工程材料课件

第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元1单元2纯金属的晶体结构合金的晶体结构及金属材料的组织单元3第二节金属材料的性能金属材料的机械性能单元4金属材料的工艺、物理和化学性能素材库习题库目录单元11.材料的结构与性能1.1金属材料的结构与组织

纯金属的晶体结构晶体：材料的原子（离子、分子）在三维空间呈规则的周期性排列的物体。如金刚石、水晶、金属等。非晶体：材料的原子（离子、分子）在三维空间无规则排列的物体。如松香、石蜡、玻璃等素材库练习一目录1.1.1纯金属的晶体结构晶体结构—晶体中原子（离子或分子）规则排列的方式.

晶格—假设通过原子结点的中心划出许多空间直线所形成的空间格架。晶胞—能反映晶格特征的最小组成单元。晶格常数—晶胞的三个棱边的长度a,b,c1.材料的结构与性能1.1金属材料的结构与组织

单元1(一)常见的金属晶体结构

①体心立方晶格（BCC—Body-CenteredCube）素材库练习一目录有：钼（Mo）、钨、钒、铬、铌、α-Fe等②面心立方晶格（FCC—Face-CenteredCube）③密排六方晶胞（HCP—HexagonalClose-Packed）面心立方晶格金属有：铝、铜、镍、金、银、γ-Fe等。密排六方晶格金属有：镁、镉（Cd）、锌、铍（Be）等。1.材料的结构与性能1.1金属材料的结构与组织

单元1(二)金属晶体中的晶面和晶向晶面—晶体学中，通过晶体中原子中心的平面称晶面。

晶向—晶体学中，通过晶体中原子中心的直线为原子列，其所代表的方向叫晶向。晶面和晶向可分别用晶面指数和晶向指数来表达。素材库练习一目录XYZ(001)(100)(010)（1）晶面和晶向的表示方法①立方晶系的晶面表示方法举例：（100）、（110）（111）、（010）等

晶面族：原子排列完全相同但在空间位向不同。

如：｛111｝、｛100｝

｛110｝等

②

立方晶系的晶向表示方法举例：[111]、[100]、[110]、[101]等。

晶向族：原子排列完全相同但在空间位向不同。

如：<100>

1.材料的结构与性能1.1金属材料的结构与组织

单元1XYZ[111][100][110][011][101]素材库练习一目录立方晶系中如一个晶面指数和一个晶向指数数值和符号相同时，则该晶面和该晶向互相垂直。如：（111）⊥[111]（2）密排面和密排方向

体心立方晶格中｛110｝为密排面，

<111>为密排方向。面心立方晶格中｛111｝为密排面，

<110>为密排方向。

（三）金属晶体的特性①金属有确定的熔点。②金属晶体有各向异性（单晶体）。③晶体排列有规则的、周期的长程有序（纳米级）。④具有规则的外形。1.材料的结构与性能1.1金属材料的结构与组织

单元1（四）实际金属中的晶体缺陷（1）点缺陷—三维尺度上都很小，不超过几个原子直径的缺陷。①空位①空位②间隙原子③异类原子②间隙原子③异类原子素材库练习一目录（2）线缺陷—二维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷。①刃型位错②螺型位错①刃型位错（3）面缺陷—二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。①晶界②亚晶界

晶界1.材料的结构与性能1.1金属材料的结构与组织

单元11.1.1纯金属的晶体结构（四）实际金属中的晶体缺陷※金属晶体缺陷的影响？

点缺陷--造成局部晶格畸变,使金属的电阻率;屈服强度增加,

密度发生变化。

线缺陷--形成位错对金属的机械性能影响很大，位错极少时，

金属强度很高，位错密度越大，金属强度也会提高。面缺陷--晶界和亚晶界越多，晶粒越细，金属强度越高，

金属塑性变形的能力越大，塑性越好。素材库练习一目录第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元1单元2纯金属的晶体结构合金的晶体结构及金属材料的组织单元3第二节金属材料的性能金属材料的机械性能单元4金属材料的工艺、物理和化学性能素材库习题库目录单元2单元2

