工程材料 第二章
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工程材料力学性能第二章
❖ 6〕不仅适用于脆性也适用于塑性金属材料。
❖ 7〕 缺点 外表切应力大，心部小，变形不均匀。
二、扭转实验 扭转试样：圆柱形式〔d0=10mm，L0=50m或100mm〕 试验方法：对试样施加扭矩T，相对扭转角以Φ表示
弹性范围内外表的切应力和切应变
扭转试验可测定以下主要性能指标： (1) 切变模量G
在弹性范围内,Kt的数值决定于缺口的几何形状和 尺寸 与材料性质无关.
❖ 2.厚板： ❖ εz=0, σz≠0 ❖ 根部:两向拉伸力状态， ❖ 内侧:三向拉伸的立体应力平面应变状态， ❖ σz ＝ν〔σy＋σx〕 ❖ σy>σz >σx
3.缺口效应： 1〕根部应力集中 2〕改变缺口的应力状态，由单向应力状态改变为两
思考题： ❖ 1 缺口效应及其产生原因； ❖ 2 缺口强化； ❖ 3 缺口敏感度。
❖
第六节 硬度
前言 •古时，利用固体互相刻划来区分材料的软硬 •硬度仍用来表示材料的软硬程度。 •硬度值大小取决于材料的性质、成分和显微组织，测
量方法和条件不符合统一标准就不能反映真实硬度。 •目前还没有统一而确切的关于硬度的物理定义。 •硬度测定简便，造成的外表损伤小，根本上属于“无
可利用扭转试验研究或检验工件热处理的外表质量和各 种外表强化工艺的效果。
❖ 4)扭转时试样中的最大正应力与最大切应力在数值 上大体相等，而生产上所使用的大局部金属材料的 正断抗力 大于切断抗力 ，扭转试验是测定这些材 料切断抗力最可靠的方法。
❖ 5〕根据扭转试样的宏观断口特征，区分金属材料 最终断裂方式是正断还是切断。
油孔，台阶，螺纹,爆缝等对材料的性能影响有以下 四个方面： ❖ 1 缺口产生应力集中 ❖ 2 引起三向应力状态,使材料脆化 ❖ 3 由应力集中产生应变集中 ❖ 4 使缺口附近的应变速率增高
❖ 7〕 缺点 外表切应力大，心部小，变形不均匀。
二、扭转实验 扭转试样：圆柱形式〔d0=10mm，L0=50m或100mm〕 试验方法：对试样施加扭矩T，相对扭转角以Φ表示
弹性范围内外表的切应力和切应变
扭转试验可测定以下主要性能指标： (1) 切变模量G
在弹性范围内,Kt的数值决定于缺口的几何形状和 尺寸 与材料性质无关.
❖ 2.厚板： ❖ εz=0, σz≠0 ❖ 根部:两向拉伸力状态， ❖ 内侧:三向拉伸的立体应力平面应变状态， ❖ σz ＝ν〔σy＋σx〕 ❖ σy>σz >σx
3.缺口效应： 1〕根部应力集中 2〕改变缺口的应力状态，由单向应力状态改变为两
思考题： ❖ 1 缺口效应及其产生原因； ❖ 2 缺口强化； ❖ 3 缺口敏感度。
❖
第六节 硬度
前言 •古时，利用固体互相刻划来区分材料的软硬 •硬度仍用来表示材料的软硬程度。 •硬度值大小取决于材料的性质、成分和显微组织，测
量方法和条件不符合统一标准就不能反映真实硬度。 •目前还没有统一而确切的关于硬度的物理定义。 •硬度测定简便，造成的外表损伤小，根本上属于“无
可利用扭转试验研究或检验工件热处理的外表质量和各 种外表强化工艺的效果。
❖ 4)扭转时试样中的最大正应力与最大切应力在数值 上大体相等，而生产上所使用的大局部金属材料的 正断抗力 大于切断抗力 ，扭转试验是测定这些材 料切断抗力最可靠的方法。
❖ 5〕根据扭转试样的宏观断口特征，区分金属材料 最终断裂方式是正断还是切断。
油孔，台阶，螺纹,爆缝等对材料的性能影响有以下 四个方面： ❖ 1 缺口产生应力集中 ❖ 2 引起三向应力状态,使材料脆化 ❖ 3 由应力集中产生应变集中 ❖ 4 使缺口附近的应变速率增高
市政工程材料 第2章 砂石材料
开口孔隙 闭口孔隙
矿物实体
m0 M
mS
市政工程材料
第二章 砂石材料
1 石料
1.2 石料的物理性质
1.2.2 物理常数------表观密度
规定条件下，烘干石料矿质实体单位表观体积（包括闭 口孔隙）的质量。
b
ms Vs V闭
V开
V闭
a — 石料的表观密度，g / cm3; V
ms — 石料矿质实体的质量，g;
质量损失率
Q冻
m1 m2 m1
100%
Q冻 — 石料的质量损失率，%；
K越大，说明R2越大
冻融系数
m1 — 试验前烘干试样的质量，g;
K R2 100% R1
m2 — 冻融试验后烘干试样的质量，g
强度损失：强 度降低不大于
K — 冻融循环后石料的耐冻系数，% R1 — 试验前石料试件的饱水抗压强度，MPa； R2 — 冻融循环作用后，石料试件的饱水抗压强度，MPa。
1 石料
石料的技术标准
1. 分类：按照成岩条件、风化程度等 ① 岩浆岩类（火成岩） ② 石灰岩类（沉积岩） ③ 砂岩与片麻岩类（变质岩） ④ 砾石岩（天然风化）
2. 分级指标：饱水抗压强度和磨耗率 ① 最坚强 ② 坚强 ③ 中等坚强 ④ 较软弱
市政工程材料
第二章 砂石材料
1 石料
物理性质 物理常数：密度（真实密度、表观密度、毛体积密度）、
孔隙率 吸水性：吸水率、饱水率 抗冻性：冻融循环 力学性质：抗压强度：单位面积上所能承受的最大荷载。 磨耗率：石料抵抗撞击、剪切和摩擦综合作用
的能力。
市政工程材料
第二章 砂石材料
1 石料
1.2 石料的物理性质 物理常数
工程材料的组织结构
液相区
匀晶相图
纯镍 熔点
T,C 1500 1400 1300 1200 1100 1083 1000 纯铜 熔点 Cu 固相区 20
L
1455
L+
100
固相线 Ni
40
60 Ni%
80
液固两相区
匀晶合金的结晶过程
T,C 1500 1400 c 1300 1200d 1100 1000 1083 Cu 20 40 60 Ni% 80 T,C L
2.1.2 实际金属的晶体结构 1 多晶体结构
多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。
