船舶焊接工艺-船舶材料与焊接第一章(参考课件)

11第一章船舶材料基础

材料是造船工业的基础。在造船生产中使用的材料特别是金属材料主要具有满足船舶结构所需的力学性能与工艺性能要求；而这些性能与金属内部原子结构及合金化有着密切的关系，还可以通过热处理强化和改善它们的性能。2第一章船舶材料基础材料是造船工业的基础。在造船第一节金属的力学性能教学目标:

１．了解材料的主要力学性能指标：强度(屈服强度、抗拉强度)、塑性(伸长率、断面收缩率)、硬度、冲击韧性、疲劳强度等力学性能及其测试原理；２．强调各种力学性能指标的生产实际意义。3第一节金属的力学性能教学目标:3

南山学院引言：1、金属材料的性能使用性能：指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。工艺性能：指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能。2、金属材料力学性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。

指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。4南山学院引言：1、金属材料的性能一、强度和塑性

（一）拉伸实验与拉伸曲线1.拉伸试样GB6397-86规定《金属拉伸试样》有：圆形、矩形、异型及全截面．常用标准圆截面试样。长试样：L0=10d0短试样：L0=5d0拉伸试样5一、强度和塑性（一）拉伸实验与拉伸曲线2.拉伸过程62.拉伸过程6拉伸试样的颈缩现象拉伸试验机7拉伸试样的颈缩现象拉伸试验机7

op段：比例弹性变形阶段。pe段：非比例弹性变形阶段。平台或锯齿（s段）：屈服阶段，明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。sb段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。b点：形成了“缩颈”，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。。bk段：非均匀变形阶段，承载下降，到k点断裂。ΔlFΔl

bΔl

uΔl

FbbkFssogfeFepFp3.材料的拉伸曲线

断裂总伸长为Of，其中塑形变形Og(试样断后测得的伸长)，弹性伸长gf。低碳钢的拉伸曲线通常以材料拉伸曲线上的特殊点和线作为强度和塑性的性能指标8op段：比例弹性变形阶段。FΔlbΔluΔl退火低碳钢低、中回火钢淬火钢及铸铁中碳调质钢不同材料的拉伸曲线9退火低碳钢低、中回火钢淬火钢及铸铁中碳调质钢不同材料的拉伸曲（二）常用强度性能指标强度:

材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。工程上常用的强度指标有

σ0.2（σs），σb

表示。(1)屈服点与屈服强度:

屈服点：产生明显塑性变形的最低应力值.σs=Fs/S0

符号：σs：材料产生屈服现象时的最小应力Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N）S0

：试样原始横截面积（mm）σs10（二）常用强度性能指标σs10

屈服强度(塑性变形量为0.2%，微量塑性变形)

F0.2

σ0.2

=

(MPa)

S

0

试样原始横截面(mm2)试样产生0.2%残余塑性变形时的载荷(N)σ0.2：试样产生残余塑性变形0.2%时的应力试样产生0.2%残余塑性变形屈服强度σ0.2（σs）是金属工程结构设计和选材的主要依据。也是评定金属强度的重要指标之一。

屈服点是具有屈服现象的材料特有的强度指标，大多数合金都没有屈服现象，屈服强度以σ0.2表示。11屈服强度(塑性变形量为0.2%，微量塑性变形)它表示材料抵抗断裂的能力。

F

b

试样断裂前的最大载荷(N)

σb

=

(MPa)

S

0

试样原始横截面积(mm2)σbσsσe(2)抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。当材料的内应力σ＞σb时，材料将产生断裂。σb常用作脆性材料的选材和设计的依据。也是评定金属强度的重要指标之一。12σbσsσe(2)抗拉强度：试样在断裂前所能承受（三）塑性:

是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。常用的塑性指标是材料断裂时最大相对塑性变形，如ψ，δ表示。

