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1、参考书目参考书目 1 1 1 1 邓文英、郭晓鹏，金属工艺学（第四版）（上、下），北京：高等教育出邓文英、郭晓鹏，金属工艺学（第四版）（上、下），北京：高等教育出邓文英、郭晓鹏，金属工艺学（第四版）（上、下），北京：高等教育出邓文英、郭晓鹏，金属工艺学（第四版）（上、下），北京：高等教育出版社，版社，版社，版社，2000200020002000 2 2 2 2 戴枝荣，工程材料及机械制造基础（戴枝荣，工程材料及机械制造基础（戴枝荣，工程材料及机械制造基础（戴枝荣，工程材料及机械制造基础（1 1 1 1）工程材料，北京：高等教育出工程材料，北京：高等教育出工程材料，北京：高等教育出工程材料，北京
2、：高等教育出版社，版社，版社，版社，2019201920192019 3 3 3 3 张万昌，工程材料及机械制造基础（张万昌，工程材料及机械制造基础（张万昌，工程材料及机械制造基础（张万昌，工程材料及机械制造基础（2 2 2 2）热加工工艺基础，北京：高等热加工工艺基础，北京：高等热加工工艺基础，北京：高等热加工工艺基础，北京：高等教育出版社，教育出版社，教育出版社，教育出版社，2000200020002000 4 4 4 4 吴桓文，工程材料及机械制造基础（吴桓文，工程材料及机械制造基础（吴桓文，工程材料及机械制造基础（吴桓文，工程材料及机械制造基础（3 3 3 3）机械加工工艺基础，北京：
3、高机械加工工艺基础，北京：高机械加工工艺基础，北京：高机械加工工艺基础，北京：高等教育出版社，等教育出版社，等教育出版社，等教育出版社，2000200020002000 5 5 5 5 傅水根，机械制造工艺基础，北京：清华大学出版社，傅水根，机械制造工艺基础，北京：清华大学出版社，傅水根，机械制造工艺基础，北京：清华大学出版社，傅水根，机械制造工艺基础，北京：清华大学出版社，2019201920192019 6 6 6 6 王俊彪，材料的先进成形技术，北京：高等教育出版社，王俊彪，材料的先进成形技术，北京：高等教育出版社，王俊彪，材料的先进成形技术，北京：高等教育出版社，王俊彪，材料的先进成形
4、技术，北京：高等教育出版社，2019201920192019 7 7 7 7 翁世修、吴振华，机械制造技术基础，上海：上海交通大学出版社，翁世修、吴振华，机械制造技术基础，上海：上海交通大学出版社，翁世修、吴振华，机械制造技术基础，上海：上海交通大学出版社，翁世修、吴振华，机械制造技术基础，上海：上海交通大学出版社，2019201920192019 8 8 8 8 卢秉恒，机械制造技术基础，北京：机械工业出版社，卢秉恒，机械制造技术基础，北京：机械工业出版社，卢秉恒，机械制造技术基础，北京：机械工业出版社，卢秉恒，机械制造技术基础，北京：机械工业出版社，2019201920192019 9 9
5、 9 9 吉卫喜，机械制造技术，北京：机械工业出版社，吉卫喜，机械制造技术，北京：机械工业出版社，吉卫喜，机械制造技术，北京：机械工业出版社，吉卫喜，机械制造技术，北京：机械工业出版社，2019201920192019 11110 0 0 0 施江澜，材料成形技术基础，北京：机械工业出版社，施江澜，材料成形技术基础，北京：机械工业出版社，施江澜，材料成形技术基础，北京：机械工业出版社，施江澜，材料成形技术基础，北京：机械工业出版社，2019201920192019 11111 1 1 1 宋昭祥，机械制造基础，北京：机械工业出版社，宋昭祥，机械制造基础，北京：机械工业出版社，宋昭祥，机械制造基
6、础，北京：机械工业出版社，宋昭祥，机械制造基础，北京：机械工业出版社，2019201920192019 11112 2 2 2 孔德音，机械加工工艺基础，北京：机械工业出版社，孔德音，机械加工工艺基础，北京：机械工业出版社，孔德音，机械加工工艺基础，北京：机械工业出版社，孔德音，机械加工工艺基础，北京：机械工业出版社，2019201920192019材料、信息、能源称为现代技术的三大支柱。材料、信息、能源称为现代技术的三大支柱。 复合材料复合材料工程材料工程材料金属材料金属材料陶瓷材料陶瓷材料高分子材料高分子材料零件的生产工艺过程零件的生产工艺过程选材选材选毛坯选毛坯预先热处理预先热处理机械加