晶界
晶粒
2 晶体缺陷类型
（1）点缺陷：晶格空位 间隙原子
（2）线缺陷：位错---刃型位错
（3）面缺陷：晶界与亚晶界
（1）点缺陷
空位
间隙原子
如果间隙原子是其它元素就称为 异类原子 （杂质原子）
空位运动
（2）线缺陷 —— 刃位错
500×
标注了组织组成物的相图
3．铁碳合金的 成分-组织-性能关系
含碳量与相的相对量关系：
C %↑→F %↓，Fe3C %↑
含碳量与组织关系： 图（a）和（b） 含碳量与性能关系 HB：取决于相及相对量 强度：C%=0.9% 时最大 塑性、韧性：随C%↑而↓
4．铁碳相图的应用
钢铁选材：相图性能用途 铸件选材和确定浇注温度
2.2.1 合金的相结构
合金基本概念
合金 组元 合金系 相 组织 组织和相的关系
合金的相结构 固溶体 置换固溶体
间隙固溶体
固溶体的性能
金属化合物（中间相） 常见金属化合物：正常价化合物 电子化合物 间隙化合物
弥 散 强 化
匀晶相图
纯镍 熔点
T,C 1500 1400 1300 1200 1100 1083 1000 纯铜 熔点 Cu 固相区 20
L
1455
L+
100
固相线 Ni
40
60 Ni%
80
液固两相区
匀晶合金的结晶过程
T,C 1500 1400 c 1300 1200d 1100 1000 1083 Cu 20 40 60 Ni% 80 T,C L
2.1.2 实际金属的晶体结构 1 多晶体结构
多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。
晶界
晶粒
2 晶体缺陷类型
（1）点缺陷：晶格空位 间隙原子
（2）线缺陷：位错---刃型位错
（3）面缺陷：晶界与亚晶界
（1）点缺陷
空位
间隙原子
如果间隙原子是其它元素就称为 异类原子 （杂质原子）
空位运动
（2）线缺陷 —— 刃位错
500×
标注了组织组成物的相图
3．铁碳合金的 成分-组织-性能关系
含碳量与相的相对量关系：
C %↑→F %↓，Fe3C %↑
含碳量与组织关系： 图（a）和（b） 含碳量与性能关系 HB：取决于相及相对量 强度：C%=0.9% 时最大 塑性、韧性：随C%↑而↓
4．铁碳相图的应用
钢铁选材：相图性能用途 铸件选材和确定浇注温度
2.2.1 合金的相结构
合金基本概念
合金 组元 合金系 相 组织 组织和相的关系
合金的相结构 固溶体 置换固溶体
间隙固溶体
固溶体的性能
金属化合物（中间相） 常见金属化合物：正常价化合物 电子化合物 间隙化合物
弥 散 强 化
第二章：工程材料的低温性能
用钢筋混凝土封起来的曾经发生 核泄露的切尔诺贝利核电站4号机组
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7．全球天然气液化产量
4000 实际生产能力(万吨/年) 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 生产国 美国 利比亚 特立尼达-多巴哥 阿布扎比 尼日利亚 阿曼 文莱 澳大利亚 卡塔尔 马来西亚 阿尔及利亚 印度尼西亚
2000年全世界现有天然气液化装置
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2.4 低温液体的性质-氢
氦He
1、基本性质 无色无味、常压下沸点4.214K、密度 124.8kg/m3；汽化潜热20.9kJ/kg。 He有两种同位素，He3和He4，He中He3含量 很少。 He是自然界中最难液化的气体
He最高的转化温度（即P→0时）：46K（He4）；39K（He3） 只有当He温度低于转化温度时，节流才能产生冷效应。
2.4 低温液体的性质-氦图2.源自0 液态HeII中的“爬行膜现象”
液氦的应用
核磁共振中的液氦 液氦用于阿尔法磁谱仪(AMS)，用于在空间搜 寻
– 宇宙中的反碳核、反氦核及其他更重的反核来确 定宇宙中是否存在反物质； – 寻找宇宙中可能存在的暗物质。 AMS 01：于1998年6月2~12日由美国发现号航天飞机 搭载，成功地进行了首次飞行。在距离地球高度320~ 390 km的高空中，共飞行了10天
2.4 低温液体的性质-氦
氦He
2、相图
三个区：蒸气区、液体区（液 氦I和液氦II区）、固态区； 没有固、液、气三相点 第二类相变：液氦有两种不同 的 状 态 ， HeI（ 常 流 体 ） 和 HeII（超流体）。两者之间的 分界线为λ线。 HeI和HeII之 间的这种转变也称为第二类相 变。 λ线与蒸汽压曲线相交的点称 为λ点。该点温度是HeII的最 高温度，2.172K。即要达到 HeII 相 ， 温 度 至 少 要 降 到 2.172K。 常压下不能固化
工程力学c材料力学部分第二章剪切与挤压
介绍弯曲变形的基本原理、弯曲变形的应力分布 以及弯曲变形的强度条件。
梁的弯曲变形分析
通过实例分析，介绍梁在不同载荷下的弯曲变形 规律，以及如何应用弯曲变形的强度条件进行梁 的设计。
弯曲变形的应用实例
介绍弯曲变形在日常生活和工程中的应用，如桥 梁、房屋结构等。
THANKS
感谢观看
材料的弹性模量
弹性模量较高的材料在剪切和挤压过程中表现出更好 的刚度和稳定性。
提高剪切与挤压强度的措施
选择合适的材料
根据实际需求选择具有高硬度、韧性和弹性模量的材料。
优化结构设计
合理设计结构，减少应力集中和变形。
加强表面处理
对材料表面进行强化处理，如喷丸、渗碳淬火等，以提高其抗剪切和 挤压能力。
06
剪切与挤压的强度条件
剪切强度条件
在剪切力作用下，材料不发生屈服或剪 切断裂的最小剪切应力称为剪切强度极 限，其表达式为 $tau_{min} geq tau_s$ ，其中 $tau_{min}$ 为材料在剪切面上 的最小剪切应力，$tau_s$ 为材料的剪切 强度极限。