第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织素材库练习二目录合金的晶体结构及金属材料的组织-1

基本内容和要求一.基本概念

掌握有关合金、组元、相、二元合金、组织等概念。二.合金基本相的类型

了解各自的种类、特点、形成过程及其对合金性能的影响。

三.理解和掌握固溶强化概念及其强化原理。

理解和掌握弥散强化概念及其强化原理。

练习二素材库单元2目录-2单元2一、基本概念合金

组元二元合金

相组织练习二素材库第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录-31.合金

由两种或两种以上的金属元素或金属元素和非金属元素组成的具有金属特性的物质、称为合金。（alloy）练习二素材库第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录-42.组元

组元可以是金属、非金属或稳定化合物。

组成合金的独立的，最基本的单元称组元

由两种组元组成的合金，称为二元合金。3.二元合金素材库练习二目录第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2-5合金举例：碳钢（carbonsteel）：是铁与碳所组成的合金。白铜：主要是铜与镍所组成的合金。黄铜(brass)：是铜与锌等元素组成的合金。

合金除具备纯金属的基本特性外，还可以拥有纯金属所不能达到的一系列机械特性与理化特性,如高强度、高硬度、高耐磨性、强磁性、耐蚀性等。练习二目录素材库第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2-64.相在固态下，物质可以是单相的，也可以是多相的。铁在同素异构转变过程中，会出现相的变化。纯铁是单相的，而钢一般是双相或是多相的。固态白铜（铜与镍二元合金）是单相的。合金中有两类基本相：固溶体和金属化合物。

在物质中，凡是成分相同，结构相同并与其他部分以界面分开的均匀组成部分，称为相。练习二素材库目录-7单元25.组织合金的组织是由数量、大小、形状和分布方式不同的各种相所组成的。不同组织具有不同的性能。由不同组织构成的材料具有不同的性能。同一种钢经过不同的热处理可以获得不同的组织，从而获得不同的性能。45钢经过不同的热处理可以获得珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体等组织。并获得不同的性能。组织是指用肉眼或显微镜等所观察到的材料的微观形貌。练习二素材库第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录-8T8钢在A1临界点上下组织和结构的变化练习二素材库请点击目录-9单元2T8钢加热时组织和结构的转变素材库练习二这是复杂晶体结构的Fe3C过程解释：Fe3C和α-Fe交界（Fe3C和铁素体晶界）开始向γ-Fe转变，同时C原子向一方扩散最后形成含碳均匀的奥氏体组织（即C在γ-Fe中的间隙式固溶体）目录单元2-10纯铁加热时晶体结构的转变纯铁912℃以下为体心立方的α-Fe加热到912℃α-Fe开始向面心立方γ-Fe转变素材库练习二目录单元2-11T8钢淬火后发生的组织和结构的变化练习二素材库请点击目录单元2-12不同铸铁组织类型金相图练习二素材库请点击目录单元2-13铍青铜金相组织图练习二素材库请点击目录单元2-14二、固溶体合金中两组元在液态和固态下都互相溶解，共同形成一种成分和性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相，称为固溶体。固溶体溶剂+溶质一种固相能够保持其原有晶格类型并与固溶体晶格相同的组元称为溶剂。失去原有晶格类型的组元称为溶质，一般在合金中含量较少。(solidsolution)素材库练习二第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录-15（一）固溶体的分类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：间隙固溶体和置换固溶体。根据溶质原子在溶剂晶格中分布是否有规律可将固溶体分为：有序固溶体和无序固溶体。根据溶质原子在溶剂晶格中的溶解度可将固溶体分为：有限固溶体和无限固溶体。溶解度：指溶质在固溶体中的极限浓度。素材库练习二第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录-16间隙固溶体溶质原子进入溶剂晶格中的间隙之中形成的固溶体。(interstitialsolidsolutions)置换固溶体(substitutionalsolidsolution)溶质原子占据在溶剂晶格的某些结点上，使晶格上的某些溶剂原子被置换而形成的固溶体。间隙固溶体置换固溶体素材库练习二第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录-17