7、工机械加工最终热处理最终热处理检验检验 应根据零件的性能要求、受载情况、服役条应根据零件的性能要求、受载情况、服役条 件、件、工作环境等：工作环境等：其中选材：其中选材：金属材料种类繁多，性能不一，而且材料金属材料种类繁多，性能不一，而且材料的发展日新月异，而零件的性能要求、服役条件各不的发展日新月异，而零件的性能要求、服役条件各不相同，再加上材料的资源、价格等多方面考虑。相同，再加上材料的资源、价格等多方面考虑。毛坯选择毛坯选择车削车削传统的有传统的有现代的有现代的有有液态成形毛坯有液态成形毛坯塑性成形毛坯塑性成形毛坯连接成形毛坯连接成形毛坯粉末冶金成形粉末冶金成形型材等毛坯型材等毛坯车削、
8、刨车削、刨 削、铣削削、铣削拉削、镗削、磨削等拉削、镗削、磨削等数控加工、电火花加数控加工、电火花加工、激光加工等特种工、激光加工等特种加工方法加工方法机械机械加工加工方法方法 一个具体零件的加工往往可用一个具体零件的加工往往可用多种不同的加工多种不同的加工方法方法，而每种加工方法所能达到的加工精度、加工质，而每种加工方法所能达到的加工精度、加工质量、加工范围、加工效率是不同的。量、加工范围、加工效率是不同的。 预先热处理预先热处理：为使切削加工能顺利进行，可通为使切削加工能顺利进行，可通过预先热处理调整硬度，为切削加工做好组织准备。过预先热处理调整硬度，为切削加工做好组织准备。最终热处理：最
9、终热处理： 使材料的性能达到要求。使材料的性能达到要求。第一篇 金属材料导论主要内容主要内容1.5 1.5 铁碳合金铁碳合金1.1 1.1 金属材料的主要性能金属材料的主要性能1.2 1.2 金属及合金的晶体结构金属及合金的晶体结构1.3 1.3 合金的结构合金的结构1.4 1.4 二元合金状态图二元合金状态图1.1 1.1 材料的强度与塑性材料的强度与塑性1.拉伸试验及拉伸曲线2.拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义1.1 1.1 金属材料的主要性能金属材料的主要性能一、静载单向静拉伸应力一、静载单向静拉伸应力应变曲线应变曲线 1.1.拉伸试样拉伸试样：长试样：长试样：L L0 0= =101
10、0d d0 0短试样：短试样：L L0 0= =5 5d d0 0LF0 0低碳钢拉伸曲线低碳钢拉伸曲线脆性材料拉伸曲线脆性材料拉伸曲线2.2.拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线：拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线：纵坐标为应力纵坐标为应力 单位单位 MPa(MN/mm )MPa(MN/mm )， 横坐标为应变横坐标为应变 其中：其中：=F/S=F/S 表示材料抵抗变形和断裂的能力表示材料抵抗变形和断裂的能力（L L1 1-L-L0 0）/L/L0 03.3.曲线分为四阶段：曲线分为四阶段： 1 1）阶段）阶段I I（opeope）弹性变形阶段弹性变形阶段 p: Fpp: Fp ，e:
11、 Fe e: Fe （不产生永久变形的最大抗力）（不产生永久变形的最大抗力） opop段：段：L PL P 直线阶段直线阶段 pepe段：极微量塑性变形（段：极微量塑性变形（0.001-0.005%)0.001-0.005%) 2 2）阶段）阶段IIII（essess）段）段屈服变形屈服变形 S: S: 屈服点屈服点 FsFs 3 3）阶段）阶段IIIIII（sbsb）段）段均匀塑性变形阶段均匀塑性变形阶段 b:b: Fb Fb材料所能承受的最大载荷材料所能承受的最大载荷 4 4）阶段）阶段IV(bK) IV(bK) 段段局部集中塑性变形颈缩局部集中塑性变形颈缩 铸铁、陶瓷：只有第铸铁、陶瓷：
