醋泡鸡蛋的功效

null第一篇 机械工程材料第一篇 机械工程材料基本内容基本内容145263金属与合金的晶体构造及其结晶过程铁碳合金相图钢的热处理钢铁有色金属及其合金非金属材料第一篇 机械工程材料 第一篇 机械工程材料 第二章 铁碳合金相图 铁碳合金相图 铁碳合金相图 基本概念2Fe和C C的存在形式 无限互溶第一节 铁碳合金的基本相 第一节 铁碳合金的基本相 一、铁素体 铁素体（F或α） 定义：碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体 晶格结构：bcc 最大溶解度：0.0218%（727℃） 性能： σb=180～230MPa σ0.2=100～170MPa HBS=50～80 δ=30%～50% ψ=70%～80% ak=160～200J/cm 2 二、奥氏体（A或γ ）二、奥氏体（A或γ ）定义：碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体（高温组织） 晶格结构：fcc 最大溶解度：2.11%（1148℃） 性能： σb≈400MPa HBS=170～220 δ=40%～50% 高塑性、无磁 三、渗碳体（Fe3C）三、渗碳体（Fe3C） 定义：Fe 与 C 所形成的金属化合物 晶格结构：复杂正交 性能：σb≈30MPa HBS=800 δ≈0 ψ≈0 硬而脆（耐磨性好） 理论熔点1227℃，碳质量分数6.69% 合金渗碳体： （Fe、Me）3C Fe3（ C、N）或 Fe3（ C、B） Fe3C→3Fe+G（石墨）四、珠光体（P）四、珠光体（P） 定义：F与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：0.77%） 性能：σb≈750MPa HBS=180 δ≈20%～25% ak=30～40J/cm 2 综合性能 五、莱氏体（P）五、莱氏体（P）定义：A与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：4.3%） 性能：硬而脆第二节 铁—渗碳体相图分析第二节 铁—渗碳体相图分析Fe-C合金状态图一、铁—渗碳体相图中各特性点、线和区域一、铁—渗碳体相图中各特性点、线和区域 特性点、临界线、相区 S点 共析点 C点 共晶点 E(2.11%) 钢和铸铁的分界点 一、铁—渗碳体相图中各特性点、线和区域一、铁—渗碳体相图中各特性点、线和区域 特性点、临界线、相区 T始晶连线ACD ------- 液相线 T全晶连线AECF ------ 固相线 ECF线 ------ 共晶线 T始转连线GSE一、铁—渗碳体相图中各特性点、线和区域一、铁—渗碳体相图中各特性点、线和区域 特性点、临界线、相区 单相区： 双相区：F，A，L，Fe3CL＋A，L＋Fe3C，A＋F，A＋Fe3C，F＋Fe3C LdLdPP共晶反应 共析反应一、铁—渗碳体相图中各特性点、线和区域一、铁—渗碳体相图中各特性点、线和区域一、铁—渗碳体相图中各特性点、线和区域一、铁—渗碳体相图中各特性点、线和区域三个单相区，五个双相区二、铁碳合金的分类及结晶过程分析二、铁碳合金的分类及结晶过程分析 铁碳合金分类二、铁碳合金的分类及结晶过程分析二、铁碳合金的分类及结晶过程分析 根据Fe—Fe3C相图，铁碳合金可分为三类：   1)工业纯铁[wc ≤0.0218%] 2)钢[0.0218%< wc ≤2.11% 3)白口铸铁[2.11%< wc <6.69%] 工业纯铁的室温平衡组织为铁素体（F），呈白色状。由于其强度低、硬度低、不宜用作结构材料。