溶质与溶剂以任何比例都能互溶，固溶度达100％，则称为无限固溶体，否则为有限固溶体。

溶质原子有规则地占据溶剂结构中的固定位置，溶质与溶剂原子数之比为一定值时，所形成的固溶体称为有序固溶体。否则为无序固溶体。素材库练习二第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录-18间隙固溶体溶质原子与溶剂原子直径之比应小于0．59方可。直径较大的原子所组成的晶格，其空隙的尺寸也较大。过渡族元素(溶剂)与尺寸较小的元素C、N、H、B等易形成间隙固溶体。溶质原子在间隙固溶体中的溶解度一般很小,所以间隙固溶体都是有限固溶体。溶质原子将使间隙固溶体发生畸变，其浓度越大，畸变越大。间隙固溶体都是无序固镕体。练习二素材库第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录-19置换固溶体无限固溶体和有序固溶体一定是置换固溶体。置换固溶体也可以是有限固溶体和无序固溶体。两组元晶体结构相同，原子半径和电化学特性接近，则容易形成置换固溶体。无限固溶体形成条件两组元晶体结构相同是必要条件。溶剂原子半径rA与溶质原子半径rB的相对差(rA—rB)\rA小于8%左右时。两元素间的电负性相差越小越好。练习二素材库第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录-20无序素材库练习二第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织偏聚短程有序单元2目录请点击-21碳在α－

Fe中的间隙固溶体素材库练习二请点击目录单元2-22铜和金形成的置换固溶体素材库练习二请点击目录单元2-23（二）固溶体的性能固溶体与纯金属相比强度、硬度升高。这种通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。它是强化金属材料的重要途径之一。固溶体的强度和塑性、韧性之间有较好的配合，所以，其综合性能较好，常作为结构合金的基体相固溶体与纯金属相比电阻率上升，导电率下降等。素材库练习二第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录-24固溶强化的原因

？

由于溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属滑移变形变得更加困难，变形抗力增大，从而提高合金的强度和硬度。素材库练习二第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录-25三、金属化合物

它是合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相。金属化合物一般具有复杂的晶体结构，熔点高，硬而脆。合金中出现金属化合物时，常能提高合金的强度、硬度和耐磨性，但会降低塑性和韧性。

根据合金中金属化合物相结构的性质和特点，可大致划分为正常价化合物、电子化合物及间隙化合物三类。素材库练习二第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录-26（一）正常价化合物严格遵守化合价规律的化合物称正常价化合物。(normal-valencecompounds)这类化合物是由周期表上相距远而电负性相差较大的两元素形成的。可用确定的化学式来表示。这类化合物的共同特点是硬度较高，脆性很大。化合物的晶格形式与其形成元素完全不同，各类原子在晶格中都呈有序排列。这类化合物有：Mg2Sn、BeS、ZnS、A1P、ZnSe、CaF2等。素材库练习二目录单元2-27CaF2型的晶格形式和ZnS型晶格形式素材库练习二第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录请点击-28（二）电子价化合物(electroncompounds)

不遵守一般的化合价规律但符合于一定电子浓度（价电子数与原子数目之比值）的化合物。电子浓度(即电子数／原于数)为3／2的电子化合物，皆具有体心立方晶格称之为β相。如CuZn、Cu5Sn、FeAl、NiAl等。电子浓度为21／13的电子化合物皆具有复杂立方晶格，称为γ相如Cu5Zn8、Cu31Sn8等。电子浓度为7／4的电子化合物，皆具有密排六方晶格，称作ε相。如CuZn3、Cu8Sn等电子化合物主要以金属键结合，有明显的金属特性，可以导电是硬而脆的相，在许多有色金属中为重要的强化相。素材库练习二目录单元2-29（三）间隙化合物(interstitialcompounds)是由过渡族金属(Fe、Cr、Mn、Mo、W、V等)同原子直径较小的非金属元素(C、N、H、B等)形成的化合物。间隙化合物种类间隙相复杂晶格的间隙化合物素材库练习二第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录-301间隙相