12、只有第I I阶段阶段 中、高碳钢：没有第中、高碳钢：没有第IIII阶段阶段二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义1 1刚度和弹性刚度和弹性 刚度材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。刚度材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。 E=/ E=/ 杨氏弹性模量杨氏弹性模量 GPa, MPaGPa, MPa 本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组织不敏感的力系指标。织不敏感的力系指标。 弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最大应力。的最大应力。 比例极限：比例极限：p=Fp/A
13、op=Fp/Ao 应力应力应变保持线性应变保持线性关系的极限应力值关系的极限应力值 弹性极限：弹性极限：e=Fe/Ao e=Fe/Ao 不产永久变形不产永久变形的最大抗力。的最大抗力。2.2.强度：强度：材料在外力作用下抵抗材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。变形和破坏的能力。 屈服强度屈服强度 s s：材料发生微量塑性变形：材料发生微量塑性变形时的应力值。即时的应力值。即在拉伸试验过程中，载在拉伸试验过程中，载荷不增加，试样仍能继续伸长时的应力。荷不增加，试样仍能继续伸长时的应力。 条件屈服强度条件屈服强度 0.20.2：高碳钢等无屈服点，高碳钢等无屈服点，国家标准规定以国家标准规定以残余
14、变形量为残余变形量为0.2%0.2%时的时的应力值作为它的条件屈服强度，以应力值作为它的条件屈服强度，以0.20.2来表示来表示 抗拉强度抗拉强度 b b：材料断裂前所承受的最材料断裂前所承受的最大应力值。大应力值。（材料抵抗外力而不致断裂（材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值）。的极限应力值）。 s0.23.3.3.3.塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 延伸率延伸率 延伸率与试样尺寸有关；延伸率与试样尺寸有关；5 5、1010 (L (L0 0
15、=5d,10d)=5d,10d) 断面收缩率断面收缩率 =A/Ao=(Ao-Ak)/Ao x 100%=A/Ao=(Ao-Ak)/Ao x 100% 时，无颈缩，为脆性材料表征；时，无颈缩，为脆性材料表征； KIC时，裂纹失稳扩展，发生脆断。时，裂纹失稳扩展，发生脆断。KIKIC时，裂纹处于临界状态时，裂纹处于临界状态KITTT0 0时，时，FsFFsFL L, , 液相稳定液相稳定 b.b.当温度当温度TTTT0 0时，时，FsFFsFL L, , 固相稳定固相稳定 c.c.当温度当温度T=TT=T0 0时，时，Fs=FFs=FL L, , 平衡状态平衡状态 T T0 0：理论结晶温度（：理
16、论结晶温度（熔点熔点或或平衡结晶温度）平衡结晶温度） 在该温度下在该温度下, , 液体和晶体处于液体和晶体处于动平衡状态动平衡状态2.2.冷却曲线与过冷度冷却曲线与过冷度1 1）冷却曲线）冷却曲线金属结晶时温度与时间的关系曲线金属结晶时温度与时间的关系曲线称称冷却曲线。冷却曲线。曲线上水平阶段所对曲线上水平阶段所对应的温度称应的温度称实际结晶温度实际结晶温度T1T1。曲线上水平阶段是由于结晶时放出曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶潜热引起的。结晶潜热引起的。 纯金属的冷却曲线纯金属的冷却曲线2）过冷与过冷度过冷与过冷度液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称液态金属在理论结晶温度以下开始结晶
17、的现象称过过冷冷。理论结晶温度与实际结晶温度的差理论结晶温度与实际结晶温度的差 T称称过冷过冷度度。 T=T0T1过冷度大小与冷却速过冷度大小与冷却速度有关，度有关，冷速越大，冷速越大，过冷度越大。过冷度越大。（三三）纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程1 1、结晶的基本过程、结晶的基本过程结晶由结晶由晶核的形成晶核的形成和和晶核晶核 的长大的长大两个基本过程组成。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，称为时聚时散，称为晶坯晶坯。在。在T0以下，经一段时间后以下，经一段时间后（即孕育期），一些大尺寸的晶坯将会长大，称为（