二、铁碳合金的分类及结晶过程分析二、铁碳合金的分类及结晶过程分析 铁碳合金的结晶过程分析 共析钢[wc =0.77%] 室温平衡组织:100% P（F和Fe3C）组成相的质量分数为：二、铁碳合金的分类及结晶过程分析二、铁碳合金的分类及结晶过程分析亚共析钢[0.0218%< wc <0.77%] 0.20%C组成相的质量分数为：0.40%C室温平衡组织:F+P，其相对量为：二、铁碳合金的分类及结晶过程分析二、铁碳合金的分类及结晶过程分析过共析钢[0.077%< wc <2.11%] 硝酸酒精侵蚀苦味酸侵蚀室温平衡组织:P+ Fe3CⅡ ，其相对量为：二、铁碳合金的分类及结晶过程分析二、铁碳合金的分类及结晶过程分析工业纯铁[wc <0.02%] 室温平衡组织:F+ Fe3CⅢ 二、铁碳合金的分类及结晶过程分析二、铁碳合金的分类及结晶过程分析共晶白口铁[wc=4.3%] 室温平衡组织:100%二、铁碳合金的分类及结晶过程分析二、铁碳合金的分类及结晶过程分析亚共晶白口铁[2.11%< wc <4.3%] 室温平衡组织:P+ Fe3CⅡ+ 二、铁碳合金的分类及结晶过程分析二、铁碳合金的分类及结晶过程分析过共晶白口铁[4.3%< wc< 6.69%] 室温平衡组织: + Fe3C第三节 钢的成分、组织与性能之间的关系第三节 钢的成分、组织与性能之间的关系 一、碳的质量分数与铁碳合金平衡组织间的关系 二、金属的结晶过程二、金属的结晶过程形核和长大特点二、金属的结晶过程二、金属的结晶过程晶核长大—沿着有利于散热的方向按树枝状方式生长。晶核—在理论结晶温度以下，液态中某些原子小集团自发地聚集成为结晶核心。术语二、金属的结晶过程二、金属的结晶过程晶粒大小及其控制细晶强化的基本原理 ↑v形核， ↓v长大 细晶强化的方法 -- 增大过冷度∆T (中、小型零件) ↑形核率， ↓v长大 -- 变质处理 ↑形核率 -- 震动、搅拌结晶 ↓v长大， ↑形核率金属晶粒愈细小，力学性能愈好！三、金属的同素异晶转变三、金属的同素异晶转变金属在固态下随温度不同而发生晶格类型的转变特点：转变发生于固态 在一定温度下进行 晶格类型发生变化 1 538℃L(体心)912℃(体心)1 394℃(面心)α－Feγ －Feδ－Fe三、金属的同素异晶转变三、金属的同素异晶转变纯铁的同素异构转变曲线三、金属的同素异晶转变三、金属的同素异晶转变金属的同素异晶有一定的转变温度并放出结晶潜热。 金属的同素异晶转变具有较大的过冷倾向。 金属的同素异晶转变往往伴随着体积的变化，因而容易在金属中引起较大的内应力。 金属的同素异晶转变为其热处理提供基础，钢能够进行多种热处理就是因为铁能够在固态下发生同素异晶转变。四、实际金属的晶体结构四、实际金属的晶体结构单晶体与多晶体四、实际金属的晶体结构四、实际金属的晶体结构如果晶体中所有原子排列位向一致，这个晶体称为单晶体，也就是说单晶体是由一个晶粒组成的。单晶体只有通过特殊的方法才能制取，如在电子行业中广泛使用的硅或锗单晶体。 实际金属多是由许多单晶体组成的多晶体，每一个单晶体称为一个晶粒，其边界称为晶界。 单晶体具有各向异性，而多晶体则具有各向同性。四、实际金属的晶体结构四、实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷按其作用范围可分为： 点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小的缺陷。 如空位、间隙原子、异类原子等。 线缺陷：在两个方向上尺寸很小，而另一个方向上 尺寸较大的缺陷。主要是位错。 面缺陷：在一个方向上尺寸很小，在另外两个方向 上尺寸较大的缺陷。如晶界、相界、面等。四、实际金属的晶体结构四、实际金属的晶体结构点缺陷 产生原因：由于原子热振动造成的。 过饱和点缺陷：外来作用，如高温淬火、辐照、冷加工等。 结构变化：晶格畸变（如空位引起晶格收缩，间隙原子引起晶格膨胀，置换原子可引起收缩或膨胀。） 性能变化：物理性能（如电阻率增大，密度减小。）