布氏硬度和洛氏硬度对照表

ak

ak=Ak/F(J/m2) Ak=G(H-h) G-重量 F-缺口截面 脆性材料一般不开口,因其冲击值低,难以比较差别. 1 ak↑,冲击韧性愈好.

2 Ak不直接用于设计计算:在生产中,工件很少因受一次大能量冲击载荷而破坏,多是小冲击载荷,多次冲击引起破坏,而此时,主要取决于强度,故设计时, ak只做校核.

3 ak对组织缺陷很敏感,能够灵敏地反映出材料品质,宏观缺陷,纤维组织方面变化. 所以,冲击试验是生产上用来检验冶炼、热加工、热处理工艺质量的有效方法。 （微裂纹——应力集中——冲击——裂纹扩展） 六 疲劳强度：

问题提出：许多零件如曲轴、齿轮、连杆、弹簧等在交变载荷作用下，发生断裂时的应力远低于该材料的屈服强度，这种现象——疲劳破坏。据统计，80%机件失效是由于疲劳破坏。

疲劳强度——当金属材料在无数次交变载荷作用下而不致于引起断裂的最大应力。 1 疲劳曲线——交变应力与断裂前的循环次数N之间的关系。 例如：纯弯曲， 有色金属N》108

钢材N>107 不疲劳破坏 2 疲劳破坏原因

材料有杂质,表面划痕,能引起应力集中,导致微裂纹,裂纹扩展致使零件不能承受所加载荷突然破坏. 3预防措施

改善结构形状,避免应力集中,表面强化-喷丸处理,表面淬火等. 第二节 金属材料的物理,化学及工艺性能 一 物理性能

比重: 计算毛坯重量,选材,如航天件 :轻 熔点:铸造 锻造温度(再结晶温度) 热膨胀性:铁轨 模锻的模具 量具 导热性: 铸造:金属型 锻造:加热速度 导电性: 电器元件 铜 铝

磁性:变压器和电机中的硅钢片 磨床: 工作台 二 化学性能

金属的化学性能,决定了不同金属与金属,金属与非金属之间形成化合物的性能,使有些合金机械性能高,有些合金抗腐蚀性好,有的金属在高温下组织性能稳定. 如耐酸,耐碱等 如化工机械,高温工作零件等 三 工艺性能

金属材料能适应加工工艺要求的能力. 铸造性,可锻性,可焊性,切削加工形等 思考题;

1 什么是应力,应变(线应变)?

2 颈缩现象发生在拉伸图上哪一点? 如果没发生颈缩,是否表明该试样没有塑性变形? 3 ζ0.2 的意义?能在拉伸图上画出吗?

4 将钟表发条拉成一直线,这是弹性变形还是塑性变形?如何判定变形性质? 5为什么冲击值不直接用于设计计算?

第二章 金属和合金的晶体结构与结晶

第一节 金属的晶体结构

一基本概念:

固体物质按原子排列的特征分为:

晶体: 原子排列有序,规则,固定熔点,各项异性.

非晶体:原子排列无序,不规则,无固定熔点,各项同性

如: 金属 ,合金,金刚石—晶体 玻璃,松香 沥青—非晶体

晶格: 原子看成一个点,把这些点用线连成空间格子. 结点: 晶格中每个点.

晶胞: 晶格中最小单元,能代表整个晶格特征. 晶面: 各个方位的原子平面

晶格常数: 晶胞中各棱边的长度(及夹角), 以A(1A=10-8cm)度量 金属晶体结构的主要区别在于晶格类型,晶格常数. 二 常见晶格类型

1 体心立方晶格: Cr ,W, α-Fe, Mo , V等,特点:强度大,塑性较好,原子数:1/8 X8 +1=2 20多种 2 面心立方晶格: Cu Ag Au Ni Al Pb γ- Fe塑性好 原子数:4 20多种

4 密排六方晶格: Mg Zn Be β-Cr α-Ti Cd(镉) 纯铁在室温高压(130x108N/M2)成ε-Fe 原子数=1/6 x12+1/2 x2+3=6 , 30多种

三 多晶结构

单晶体- 晶体内部的晶格方位完全一致.

