[工学]第二章 机械工程材料基础.ppt

晶格或点阵：把晶体中的原子想象成几何结点，并用直 线从其中心连接起来而构成的空间格架。 结点：晶格中直线的交点，代表原子在晶体中平衡位置 晶面：通过结点的任一平面。 晶面：通过结点任一直线所指的方向。 晶胞：能反映空间晶体排列方式的基本单元称为晶胞。 它代表着整个晶格的原子排列规律。 当合金由液态结晶为固态时，合金组元间仍能互相溶解而形成单一均匀、并能保持某一组元晶格的合金固相，称为固溶体。如碳的原子能够溶解到铁的晶格里，这时铁是溶剂，碳是溶质。 （1）置换固溶体－－溶质原子取代部分溶剂原子而占据晶格的结点位置所形成的固溶体。（当溶剂和溶质原子直径相近时易形成） （2）间隙固溶体－－溶质原子不是占据晶格结点位置而是分布在晶格间隙所形成的固溶体。（当溶质原子直径与溶剂原子直径之比小于0.59时才能形成） 当合金中溶质含量超过固溶体的溶解度时，将析出新相。若新相的晶体结构与合金其它组元的相同，则新相为以另一组元为溶剂的固溶体。若新相的晶体结构不同于任一组元，则新相是组元间形成的一种新物质——化合物。如Fe3C 金属化合物的性能：熔点高、硬度高，脆性较大，适于做合金的强化相。当它们与固溶体适当配合时，对材料的强度、硬度耐磨性、高温硬性以及工艺性能均有非常重要的意义。 ① 固溶体和固溶强化 在固溶体中，溶质原子的溶入将造成晶格畸变，并随着溶质原子浓度的增加，晶格畸变增大，从而导致固溶体的强度和硬度升高，其他性能未发生变化，这种现象称为固溶强化。 ② 化合物与第二相强化 化合物的性能特点是高熔点、高硬度和高脆性。 因此，化合物很少作为单相合金材料，而是与固溶体组成复相合金材料。化合物作为第二相可提高合金材料的强度，又称第二相强化。 2.铁碳合金状态图 1.在选材上的应用 Fe-Fe3C相图揭示了铁碳合金的组织随成分变化的规律，由此可以判断出钢铁材料的力学性能，以便合理地选择钢铁材料。若需要塑性、韧性好的材料，应选用低碳钢，如冲压件、焊接件、抗冲击结构件等。若需要兼有较好强度、塑性和韧性的材料，应选用中碳钢，如轴、齿轮。若需要硬度高，耐磨性好的材料，则多选用的高碳钢，如各种工具钢。纯铁强度低、但导磁率高、矫顽力低，可作软磁材料，如各种电机的铁芯。白口铸铁硬而脆不易切削加工，也不能塑性加工，但其铸造性能优良，耐磨性好，可用于制造要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，如冷轧辊、犁铧等。 2.在铸造方面的应用 从Fe-Fe3C相图可以看出，共晶成分的铁碳合金熔点最低，结晶温度范围最小，具有良好的铸造性能。因此，铸造生产中多选用接近共晶成分的铸铁。根据Fe-Fe3C相图可以确定铸造的浇注温度，一般在液相线以上50~100℃，铸钢（Wc=0.15%~0.6%区间的铸造性能相对较好）的熔化温度和浇注温度要高得多，其铸造性能较差，铸造工艺比铸铁的铸造工艺复杂。 3. 在锻压加工方面的应用 由Fe-Fe3C相图可知钢在高温时处于奥氏体状态，而奥氏体的强度较低，塑性好，有利于进行塑性变形。因此，钢材的锻造、轧制（热轧）等均选择在单相奥氏体的适当温度范围内进行。 4. 在热处理方面的应用 Fe-Fe3C相图对于制订热处理工艺有着特别重要的意义。热处理常用工艺如退火、正火、淬火的加热温度都是根据Fe-Fe3C相图确定的。这将在下一章中详细阐述。 工业用钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢除铁、碳元素之外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质元素。这些少量的元素称为杂质元素。合金钢是为了改善和提高钢的性能或使之获得某些特殊性能，在碳钢的基础上，特意加入某些合金元素而得到的钢种。这些加入的元素称为合金元素。 杂质元素对性能的影响 （1）硅的影响 在钢中是有益元素，能使钢的强度、硬 度、弹性均有提高，但塑性、韧性降低。含量超过0.4％ 时作为合金元素。 （2）锰的影响 在钢中也是有益元素，能提高钢材的强 度和硬度。含量超过0.8％时作为合金元素。 （3）硫的影响 在钢中是有害的杂质元素。在固态下， 硫不溶于铁，而以FeS的形式存在于钢中。FeS能与铁形 成低熔点的共晶体，存在于晶界上。当钢在一定温度下 进行加工时，低熔点共晶体已成液态，受力后使晶粒分 离，导致钢沿晶界开裂，这种现象称为钢的热脆性。 （4）磷的影响 在钢中也是一种有害元素。 在室温下能使钢的塑性和韧性急剧降低。磷还使 钢的脆性转化温度升高，这种脆化现象在低温时 更为严重，称为冷脆性。 （5）氧、氢、氮的影响 在钢中都是有害杂质 元素。当钢中的氧化物较多时，钢的力学性