VS
挤压强度条件
在挤压作用下，材料不发生屈服或挤压断 裂的最小挤压应力称为挤压强度极限，其 表达式为 $sigma_{min} geq sigma_s$ ，其中 $sigma_{min}$ 为材料在挤压面 上的最小挤压应力，$sigma_s$ 为材料 的挤压强度极限。
剪切
在力的作用下，物体在相互垂直的两个平面上 发生相对位移的现象。
剪切力
使物体发生剪切变形的力，其大小等于剪切面 上的正压力乘以剪切系数。
剪切强度
材料抵抗剪切破坏的最大应力，通常由实验测定。
挤压定义
挤压
在力的作用下，物体通过一个狭窄的缝隙时，其接 触表面受到强烈的压应力的现象。
梁的弯曲变形分析
通过实例分析，介绍梁在不同载荷下的弯曲变形 规律，以及如何应用弯曲变形的强度条件进行梁 的设计。
弯曲变形的应用实例
介绍弯曲变形在日常生活和工程中的应用，如桥 梁、房屋结构等。
THANKS
感谢观看
材料的弹性模量
弹性模量较高的材料在剪切和挤压过程中表现出更好 的刚度和稳定性。
提高剪切与挤压强度的措施
选择合适的材料
根据实际需求选择具有高硬度、韧性和弹性模量的材料。
优化结构设计
合理设计结构，减少应力集中和变形。
加强表面处理
对材料表面进行强化处理，如喷丸、渗碳淬火等，以提高其抗剪切和 挤压能力。
06
剪切与挤压的强度条件
剪切强度条件
在剪切力作用下，材料不发生屈服或剪 切断裂的最小剪切应力称为剪切强度极 限，其表达式为 $tau_{min} geq tau_s$ ，其中 $tau_{min}$ 为材料在剪切面上 的最小剪切应力，$tau_s$ 为材料的剪切 强度极限。
VS
挤压强度条件
在挤压作用下，材料不发生屈服或挤压断 裂的最小挤压应力称为挤压强度极限，其 表达式为 $sigma_{min} geq sigma_s$ ，其中 $sigma_{min}$ 为材料在挤压面 上的最小挤压应力，$sigma_s$ 为材料 的挤压强度极限。
剪切
在力的作用下，物体在相互垂直的两个平面上 发生相对位移的现象。
剪切力
使物体发生剪切变形的力，其大小等于剪切面 上的正压力乘以剪切系数。
剪切强度
材料抵抗剪切破坏的最大应力，通常由实验测定。
挤压定义
挤压
在力的作用下，物体通过一个狭窄的缝隙时，其接 触表面受到强烈的压应力的现象。
工程材料第二章 (材料的力学行为)
20
材料规定应力循环基数
钢铁材料：应力循环次数 为：107 有色金属：应力循环次数 为：108
21
2.1.4 冲击韧度（韧性） 1）概念
材料在冲击载荷的作用下，抵 抗破坏的能力。
2）试验方法
一次冲击弯曲实验，或称一次 性摆锤弯曲冲击试验。
3）冲击韧度指标
以材料受冲击断裂时单位面积 上所消耗的能量来表示的。 (J/mm2 ) Ak-冲击功，F-缺口处截面积
51
（3）残余应力的危害 降低工件的承载能力 当残余应力与工作应力一致时可能会使工件 产生宏观或微观的破坏。 使工件尺寸及形状发生变化 ； 在其平衡状态受到破坏，工件的应力状态将 发生变化，从而引起工件形状和尺寸的变 化，丧失精度。 降低工件的耐蚀性 残余应力的存在，使金属晶体处于高的能量 状态下，金属易与周围介质发生化学反应， 而导致金属耐蚀性降低 （4）消除残余应力主要方法：
ak ＝Ak /F
22
一般情况下： a 值越小,表明材料的韧性越 低， 脆性越大。 一般把韧性值a 高的材料称作 韧性材料， a 值低的材料称为 脆件材料。
k k k
23
Titanic沉没原因
Titanic ——含硫高的钢 板，韧性很差，特别是在 低温呈脆性。所以，冲击 试样是典型的脆性断口。 近代船用钢板的冲击试样 则具有相当好的韧性。
37
3) 孪生
(1) 孪生变形 在切应力作用下，晶体的 一部分对应于一定的晶面 （孪晶面）产生一定角度 的切变。 (2) 特点 原子移动的距离与原子离 开孪晶面的距离成正比； 相邻原子间的位移只有一 个原子间距的几分之一。
38
2.2.2 多晶体的塑性变形
1) 晶界和晶粒位向的影响
(1) 晶界的影响 两晶粒试样拉伸变形特点 远离晶界的地方变形量较 大，而晶界附近变形量较小 （“竹节”现象）。
机械工程材料第二章金属塑性变形与再结晶
4. 再结晶与重结晶
相同点：晶粒形核、长大的过程。
不同点： （1）再结晶转变前后的晶格类型没有发生变化， 重结晶时晶格类型发生改变。 （2）再结晶是对冷塑性变形的金属而言的，没有 发生冷塑性变形的金属不存在再结晶问题。
三、晶粒长大 再结晶刚刚完成后的晶粒是无畸变的等轴晶粒， 如果继续升高温度或延长保温时间，晶粒之间就 会通过晶界的迁移相互吞并而长大。
➢ 产生残余应力。
（二）其他性能
塑性变形影响金属的物理、化学性能， 如电阻增大，导磁率下降，耐腐蚀性能 降低。 密度、导热系数下降。
三、残余应力（约占变形功的10％）
（一）宏观内应力（第一类内应力） 原因：由工件不同部位的宏观变形不均匀而引起的。 作用范围：作用于整个工件。
金属棒弯曲变形后 的残余应力
正火组织
带状组织
金属冷拉拔后 的残余应力
（二）微观内应力（第二类内应力） 原因：晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀引起的。 作用范围：与晶粒尺寸相当。
（三）点阵畸变（第三类内应力）80-90%
原因：晶体缺陷而引起的畸变应力。 作用范围：约几百到几千个原子范围内。
金属强化 主要原因
➢第一类、第二类残余应力： 弊：对金属材料的性二、塑性变形对金属性能的影响
（一）力学性能 加工硬化（形变强化）:随着冷塑性变形量 的增加，金属的强度、硬度升高，塑性、韧 性下降的现象。
工业纯铜
45钢
➢加工硬化是强化金属的重要手段之一。
对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。
链条板的轧制
