机械基础 项目一 机械工程材料.ppt

过冷现象 液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。理论结晶温度与实际结晶温度的差?T称过冷度。?T= T0 –T1过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。 图1-12 纯金属的冷却曲线 冷却速度越快，过冷度越大，实际结晶温度越低。 2、纯金属的结晶过程 结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成。 液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为晶坯。在T0以下，经一段时间后（即孕育期），一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核。 晶核形成后便向各方向生长，同时，又有新的晶核产生。晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。 2、纯金属的结晶过程 3、结晶后的金属 结晶后的金属是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒大小可以用单位体积内的晶粒数目来表示。数目越多，晶粒越小。试验证明，在常温下的细晶粒比粗晶粒金属具有更高的强度、塑性和韧性。 常用的细化晶粒方法有增加过冷度、变质处理和振动处理等。 ①合金 合金是指将两种或两种以上金属或金属与非金属熔合在一起，获得具有金属特性的一类物质。 ②组元 组元是组成合金最基本的、能独立存在的物质。 ③合金系 合金系是指组元一定而成分比例不同的一系列合金。 ④相 相是指合金中成分相同、结构相同，并与其他部分有明显界面分开的均匀组成部分。 三、合金的晶体结构与结晶 2、合金的组织 合金是由一种或多种相集合在一起组成的。合金中相的综合体叫做合金组织。在液态时，大多数合金的组元都能相互溶解，形成一个均匀的液相。在结晶时，由于各组元之间相互作用的不同，固态合金中可能出现固溶体、金属化合物或混合物。 2、合金的组织 ①固溶体。合金两组元在液态下相互溶解、结晶时，其中一组元保持原有晶格，另一组元则以原子的形式均匀地分布在该组元的晶格中，形成成分、性能均匀的固态合金，称为固溶体； 其中能保持晶格结构的组元，称为溶剂；晶格结构消失的组元，称为溶质。 ②金属化合物。合金组元之间按一定比例相互作用而生成的一种新的具有金属特性的固态物质，称为金属化合物。 ③机械混合物。由两种或两种以上的固溶体和金属化合物所构成的混合物称为机械混合物。 2、合金的组织 3、合金的结晶过程 其结晶过程和组织与纯金属相比较有以下区别： ①合金结晶不在恒温下进行，而是在一定温度范围内进行。 ②合金在结晶过程中，在不同温度范围内存在着不同数量的相，且各相成分也会发生变化。 ③同一合金系，因成分不同，其组织也不同。即使是同一成分的合金，其组织也会随温度不同而发生变化。 3、合金的结晶过程 若要全面了解合金的组织随成分、温度变化的规律，就必须取不同成分的合金进行试验，观察分析其在加热、冷却过程中内部组织构造的变化，绘制成图，称为合金相图。合金相图是全面表示合金的组织随成分、温度变化规律的图，是研究与选用合金的重要理论工具，对于金属的加工及热处理也具有重要的指导意义。 3、合金的结晶过程 相图的建立： 几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是热分析法。 3、合金的结晶过程 二元相图的建立：[以Cu-Ni合金(白铜)为例] Ⅰ：纯铜 Ⅱ：75%Cu+25%Ni ? III：50%Cu+50%Ni Ⅳ：25%Cu+75%Ni??Ⅴ：纯Ni 任务三 铁碳合金 现代工业中使用最广泛的钢铁材料，其基本组元是铁和碳，故统称为铁碳合金。 一、金属的同素异构转变 金属在固态下随着温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变。 铁是典型的具有同素异构转变特性的金属。 任务三 铁碳合金 液态铁在1538°时结晶成为具有体心立方晶格的 ； 冷却到1394°时发生同素异构转变，由体心立方晶格的 转变为面心立方晶格的 ； 冷却到912°发生同素异构转变，由面心立方晶格的 转变为体心立方晶格的 。 再继续冷却，晶格的类型不再变化。 ⑴ 铁素体： 碳在α-Fe中的固溶体称铁素体，用F 或? 表示。 碳在δ-Fe中的固溶体称δ-铁素体，用δ表示。 都是体心立方的间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低， 在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。 铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。 二、铁碳合金的基本组织及其性能 ⑵ 奥氏体: 碳在? -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或?表示。 是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大， 1148℃时最大为2.11%。 组织为不规则多面体晶粒，晶界 较直。强度低、塑性好，钢材热 加工都在?区进行。 碳钢室温组织中无奥氏体。 二、铁碳合金的基本组织及其性能 (3)渗碳体（Fe3C）。它是由碳和铁形成的一种金属化合