18、即孕育期），一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核晶核。界面自由能界面自由能体积自由能体积自由能晶胚晶胚晶核晶核rrcG*自自由由能能变变化化G晶核形成后便向各方向生长，同时，又有新的晶晶核形成后便向各方向生长，同时，又有新的晶核产生。核产生。晶核不断形成，不断长大，直到液体完晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失全消失。每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。触后形成晶界。2、晶核的形成方式晶核的形成方式形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。由液体中排列规则的原子团形成晶核称由液体中排列规则的原子团形成晶核称均
19、匀形核均匀形核。以液体中存在的固态杂质为核心形核称以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核非均匀形核。非均匀形核更为普遍。非均匀形核更为普遍。非均匀形核示意图非均匀形核示意图3 3、晶核的长大方式、晶核的长大方式 晶晶核核的的长长大大方方式式有有两两种种，即平面长大和树枝状长大。即平面长大和树枝状长大。 实实际际金金属属的的结结晶晶主主要要以以树枝状长大。树枝状长大。 这这是是由由于于晶晶核核棱棱角角处处的的散散热热条条件件好好，生生长长快快，先先形形成成一一次次轴轴，一一次次轴轴又又会会产产生生二二次次轴轴，树树枝枝间间最最后后被被填填充。充。平面长大平面长大树枝状结晶金金属属的的树树枝
20、枝晶晶金金属属的的树树枝枝晶晶金金属属的的树树枝枝晶晶冰冰的的树树枝枝晶晶表示晶粒大小的尺度叫表示晶粒大小的尺度叫晶粒晶粒度度。晶粒度可用晶粒的平均晶粒度可用晶粒的平均面积或平均直径表示。面积或平均直径表示。（四）金属晶粒的大小与控制（四）金属晶粒的大小与控制 1.晶粒度晶粒度工业生产上采用工业生产上采用晶粒度等级晶粒度等级来表示晶粒大小。来表示晶粒大小。标准晶粒标准晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细度共分八级，一级最粗，八级最细。通过。通过100100倍显微镜倍显微镜下的晶粒大小与标准图对照来评级。下的晶粒大小与标准图对照来评级。2.2.决定晶粒度的因素决定晶粒度的因素晶粒的大小取决于晶粒的
21、大小取决于晶核的形成速度晶核的形成速度和和长大速度长大速度。 单位时间、单位体积内形成的晶核数目叫形核率单位时间、单位体积内形成的晶核数目叫形核率(N)(N)。 单位时间内晶核生长的长度单位时间内晶核生长的长度过冷度对过冷度对N、G的影响的影响 叫长大速度叫长大速度(G)(G)。N/GN/G比值越大，晶粒越细小比值越大，晶粒越细小。因。因此，凡是促进形核、抑制长大此，凡是促进形核、抑制长大的因素，都能细化晶粒。的因素，都能细化晶粒。过冷度过冷度 T T提高，提高，N N提高、提高、G G提高提高过冷度过冷度 T T太高，太高，D D降低降低NN降低、降低、G G降低降低所以，过冷度所以，过冷度
22、 T T，NN，GN/GGN/G增大，细化增大，细化3.3.控制晶粒度的因素控制晶粒度的因素提高过冷度提高过冷度变质处理变质处理又称孕育处理又称孕育处理。 即即有有意意向向液液态态金金属属内内加加入入非非均均匀匀形形核核物物质质从从而而细细化化晶晶粒粒的的方方法法。所所加加入入的的非非均均匀匀形形核核物物质质叫叫变变质质剂剂（或或称称孕育剂）孕育剂）。振动，搅拌等振动，搅拌等 对对正正在在结结晶晶的的金金属属进进行行振振动动或或搅搅动动，一一方方面面可可 靠靠外外部部输输入入的的能能量量来来促促进进形形核核，另另一一方方面面也也可可使使成成长长中中的枝晶破碎，使晶核数目显著增加的枝晶破碎，使晶