当非金属元素原子半径与金属元素原子半径之比小于0.59时形成了具有简单晶格的间隙化合物，称间隙相。这类化合物的共同特点是有金属特性，熔点极高，硬度极高，而且十分稳定。间隙化合物的合理存在，可有效地提高钢的强度、热强性、红硬性及耐磨性。是高速钢和硬质合金中的重要组成相。如TiC、WC、TiN、VC、NbC、Mo2N、Fe4N等素材库练习二第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录-312复杂结构的间隙化合物

当非金属元素原子半径与金属元素原子半径之比大于0.59时形成了具有复杂晶格的间隙化合物。这类化合物的特点是也有较高的熔点和硬度，比间隙相稍低，而稳定性方面也稍差。这类化合物在钢中也起强化相作用，如Fe3C是铁碳合金中的重要组成相，具有复杂的斜方晶格。其中铁原子可部分被Mn、Cr、Mo、W等金属原子置换，形成以Fe3C晶格为基的固溶体，如（Fe、Mn）3C、(Fe、Cr)3C等.其它如Mn3C、Cr23C6、Cr7C3、FeB等素材库练习二目录单元2-32

请点击化合物表目录素材库练习二单元2-33素材库练习二VC晶体结构Fe3C晶体结构目录请点击单元2-34a素材库练习二目录请点击单元2-35机械混合物

工业合金中其组织仅由化合物单相组成的情况是不存在的。因为化合物固然有很高的硬度，但脆性太大，无法应用。固溶体组成的合金，往往由于强度、硬度等不够高，使用受到一定限制。绝大多数的工业合金，其组织均为固溶体与少量化合物(一种或几种)所构成的机械混合物。合金的性能取决于其形态、大小、数量、种类等。素材库练习二目录单元2-36

当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将显著提高合金的强度、硬度和耐磨性（此现象称为弥散强化）。因此，金属化合物主要用来作为碳钢、各类合金钢、硬质合金及有色金属的重要组成相及强化相。而性能除固溶强化影响外，还取决于金属化合物的种类和数量。如：碳钢中的铁素体（C在α－

Fe中的间隙式固溶体）和渗碳体Fe3C。高速钢和硬质合金等。素材库练习二弥散强化第一章材料的结构与性能第一节金属材料的结构与组织单元2目录-37重点小结合金、相、组织的基本概念。固溶体和金属化合物的概念及其类型。固溶体和金属化合物对合金性能的影响。固溶强化概念及其强化原理。弥散强化概念及其强化原理。单元2素材库练习二单元2-38目录同学们：本节课内容结束，下课!素材库练习二请点击画框单元2-39目录1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元31.2金属材料的性能基本内容和要求一、金属材料力学性能1.了解力学性能的种类、概念及指标。2.了解拉伸实验过程及相关指标概念和意义。3.了解各种硬度实验测试方法和应用范围。4.了解冲击实验方法和所测指标的意义。金属材料的性能包含工艺性能和使用性能。

使用性能：是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能。如：机械性能、物理性能、化学性能。

工艺性能：是指制造工艺过程中材料适应加工的性能。如：铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性、热处理工艺性。1单元31.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元31.2金属材料的性能一、金属材料的机械性能是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。机械性能—外力形式：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等。载荷形式：静载荷、冲击载荷、交变载荷等。指标：强度、刚度、硬度、塑性、韧性和疲劳强度等。强度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。

单位:MPa(MN/mm2)

2单元3分：抗拉强度σb、抗压σbc、抗弯σbb、抗剪τb、抗扭τt。1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元34静载单向静拉伸应力――应变曲线介绍拉伸实验：弹性变形阶段屈服阶段强化阶段缩颈阶段试样断裂1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元35静载单向静拉伸应力――应变曲线介绍拉伸实验：ob弹性变形阶段bcd屈服阶段db强化阶段Bk缩颈阶段k试样断裂1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元36根据拉伸实验确定一些强度指标①弹性极限σe（elasticlimit）