(1)断面收缩率:是指试样拉断处横截面积的收缩量Δ

S与原始横截面积S0之比。

(2)伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量ΔL

与原始标距L0之比。

S0-S1

ψ=——-—×100%S0

l1

-

l0δ=——-—×100%l0

δ或ψ数值越大，则材料的塑性越好。任何零件都需要一定塑性。防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。除常温试验之外，还有金属材料高温拉伸试验方法（GB/T4338—95）和低温拉伸试验方法（GB/T13239—91）供选用。13（三）塑性:(1)断面收缩率:是指试样拉断处横截面积的收练习题一拉力试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，经拉力试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若最后的标距长度为71mm，颈缩区的最小直径为4.9mm，试求该材料的伸长率和断面收缩率的值？解：δ５=[（71-50）/50]x100%=42%S0=3.14x(10/2)2=78.5(mm2)S1=3.14x(4.9/2)2=18.85(mm2)Ψ=[(S0-S1)/S0]x100%=24%14练习题一拉力试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，经拉练习题二某工厂买回一批材料（要求：бs≥230MPa；бb≥410MPa；δ5≥23%；ψ≥50%）．做短试样（ｌ0=5ｄ0；ｄ0=10mm）拉伸试验，结果如下：Fs=19KN，Fb=34.5KN；l1=63.1mm；d1=6.3mm;问买回的材料合格吗？15练习题二某工厂买回一批材料（要求：бs≥230MPa；бb≥练习题二某工厂买回一批材料（要求：бs≥230MPa；бb≥410MPa；δ5≥23%；ψ≥50%）．做短试样（ｌ0=5ｄ0；ｄ0=10mm）拉伸试验，结果如下：Fs=19KN，Fb=34.5KN；l1=63.1mm；d1=6.3mm;问买回的材料合格吗？解：根据试验结果计算如下：бs＝Fs／s０＝(19x1000)/(3.14x52)=242＞230MPa бb＝Fb／s０＝(34.5x1000)/(3.14x52)=439.5＞410MPa δ5＝[Δl／l0]x100%＝[(63.1-50)/50]x100%=26.2%＞23%ψ＝[ΔS／S0]x100%＝60.31%＞50%材料的各项指标均合格，因此买回的材料合格。16练习题二某工厂买回一批材料（要求：бs≥230MPa；бb≥二、硬度

1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。它是衡量材料表面软硬程度的指标，因此硬度不是一个单纯的确定的物理量，不是基本的力学性能指标，而是一个由材料的弹性、强度、塑性、韧性等一系列不同力学性能组成的综合性能指标，所以硬度所表示的量不仅决定于材料本身，而且还取决于试验方法试验条件。2、硬度的测试方法（1）布氏硬度（2）洛氏硬度（3）维氏硬度

引言：17二、硬度1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。（一）布氏硬度HB(Brinell-hardness)布氏硬度试验（布氏硬度计）1、原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。布氏硬度计

18（一）布氏硬度HB(Brinell-hardness)2、布氏硬度值用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。符号HBS(淬火钢球)或HBW(硬质合金球)之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000k（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。3、优缺点（1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2）可测的硬度值不高（3）不测试成品与薄件（4）测量费时，效率低4、测量范围用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.192、布氏硬度值19（二）洛氏硬度HR(Rockwllhardness)

1、原理:

用顶角为120º金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。

h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计20（二）洛氏硬度HR(Rockwllhardness)2、洛氏硬度值用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出，如：50HRC。3、优缺点（1）试验简单、方便、迅速

（2）压痕小，可测成品，薄件

（3）数据不够准确，应测三点取平均值

（4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。4、测量范围用于测量淬火钢、硬质合金等材料.212、洛氏硬度值21（三）维氏硬度HV(diamondpenetratorhardness)1、原理:用夹角为136º的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F（49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度d。22（三）维氏硬度HV(diamondpenetrator2、维氏硬度值用压痕对角线长度表示。如：640HV。

3、优缺点（1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）

（2）可测成品与薄件

（3）试样表面要求高，费工。4、测量范围常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。

HV≈HBS232、维氏硬度值23三、冲击吸收功材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。目前最常见的冲击试验方法是摆锤式一次冲击试验，其试验原理如图所示。24三、冲击吸收功材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。24冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图25冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图25试样冲断时所消耗的冲击功Ak为:Ak=mgH–mgh(J)冲击韧性值ak

就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。

对一般常用钢材来说，所测冲击吸收功AK越大，材料的韧性越好。实验表明，AK随温度的降低而减小；在某一温度范围，材料的AK值急剧下降，表明材料由韧性状态向脆性状态转变，此时的温度称为韧脆转变温度。

AK

ak

=(J/cm²)S026试样冲断时所消耗的冲击功Ak为:四、疲劳极限(fatiguestrength)许多机械零件如轴、齿轮、弹簧等许多工程结构都是交变应力下工作的，它们工作时所承受的应力通常都低于材料的屈服强度。材料在循环应力或交变应力作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程称为材料的疲劳破坏。疲劳破坏与静载荷下的破坏不同，断裂前没有明显的塑性变化，发生断裂也较突然。这种断裂具有很大的危险性，常常造成严重的事故。据统计，大部分机械零件的失效是由金属疲劳造成的。因此，工程上十分重视对疲劳规律的研究。27四、疲劳极限(fatiguestrength)四、疲劳极限(fatiguestrength)