23、核数目显著增加。思思 考考 题题1 1 在纯金属的冷却曲线上为什么会在纯金属的冷却曲线上为什么会出现一水平台阶？出现一水平台阶？2 2 为什么晶粒越细小其力学性能越为什么晶粒越细小其力学性能越好？好？3 3 如果结晶时晶核不多而生长速度如果结晶时晶核不多而生长速度快，则结晶后的晶粒是粗还是细？快，则结晶后的晶粒是粗还是细？二、二元合金相图的基本知识二、二元合金相图的基本知识 1.1.相图的基本概念相图的基本概念 相图相图是用来表示合金系中各合金结晶过程的简明图解。是用来表示合金系中各合金结晶过程的简明图解。又称又称状态图状态图或或平衡图平衡图。 合合金金系系是是指指由由两两个个或或两两个个以以
24、上上元元素素按按不不同同比比例例配配制制的的一一系系列列不不同成分的合金。同成分的合金。 组元是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质。组元是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质。 多多数数情情况况下下组组元元是是指指组组成成合合金金的的元元素素，但但对对于于既既不不发发生生分分解解、又不发生任何反应的化合物也可看作组元，如又不发生任何反应的化合物也可看作组元，如Fe-CFe-C合金中的合金中的FeFe3 3C C。 相相图图表表示示了了在在缓缓冷冷条条件件下下不不同同成成分分合合金金的的组组织织随随温温度度变变化化的的规规律律，是是制制订订熔熔炼炼、铸铸造造、热热加加工工及
25、及热热处处理理工工艺艺的的重重要要依依据据。根根据据组组元数元数, , 分为二元相图、三元相图和多元相图。分为二元相图、三元相图和多元相图。Fe-C二元相图二元相图三元相图三元相图几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的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。是热分析法。2 2、相图的建立、相图的建立（1 1）配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲）配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，找出曲线上的临界点（停歇点或转折点）。线，找出曲线上的临界点（停歇点或转折点）。（2 2）在温度）在温度- -成分坐标中做成分垂线，将临界点成分坐标中做成分垂线，将临界点标在成分垂线上。标在
26、成分垂线上。（3 3）将垂线上相同意义的点连）将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应的数字接起来，并标上相应的数字和字母。和字母。 相图中，相图中，结晶开始点的连结晶开始点的连线叫线叫液相线液相线。结晶终了点的结晶终了点的连线叫连线叫固相线固相线。 Cu-NiCu-Ni合金相图合金相图3 3、杠杆定律、杠杆定律当合金在某一温度下处于两相区时，由相图不当合金在某一温度下处于两相区时，由相图不仅可以知道两平衡相的成分，而且还可以用杠仅可以知道两平衡相的成分，而且还可以用杠杆定律求出两平衡相的相对重量百分比。杆定律求出两平衡相的相对重量百分比。现以现以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律：合金为例推导杠
27、杆定律： 确定两平衡相的成分：确定两平衡相的成分：设合金成分为设合金成分为x x，过，过x x做成分垂线。做成分垂线。在成分垂线相当于温度在成分垂线相当于温度t的的o点作水平线，其与液固点作水平线，其与液固相线交点相线交点a、b所对应的成分所对应的成分x1、x2即分别为液相和即分别为液相和固相的成分。固相的成分。 确定两平衡相的相对确定两平衡相的相对重量重量 设合金设合金(x)的总重量为的总重量为1，液相，液相(x1)重量为重量为QL，固相固相(x2)重量为重量为Q 。则则QL +Q =1QLx1+Q x2=x解方程组得解方程组得 l式中的式中的x2-x、x2-x1、x-x1即为相图中线段即为