材料拉伸时保持弹性变形，不发生永久变形的最大应力。

比例极限：σp=Pp/Fo

应力―应变保持线性关系的极限应力值弹性极限：σe=Pe/Fo

工程上，σp、σe视为同一值，

刚度—

表示材料弹性变形抗力的大小。

弹性模量E—是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。E愈大，使其产生一定量弹性变形的应力也应愈大。E=σ/ε杨氏弹性模量

,应力应变的比值。单位MPa1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元37②屈服极限σs（屈服强度或屈服点）

金属材料开始发生明显塑性变形的抗力。σs=Ps/Fo

条件屈服强度σ0.02

—产生0.02%残余塑性变形的抗力的极限应力值。用于无屈服点的中高碳钢。脆性材料：σb=σs

灰口铸铁③抗拉强度σb

（强度极限）是试样被拉断前的最大承载能力，

σb=Pb/Fo（MPa）（MPa）材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值

屈强比——

σs与σb的比值。

屈强比愈小，工程构件的可靠性愈高，

屈强比太小，则材料强度的有效利用率太低。1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元311延伸率1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元393.硬度

①布氏硬度是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。

材料抵抗另一硬物体压入其内的能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念，

硬度试验简单易行，又无损于零件，而且可以近似的推算出材料的其它机械性能，因此在生产和科研中应用广泛。硬度试验方法很多，机械工业普遍采用压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。

布氏硬度值HB是以试样压痕面积上的平均压力P/F表示。

即单位面积所承受的压力。

1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元310布氏硬度测定的原理—是把一定直径的淬火钢球，以规定的载荷P压入被测材料表面，保持一定时间后卸除载荷，测出压痕直径d，求出压痕面积F计算出平均应力值，以此为布氏硬度值的计量指标，并用符号HB表示。

1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元312布氏硬度测定主要适用于各种未经淬火的钢、退火、正火状态的钢；结构钢调质件；铸铁、有色金属、质地轻软的轴承合金等原材料。标注：D/P/T如120HB/10/3000/10，即表示此硬度值120在D=10mm，P=3000kgf，T=10秒的条件下得到的。简单标注：200～230HB或300～330HBS布氏硬度试验只可用来测定小于HB450的金属材料，

1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元314②洛氏硬度（HR）

基本原理—洛氏硬度属压入法洛氏硬度测定时需要先后施加二次载荷（予载荷P1和主载荷P2）预加载荷的目的是使压头与试样表面接触良好以保证测量结果准确。洛氏硬度就是以主载荷引起的残余压入深度（

来表示

）。

为了与习惯上数值越大硬度越高的概念相一致采用一常数（k）减去（h3-h1）的差值表示硬度值。为了简便起见又规定每0.002mm压入深度作为一个硬度单位（即刻度盘上一小格。）洛氏硬度值公式如下：

采用金钢石圆锥时k=0.2（用于HRA，HRC）

用钢球时k=0.26（用于HRB）。

1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元315布氏硬度实验1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元317硬度符号压头总载荷（kgf）表盘上刻度颜色常用硬度值范围使用范围HRA金钢石圆锥60黑

色70~85碳化物、硬质合金表面淬火等HRB100红

色25~100有色金属、退火及正火钢等HRC金钢石圆锥150黑

色20~67调质钢、淬火钢等洛氏硬度测定仅产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验

设备简单，操作迅速方便。但测一点无代表性，不准确，需多点测量，然后取平均值。洛氏硬度虽可用来测定各种金属材料的硬度。1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元318③维氏硬度（HV）

为了从软到硬的各种金属材料有一个连续一致的硬度标度，因而制定了维氏硬度试验法。维氏硬度试验法是压入试验法中较精确的一种，它与布氏硬度试验法相同，是用一种顶角为136°的金钢石角锥压头，在载荷p（kgf）作用下，试样表面压出一个四方锥形压痕，测量压痕对角线长度d（mm）供以计算压痕面积F（m㎡）以P/F的数值表示试样的硬度值。