表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值（或当应力低于某值时，应力循环到无数次也不会发生疲劳断裂，此应力值）称为材料的疲劳极限。通常在对称应力循环条件下的纯弯曲疲劳极限用σ-1表示。28四、疲劳极限(fatiguestrength)表钢材的循环次数一般取

N=107有色金属的循环次数一般取

N=108钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:

σ-1=(0.45～0.55)σb29钢材的循环次数一般取N=107291943年美国T-2油轮发生断裂301943年美国T-2油轮发生断裂30第二节金属的晶体结构与结晶内容:金属的晶体结构合金的晶体结构实际金属的晶体结构目的:掌握晶体结构及其对材料的物理化学性能、力学性能及工艺性能的影响，为后续课程的学习做好理论知识的准备。31第二节金属的晶体结构与结晶内容:31一、晶体的基本知识

（一）晶体与非晶体固态物质根据其原子排列特征，可分为晶体和非晶体两类。

晶体的特点是：1、原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列。2、具有一定的熔点，如铁的熔点为1538℃，铜的熔点为1083℃。3、晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有各向异性。

一般情况下固态金属都是晶体。最近人们对某些金属采用特殊的工艺措施，也可使固态金属呈非晶态。本教材中主要研究金属的晶体性质与结构。32一、晶体的基本知识（一）晶体与非晶体32非晶体的特点是：1、原子在三维空间呈不规则的排列。2、没有固定熔点，随着温度的升高将逐渐变软，最终变为有明显流动性的液体。如塑料、玻璃、沥青等。3、各个方向上的原子聚集密集大致相同，即具有各向同性。（二）晶体结构的基本概念

晶格与晶胞33非晶体的特点是：33

（三）常见金属的晶格类型

1、体心立方晶格每个晶胞原子数n=8×1/8+1=2(个)属于体心立方晶格类型的金属有α-Fe（912℃以下的钝铁）、铬、钼、钨等34（三）常见金属的晶格类型34

2、面心立方晶格每个晶胞中的原子数为n=8×1/8+6×1/2=4(个)

属于面心立方晶格类型的金属有γ-Fe（1394－912℃的铁）、铝、铜、银等。体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者的强度高于前者。352、面心立方晶格35

3、密排六方晶格密排六方晶胞中的原子数n=12×1/6+2×1/2＋3=6(个)属于密排六方晶格类型的金属有Mg、Zn、Cd、α-Ti等。363、密排六方晶格36（四）晶体结构的致密度晶体结构的致密度是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之比，可用来原子排列的紧密程度进行定量比较。

在体心立方晶胞中，含有2个原子。这2个原子的体积为2×（4／3）πr3，式中r为原子半径。故体心立方晶格的致密度为：2个原子的体积与晶胞体积之比等于0.68。

这表明在体心立方晶格中，有68％的体积被所占据，其余为空隙。同理亦可求出面心立方及密排立方晶格的致密度为0.74。显然，致密度数值越大，则原子排列越紧密。所以，当铁由面心立方晶格变为体心立方晶格时，由于致密度减小而使体积膨胀。37（四）晶体结构的致密度37二、金属的实际晶体结构

（一）单晶体和多晶体晶体内部的晶格位向完全一致的晶体称为单晶体。金属的单晶体只能靠特殊的方法制得（单晶硅、单晶锗等）。实际使用的金属材料都是由许多晶格位向不同的微小晶体组成的：每个小晶体都相当于是一个单晶体，晶体内部的晶格位向是一致的；小晶体之间的位向却不相同。这种外形呈多面体颗粒状的小晶体称为晶粒。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。

38二、金属的实际晶体结构（一）单晶体和多晶体383939

（二）晶体的缺陷晶体内部的某些局部区域，原子的规则排列受到干扰而破坏，不象理想晶体那样规则和完整。把这些区域称为晶体缺陷。这些缺陷的存在，对金属的性能（物理性能、化学性能、机械性能）将产生显著影响。根据晶体缺陷的几何形态特征，可将其分为三类：点缺陷、线缺陷、面缺陷。40（二）晶体的缺陷40