材料为Q345（16Mn) 钢 的自行车链条经过五 次轧制，厚度由3.5mm压缩到1.2mm，总变形 量为65%。
原始横截面积的百分比。
Ψ=
工程材料 第2章 纯金属和合金的结晶-part1
水晶
结晶crystallization： 液体 凝固solidfication： 液体
晶体 固体
结晶
一、结晶的宏观现象
结晶过程的分析方法——热分析法（thermal analysis）
（一）
过冷现象
1.纯金属结晶时的冷却曲线
冷却曲线：金属结晶时温度与时间的关系曲线
温 度 To T1
理论冷却曲线
G=H-TS 式中，H是焓，T是绝对温度，S是熵，可推得 dG＝Vdp－SdT 在等压时，dp=0，故上式简化 为：（dG/dT）P=-S
由于熵恒为正值，所以自由能 是随温度增高而减小。 熵的物理意义是表征系统中原 子排列混乱程度的参数。
交点温度（Tm）：两相自由能相等。
GL=GS 固态金属自由能与液态金 属的自由能之差ΔG构成了 金属结晶的驱动力。 由于金属在结晶前后液固 体积发生变化。因此，可 以通过液固单位体积自由 能的变化ΔGV来描述相变 过程。
二、晶核的长大机制
——指液态原子以什么方式添加到固相上去 （1）二维晶核长大机制 （2）螺型位错长大机制 （3）垂直长大机制 横向长大机制
（一）二维晶核长大机制 ——具有光滑界面的物质的长大机制 晶体的长大只能依靠液相中的结构起伏和能量起伏，使 一定大小的原子集团几乎同时降落到光滑界面上，形成 具有一个原子厚度并且有一定宽度的平面原子集团，使 △GS↑＜△GV↓ ，液态原子不断降落在原始原子集团周 围，自发形成了一个大于临界晶界面的稳定状态。这晶 核即为二维晶核。 晶体以这种方式长大时，其长大速度十分缓慢（单位时 间内晶体长大的线速度称为长大速度，用G表示，单位 为cm/s）。
S1 2r 2 (1 cos )
L L cos
工程材料第二章知识点
工程材料第二章金属材料组织和性能的控制一、名词解释。
一次结晶过冷度二次结晶自发晶核非自发晶核同素异构转变变质处理相图支晶偏析扩散退火变质处理共晶反应组织（组成物）变形织构加工硬化再结晶临界变形度热处理过冷奥氏体退火马氏体淬透性淬硬性调质处理滑移再结晶冷加工热加工过冷度实际晶粒度本质晶粒度淬火回火正火一次结晶：通常把金属从液态转变为固体晶态的过程称为一次结晶过冷度：理论结晶温度与开始结晶温度之差叫做过冷度，它表明金属在液体和固态之间存在一个自能差二次结晶：金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶（或金属的同素异构转变）自发晶核：从液体结构内部由金属原子本身自发长出的结晶核心叫做自发晶核非自发结晶：杂质的存在常常能够促进晶核形成，依附于杂质而生成的晶核叫做非自发结晶同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变变质处理：指在液体金属中加入孕育剂或变质剂，增加非自发晶核的数量或者阻止晶核的长大，以细化晶粒和改善组织相图：是表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示意图，也称为平衡图或状态图支晶偏析：固溶体在结晶过程中冷却过快，原子扩散不能充分形成成分不均匀的固溶体的现象扩散退火：为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线的温度，长时间保温并进行缓慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均匀化退火共晶反应：有一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应组织（组成物）：指合金组织中具有确定本质、一定形成机制的特殊形态的组成部分。
组织组成物可以是单相，或是两相混合物变形织构：金属塑性变形很大（变形量达到70%以上）时，由于晶粒发生转动，使各晶粒的位向趋于一致，这种结构叫做形变织构加工硬化：金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，这种现象称为加工硬化再结晶：变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉成（或压扁）破碎的晶粒通过重新形核和长大变成新的均匀、细小的等轴晶，这个过程称为再结晶临界变形度：再结晶时使晶粒发生异常长大的预先变形度称做临界变形度热处理：是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺过冷奥氏体：从铁碳相图可知，当温度在A1（PSK线/共析反应线）以上时奥氏体是稳定的，能长期存在，当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体（过冷A）退火：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却）热处理工艺叫做退火-马氏体：碳在a —Fe中的过饱和固溶体淬透性：钢接受淬火时形成马氏体的能力叫做钢的淬透性淬硬性：钢淬火后硬度会大幅度提高，能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性调质处理：通常把淬火加高温回火称为调质处理滑移：在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑移方向）相对于另一部分发生滑动的过程叫做滑移冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工热加工：在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工实际晶粒度：某一具体的热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫做实际晶粒度本质晶粒度：钢加热到（930土10C）,保温8h，冷却后测得的晶粒度叫做本质晶粒度淬火：将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火回火：钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，将其加热到Ac1（PSK线/共析反应线）以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火正火：钢材或钢件加热到Ac3 （对于亚共析钢）、Ac1 （对于共析钢）和Accm （对于过共析钢）以上30~50C，保温适当时间后，在自由流动的空气中均匀冷却的热处理称为正火一次渗碳体是从液相包晶过程中直接析出二次渗碳体是从奥氏体中析出三次渗碳体是从铁素体中析出珠光体：铁素体+渗碳体高温莱氏体Le（A+Fe3C）:奥氏体+渗碳体低温莱氏体Le'（P+Fe3C U +Fe3C）:珠光体+二次渗碳体+渗碳体二、填空。
道路工程材料 第二章 石灰、水泥、稳定土
铁铝酸四钙 水 水精化选课件铝酸三钙 水化铁酸钙
•水泥中的石膏也很快与水化铝酸钙反应生成 难溶的水化硫铝酸钙针状结晶体，也称为钙 矾石晶体：
3 (Ca 42 H S 2 O ) O 3 Ca A 2 O O 3 l6 H 2 O 1H 9 2 O 3 Ca A 2 O O 3 l3 Ca 43S H 1 2 O O
体积安定性 合格 合格
-
合格 合格
0.4～2 -
0.4～2 0.4～2 0.4～2 合格 合格 -
0.9mm 筛/
细 ％不大于
0
0
0.5
-
-
0.5
0
0
0.5
度 0.125 mm
筛筛余，不 3
10
15
-
10
15
3
10
15
大于
精选课件
六、石灰的应用和贮存
1、石灰的应用
⑴、石灰砂浆 ⑵、加固软土地基
精选课件
凝结硬 化速度
强度
水化热 抗腐蚀
C3S 快
早期强 度高
大 小
C2S 小
后期强 度高
最小 稍大
C3A 最快
对早期 强度贡
献 最大 最小
C4AF 中
中
中 中
干缩
中
小
大
小
精选课件
思考题： 1、甲、乙厂水泥的特点或差异
C3S C2S C3A C4AF
甲 56 28 10 6
乙 41 42 8
6
2、制备早强、低水化热水泥 时，矿物成分的调整
精选课件
发展史
精选课件
水泥分类： （1）按矿物组成，水泥可分为：
硅酸盐系列、铝酸盐系列、硫酸盐系列、 铁铝酸盐系列、氟铝酸盐系列等。 （2）按用途和特性可分为： 通用水泥 ：目前建筑工程中常用七大水泥： P•Ⅰ、P•Ⅱ、 P•O、P•S、P•P、P•F （粉煤灰）、P•C、P•L（石灰石）。 专用水泥：专门用途水泥、低热水泥、道路水 泥等。 特性水泥：有比较特殊性能水泥：如快硬硅酸 盐水泥，抗硫酸水泥，精选膨课件胀水泥等。
•水泥中的石膏也很快与水化铝酸钙反应生成 难溶的水化硫铝酸钙针状结晶体，也称为钙 矾石晶体：
3 (Ca 42 H S 2 O ) O 3 Ca A 2 O O 3 l6 H 2 O 1H 9 2 O 3 Ca A 2 O O 3 l3 Ca 43S H 1 2 O O
体积安定性 合格 合格
-
合格 合格
0.4～2 -
0.4～2 0.4～2 0.4～2 合格 合格 -
0.9mm 筛/
细 ％不大于
0
0
0.5
-
-
0.5
0
0
0.5
度 0.125 mm
筛筛余，不 3
10
15
-
10
15
3
10
15
大于
精选课件
六、石灰的应用和贮存
1、石灰的应用
⑴、石灰砂浆 ⑵、加固软土地基
精选课件
凝结硬 化速度
强度
水化热 抗腐蚀
C3S 快
早期强 度高
大 小
C2S 小
后期强 度高
最小 稍大
C3A 最快
对早期 强度贡
献 最大 最小
C4AF 中
中
中 中
干缩
中
小
大
小
精选课件
思考题： 1、甲、乙厂水泥的特点或差异
C3S C2S C3A C4AF
甲 56 28 10 6
乙 41 42 8
6
2、制备早强、低水化热水泥 时，矿物成分的调整
精选课件
发展史
精选课件
水泥分类： （1）按矿物组成，水泥可分为：
硅酸盐系列、铝酸盐系列、硫酸盐系列、 铁铝酸盐系列、氟铝酸盐系列等。 （2）按用途和特性可分为： 通用水泥 ：目前建筑工程中常用七大水泥： P•Ⅰ、P•Ⅱ、 P•O、P•S、P•P、P•F （粉煤灰）、P•C、P•L（石灰石）。 专用水泥：专门用途水泥、低热水泥、道路水 泥等。 特性水泥：有比较特殊性能水泥：如快硬硅酸 盐水泥，抗硫酸水泥，精选膨课件胀水泥等。
吉林大学工程材料第2章 金属的塑性变形和再结晶
实质——晶界迁移过程
1、晶粒正常长大： 再结晶后的晶粒均匀、稳速地长大的现象。发生在
再结晶晶粒细小且均匀时。（希望的长大方式）
2、晶粒异常长大：
再结晶后的晶粒不均匀，急剧长大的现象。在再结晶 粒大小不均时，大晶粒吞并小晶粒，将得到异常粗大的 晶粒，也称“二次再结晶”。
d晶↑ 晶界面积↓ 能量↓∴晶粒长大是自发的 过程。因为粗晶是弱化，所以要避免晶粒长大，特别要
方向 σb(MPa) σ0.2(MPa) δ(%) ψ(%) αk(KJ/M2)
平行 701 垂直 659
460
17．5 62．8
608
431
10．0 31．0
294
34
四 、热加工的不足
在实际生产中，热加工与冷加工相比也有不足处
（1）热加工需要加热，不如冷加工简单易行。 （2）热加工制品的组织与性能不如冷加工均匀和易 于控制。
目的：1. 消除加工硬化 使、σ、HB↓ δ%、 %、ak↑ 2. 消除内应力，但保留加工硬化，使理化性能↑
对于冷加工后的金属，由于10%的变形能储存在 金属中，在加热时，随着温度的升高，原子活动能力 提高，在变形能的作用下，就要发生组织和性能的变 化，其主要包括三个阶段：回复、再结晶及晶粒长大。