维氏硬度值表示方法为HV硬度数值，有时为反映试验条件在硬度数值前用下标加上负荷，例如HV20232，20为加载负荷。维氏硬度试验主要用来测定金属镀层、薄片金属以及化学热处理（如氮化、渗碳等）后的表面硬度。

维氏硬度的压力一般可选5，10，20，30，50，100，120kg等，小于10kg的压力可以测定显微组织硬度。1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元3204.冲击韧性（Ak或ak

）

韧性：材料断裂前吸收变形能量的能力----韧度冲击韧性（Ak）

：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。单位为焦耳/厘米²（J/cm²）ak=冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积Fak值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形，金属光泽，呈结晶状。ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。Ak=mg(h1-h2)1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元322冲击韧性实验Ak=h1-h25.疲劳强度σ-1

1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元32380%的断裂由疲劳造成

疲劳：承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。疲劳极限：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。条件疲劳极限：经受10应力循环而不致断裂的最大应力值。7陶瓷、高分子材料的疲劳抗力很低，金属材料疲劳强度较高，纤维增强复合材料也有较好的抗疲劳性能。影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力等。1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元41单元4二、金属材料的物理、化学和工艺性能（一）、金属材料的物理性能1.密度

2.熔点

3.导电性

4.导热性

5.热膨胀性

6.磁性

1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元42（二）

、金属材料的化学性能化学性能指金属材料与周围介质扫触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。耐腐蚀性——指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。2.

抗氧化性——指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮的能力。耐腐蚀性材料如：不锈钢、塑料、陶瓷、钛及其合金等等如：耐热钢、铬镍合金、铁铬合金等等1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元43（三）、金属材料的工艺性能指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。工艺性能1.铸造性能——指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，包括：流动性能、收缩性、偏析等。含碳量越高，铸造性越好。2.焊接性能——指材料焊接时其工艺方法的难易程度及接口处是否能满足使用目的的特性。3.锻造性能——金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。含碳量越高，焊接性越差。含碳量越高，锻造性越差。1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元444.切削加工性：指材料被切削加工成合格零件的难易程度。包含：刀具耐用度较高；切削力较小，切削温度较低。

容易获得良好的表面加工质量。容易控制切屑的形状或容易断屑。

5.冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。

含碳量太高，切削性差。含碳量太低，切削性也差。含碳量越高，冲压性越差。6.热处理工艺性：指材料被热处理时达到性能等要求的难易程度。

如：淬硬性、淬透性。

1.材料的结构与性能1.2金属材料的性能

单元358.工艺性能包括哪些方面？各自的含义？第3和4单元—

练习题一、名词解释工艺性能、刚度、疲劳、冲击吸收功、冲击韧度二、简答题1.何谓金属材料的力学性能？有哪些主要指标？各自的定义？2.外力（载荷）有哪些主要形式？按载荷特性又可分成哪三类？各自概念？3.简述拉伸实验过程发生的现象？并画出拉伸应力-应变曲线？4.拉伸实验可做出哪些力学性能指标？各自的定义、符号和意义？5.硬度的种类？各自的表示方法和应用范围？6.何谓条件疲劳极限？其影响因素？7.金属材料的物理和化学性能包括哪些方面？2.金属材料组织和性能的控制

单元51第二章金属材料组织和性能的控制2.1纯金属的结晶凝固：液态L→固态S

S可以是非晶体。结晶：一种原子排列状态过渡为另一种原子规则排列状态（晶态）的转变过程。

一次结晶：L→S晶态二次结晶：S→S晶态一、纯金属结晶的条件1纯金属冷却曲线液态金属在结晶时的温度——时间曲线过冷度——理论结晶温度和实际结晶温度之差。

2.金属材料组织和性能的控制

2.1纯金属的结晶

单元52ΔT=

T0－Tn

冷速越快，过冷度越大过冷—指液态金属实际冷却到结晶温度以下而暂不结晶的现象。2纯金属结晶的条件ΔF

ΔTTFF固F液ΔF=

F固－F液≤0

结晶驱动力

自然界的自发过程进行的热力学条件都是ΔF≤0只有当液体的过冷度达到一定的大小，使结晶的动力ΔF大于建立界面所需要的表面能时，结晶过程才能开始进行。自由能温度2.金属材料组织和性能的控制

