第7章 金属材料基本知识

晶格常数 原子半径 原子个数 配位数 致密度 滑移面 滑移方向 滑移系 2 8 0.68 {110}×6 × <111> ×2 12 体心立方 a
3 a 4
面心立方 a
2 a 4
密排六方 a、 c
1 a 2
4 12 0.74 {111} ×4 <110> ×3 12
6 12 0.74 六方底面× 六方底面×1 底面对角× 底面对角×3 3 Mg、Zn 、
间隙固溶体： ⑵ 间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成 的固溶体。 的固溶体。 为过渡族金属元素与小原子半径非金属元素组成。 为过渡族金属元素与小原子半径非金属元素组成。 铁素体：碳在α 中的固溶体 中的固溶体。 铁素体：碳在α-Fe中的固溶体。 奥氏体：碳在γ 中的固溶体 中的固溶体。 奥氏体：碳在γ-Fe中的固溶体。 马氏体：碳在α 中的过饱和固溶体 中的过饱和固溶体。 马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。 固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、 固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度 提高，塑性、韧性下降的现象。 提高，塑性、韧性下降的现象。
⑷ 奥氏体化 ⑸ 过冷奥氏体转变 固溶处理+时效 时效： ⑹ 固溶处理 时效： 固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬 固溶处理是指将合金加热到固溶线以上， 是指将合金加热到固溶线以上 火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。 火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。 时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温 时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温 度保温，以析出弥散强化相的热处理。 度保温，以析出弥散强化相的热处理。
⑶ 结晶晶粒度控制方法：①增加过冷度；②变质处 结晶晶粒度控制方法： 增加过冷度； 理；③机械振动、搅拌 机械振动、 2、纯金属中的固态转变 、 同素异构转变： 同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发 生变化的现象。 生变化的现象。 固态转变的特点： 形核部位特殊； 过冷倾向大 固态转变的特点：①形核部位特殊；②过冷倾向大; ③伴随着体积变化。 伴随着体积变化。 铁的同素异构转变： 铁的同素异构转变：δ-Fe ⇄ γ-Fe ⇄ α-Fe 同素异构转变
P Q Fe
P+F
K
P+ Fe3C P+ Fe3C +Le’
F+ Fe3C Le’
Le’+ Fe3C
F+ Fe3C
C%
Fe3C
典型合金的结晶过程分析
工业纯铁 铁碳 合金 共析钢 亚共析钢 过共析钢 共晶生铁 亚共晶生铁 过共晶生铁
钢
生铁
共析钢
Ｌ
1 温 度 2
Ｌ→A
A
1
2
A
3
E G P P Q
时间
G 共析相图 S A+F F P ( F+ Fe3C ) A+ Fe3CⅡ
A
E
Ld A+Ld+Fe3CⅡ
P
P+Fe3CⅡ Q P+F 0.0218%C 0.77%C 2.11%C Fe
P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’ Ld’+Fe3CⅠ ( P+Fe3C ) 4.3%C 6.69%C Fe3C
铁碳相图的应用
马氏体的硬度主要取决于其含碳量，并随含碳量增加而提高。 马氏体的硬度主要取决于其含碳量，并随含碳量增加而提高。 2、 金属化合物：与组成元素晶体结构均不相同的固相 、 金属化合物：与组成元素晶体结构均不相同的固相. ① 正常价化合物 如Mg2Si ② 电子化合物 如Cu3Sn ③ 间隙化合物：由过度族元素与 、N、H、B等小原子半径的 间隙化合物：由过度族元素与C、 、 、 等小原子半径的 非金属元素组成。 非金属元素组成。 分为结构简单的间隙相和复杂结构的间隙化合物。 分为结构简单的间隙相和复杂结构的间隙化合物。 间隙相
屈强比概念： σs /σb
屈强比越小,构件万一超载时，产生塑性变形的时间 越长，则离断裂的时间长，易发现和马上采取措施（如 停机、换构件等），即时间裕度大，可靠性高。屈强比 大，则屈服强度高，材料强度利用率高。 屈强比增大，则材料塑性段距离减小，固将增加材 料的脆性趋势 。
4
3、硬度
金属材料表面抵抗其它硬物压入的能力。 相互关系：HBS≈10HRC ≈HV HB： HBS－淬火钢球测定硬度值450以下的材料 HBW－硬质合金球测定硬度值650以下的材料 HR： HRA 适用硬质合金、表面淬火层、渗碳钢 HRB 适用有色金属、退火钢、正火钢 HRC 适用淬火钢、调质钢
第七章
金属材料基本知识
结晶 塑性变形 热处理
工业用钢 铸铁 有色金属及其合金
纯金属 合金
使用性能 工艺性能
一、金属材料力学性能 1、 刚度：材料抵抗弹性变形的能力。 、 刚度：材料抵抗弹性变形的能力。 指标为弹性模量： σ ε 指标为弹性模量：E=σ/ε 2、 强度：材料抵抗变形和破坏的能力。指标： 、 强度：材料抵抗变形和破坏的能力。指标： 抗拉强度σ 材料断裂前承受的最大应力。 抗拉强度σ b—材料断裂前承受的最大应力。 材料断裂前承受的最大应力 屈服强度σ 材料产生微量塑性变形时的应力 材料产生微量塑性变形时的应力。 屈服强度σ s—材料产生微量塑性变形时的应力。