1、点缺陷——空位和间隙原子在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原子所占据，这种空着的位置称为空位。同时又可能在个别空隙处出现多余的原子，这种不占有正常的晶格位置，而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子。由于空位和间隙原子的存在，使晶体发生了晶格畸变，晶体性能发生改变，如强度、硬度增加。411、点缺陷——空位和间隙原子由于空位和间隙原子的存在，2、线缺陷——位错

晶体中，某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象，称为位错。其特征是在一个方向上的尺寸很长，而另两个方向的尺寸很短。晶体中位错的数量通常用位错密度表示，位错密度是指单位体积内，位错线的总长度。位错的存在以及位错密度的变化，对金属的性能如强度、塑性、疲劳等都起着重要影响。如金属材料的塑性变形与位错的移动有关。冷变形加工后金属出现了强度提高的现象（加工硬化），就是由于位错密度的增加所致。422、线缺陷——位错423、面缺陷——晶界和亚晶界实际金属材料是多晶体材料，则在晶体内部存在着大量的晶界和亚晶界。晶界和亚晶界实际上是一个原子排列不规则的区域（如图2－23、2－24），该处晶体的晶格处于畸变状态，能量高于晶粒内部，在常温下强度和硬度较高，在高温下则较低，晶界容易被腐蚀等。433、面缺陷——晶界和亚晶界43三、纯金属的结晶（一）结晶的基本概念1.凝固

物质由液态转变成固态的过程。2.结晶*晶体物质由液态转变成固态的过程。晶体物质都有一个平衡结晶温度（熔点），液体低于这一温度时才能结晶，固体高于这一温度时便发生熔化。在平衡结晶温度，液体与晶体同时共存，处于平衡状态。44三、纯金属的结晶（一）结晶的基本概念44To

3.纯金属结晶时的冷却曲线时间温度理论冷却曲线实际冷却曲线T1结晶平台(是由结晶潜热导致)45To

3.纯金属结晶时的冷却曲线时间温度理论过冷现象实验表明，纯金属的实际结晶温度T1总是低平衡温度To这种现象叫做过冷现象。过冷度实际结晶温度T1与平衡结晶温度To（熔点）差值△T称为过冷度。

ΔT=T0–T1过冷是结晶的必要条件。46过冷现象46（二）结晶的一般规律1、结晶的过程:形核、长大及不断形核和不断长大的过程。47（二）结晶的一般规律47结晶完成形成多晶体

48结晶完成形成多晶体482.晶核的长大方式—树枝状492.晶核的长大方式—树枝状49金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶50金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶50（三）金属结晶后的晶粒大小及控制1.影响晶核的形核率和晶体长大率的因素(1)过冷度的影响(2)未熔杂质的影响:外来杂质能增加金属的形核率,并阻碍晶核的生长。51（三）金属结晶后的晶粒大小及控制512、细化晶粒的途径金属结晶后，获得由许多晶粒组成的多晶体组织。晶粒的大小对金属的力学性能、物理性能和化学性能均有很大影响。细晶粒组织的金属强度、硬度高，而且塑性、韧性也好；而粗晶粒金属的耐蚀性好。

1）提高冷却速度2）变质处理3）机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。V冷△TN晶粒细小522、细化晶粒的途径V冷△TN晶粒细小52四、合金的相结构

1、合金的基本概念由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质，称为合金。组成合金的最基本的、独立的物质叫做组元。组元通常是纯元素，但也可以是稳定的化合物。根据组成合金组元数目的多少，合金可以分为二元合金、三元合金和多元合金。合金中，具有同一化学成分且结构相同的均匀部分叫做相。合金中相与相之间有明显的界面。液态合金通常都为单相液体。固态下，由一个固相组成时称为单相合金，由两个以上固相组成时称为多相合金。组织是指用肉眼或借助于放大镜、显微镜等观察到的材料内部的具有一定形貌特征的物质结构。一般将用肉眼和放大镜观察到的组织称为宏观组织，在显微镜下观察到的组织称为显微组织。组织的含义包括组成物“相”的种类、形状、大小及不同“相”之间的相对数量和相对分布。53四、合金的相结构

1、合金的基本概念53

2、合金的相结构

由于组元间相互作用不同，固态合金的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。1、固溶体溶质原子溶于溶剂晶格中而仍保持溶剂晶格类型的合金相称为固溶体。