2.1纯金属的结晶

单元533、纯金属的结晶过程2.金属材料组织和性能的控制

2.1纯金属的结晶

单元54①.形核——自发形核非自发形核②.长大——平面长大

树枝状长大结晶过程——

2.金属材料组织和性能的控制

2.1纯金属的结晶

单元552.金属材料组织和性能的控制

2.1纯金属的结晶

单元56二、同素异构转变δ-Fe(bcc)γ-Fe(fcc)a-Fe(bcc)1394℃912℃1394℃1538℃912℃δ-Feγ-Fe(fcc）a-FeT时间770℃居里点以纯铁为例γ-Fe(fcc)a-Fe(bcc)铁的体积会膨胀1％2.金属材料组织和性能的控制

2.1纯金属的结晶

单元57纯铁同素异构转变2.金属材料组织和性能的控制

2.1纯金属的结晶

单元58三、晶粒尺寸的控制（1）晶粒度单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度（或直径）表示（2）过冷度对形核一长大的影响过冷度ΔT提高，N提高、G提高过冷ΔT太高，N降低、G降低（3）控制晶粒度的因素①提高过冷度②变质处理在液态金属中加入孕育剂或变质剂作为非自发晶核的核心，以细化晶粒和改善组织。③振动，搅拌等2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元61一、合金相图类型

相图是表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示图，也称为平衡图或状态图。平衡是指在一定条件下合金系中参与相变过程的各项的成分和相对质量不在变化所达到的一种状态。此时合金系的状态稳定，不随时间而改变。（一）二元合金的结晶2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元62

根据结晶过程中出现的不同类型的结晶反应，可把二元合金的结晶过程分为下列几种类型。1.发生匀晶反应的合金的结晶2.发生共晶反应的合金的结晶如Pb-Sn合金相图3.发生包晶反应的合金的结晶如Pt-Ag、Ag-Sn、Sn-Sb合晶具有包晶相图4．发生共析反应的合金的结晶2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元63发生匀晶反应的合金的结晶

Cu-Ni相图为典型的匀晶相图，合金发生匀晶反应：L→α,从液相中逐渐结α晶出固溶体。2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元642.发生共晶反应的合金的结晶如Pb-Sn合金相图由一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应叫共晶反应。生成的两相混合物叫共晶体。2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元653.发生包晶反应的合金的结晶如Pt-Ag、Ag-Sn、Sn-Sb合晶具有包晶相图包晶反应：Αc+Ldβ

一种固相和液相结晶出另外一种固相，发生包晶反应时三相共存，他们的成分确定，反应在恒温下平衡地进行。2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元664．发生共析反应的合金的结晶由一种固相转变成完全不同的两种相互关联的固相，此两相混合物称为共析体。2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元67（二）合金的性能与相图的关系1.合金的使用性能与相图的关系

固溶体的性能与溶质元素的溶入量有关，溶质的溶入量越多，晶格越大，合金的强度、硬度越高，电阻越大。合金的某些性能可按组成相性能依质量分数的关系叠加的办法求出。例如硬度：HB=HBα·ω(α)+HBβ·ω(β)