多晶体—许多晶粒组成的晶体结构.各项同性. 晶粒—外形不规则而内部晶各方位一致的小晶体. 晶界—晶粒之间的界面.

第二节 金属的结晶 一 金属的结晶过程(初次结晶)

1 结晶: 金属从液体转变成晶体状态的过程.

晶核形成: 自发晶核:液体金属中一些原子自发聚集,规则排列. 外来晶核:液态金属中一些外来高熔点固态微质点. 晶核长大:已晶核为中心,按一定几何形状不断排列.

*晶粒大小控制: 晶核数目: 多—细(晶核长得慢也细)

冷却速度: 快—细(因冷却速度受限,故多加外来质点)

晶粒粗细对机械性能有很大影响,若晶粒需细化,则从上述两方面入手. 结晶过程用冷却曲线描述! 2 冷却曲线

温度随时间变化的曲线—热分析法得到

1)

理论结晶温度 实际结晶温度 时间(s) T(℃)

过冷: 液态金属冷却到理论结晶温度以下才开始结晶的现象.

2) 过冷度:理论结晶温度与实际结 晶温度之差. (实际冷却快,结晶在理论温度下)

二 金属的同素异购转变(二次结晶\\重结晶)

同素异构性—一种金属能以几种晶格类型存在的性质. 同素异购转变—金属在固体时改变其晶格类型的过程. 如:铁 锡 锰 钛 钴 以铁为例: δ-Fe(1394℃)γ-Fe(912℃)α-Fe 体心 面心 体心

因为铁能同素异构转变,才有对钢铁的各种热处理. (晶格转变时,体积会变化,以原子排列不同)

第三节 合金的晶体结构 一 合金概念

合金: 由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属组成的具有金属特性的物质. 组元:组成合金的基本物质.如化学元素(黄铜:二元)金属化合物

相:在金属或合金中,具有相同成分且结构相同的均匀组成部分.相与相之间有明显的界面. 如:纯金属—一个相,温度升高到熔点,液固两相. 合金液态组元互不溶,几个组元,几个相.

固体合金中的基本相结构为固溶体和金属化合物，还可能出现由固溶体和金属化合物组成的混合物。 二 合金结构 1 固溶体

溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体。 根据溶质在溶剂晶格中所占的位置不同，分为： 1） 置换固溶体

溶质原子替代溶剂原子而占据溶剂晶格中的某些结点位置，所形成的固溶体。 *溶质原子，溶剂原子直径相差不大时，才能置换

如：Cu——Zn Zn溶解度有限。 Cu——Ni溶解度无限

晶格畸变——固溶强化：畸变时塑性变形阻力增加，强，硬增加。这是提高合金机械性能的一个途径。 2） 间隙固溶体

溶质原子嵌入各结点之间的空隙，形成固溶体。溶质原子小，与溶剂原子比为〈 0.59 。溶解度有限。也固溶强化。

2 金属化合物

合金各组成元素之间相互作用而生成的一种新的具有金属性质，可用分子式表示的物质。如Fe3C WC 特点：（1）较高熔点、较大脆性、较高硬度。

（2）在合金中作强化相，提高强度、硬度、耐磨性，而塑性、韧性下降，如WC、TiC。可通过调整合金中的金属化合物的数量、形态、分布来改变合金的性能 3 机械混合物

固溶体+金属化合物、固+固——综合性能 §4 二元合金状态图的构成

合金系：由给定的组元可以配制成一系列成分含量不同的合金，这些合金组成一个合金系统—— 为研究合金系的合金成分、温度、结晶组织之间的变化规律、建立合金状态图来描述。 合金状态图——合金系结晶过程的简明图解。