常见金属 α-Fe、Cr、W γ-Fe、Ni、Al 、 、 、 、
2、实际金属 多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。 ⑴ 多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。 晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体 晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体. 晶界：晶粒之间的交界面。 晶界：晶粒之间的交界面。 ⑵ 晶体缺陷 晶格不完整的部位 晶体缺陷—晶格不完整的部位 ① 点缺陷 空位：晶格中的空结点。 空位：晶格中的空结点。 间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。 间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。 置换原子：取代原来原子位置的外来原子。 置换原子：取代原来原子位置的外来原子。
二、晶体结构
㈠ 纯金属的晶体结构 1、理想金属 、 ⑴ 晶体：原子呈规则排列的固体。 晶体：原子呈规则排列的固体。 晶格：表示原子排列规律的空间格架。 晶格：表示原子排列规律的空间格架。 晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元 晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元.
⑵ 三种常见纯金属的晶体结构
3、铁碳合金相图 、 点：符号、成分、温度 符号、成分、 液固相线、 线：液固相线、水 平线、固溶线、 平线、固溶线、固 溶体转变线 相区标注 组织组成物标注 G 复相组织组成物： 复相组织组成物： 珠光体P(F+ Fe3C) 珠光体 莱氏体Le(A+ Fe3C) 莱氏体 Le’(P+Fe3C)
F A δ 温
3
A→F+Fe3C
3’
S
亚共析钢
L
●
Ⅰ
L+A
2
1
●
A
● ●
1
L
L+A
2
A
G
●
A F
Q
E
3
3 4 ●
●
F+A A→P
4'
F+A
P
● ●
A+Fe3CⅡ
S
4
P+F
Fe
F+P
P+Fe3CⅡ P
0.77
2.11
冷却曲线
过共析钢
L A 温 度
1 2
L→A
1
A
3 A→Fe3CII A→P 42 NhomakorabeaE
3
G
4’
P+Fe3CII Q 时间
1.在钢铁材料选用方面的应用 1.在钢铁材料选用方面的应用 2. 制定热加工工艺的依据 在铸造方面的应用 在锻压加工方面的应用 在热处理方面的应用 情况是在不断的变化， 情况是在不断的变化，要使自己的思想适 应新的情况，就得学习。 应新的情况，就得学习。
线缺陷——位错 ② 线缺陷 位错 晶格中一部分晶体相对另一部分晶体沿某一晶面发 生局部滑移, 滑移面上滑移区与未滑移区的交接线. 生局部滑移 滑移面上滑移区与未滑移区的交接线 面缺陷——晶界和亚晶界 ③ 面缺陷 晶界和亚晶界 亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小 亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小、 晶块。亚晶界：亚晶粒之间的交界面。 晶块。亚晶界：亚晶粒之间的交界面。 晶界的特点： ④ 晶界的特点： 原子排列不规则；阻碍位错运动；熔点低； 原子排列不规则；阻碍位错运动；熔点低；耐蚀性 低；产生内吸附；是相变的优先形核部位。 产生内吸附；是相变的优先形核部位。
㈡ 合金 合金： 合金：由两种或两种以上元素组成的具有金属特性 的物质。如碳钢、合金钢、铸铁、有色合金。 的物质。如碳钢、合金钢、铸铁、有色合金。 相：金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其 金属或合金中凡成分相同、结构相同， 他部分有界面分开的均匀组成部分。 他部分有界面分开的均匀组成部分。 1、固溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相. 、固溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相 置换固溶体： ⑴ 置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格结点位置形 成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。 成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。
D F
L′d+P+Fe3CII
K
时间
过共晶白口铸铁 wC=5.0%
温 1 度
2
→Fe3C →
1
d E Ld(A →Fe3CII) L’d (A →P)
C
2
D F
2’
3 d’ Fe3C
3’
3
K
Fe - Fe3C 相图
A T°
匀晶相图
L+A
共晶相图
L
1148℃ C ( A+Fe3C )
D L+ Fe3CⅠ F Ld+Fe3CⅠ 727℃ K