千分之几③C＞1.0%不标出④C＜0.1%时用“0X”表示，如含碳量为0.08时用“08”表示，C≤0.03时用“00”表示2、合金元素含量①滚动轴承钢中铬的含量以千分数为单位②Me＜1.5%可不标出如：GCr15C>1.0%Cr=1.5%0Cr13C＜0.1%Cr=13%00Cr18Ni10C≤0.03%Cr=18%Ni=10%§7.3合金结构钢一、低合金高强度结构钢低碳、低合金含量的结构钢，有较好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性等，所以多用于制造桥梁、车辆、船舶、锅炉、高压容器、油罐、输油管等。质量等级主要取决于P、S的含量WP≤

%WS≤

%A0.0450.045B0.0400.040C0.0350.035D0.0300.030E0.0250.025二、优质合金结构钢优质合金结构钢分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢，其分类、牌号、成分、热处理特点、性能特点及用途见表渗碳钢调质钢弹簧钢典型钢号20Cr、20MnB

20CrTiMn、20SiMnVB、20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA40Cr、40MnB、30CrMnSi、38CrMoAlA65Mn、60Si2Mn、50CrVA、55SiMnB含碳量0.10％～0.20％0.25％～0.50％0.5％～0.65％常用工艺渗碳、淬火十低温回火调质淬火＋中温回火组织表层组织为回火马氏体十碳化物十残余奥氏体心部组织淬透时为低碳回火马氏体回火索氏体回火屈氏体性能表层硬度可达60一62HRC，心部硬度为40一48HRC具有较高强度和良好塑性与韧性配合具有高的弹性极限、疲劳极限及冲击韧度用途主要用于表面要求硬而耐磨，心部具有足够强度和韧性以承受冲击载荷的零件。主要用于要求高强度和良好塑性与韧性配合的重要零件各种弹簧。典型零件汽车、拖拉机变速箱齿轮、活塞销等。机床主轴、曲轴、连杆、齿轮等汽车板簧，各种弹簧三、易切钢在钢中加人一定量的S、Pb、P、Ca、Se等合金元素，从而提高钢的可切削性，称这类钢为易切钢。铅完全不溶于钢中，而以1～2μm的小颗粒均匀分布在钢的基体上，能改善可切削性能。在钢中加人微量的Ca，可形成高熔点的Ca-Al-Si氧化物，附在刀具上，提高刀具的耐磨性，以改善切削性能。§7.4合金工具钢一、刃具钢1.性能要求：高硬度；高耐磨性；高的热硬性（红硬性）。2.典型钢种及用途：二、模具钢1.冷作模具钢性能要求：很高的硬度、强度、良好的耐磨性及足够的韧性。2.冷作模具钢性能要求：1)具有较高的强度和韧性，并有足够的耐磨性和硬度(40~50HRC)。2)有良好的抗热疲劳性。3)有良好的导热性及回火稳定性，以利于始终保持模具良好的强度和韧性。4)热作模具一般体积大，为保证模具的整体性能均匀一致，还要求有足够的淬透性。2.典型钢种及用途：4Cr5MoSiV1→H13三、量具钢2.电化学反应的原理及条件电化学反应是原子在一定条件下失去了外层电子呈带正电荷的离子与氧离子形成氧化物——铁锈。发生电化学反应必须同时具备以下三个条件：必须有电极的存在；必须有电极电位的存在；必须有导电介质的存在。一、不锈钢①尽量使钢在室温获得单项组织，如在钢中加入Ni、Cr可获得单相奥氏体和单相铁素体。②提高钢基体的电极电位，如加入大于12.5%的Cr可使钢基体电极位发生跃增，消除或减少基体与第二相电位差。1.钢的不锈概念钢的生锈是指钢中铁原子发生氧化反应，铁的氧化反应一般分为化学氧化与电化学氧化，这里一般是指不锈是指耐弱酸、弱碱条件下的电化学氧化反应。3.钢的防锈方法④不锈钢的含碳量低于0.4%，以减少第二相（电极电位的数量）。③加入合金元素如Cr、Si、Al等，可使钢形成一层致密的氧化膜隔绝电极与电介质的接触。§7.5特殊性能钢抗蚀性最好，冷热加工性和焊接性也很好，广泛用于制造化工生产的某些容器、设备及管道等。①马氏体型不锈钢C＜0.4%Cr=12～14%4.常用不锈钢1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13热处理方式为淬火+回火（600～700℃）价格便宜，用来制造汽轮机叶片、锅炉管附件及硬而耐磨的医疗工具、量具、轴承等。②铁素体型不锈钢C＜0.15%Cr>12%0Cr13、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28在加热和冷却时不发生相变,强度低，主要用于制造腐蚀零件，广泛用于硝酸和氮肥工业中。③奥氏体不锈钢Cr=17-19%Ni=8-10%通常采用固溶处理方法，即把钢加热到1100℃后水冷，以得到单相的奥氏体组织。1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni90Cr18Ni9二、耐热钢金属材料的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度两方面性能。三、耐磨钢耐磨钢是指在受强烈冲击或摩擦时具有很高的抗磨损能力的钢。目前已研制出一种新钢种ZGMn§7.6工程材料的新进展一、形状记忆合金二、减振合金三、功能梯度材料四、智能材料五、超导材料六、纳米材料七、非晶态材料八、磁性材料第八章铸铁§8.1概述一、铸铁的成分和特性铸铁是含有碳、硅等的铁碳合金。常用铸铁的成分大致为：2.5％～4.0%C,l.0%～3.0%Si,0.5％～1.4%Mn,0.01％～0.5%P,0.02％一0.20%S。可见，与钢相比，铸铁含C、Si、S、P较多。此外，有时还含有一定量的合金元素，如Cr、Mo、V、Cu、Al等。铸铁的强度、塑性、韧性较钢为差，不能进行锻造，但它却具有优良的铸造性能，良好的减摩性、耐磨性、消振性和切削加工性，以及缺口敏感性低等一系列优点。生产工艺及设备简单，价格低廉。根据碳的存在形式分白口铸铁Fe3c灰口铸铁石墨麻口铸铁（白口＋灰）普通灰口铸铁片状可锻铸铁团絮状球墨铸铁球状普通铸铁根据化学成分