542、合金的相结构54

不管溶质原子处于溶剂原子的间隙中或者代替了溶剂原子都会使固溶体的晶格发生畸变，使塑性变形抗力增大，结果使金属材料的强度、硬度增高。这种通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料的强度、硬度升高的现象，称为固溶强化。55不管溶质原子处于溶剂原子的间隙中或者代替了溶剂原子都固溶强化是提高金属材料力学性能的重要途径之一。实践表明，适当控制固溶体中的溶质含量，可以在显著提高金属材料的强度、硬度的同时，仍能保持良好的塑性和韧性。因此，对综合力学性能要求较高的结构材料，都是以固溶体为基体的合金。2、金属化合物金属化合物是合金元素间发生相互作用而生成的具有金属性质的一种新相，其晶格类型和性能不同于合金中的任一组成元素，一般可用分子式来表示。钢中渗碳体（Fe3C）是由铁原子和碳原子所组成的金属化合物，它具有复杂的晶格形式。金属化合物的性能不同于任一组元，其溶点一般较高、硬而脆。当它呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度和耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化。金属化合物在合金中常作为强化相存在，它是许多合金钢、有色金属和硬质合金的重要组成相。

绝大多数合金的组织都是固溶体与少量金属化合物组成的混合物，其性质取决于固溶体与金属化合物的数量、大小、形态和分布状况。

56固溶强化是提高金属材料力学性能的重要途径之一。实总结1、金属的晶格有体心立方结构、面心立方结构和密排六方结构，由于致密度的不同，从一种晶格到另一种的变化会引起体积的变化。2、实际金属是由很多晶粒组成，金属内部存在着点缺陷、位错、晶界和亚晶界。点缺陷对金属材料的热处理过程极为重要。位错的存在以及位错密度的变化，对金属的性能如强度、塑性、疲劳等都起着重要影响。金属冷变形加工后的加工硬化，就是由于位错密度的增加所致。点缺陷、晶界和亚晶界也与材料的力学性能有关。3、合金的相结构有固溶体和化合物。弥散强化和固溶强化可以提高金属材料的力学性能，所以，合金化是提高金属性能的方法之一。57总结1、金属的晶格有体心立方结构、面心立方结构和密排第三节铁碳合金相图

内容:纯铁的同素异晶转变Fe–C相图的基础知识。形成Fe-Fe3C相图组元和基本组织的结构与性能。Fe-Fe3C相图的建立与分析。碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响。目的:Fe-Fe3C相图的应用。

58第三节铁碳合金相图内容:58一、铁碳合金的基本组织（一）纯铁的的同素异晶转变铁、钛等金属在结晶完成后继续冷却中，其晶体结构会发生变化。金属在固态下晶体结构随温度发生变化的现象，称为同素异构转变。1394°C912°C体心立方面心立方密排六方δ-Feγ-Feα-Fe59一、铁碳合金的基本组织1394°C912°C体心立纯铁的冷却曲线1394℃1534℃10006008001200温度时间16001500500700900110013001400912℃δ-Fe

α-Feγ-Fe60纯铁的冷却曲线1394℃1534℃1000600800120纯铁同素异构转变的意义铁碳合金组织丰富多样钢铁材料性能多样钢铁可以进行热处理61纯铁同素异构转变的意义61（二）Fe-C相图表示平衡状态下铁碳合金的成分—温度—组织（或状态）之间关系的图形温度FeCFe2CFe3CFeC(6.69%C)62（二）Fe-C相图温度FeCFe2CFe3CFeC(（三）形成Fe-Fe3C相图组元和基本组织的结构与性能1、组元

*铁(ferrite)

*渗碳体(Cementite)2、基本组织

（1）铁素体(F)

碳溶于α–Fe中的间隙固溶体。

63（三）形成Fe-Fe3C相图组元和基本组织的结构与性能（2）奥氏体(A)碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体。6464（3）渗碳体(Fe3C)铁与碳形成的金属化合物。6565（4）珠光体