力学性能（屈服强度提高。） 四、实际金属的晶体结构四、实际金属的晶体结构点缺陷（空位和间隙原子）四、实际金属的晶体结构四、实际金属的晶体结构线缺陷（位错）  位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。最常见的有刃型位错和螺型位错。 研究位错的意义：对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作用，对材料的扩散、相变过程有较大影响。四、实际金属的晶体结构四、实际金属的晶体结构四、实际金属的晶体结构四、实际金属的晶体结构位错密度： （1）单位体积中位错线的总长度， ρ＝ ΣL / V 式中：ρ 为位错密度, 单位为m-2，ΣL 为位错线总长度, 单位为m, V为体积, 单位为m3。         （2）晶体强度与位错密度的关系。 （3）位错观察：浸蚀法、电境法。四、实际金属的晶体结构四、实际金属的晶体结构 不锈钢中的位错线强度与位错密度的关系四、实际金属的晶体结构四、实际金属的晶体结构面缺陷   面缺陷主要包括晶界、相界和表面，它们对材料的力学和物理化学性能具有重要影响。晶界：两个空间位向不同的相邻晶粒之间的界面。四、实际金属的晶体结构四、实际金属的晶体结构亚晶界：位向差小于1度的亚晶粒之间的边界，为位错结构。金-镍合金的亚结构四、实际金属的晶体结构四、实际金属的晶体结构界面特性 （1）    界面能会引起界面吸附。 （2）    界面上原子扩散速度较快。 （3）    对位错运动有阻碍作用。 （4）    易被氧化和腐蚀。 （5）    原子的混乱排列利于固态相变的形核。 （6） 熔点低。第三节 合金的相结构和二元合金相图第三节 合金的相结构和二元合金相图 一、合金的相结构 合金：两种或两种以上的金属与金属，或金属与非金属经一定方法合成的具有金属特性的物质。 组元：组成合金最基本的物质。可以是元素，也可以是化合物。 （如一元、二元、三元合金〕 合金系：给定合金以不同的比例而合成的一系列不同成分合金的总称。如Fe-C，Fe-Cr等。 相：合金中结构相同、成分和性能均一的组成部分。一、合金的相结构一、合金的相结构组织：由不同形态、大小、数量和分布的相组成的综合体。如单相、两相、多相合金。 金属及的组织一般应用显微镜才能看到，所以常称显微组织。一、合金的相结构一、合金的相结构 相的分类： 合金中的相按结构可分为： 固溶体和金属化合物 。 固溶体：晶体结构与其某一组元相同的相。 金属化合物：组元之间形成的新相， 其结构不同于任何组元。一、合金的相结构一、合金的相结构固溶体合金的组元在固态下能够相互溶解而形成单一、均匀的物质 合金组元通过溶解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。 与固溶体晶格相同的组元为溶剂，一般在合金中含量较多；另一组元为溶质，含量较少。 固溶体用α、β、γ等符号表示。A、B组元组成的固溶体也可表示为A(B), 其中A为溶剂, B为溶质。例如铜锌合金中锌溶入铜中形成的固溶体一般用α表示, 亦可表示为Cu(Zn)。一、合金的相结构一、合金的相结构 置换固溶体 溶质原子取代溶剂原子 间隙固溶体 溶质原子溶入溶剂晶格的间隙中一、合金的相结构一、合金的相结构间隙固溶体置换固溶体特点一、合金的相结构一、合金的相结构 溶质原子对晶格畸变影响示意图一、合金的相结构一、合金的相结构金属化合物合金各组元按一定整数比化合而成的固体物质 特点一、合金的相结构一、合金的相结构 渗碳体( Fe3C )晶格结构示意图一、合金的相结构一、合金的相结构金属化合物的特性 力学性能：金属化合物一般具有复杂的晶体结构，熔点高，高硬度、低塑性，硬而脆。当合金中出现金属化合物时，通常能提高合金的强度、硬度和耐磨性。