合金铸铁二、铸铁的分类根据石墨的形状

金属基体＋片状石墨PP+FF1、组织§8.2常用铸铁σb=20MPaδ＝0HB＝3似裂纹、孔洞:

①减少实际受力面积，②片尖易引起应力集中。④切削加工性好⑤不可锻、焊接性较差2、性能δ＝0％αk＝0②铸造性能好③具有良好的减振性、耐磨性和低的缺口敏感性。①强度低，塑性、韧性差σb＝120～250MPa一、灰口铸铁①化学成分碳是形成石墨的元素硅是强烈促进石墨化的元素锰本身是阻碍石墨化的元素，但锰能与硫形成化合物，起着间接的促进作用。硫是强烈阻碍石墨化的元素磷对石墨化影响不大②冷却速度a．铸型材料V金属型＞V砂型V湿型＞V干型b．铸件壁厚3、影响铸铁组织与性能的因素（石墨化）碳以石墨形式析出的过程称为石墨化灰铁σbminMPa4、孕育处理①时效──消除内应力②软化退火──消除白口6、热处理HT×××②冷却速度对组织性能的影响很小①机械性能↑σb＝250～400MpaHB＝170～2705、牌号及应用其中：1是经过孕育处理的；

2是未经孕育处理的。金属基体＋团絮状石墨(石墨呈团絮状,对基的割裂和应力

集中较小,提高了铸铁的σb、δ和αk)。1、组织FP二、可锻铸铁＊处理时间很长40～70h2、性能σb＝300～400MPaσbmax＝700MPaδ≤12％ αk≤30J／cm2①强度较高，塑性韧性较好②铸造性能比球墨铸铁好。3、制取方法①浇制白口铸件②进行高温石墨化退火可铁黑δminσbminMPaKTH×××－××4、牌号及应用KTZ×××－××可铁珠δminσbminMPa1、组织金属基体＋球状石墨PP+FF三、球墨铸铁应力集中基本消除,同样体积的石墨圆球形的表面积最小,石 墨孤立存在于基体中，基体不再被割裂成不连续状，σb可以发挥80～90％σ0.2σb＞45钢σb400～600MPa=2、性能①机械性能比其他铸铁高δ＝（1.5～10）％④热处理性能好。③铸造性能有优于铸钢。②仍具有灰口铸铁的许多优点如：减振、耐磨、缺口敏感性小、切削加工性好。经热处理δ＝（20～25）％αk＝8～15J／cm23、制取方法①熔化普通灰口铸铁②球化处理和孕育处理a．球化剂──稀土镁合金b．孕育剂──75％si的硅铁c．冲入法4、铸型工艺①易产生缩孔、缩松a．采用浇口、冒口、冷铁系统对铸件实现顺序疑固b．增加铸型刚度②易产生皮下气孔a．严格控制型砂水分和铁水的含硫量b．提高型砂的透气性③调质──获得良好的综合机械性能②正火──获得珠光体球铁①退火──获得铁素体球铁6、热处理球铁δminσbminMPaQT×××－××5、牌号