(P)铁素体和渗碳体组成的机械混合物。66（4）珠光体(P)66（5）莱氏体(Ld)渗碳体和珠光体（奥氏体）组成的机械混合物。67（5）莱氏体(Ld)67铁素体奥氏体渗碳体珠光体莱氏体强度、硬度低，塑性、韧性好有一定的强度和硬度，塑性也很好硬度很高，脆性大，塑性和韧性极低综合力学性能较好硬度很高，塑性很差铁碳合金的基本组织68铁素体奥氏体渗碳体珠光体莱氏体强度、硬度低，塑性、韧性好有一铁碳合金相图（Fe～Fe3C）纯铁（含碳0～0.0218％）铸铁（含碳2.11～6.69％）碳钢（含碳0.0218～2.11％）纯铁熔点（1538℃）Fe3CA渗碳体熔点（1227℃）共晶点（1148℃）碳在γ－Fe中的最大溶解度（1148℃）共析线渗碳体（含碳6.69％）G纯铁的同素异晶转变点（912℃）碳在α－Fe中的最大溶解度（727℃）共析点（727℃）69铁碳合金相图（Fe～Fe3C）纯铁（含碳0～0.0218％PS7271148LAkGCEFDAQFe3CFeFL+AA+FA+Fe3CF+Fe3CF+PP+Fe3CP纯铁的熔点渗碳体的熔点钢和铁的分界点共晶点共析点有无莱氏体的分界点有无珠光体的分界点简化的Fe-Fe3C状态图70PS7271148LAkGCEFDAQFe3CFeFL+AA二、Fe-Fe3C相图的分析（一）图中主要的特性点和线及其意义五个重要的成份点:P（表示碳在α-Fe中的最大溶解度）S（共析点727℃，ωc=0.77%）E（碳在γ-Fe中的最大溶解度）C（共晶点，1148℃，ωc=4.3%）K（渗碳体的成分）四条重要的线:EF（共晶线）ES（碳在γ—Fe中的溶解度曲线）GS（奥氏体和铁素体的相互转变线）PK（共析线）两个重要转变:共晶转变反应式、共析转变反应式。二个重要温度:1148℃、727℃。71二、Fe-Fe3C相图的分析71（二）铁碳合金的分类

72（二）铁碳合金的分类72三、钢的结晶过程（一）共析钢(Wc=0.77%)73三、钢的结晶过程73（二）亚共析钢(Wc=0.45%)74（二）亚共析钢(Wc=0.45%)74（三）过共析钢(Wc=1.2%)75（三）过共析钢(Wc=1.2%)75PSFewC/%7271148LtAGCE12324241133PPFe3CIIFPAL+AF+PPP+Fe3CA+FA+Fe3C合金结晶过程

对比分析76PSFewC/%7271148LtAGCE123242411四、铁碳合金成分、组织、性能之间的关系及应用（一）碳的质量分数对平衡组织的影响77四、铁碳合金成分、组织、性能之间的关系及应用77（二）碳的质量分数对力学性能的影响78（二）碳的质量分数对力学性能的影响78（三）铁碳合金相图的应用1、选择材料方面的应用工程设计中，对金属材料有不同的要求。如金属构件用的钢材，可选用碳含量较低的钢。各种机器零件，可选用碳含量适中的钢。各种工具，则选择碳含量较高的钢

79（三）铁碳合金相图的应用792、在制定工艺规范方面的应用802、在制定工艺规范方面的应用803、在焊接工艺方面的应用焊接时,由焊缝到母材各区域加热温度不同,随后的冷却也就可能出现不同的组织与性能,这就需要在焊接后采用热处理方法加以改善。4、在热处理工艺方面的应用温度含碳量完全退火球化退火去应力退火扩散退火火正813、在焊接工艺方面的应用温度含碳量完全退火球化退火去应力退火第四节钢的普通热处理工艺引言：1、热处理的概念将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织与性能的工艺。2、热处理的目的（1）提高钢的力学性能（2）改善钢的工艺性能82第四节钢的普通热处理工艺引言：82

一、钢的热处理工艺（一）分类根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分为：1、整体热处理退火、正火、淬火、回火2、表面热处理表面淬火、气相沉积3、化学热处理

渗碳、氮化、碳氮共渗本节主要介绍钢的整体热处理83一、钢的热处理工艺83（二）热处理转变温度84（二）热处理转变温度84二、钢的普通热处理工艺（一）钢的退火1、概念：将钢件加热到A3（对亚共析钢）或A1（对过共析钢）线以上某一温度范围，保温一段时间后，在炉中或埋入导热性较差的介质中，使其缓慢冷却的热处理方法

2、目的：1）降低硬度，以利于切削加工；2）细化晶粒，改善组织，提高力学性能；3）消除内应力（加热到A1线以下即可）。85二、钢的普通热处理工艺85（二）钢的正火1、概念：正火是将钢加热到A3或Acm线以上某一温度范围，保温一段时间后，从炉中取出在空气中冷却的热处理方法。正火是置