金属化合物是工具钢、高速钢等钢中的重要组成相。 物化性能：具有电学、磁学、声学性质等，可用于半导体材料、形状记忆材料、储氢材料等。一、合金的相结构一、合金的相结构机械混合物各组元在固态下以混合的形式存在 特点 二、二元合金相图二、二元合金相图 合金相图是用来表示合金在不同成分、温度下的组织状态，以及它们之间相互关系的一种图形（亦称状态图或平衡图）是研制新材料，制定合金熔炼、铸造、压力加工和热处理工艺等的重要工具。二、二元合金相图二、二元合金相图二元合金相图的建立金相法 膨胀法 电阻法 热分析法（以Cu-Ni系相图为例）： 配制一系列成分不同的Cu-Ni合金； 测定上述合金的冷却曲线 找出各合金的临界点 以温度为纵坐标、以成分为横坐标的图中，将各临界点连接起来即得到Cu-Ni合金相图二、二元合金相图二、二元合金相图匀晶相图二、二元合金相图二、二元合金相图匀晶相图特点：液态、固态均无限互溶 同类： Cu-Ni、 Cu-Au、 Au-Ag、Fe-Cr等abab : 液相线ab : 固相线LL + SSL : 液相区S : 固相区L+S:液固共存区二、二元合金相图二、二元合金相图匀晶相图结晶过程分析：冷却曲线＋结晶过程L+二、二元合金相图二、二元合金相图晶内偏析：一个晶粒内化学成分不均匀的现象Cu-Ni合金的铸态组织示意图偏析的存在，将使晶粒内部性能不一致，影响合金的力学性能、抗蚀性及加工工艺性能。为了达到成分的均匀化，必须加热到高温并保持相当一段时间，这种热处理方法称为均匀化退火。二、二元合金相图二、二元合金相图共晶相图共晶相图：液态无限互溶，有共晶转变，形成共晶组织 相图分析：点、线、区 结晶过程：冷却曲线、组织转变二、二元合金相图二、二元合金相图点： 线： 区：相图分析：点、线、区二、二元合金相图二、二元合金相图共晶相图：共晶、亚共晶、过共晶二、二元合金相图二、二元合金相图冷却曲线 组织转变结晶过程：共晶合金二、二元合金相图二、二元合金相图冷却曲线 组织转变结晶过程：亚共晶合金二、二元合金相图二、二元合金相图冷却曲线 组织转变结晶过程：过共晶合金思考题！二、二元合金相图二、二元合金相图冷却曲线 组织转变结晶过程：小于亚共晶成分合金(IV)二、二元合金相图二、二元合金相图组织和相的关系二、二元合金相图二、二元合金相图共析相图c d＋eS1S2+S3三、合金性能与相图的关系三、合金性能与相图的关系HRC b三、合金性能与相图的关系三、合金性能与相图的关系 由图可见，当合金形成单相固溶体时，随溶质溶入量的增加，合金的硬度、强度升高，而电导率降低，呈透镜形曲线变化，在合金性能与成分的关系曲线上有一极大值或极小值。 当合金形成两相混合物时，其性能是两相性能值的算术平均值。随着成分的变化，合金的强度、硬度、导电率等性能在两组成相的性能间呈线性变化，对于共晶成分或共析成分的合金，其性能还与两组成相的致密程度有关，组织愈细，性能愈好。 当合金形成稳定化合物时，在化合物处性能出现极大值或极小值。三、合金性能与相图的关系三、合金性能与相图的关系 铸造性能（包括流动性、缩孔分布、偏析大小）与相图中液相线和固相线之间的距离密切相关。相图中液相线与固相线的距离愈宽，形成枝晶偏析的倾向越大，同时先结晶出的树枝晶阻碍未结晶液体的流动，则流动性愈差，分散缩孔愈多。合金的流动性、缩孔性质与相图之间的关系三、合金性能与相图的关系三、合金性能与相图的关系 固溶体中溶质含量越高，铸造性能愈差； 共晶成分的合金铸造性能最好，即流动性好，分散缩孔少，偏析程度小，所以铸造合金的成分常选共晶成分或接近共晶成分。 压力加工性能好的合金是单相固溶体。因为固溶体的塑性变形能力大，变形均匀；而两相混合物的塑性变形能力差。 相图中的单相合金不能进行热处理，只有相图中存在同素异构转变、共析转变、固溶度变化的合金才能进行热处理。合金的性能与相图的关系小结