钢材力学金属材料与热处理课件

铁碳合金的相与组织
在铁碳合金中，碳可以与铁组成化合物，也可以 形成固溶体，或者形成混合物。
铁素体（F）
碳溶解于α -Fe中形成的间隙固溶体，用符号F来表 示。室温时，铁素体中的碳含量只有0.0008%,在727℃ 溶解度最大时也仅为0.0218%。所以其性能与纯铁相似 ，具有良好的塑性和韧性，而强度和硬度却较低
④非金属夹杂物
5 金属的同素异构转变 金属在固态下随着温度的改变由一种晶格转变 为另一种晶格的转变称为同素异构转变。由同素异 构转变所得到的不同晶格的晶体称为同素异构体。 铁的同素异构转变： δ -Fe γ -Fe α -Fe
体心立方 1394℃ 面心立方 912℃ 体心立方
材料使用性能和工艺性能的区别 试述金属的两种分类方法 什么就晶体、晶格、晶胞 常见金属晶体 纯铁的同素异构体 试述金属结晶过程
金属的力学性能
金属的力学性能是外力作用时表现出来的性能。 力学性能包括弹性、强度、塑性、硬度、韧性和 疲劳强度等。
金属的工艺性能
金属的工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的 适应能力。它包括铸造性能、锻压性能、焊接性能和切削 加工性能等。 铸造性能：金属及合金铸造成形获得优良铸件的能力称 为铸造性能。 锻压性能：金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度。 焊接性能：金属材料对焊接加工的适应性。也就是在一 定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。 切削加工性能：金属材料接受切削加工的难易程度称为 切削加工性能。 热处理性能： 热处理即对固态下的材料进行加热、保 温、冷却从而获得所需组织和性能的工艺。热处理性能包 括淬透性、晶粒长大倾向、回火稳定性、变形开裂倾向等
金属材料的分类 1. 金属（或金属材料）通常分为黑色金属和有色 金属两大类： 黑色金属：包括铁、锰、铬等。泛指以铁或 以它为主而形成的物质如钢、生铁。 有色金属：除黑色金属以外的金属。铝、锌、 铜等 2. 按密度分为轻金属和重金属(4.5g/cm3)
铜及其合金：纯铜、黄铜（Cu+Zn）、 白铜（Cu+Ni）、青铜。 铝及其合金：纯铝、变形铝合金、铸造铝合金 轴承合金：锡基轴承合金、铅基轴承合金、 铝基轴承合金
对白口铸铁来说， C=2.11 ％～ 6.69 ％的铁碳合 金称白口铸铁。其特点是金属液相结晶时都将发生 共晶反应生成莱氏体，根据其含碳量及室温组织的 不同，又可分为： 亚共晶白口铸铁：含碳量为 2.11 ％～ 4.3 ％之 间的铁碳合金。 共晶白口铸铁：含碳量为4.3％的铁碳合金。 过共晶白口铸铁：含碳量为4.3％～6.69％之 间的铁碳合金。
导热性：金属材料传导热量的性能称为导热性。 金属的导热能力以银为最好，铜、铝次之 导电性：金属材料传导电流的性能称为导电性。 热膨胀性：金属材料随着温度的变化而出现体积变化的特 性称为热膨胀性。热膨胀性的大小用线膨胀性系数 α l 和 体膨胀性α V系数： Δ l=l2-l1=α lΔ t α V≈3α l 磁性：金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁性。根据 金属材料在磁场中受到磁化的程度不同，可分为 铁磁性材料（如铁、钴、镍等） 顺磁性材料（如锰、铬等） 抗磁性材料（如铜、锌等）三类。
金属晶格类型 体心立方晶格：铬、钒、钨及 α -Fe 、 δ Fe 面心立方晶格：铝、铜、铅、镍及γ -Fe 密排六方晶格：镁、锌、铍和镉 金属晶体结构缺陷 点缺陷：空位和间隙原子 线缺陷：位错 面缺陷：晶界和亚晶界
3 金属结晶过程的一般规律。 金属的结晶指的是由液态金属凝固为固体状态 的过程。结晶是由两个基本过程构成的：第一，在 液态金属中首先产生一个极小的晶体作为结晶中心， 这个极小的晶体称为晶核；第二，晶核逐渐长大成 为较大晶体。形核和晶核长大就是结晶过程的规律。 4 主要的铸造缺陷 ①缩孔及疏松 ②气泡 ③偏析
奥氏体（A）
碳溶解于γ -Fe中形成的间隙固溶体，用符号A来 表示。奥氏体的强度和硬度不高，但具有良好的塑性
铁素体＋少 量珠光体 珠光体
奥氏体
渗碳体（Fe3C）
渗碳体铁与碳的金属化合物，其分子式为Fe3C。渗 碳体中碳的质量分数为 6.69% ，熔点为 1227℃。渗碳体 的硬度很高，塑性很差。是一种硬而脆的组织。
金属的化学性能
金属的化学性能是指金属在化学作用下所表现 的性能，如耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。 耐腐蚀性：金属材料在常温下低抗氧、水蒸汽及 其化学介质腐蚀破坏作用的能力， 抗氧化性：金属材料在加热时低抗氧化作用的能 力， 化学稳定性：化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性 和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定 性称为热稳定性。