18
底面对角线
1 面×3 方向=3
7
4、滑移机理
临界切应力（c）： 能够发生滑移的最小切应
力叫做为)。当切应力（）满足 c时滑移才 能发生。
铜的滑移临界切应力：理论计算 1500 Mpa 实际测试 1 MPa
滑移是由于滑移面上的位错运动造成的。
8
位错运动造成滑移示意图
9
10
二、 多晶体金属的塑性变形
700℃
1、晶粒正常长大： 再结晶后的晶粒均匀、稳速地长大的现象。发生在
再结晶晶粒细小且均匀时。（希望的长大方式）
2、晶粒异常长大：
再结晶后的晶粒不均匀，急剧长大的现象。在再结晶 粒大小不均时，大晶粒吞并小晶粒，将得到异常粗大的 晶粒，也称“二次再结晶”。
d晶↑ 晶界面积↓ 能量↓∴晶粒长大是自发的 过程。因为粗晶是弱化，所以要避免晶粒长大，特别要
方向 σb(MPa) σ0.2(MPa) δ(%) ψ(%) αk(KJ/M2)
平行 701 垂直 659
460
17．5 62．8
608
431
10．0 31．0
294
34
四 、热加工的不足
在实际生产中，热加工与冷加工相比也有不足处
（1）热加工需要加热，不如冷加工简单易行。 （2）热加工制品的组织与性能不如冷加工均匀和易 于控制。
目的：1. 消除加工硬化 使、σ、HB↓ δ%、 %、ak↑ 2. 消除内应力，但保留加工硬化，使理化性能↑
对于冷加工后的金属，由于10%的变形能储存在 金属中，在加热时，随着温度的升高，原子活动能力 提高，在变形能的作用下，就要发生组织和性能的变 化，其主要包括三个阶段：回复、再结晶及晶粒长大。
18
底面对角线
1 面×3 方向=3
7
4、滑移机理
临界切应力（c）： 能够发生滑移的最小切应
力叫做为)。当切应力（）满足 c时滑移才 能发生。
铜的滑移临界切应力：理论计算 1500 Mpa 实际测试 1 MPa
滑移是由于滑移面上的位错运动造成的。
8
位错运动造成滑移示意图
9
10
二、 多晶体金属的塑性变形
700℃
工程材料学2第二章 铁碳合金
Ld′+ Fe3CⅠ
F+ Fe3CⅢ
C%
2.4.1含碳量对铁碳合金平衡组织的影响
相组成：α + Fe3C ；随碳含量增加， α ↓， Fe3C↑
室温组织是珠光体分布在共晶渗碳体的基体上（低温莱氏体） 。室温 莱氏体保持了在高温下共晶转变后所形成的莱氏体的形态特征，但组 成物发生了改变。
共晶转变形成莱氏体时两相的相对含量为：
W
6.69 4.30 100% 52.2% 6.69 2.11
4.30 2.11 WFe 3C 6.69 2.11 100% 47.8%
室温相组成物为： α + Fe3C
w
6.69－4.3 6.69－0.0218
100%＝35.8％
共晶白口铁
wFe 3C
4.3 0.0218 6.69 0.0218
100%＝64.2％
3.3铁碳合金的平衡结晶过程及组织
6. 亚共晶白口铁（3.0%C）
匀晶转变 L→γ
1148℃ LC→γE+Fe3CF
PQ线，碳在F中的溶解度曲线。 F 的最大溶碳量于727℃时达到最大值0.0218%C。随温度↓，F 中 的溶碳量逐渐↓，在300℃以下，溶碳量＜0.001%C。当 F从727℃ 冷却下来时，要从 F 中析出渗碳体，称为三次渗碳体。
2.3铁碳合金的平衡结晶过程及组织
铁碳合金的组织是液态结晶及固态重结晶的综合结果，研究结晶过程， 目的是分析合金的组织形成，以考虑其对性能的影响。
通常按有无共晶转变将铁碳合金分为碳钢和铸铁两大类，即含碳量＜ 2.11%的为碳钢，含碳量＞2.11%的为铸铁。含碳量＜0.0218%的为工 业纯铁。按Fe-Fe3C系结晶的铸铁，碳以Fe3C的形式存在，断口呈白 亮色，称为白口铸铁。
工程材料习题集参考答案(第二章)汇编
习题集部分参考答案2金属的晶体结构思考题1.晶体和非晶体的主要区别是什么？答：晶体和非晶体的区别在于内部原子的排列方式。
晶体内部的原子（或分子）在三维空间按一定规律作周期性排列，而非晶体内部的原子（或分子）则是杂乱分布的，至多有些局部的短程规律排列。
因为排列方式的不同，性能上也有所差异。
晶体有固定的熔点，非晶体没有，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性。
2.何为各向异性？答：各向异性是指晶体的某些物理性能和力学性能在不同方向上具有不同的数值。
3.为什么单晶体呈各向异性，而多晶体通常呈各向同性？答：单晶体是原子排列方位完全一致的一个晶粒，由于在不同晶向上原子密度不同，原子间的结合力不同，因而导致在单晶体中的各个方向上性能差异。
对于多晶体中的任意一个晶粒来看，基本满足单晶体的特征，呈现各向异性，但是在多晶体系统中，单一晶粒的各向异性已经被周围其他位向的晶粒所“干扰”或“抵消”，整个多晶系统呈现其各向同性。
4.什么叫晶体缺陷？晶体中可能有哪些晶体缺陷？他们的存在有何实际意义？答：晶体缺陷是指金属晶体中原子排列的不完整性。
常见的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷三类，它们都会造成材料的晶格畸变。
点缺陷是指呈点状分布的缺陷，包含有空位、间隙原子和置换原子等，它对材料中的原子扩散、固态相变，以及材料的物理性能（电阻、体积、密度）等都会产生重大影响。
过饱和的点缺陷还可以提高材料的强度。
线缺陷是各种类型的位错。
对材料的变形、扩散以及相变起着非常大的作用。
特别它很好地解释了塑性变形的微观机理，使我们了解到滑移是借助于位错的运动来实现的。
当位错密度不高的情况下，位错支持了滑移，材料的塑性很好，但是当位错密度达到了较高的水平时，位错间的相互作用会造成位错的彼此“纠缠”，使滑移运动受阻，这时表现出材料的塑性变形的抗力提高，材料的强度提高。
金属晶体中面缺陷主要有晶界、亚晶界、孪晶界和相界等。