28、相图中线段xx2 (ob)、x1x2 (ab)、 x1x(ao)的长度。的长度。因此两相的相对重量百分比为：因此两相的相对重量百分比为：两相的重量比为：两相的重量比为：两相的重量比为：两相的重量比为：或或oobbxx1x2QLQ上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为杠杠杆定律杆定律。即。即合金在某温度下两平衡相的重量比等于合金在某温度下两平衡相的重量比等于该温度下与各自相区距离较远的成分线段之比。该温度下与各自相区距离较远的成分线段之比。在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分，杠杆的在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分，杠杆的端点是所求的两平衡相（或
29、两组织组成物）的成分。端点是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分。杠杆定律只适用于两相区。单相区无必要使用，三杠杆定律只适用于两相区。单相区无必要使用，三相区不能使用。相区不能使用。合金的结晶只有在缓慢冷却合金的结晶只有在缓慢冷却的条件下才能得到成分均匀的条件下才能得到成分均匀的固溶体。的固溶体。但实际冷速较快但实际冷速较快，在结晶过程中固相中的原子在结晶过程中固相中的原子来不及扩散，使来不及扩散，使先结晶出的先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元枝晶轴含有较多的高熔点元素素( (如如Cu-NiCu-Ni合金中的合金中的Ni)Ni)，后结晶的枝晶间含有较多的后结晶的枝晶间含有较多的低熔点元素低熔
30、点元素( (如如Cu-NiCu-Ni合金中合金中的的Cu)Cu)。4、枝晶偏析枝晶偏析在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作现象称作枝晶偏析枝晶偏析。不仅与冷速有关，而且与液固相线的间距有关。不仅与冷速有关，而且与液固相线的间距有关。冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。生产上常生产上常将铸件加热到固相线以下将铸件加热到固相线以下100-200长时间长时间保温以消除枝晶偏析，这种热处理工艺称作保温以消
31、除枝晶偏析，这种热处理工艺称作扩散退扩散退火火。通过扩散退火可使原子充分扩散，使成分均匀。通过扩散退火可使原子充分扩散，使成分均匀。1 1 铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织铁铁 素素 体体 ： 碳碳 溶溶 解解 在在 FeFe中中 的的 间间 隙隙 固固 溶溶 ( ( F F） 。 塑塑 性性 （=45-50%=45-50%）、韧性好，强度、硬度低。）、韧性好，强度、硬度低。奥氏体：奥氏体：碳溶解在碳溶解在 Fe Fe中的间隙固溶体（中的间隙固溶体（A A）。塑）。塑 性好。性好。渗渗碳碳体体：铁铁与与碳碳形形成成的的金金属属化化合合物物（FeFe3 3C C）。硬硬度度很很高高 （HBW
32、=800HBW=800），塑性、韧性几乎为零。），塑性、韧性几乎为零。珠珠光光体体：是是奥奥氏氏体体发发生生共共析析转转变变所所形形成成的的铁铁素素体体与与渗渗碳碳体体的的共共析析体（体（P P）。）。莱莱氏氏体体：是是液液态态铁铁碳碳合合金金发发生生共共晶晶转转变变所所形形成成的的奥奥氏氏体体与与渗渗碳碳体体的共晶体（的共晶体（LdLd）。硬度高，塑性差。）。硬度高，塑性差。三、铁碳合金状态图的建立三、铁碳合金状态图的建立 铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本工具，是研究碳钢和铸铁铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本工具，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础，是制定热加工、的成