实质：温度——成分作标图，是在平衡状态下（加热冷却都极慢的条件下）得到的。 二、二元合金状态图的建立 以Pb（铅）-Sb（锑）合金为例：

配置几种Pb-Sb成分不同的合金。 2 做出每个合金的冷却曲线

3将每个合金的临界点标在温度—成分坐标上，并将相通意义的点连接起来，即得到Pb-Sb合金的状态图。

A B D C E

液相线：ACB 固相线：DCE 单相区：只有一个相。 两相区：两个相。ACD、BCE。 c—共晶点 *作业：

第三章 铁碳合金 §1 铁碳合金的基本组织

液态：Fe、C 无限互溶 。 固态：固溶体 金属化合物 t ℃

1538 δ-Fe+C ——铁素体F

1394 γ-Fe+C——奥氏体A 912 α-Fe+C——铁素体F s

一铁素体

碳溶于α-Fe形成的固溶体——铁素体F

体心立方，显微镜下为均匀明亮的多边形晶粒。 性能：韧性很好（因含C少），强、硬不高。δ=45~50%，HBS= ζb=250Mpa 含碳： 727℃，0.02% 二 奥氏体

碳溶于γ-Fe中形成的固溶体—―A‖

面心立方,显微镜下多边形晶粒,晶界较F平直. 性能:塑性好,压力加工所需要组织.含碳最高;1147℃,2.11% HBS=170~220 三渗碳体

金属化合物 Fe3C 复杂晶格,含碳:6.69%. 性能:硬高HB(sw)>800,,脆,作强化相. 在一定条件下会分解成铁和石墨,这对铸造很有意义. 四 珠光体P

F+Fe3C—机械混合物,含碳0.77%

组织:两种物质相间组成,性能:介于两者之间.强度较高: 硬度HBS=250 五 莱氏体 >727℃ A+Fe3C—Ld 高温莱氏体 <727℃ P+Fe3C—Ld’低温莱氏体

: 与Fe3C相似 HBS>700 塑性极差.

§2铁碳合金状态图

是表明平衡状态下含C不大于6.69%的铁碳合金的成分,温度与组织之间关系,是研究钢铁的成分,自治和性能之间关系的基础,也是制定热加工工艺的基础.

含C>6.69在工业上午实际意义,而含C6.69%时,Fe与C形成Fe3C,故可看成一个组元,即铁碳合金状态图实际为Fe-Fe3C的状态图.

一铁碳合金状态图中点线面的意义 1 各特性点的含义

1)A: 纯铁熔点 含C: 0% 1538℃ 2)C: 共晶点 4.3% 1148 3)D: Fe3C熔点 6.69 1600

4)E: C在A中最大溶解度 2.11 1148 5)F: Fe3C成分点 6.69 1148 6)G: α-Fe与γ-Fe转变点 0% 912 7)K: Fe3C成分点 6.69 727

8)P: C在α-Fe中最大溶解度 0.02 727 9)S: 共析点 0.77 727

10) Q: C在α-Fe中溶解度 0.0008 室温 2 主要线的意义

1) ACD:液相线,液体冷却到此线开始结晶. 2) AECF:固相线 此线下合金为固态 3) ECF:生铁固相线,共晶线,液体—Ld 4) AE: 钢的固相线,液态到此线—A 5) GS:‖A3‖ A到此线开始析出F

6) ES:‖Acm‖ A到此线开始析出Fe3CⅡ

7) PSK:‖A1‖共析线.A同时析出P(F+Fe3C) 3 主要区域

1) ACE: 两相区L+A 2) DCF:两相区L+Fe3C1 3) AESG: 单相区A 4) GPS: A+F 两相区 二 钢铁分类

1 工业纯铁: 含C<0.0218% 组织:F 2 钢:含碳: 0.0218~2.11

共析钢 含C=0.77% P 亚共析钢 含C<0.77% P+F

过共析钢 含C>0.77% P+Fe3C11