比如：晶界处原子的平均能量比晶内高，在高温时，晶粒容易长大。
机械工程材料第二章碳钢
面心立方晶格
• 3、密排六方晶格
• 密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体，有六个 呈长方形的侧面和两个呈六边形的底面所组成。 因此，要用两个晶格常数表示。一个是柱体的高 度c，另一个是六边形的边长，在晶胞的每个角上 和上、下底面的中心都排列一个原子，另外在晶 胞中间还有三个原子。
• 密排六方晶胞每个角上的原子为相邻的六个晶 胞所共有，上、下底面中心的原子为两个原子所 共有，晶胞中三个原子为该晶胞独有。所以，密 排六方晶胞中原子数为12×1／6＋2×1／2＋3＝ 6（个）。具有密排六方晶格的金属有Mg 、Zn 。
• 位错：晶格中一部分晶 体相对于另一部分晶体 发生局部滑移，滑移面 上滑移区与未滑移区的 交界线称作位错。分为 刃型位错和螺型位错。
刃型位错
螺型位错
刃型位错和螺 型位错
刃位错的形成
• 刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某 处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入 晶体，这个多余原子面的边缘就是刃型位错。
为研究方便，把原子（离子或分子）抽象为 规则排列于空间的几何点，称为阵点或结点。 结点在空间的排列方式称为空间点阵。
点阵中的结点所组成的平面 代。表晶体中的原子平面，称 为晶面。点阵中的结点按照 直线排列代表晶体中的原则 列，称为晶向。把点阵中的 结点用一系列平行直线连接 起来构成空间格子称为晶格。
密排六方晶格
晶体缺陷
晶体缺陷：实际晶体中与理想的点阵结构发 生偏差的区域；不影响晶体结构的基本特性， 少数原子排列特征发生改变，周期性势场畸 变。
点缺陷：0维，空位、间隙原子 异类原子
线缺陷：一维，位错 面缺陷：二维，晶界、相界、表面
• ① 点缺陷
• 空间三维尺寸 都很小的缺陷。
空位 间隙原子 置换原子
工程材料与机械制造基础-第2章
图 低碳钢的σ-ε曲线
图 低碳钢的σ-ε曲线 图 铸铁的σ-ε曲线
第一阶段oe：弹性阶段。弹性极限：σe 第二阶段es：屈服阶段。屈服极限：σs 第三阶段sb：强化阶段。强度极限：σb 第四阶段bz：缩颈阶段(截面积减小,载荷下降) 。z：试样断裂。
(1)延伸率（伸长率）
L L1 L0 100%
屈服强度：
s
Ps F0
(MPa)
抗拉强度：
b
Pb F0
(MPa)
s /b
叫屈强比，一般为0.65-0.75。 屈强比越小，可靠性越高。 屈强比越大，强度利用率越高，可靠性降低。
金属材料的强度与其化学成分和工艺过程 ，尤其是热处理工艺有密切的关系。
如: (1)纯金属的抗拉强度低
纯铁为200MPa，铜为60MPa,铝为40MPa (2)铁碳合金：退火状态下
σ-1 —— 疲劳强度, MPa
δ —— 伸长率、延伸率 αK —— 冲击韧性,J/cm2
7.比较45HRC 650HBW 800HV 240HBS的大小。 答：800HV >650HBW>45HRC>240HBS
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.2420 .10.24Saturday , October 24, 2020 人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。1 7:50:38 17:50:3 817:50 10/24/2 020 5:50:38 PM 安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.2417 :50:381 7:50Oc t-2024- Oct-20 加强交通建设管理，确保工程建设质 量。17:50:3817 :50:381 7:50Saturday , October 24, 2020 安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 2420.1 0.2417:50:3817 :50:38 October 24, 2020 踏实肯干，努力奋斗。2020年10月24 日下午5 时50分 20.10.2 420.10. 24 追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月24 日星期 六下午5 时50分 38秒17 :50:382 0.10.24 严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10月 下午5时 50分20 .10.241 7:50Oc tober 24, 2020 作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2 020年1 0月24 日星期 六5时50 分38秒 17:50:3 824 October 2020 好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午5时50 分38秒 下午5 时50分1 7:50:38 20.10.2 4 专注今天，好好努力，剩下的交给时 间。20. 10.2420 .10.241 7:5017:50:381 7:50:38 Oct-20 牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年10 月24日 星期六5 时50分 38秒Sa turday , October 24, 2020 相信相信得力量。20.10.242020年10月 24日星 期六5 时50分3 8秒20. 10.24
第二章工程材料的基本性能.