33、分、温度、组织及性能之间关系的理论基础，是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺的依据。热处理、冶炼和铸造等工艺的依据。2 2 两种反应两种反应1148 （1 1）共晶反应）共晶反应 一定成分的一定成分的液相液相在一定的温度下同时在一定的温度下同时结晶结晶出两出两种成分和结构均种成分和结构均不相同不相同的固相的反应。的固相的反应。L 4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c 共晶反应的产物即莱氏体共晶反应的产物即莱氏体 Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c)（2 2）共析反应）共析反应 一定成分的一定成分的固相固相在一定的温度下同时在一定的温度下同时析出析出两种成两种成分和结构均分
34、和结构均不相同不相同的的 新的新的固相固相的反应。的反应。A2.11%c 727 F0.02%c+Fe3C6.69%c共析反应的产物即珠光体共析反应的产物即珠光体 PF0.02%c+Fe3C6.69%c3 3 铁碳合金状态图分析铁碳合金状态图分析渗碳体的熔点渗碳体的熔点共晶点共晶点共析线共析线共析点共析点纯铁的熔点纯铁的熔点共晶线共晶线ACD线线液相线液相线AECF线线固相固相线线碳在奥氏体中的最大溶解度碳在奥氏体中的最大溶解度A3线线Acm 铁碳合金相图中主要特性点的含义铁碳合金相图中主要特性点的含义 相图中主要线的含义相图中主要线的含义ACDACD线线液相线液相线 是不同成分铁碳合金开始结
35、晶的温度线。是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。AECFAECF线线固相线固相线 各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终止线。止线。ECFECF水平线水平线共晶线共晶线 含碳量为含碳量为4.3%4.3%的液态合金冷却到此线时，的液态合金冷却到此线时，在在1148 1148 由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共晶反应。反应称为共晶反应。PSKPSK水平线水平线共析线共析线（A1A1线）线） 含碳量为含碳量为0.77%0.77%的奥氏体冷却到此的奥氏体冷却到此线时，在线时，在727
36、727 同时同时析出析出铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共析反应。为共析反应。GSGS线线（A3A3线）线） 是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。ESES线线称称AcmAcm线线 是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。典型合金结晶过程分析典型合金结晶过程分析铁碳铁碳合金合金含碳量为含碳量为2.11%6.69%2.11%6.69%的铁碳合金。的铁碳合金。共晶生铁：共晶生铁： 含碳量为含碳量为4.3%;4.3%;
37、亚共晶生铁：亚共晶生铁：含碳量在含碳量在2.11%4.3%2.11%4.3%之间；之间；过共晶生铁：过共晶生铁：含碳量在含碳量在4.3%6.69%4.3%6.69%之间；之间；含碳量小于含碳量小于0.02%0.02%的铁碳合金。的铁碳合金。工业纯铁工业纯铁钢钢生铁生铁含碳量为含碳量为0.02%2.11%0.02%2.11%的铁碳合金。根据金的铁碳合金。根据金相组织的不同，可分为三种。相组织的不同，可分为三种。共析钢：共析钢： 含碳量为含碳量为0.77%;0.77%;亚共析钢：亚共析钢：含碳量在含碳量在0.02%0.77%0.02%0.77%之间；之间；过共析钢：过共析钢：含碳量在含碳量在0.77%2.11%0.77%2.11%之间；之间；AA奥氏体奥氏体PP珠光体珠光体FF铁素体铁素体共析钢和亚共析钢的结晶过程分析共析钢和亚共析钢的结晶过程分析过共析钢结晶过程分析过共析钢结晶过程分析共晶生铁结晶过程分析共晶生铁结晶过程分析Ld变态莱氏体变态莱氏体亚共晶、过共晶生铁结晶过程分析亚共晶、过共晶生铁结晶过程分析谢谢！