热处理方法分类
整体热处理：对工件整体进行穿透加热。常用的方 法有退火、正火、淬火、回火和调质等 表面热处理：仅对工件表面进行的热处理工艺。表 面淬火和回火（如感应加热淬火），气相沉淀等 化学热处理：改变工件表层的化学成分、组织和性 能。常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属等
热处理工艺曲线示意图：
点的符号 温度(℃) A 1538 含碳量 (%) 0 含 纯铁的熔点 义
C
D E G S
1148
1227 1148 912 727
4.3
6.69 2.11 0 0.77
共晶点，L=Ld(A+Fe3C)
渗碳体的溶点(理论) 碳在γ -Fe中最大溶解度点 纯铁的同素异构转变点 （A3）α -Fe=γ -Fe 共析点，A=P（F+Fe3C）
1.3
金属的结构与结晶
金属的结构 晶体与非晶体 在物质内部，凡是原子作有序、有规则排列的称为晶 体。绝大多数金属和合金都属于金属晶体。在物质内部， 凡是原子呈无序堆积状况的，称为非晶体。如普通玻璃、 松香、树脂等。。 晶格和晶胞 表示原子在晶体中排列规格的空间格架，叫做晶格。 能够完整反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞。
钢材力学检测室力学性能 培训教材
(金属材料与热处理）
一.金属/金属材料 性能、晶体结构等 二.铁碳合金和Fe－C相图 三.热处理 四.常见钢材编号和分类
一.金属/金属材料 性能、晶体结构与结晶等
1.1
金属/金属材料
金属 金属是具有良好的导电性和导热性、有一定的 强度和塑性、并具有光泽的物质，如铁、铜、铝和 锌等。 金属材料 金属材料是由金属元素或以金属元素为主要材 料、并具有金属特性的工程材料。它包括纯金属和 合金。
Fe-Fe3C相图中的特性线
特性线 ABCD AECF 含 义
液相线 固相线
GS
ES ECF PSK
常称A3线。冷却时不同含碳量的奥氏体中结晶出铁 素体的开始线
常称Acm线。碳在γ -Fe奥氏体中的固溶线 共晶线。L=Ld(A+Fe3C) 共析线，常称A1线。 A=P（F+Fe3C）
对钢来说， C=0.0218 ％～ 2.11 ％的铁碳合金称为钢。 其特点是高温时都有单相奥氏体，根据其含碳量及室温组 织的不同，又可分为： 亚共析钢：含碳量为 0.0218 ％～ 0.77 ％之间的铁碳 合金。 共析钢：含碳量为0.77％的铁碳合金。 过共析钢：含碳量为0.77％～2.11％之间的铁碳合 金。
莱氏体（Ld）
莱氏体是奥氏体与渗碳体组成的机械混合物，是 一种高温组织，存在与1148～727℃之间。莱氏体中碳 的质量分数为4.3%。在1148℃时从液相中同时结晶出 奥氏体和渗碳体的混合物，其性能与渗碳体相似，硬 度很高，塑性很差。用符号Ld/L′d来表示。
铁碳合金相图
铁碳合金是工业上应用最广泛的金属材料。铁碳 合金相图是表示平衡状态下不同成分的铁碳合金在不 同温度下，具有的状态和组织的图形 学习铁碳相图，对于合理选择和使用钢铁材料、 指导热加工工艺（热处理、铸造、锻压等）具有重要 意义。
温 度
/℃ 时间
加热
保温
冷却
钢在加热时的转变
热处理过程中，加热一般是为了获得奥氏体组织 奥氏体虽然为钢在高温状态下的组织，但其晶粒大小 、成分和均匀程度，对钢在冷却后的组织和性能有重 要影响 由Fe-C相图可知，A1，A3，Acm是钢在平衡情况下 的临界点。但在实际加热过程中，钢的组织转变有滞 后现象，在加热时要高于、在冷却时要低于相图中的 临界点。为便于区别，通常把加热时的临界点分别用 Ac1 ， Ac3 ， Accm 表示，冷却时候的临界点用 Ar1 ， Ar3 ， Arcm表示
渗碳体的类型 一次渗碳体：从液态中析出的渗碳体。 二次渗碳体：从奥氏体中析出的渗碳体。 三次渗碳体：从铁素体中析出的渗碳体。 网状渗碳体：当热处理操作不当、不良时，渗碳体沿晶 界呈网状分布，即所谓网状渗碳体。
混合物（混合物不是合金的基本组成相）
珠光体（P）
珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P来表 示。在缓慢冷却条件下，珠光体的含碳量为0.77%。
合金的组织
固溶体 固态下合金的组元间相互溶解形成的均匀相称为固溶 体。可分为间隙固溶体和置换固溶体两种基本类型。 固溶将破坏晶体中原子的规则有序排列，使晶格发生 畸变。晶格畸变导致变形抗力增加，使固溶体强度增加， 这种现象就固溶强化。固溶强化是提高强度的重要途径。
金属化合物 金属化合物是合金中组元间发生相互作用而形成一种 具有金属特性的一种新相。金属化合物的组成一般可用化 学分子式来表示。如Fe3C ， VC（M（CN））等。
A
1538
L+A
L
E
A
1148
C
D F
T /(℃)
G
912
A+F
A+Fe3C+Ld
Ld A+Fe3C Fe3C+Ld
S
A+Fe3C
727
Ld’ P+Fe3C+ Ld’
P
P F+Fe3C F+P Pபைடு நூலகம்Fe3C Fe3C+ Ld’
K