对组织较敏感的某些性能如强度等，与组成相或组织成物的形态有很大关系。组成相或组织组成物越细密，强度越高。但形成化合物时，则在性能---成分曲线上于化合物成分处出现极大值或极小值。2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元682.合金的工艺性能与相图的关系合金的铸造性能与相图的关系：纯组元和共晶成分的合金的流动性最好，缩孔集中，铸造性能好。相图中液相线和固相线之间距离越小，液体合金结晶的温度范围越窄，对浇注和铸造质量越有利。合金的液、固相线温度间隔大时，形成枝晶偏析的倾向性大；同时先结晶出的树枝晶阻碍为结晶液体的流动，而降低其流动性，增多分散缩孔。所以，铸造合金常选共晶或接近共晶的成分。2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元69合金的锻造性能与相图的关系：合金为单相组织时变形抗力小，变形均匀，不易开裂，因而变形能力大。双相组织的合金变形能力。双相组织的合金变形能力差些，特别是组织中存在有较多的化合物相时更是如此，因为他们都很脆。2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元81（三）、分析Fe-Fe3C相图2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元822.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元832.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元84基于Fe-Fe3C相图的Fe-C合金分类1．工业纯铁，C%<=0.0218%2．钢0.0218%<C%<=2.11%亚共析钢

0.0218%<C%<0.77%共析钢0.77%过共析钢

0.77%<C%<=2.11%3．白口铸铁2.11%<C%<6.69%亚共晶白口铸铁

2.11%<C%<4.3%共晶白口铸铁

4.3%过共晶白口铸铁4.3%<C%<6.69%2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元852.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元86（四）、Fe-C合金的成分-组织-性能关系1.含碳量——相相对量C%↑→F%↓，Fe3C%↑含碳量——组织F-->F+P-->PdP+Fe3CII-->P+Fe3CII+Le’-->Le’->Le’+Fe3CII-->Fe3C2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元87FF+PPP+Fe3CIIP+Fe3CII+Le’Le’Le’+Fe3CIIFe3C2.含碳量——组织HB：取决于相及相对量3.含碳量——性能C%↑→HB↑强度：C%↑→σ↑0.9%↑→σ↓塑性、韧性：C%↑→塑性↓、韧性↓2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元88铁碳合金相图的建立2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元89铁碳合金加热冷却转变2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元810（六）、Fe-Fe3C相图的应用1、在钢铁选材方面的应用2、在铸造工艺方面的应用3、在热锻、热轧工艺方面的应用4、在热处理工艺方面的应用2.金属材料组织和性能的控制

2.2合金的结晶

单元811铁碳合金相图练习题一、名词解释

相图铁素体奥氏体珠光体渗碳体二、间答题1、合金结晶有哪些类型？各自的结晶特征？2、按铁碳相图，铁碳合金如何分类？其中三种钢室温组织是什么？3、含碳量为0.4％、0.77％、1.2％、三种钢在700℃770℃、900℃时分别各为何组织？4、计算一下50钢和T10钢在室温下HBS、σ、

δ数值？b5、随钢中含碳量增加，其机械性能如何变化？其原因？2.金属材料组织和性能的控制

2.3金属的塑性加工

单元91一、金属材料的塑性变形1、单晶体的塑性变形

单晶体塑性变形的基本方式——滑移和孪生

（1）滑移

在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生相对的滑动滑移的特点：※滑移只在切应力作用下发生，不同金属产生滑移的最小切应力大小不同。※滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。并非是晶体两部分沿

滑移面作整体的滑动。2.3金属的塑性加工2.金属材料组织和性能的控制

2.3金属的塑性加工

单元922.金属材料组织和性能的控制

2.3金属的塑性加工

单元93※滑移造成的晶体总变性量是原子间距的整数值，不引起晶格位向的变化。

※滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面和其上密度最大的晶向进行。

滑移系（滑移面和该面上的一个滑移方向），滑移系数目↑，材料塑性↑；滑移方向↑，材料塑性↑。如FCC和BCC的滑移系为12个，HCP为3个，FCC的滑移方向多于BCC，金属塑性如Cu（FCC）＞Fe（BCC）＞Zn（HCP）。※滑移时晶体伴随有转动。金属材料塑性变形的实质：金属塑性变形实质上是以滑移和孪生两种形式通过位错运动来进行的。2.金属材料组织和性能的控制

2.3金属的塑性加工

单元94一、金属材料的塑性变形（2）孪生在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变。金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面两侧形成镜面对称关系。→发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或孪晶。孪