铝质量分数不低于99.00%时为纯铝。纯铝的密度较小，约为2.7g/cm3；熔点为660℃；具有面心立方晶格；无同素异晶转变；纯铝具有良好的导电性、导热性；铝能与空气中的氧生成致密的氧化膜，防止铝进一步氧化；纯铝的强度很低，塑性很好，可加工硬化。工业中常用于配制铝合金或制作强度要求不高但具有导热、耐大气腐蚀的器皿。第九章有色金属及其合金把金属分为黑色和有色两大类。钢铁材料为黑色金属，除黑色金属以外的其他金属及其合金统称为有色金属。§9.1铝及铝合金一、纯铝1、铸造纯铝：按GB/T8036-94规定，其牌号表示法为ZAl××铝纯度百分含量如ZAl99.5表示ωAl=99.5%的铸造纯铝。2、变形纯铝：按GB/T16474-1996规定，其牌号表示法为1×××最低铝百分含量中小数点后面两位数字原始纯铝的改型情况：A表示原始纯铝，其它字母为原始纯铝的改型如1A99表示WAl为99.99％的原始高纯铝。工业纯铝和高纯铝的原代号分别用Ll、L2、…、L7（数字越大，纯度越低）和LG1、LG2、…（数字越大，纯度越高）表示。二、铝合金的分类为了提高纯铝的强度，有效的方法是通过合金化及对铝合金进行时效强化。目前，用于制作铝合金的合金元素大致分为主加元素(硅、铜、镁、锌、锰等)和辅加元素(铬、钛、锆等)两类。主加元素一般具有高溶解度和能起显著强化作用，辅加元素作用是为改善铝合金的某些工艺性能(如细化晶粒，改善热处理性能等)。1、铝合金分类

根据铝合金的成分和生产工艺特点，可将铝合金分为形变铝合金和铸造铝合金两大类，如右图所示。2、形变铝合金按GB/T16474-1996规定，其牌号表示法为××××顺序号原始纯铝的改型情况：A表示原始纯铝，其它字母为原始纯铝的改型2～8依次表示合金元素为Cu、Mn、Si、Mg、Mg+Si、Zn、其它元素如2A11表示以铜为主要合金元素的变形铝合金。代号：ZL×××3、铸造铝合金顺序号合金类别1——铝-硅合金2——铝-铜合金3——铝-镁合金4——铝-锌合金如ZL102ZL301牌号：ZAl+主要合金化学元素符号+合金元素名义质量分数如ZAlSi12ZAlZn11Si7具体的合金牌号具体的合金牌号4、铝合金的热处理⑴退火

a.再结晶退火：在再结晶温度以上保温后空冷，用于消除冷变形工件的加工硬化，提高塑性，以便继续进行成形加工。

b.低温退火：消除内应力，适当增加塑性，通常在180～300℃保温后空冷。

c.扩散退火：消除铸锭或铸件的成分偏析及内应力，提高塑性，通常在高温长时间保温后空冷。⑵淬火（固溶处理）：将铝合金加热到固溶线以上保温后快冷，使第二相来不及析出，得到过饱和、不稳定的单一α固溶体。淬火后铝合金的强度和硬度不高，具有良好的塑性。⑶时效：将淬火后的铝合金在室温或低温加热下保温一段时间，随时间延长，其强度、硬度显著升高而塑性降低的现象。§9.2铜及其合金一、纯铜

纯铜的密度为8.96g/cm3；熔点为1083℃；具有面心立方晶格；无同素异晶转变；具有优良的导电性、导热性及良好的耐蚀性。纯铜的强度、硬度不高，塑性很好，可加工硬化。工业中常用于配制铜合金或制作各种导电、导热材料。未加工产品：代号有Cu-1、Cu-2加工产品：代号有T1、T2、T3后面数字均为顺序号二、铜合金1、黄铜：铜和锌组成的二元合金。

普通黄铜的耐蚀性优于钢铁材料。主要用于制作弹壳等零件。代号表示法为：H××铜的质量分数如H70表示含铜70%的黄铜。

黄铜的力学性能与含锌量的关系见右图。

特殊黄铜是在普通黄铜的基础上加入Al、Si、Pb、Sn、Mn、Fe、Ni等合金元素形成特殊黄铜，以提高铜合金的强度。另外Al、Sn、Mn、Ni能提高耐蚀性和耐磨性，Mn能提高耐热性，Si能改善铸造性能，Pb能改善切削性能。特殊黄铜主要用于制造冷凝管、齿轮、螺旋桨、钟表零件等。2、青铜：除锌、镍以外的其他元素作为主要合金元素的铜合金。按其成分不同，青铜可分为锡青铜和特殊青铜两类。

锡青铜是指锡与铜组成的二元合金，它在大气、海水、淡水和蒸汽中的耐蚀性优于黄铜，故主要用作形状较为复杂、耐蚀性好、致密度要求不高的铸件。代号：Q+主加元素化学符号及质量分数+其它合金元素质量分数如QBe4表示含铍4%的铍青铜。

QSn4-3表示ωSn=4%，ωZn=3%的锡青铜。3、铸造铜合金：其牌号表示法为ZCu+主加元素化学符号及质量分数+其它合金元素化学符号及质量分数如ZCuSn10Pb1、ZCuAl9Mn2、ZCuPb15Sn8空白空白分类特性应用防锈铝3A21(原LF21)不能用热处理强化，但可加工硬化。具有良好的塑性、耐蚀性及焊接性用于受力不大，经冲压或焊接制成的结构件，如各种容器、油箱、导管及灯具等硬铝2A11(原LY11）经淬火+自然时效后具有较高的强度和硬度，但耐蚀性较差用作飞机构架、螺旋桨、叶片等超硬铝7A04(原LC4)经淬火+人工时效后具有高的硬度和强度，且具有良好的塑性，但疲劳性能较差，耐蚀性和耐热性也不高用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机起落架、大梁等锻铝2A14(原LD10)经淬火+人工时效后强度可与硬铝媲美，并具有良好的锻造性能制成棒材或模锻件，如发动机风扇叶片3—Mn锰2—Cu铜7—Zn锌2—Cu铜合金类别合金代号（牌号）铸造方法及热处理状态性能特点用途铝硅合金ZL102（ZAlSi12）金属型，铸态铸造性能好，密度小，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性用于制造低、中等强度的形状复杂的零件，如仪表零件、抽水机、壳体等铝铜合金ZL201（ZAlCu5Mn）砂型，金属型，淬火加不完全人工时效有较高的强度、耐热性，但密度大、耐蚀性差，铸造性不好用于制造较高温度下工作的要求高强度的零件，如气缸头、活塞等铝镁合金ZL301（ZAlMg10）砂型，金属型，淬火加自然时效耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性差，耐热性低用于制造在腐蚀介质下工作的承受一定冲击载荷的形状较为简单的零件，如舰船配件等铝锌合金ZL401（ZAlZn11Si7）砂型，金属型，人工时效铸造性能好，强度较高；但密度大，耐蚀性较差用于制造受力较小、形状复杂的汽车、飞机、仪器零件碳素工具钢例§6.11-15151加热炉加热整体调质处理例§6.11-25212感应加热表面淬火和回火处理优质碳素结构钢碳素结构钢注意检测的性能与材料的厚度相关包晶相图点分析Pt的熔点Ag的熔点反应固相的成分生成固相的成分反应液相的成分包晶相图线分析液相线固相线包晶反应线α相线对Ag的溶解线β相线对Pt的溶解线包晶结晶2ⅡⅠⅡⅢⅣ温度时间LαLβαL+αβ包晶结晶1温度时间ⅠLαL+αββα包晶结晶3温度时间ⅢLαL+αβLββα包晶相图32723218319.261.997.5AEBCDFG19.261.997.5Aβα共晶反应时β固溶体成分及铅的最大溶解度共晶反应时α固溶体成分及锡的最大溶解度共晶点共晶相图点分析纯锡的熔点●纯铅的熔点●●●●●●室温下锡、铅分别在α、β中的最大溶解度32723218319.261.997.5AEBCDFG32723219.261.997.5ABαβ共晶相图线分析液相线固相线共晶线α对锡的溶解曲线β对铅的溶解曲线32723218319.261.997.5AEBCDFG32723219.261.997.5AB共晶相合金的结晶过程Ⅰ温度时间LαLααβⅠ32723218319.261.997.5AEBCDFG32723219.261.997.5AB温度时间LLα+βαβ共晶相合金的结晶过程ⅡⅡ32723218397.5AEBCDFG32723219.261.997.5AB温度时间L共晶相合金的结晶过程ⅢⅢβαLαLα+β匀晶系的结晶过程LL+ααTCuNiT1XS1T2L2S2L3T3