Fb
b
l0
L
Fe
Fs
s
e
k
d
o 缩颈 拉伸曲线
l
l
e — 弹性极限点 S — 屈服点
l0
l
应力—应变曲线
K — 断裂点 b — 极限载荷点
• 2.塑性
• 塑性性能 载荷卸除后不能消失的变形称为残余 变形。材料保持残余变形的能力称为塑性，因而 残余变形又称为塑性变形。反映材料塑性性能的 参量有屈服极限、延伸率和断面收缩率等。此外 ，与塑性性能有关的现象有材料的强化现象和拉 伸试样的颈缩现象。若加载在材料中引起的应力 超过σe，则卸载后有一部分变形不能消失，这种 变形就是塑性变形。
布 氏 硬 度 计
布什硬度的表示方法
硬度值的标注方法如下：
硬度值 硬度代号 压头直径D/载荷P/保荷时间T
如：150HBS10/3000/30 表示用直径10mm的淬火
钢球压头，在3000kgf载荷作用下保荷时间为30秒 所测得的布氏硬度值为150。
（二）洛氏硬度
如图所示为洛氏硬度测试原理图。 HR=K-e/0.002 式中：HR为洛氏硬度代号；K为常数，当
力值，以
C %/t
C % / h
(MPa)表示。
另一种是在一定温度下，产生规定的稳态蠕变速率的应
(MPa)表示。
蠕变极限适用于失效方式为过量变形的那些高温零部件。
持久强度是材料抵抗蠕变断裂的能力。它是在 一定温度下，规定时间内使材料断裂的最大应力值 ，以 C表示。
t
对于锅炉、管道等构件。其主要破坏方式是断 裂而不是变形，设计这类构件就要采用持久强度指 标。
• 在受磁场的作用下，由于材料中磁矩排列时取向趋于一致 而呈现出的磁性，这种现场称为磁化。 • 凡是能被磁化的物质称为磁质或磁介质。 • 磁感强度是指通过磁场中某点，垂直于磁场方向单位面积 的磁力线数。 • （2)抗磁性与顺磁性 • 材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相反的称为抗磁 性； • 材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相同的称为顺磁 性。
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第二章金属材料的凝固与固态相变
2.2.3铸锭(件)的凝固
影响铸锭(件)结晶组织的因素 •冷却速度 •加热温度、浇注温度和浇注速度 •外加杂质（或变质处理）
1-表面细晶粒层 2-柱状晶粒层 3-心部等轴晶粒区
第二章金属材料的凝固与固态相变
2.3铁碳合金平衡态的相变基础
2.3.1 Fe-Fe3C亚稳相图 铁碳合金的相结构与性能 相图分析
2.4.1钢在实际加热时的转变点
第二章金属材料的凝固与固态相变
2.4.2奥氏体的形成过程及影响因素
1.奥氏体的形成过程
2.奥氏体形成的影响因素 • 加热温度和加热速度
• 原始组织 • 合金元素
第二章金属材料的凝固与固态相变
2.4.3奥氏体晶粒的长大及影响因素
•Hell-Petch公式: 1 s 0 kd2
第二章金属材料的凝固与固态相变
2.5钢在冷却时的转变 2.5.1过冷奥氏体等温转变图 2.5.2过冷奥氏体的连续转变图 2.5.3过冷奥氏体的转变产物及性能
第2二.5章.1金过属冷材奥料氏的凝体固等与温固转态变相图变
共析碳钢的C曲线
第二章金属材料的凝固与固态相变
C曲线的位置和形状的影响因素
1.含碳量的影响 2.合金元素的影响 3.奥氏体化温度和保温时间的影响
种
工
亚
类 业纯铁
共析钢
含 碳量/%
平 衡组织
<0.0218 F
0.02180.77
F+P
钢 共析钢
白口铸铁
过
亚
共析钢 共晶白口 共晶白
铁 口铁
过 共晶白口 铁
0.77 0.772.11
2.11-4.3 4.3 4.36.69
P
P+
Fe3CⅡ+P
Ld`
Ld`+Fe3C
Fe3CⅡ
+Ld`
Ⅰ
1.钢的平衡结晶过程 2.白口铸铁的平衡结晶过程
第二章金属材料的凝固与固态相变
思考题
2-1金属结晶的基本规律是什么?晶核的N和G受到哪些因素 的影响?
2-2为什么材料一般希望获得细晶粒?细化晶粒的方法有哪些? 2-4已知A(熔点685℃)与B(熔点560℃)二组元在液态时无限 互熔;在320℃时,A溶于B的最大溶解度为31%,室温时为12%,但不 溶于A;在320℃,含42%B的液态合金发生共晶反应.要求: ⑴作出 A—B合金相图; ⑵分析含A为25%时合金的结晶过程. 2-5为什么铸造合金常选用共晶成分合金?而塑性加工的合金 常选用单相固溶体成分的合金? 2-8何谓铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体？它们 的结构 、组织形态性能等各有何特点？ 2--9分析含碳量分别为0.45%、1.0%、3%、4.7%的铁碳合 金从液态缓冷至室温时的结晶过程，并画出室温下的显微组织示 意图。 2--10根据铁碳相图计算：⑴室温下含碳0.45%的钢中珠光体 和铁素体各占多少? ⑵室温下含碳1.0%的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少; ⑶ 铁碳合金中,二次渗碳体的最大百分含量。
C、Fe原子均 扩散
贝氏体转变
中温转变 550ºC~MS
C原子扩散 Fe原子不扩散
马氏体转变
低温转变 MS~Mf 无扩散
组成相
两相：F、 Fe3C
合金元素的分布 合金元素扩 散，重新分 布
相变的完全性
相变可在恒 温下进行到 底
两相：F(C)、 Fe3C(>350ºC)或F、 FeXC(<350ºC)
马氏体正方度与含碳量的关系
第二章金属材料的凝固与固态相变
马氏体组织
板条马氏体
片状马氏体
第二章金属材料的凝固与固态相变
碳钢含碳量与马氏体硬度的关系
第二章金属材料的凝固与固态相变
贝氏体组织
上贝氏体
下贝氏体
第二章金属材料的凝固与固态相变
P、B、M转变的异同点
珠光体转变
转变温度范围 扩散性
高温转变 Ar1~550ºC
2—14奥氏体的形成过程分哪几个阶段？影响 奥氏体形成过程的因素有哪些？
2—15过冷奥氏体的转变产物有哪几种类型？ 比较这几种转变类型的异同点。
杠杆定律
QL+Qα=1 QLX+QαX’=K
解方程得:
Q X ' K
X 'K
L
X ' X
X 'X
Q KX KX X'X X'X
Q
KXQLX Fra bibliotekK第二章金属材料的凝固与固态相变
枝晶偏析
枝晶偏析的影响? 消除的途径?
第二章金属材料的凝固与固态相变
共晶相图
共晶转变Lc (αd+βe) 冷却曲线及结晶过程
匀晶相图的建立 杠杆定律 枝晶偏析 2.共晶相图 3.包晶相图 4其他相图 2.2.2合金的性能与相图的关系 2.2.3铸锭(件)的凝固
第二章金属材料的凝固与固态相变
匀晶相图的建立
第二章金属材料的凝固与固态相变
合金的结晶过程
结晶过程中，液相的成分沿着液相线变化，固相的 成分沿着固相线变化
第二章金属材料的凝固与固态相变
共晶转变条件: 成分、温度同
时满足
第二章金属材料的凝固与固态相变
共晶相图中的组织组成物
第二章金属材料的凝固与固态相变
包晶相图
第二章金属材料的凝固与固态相变
其它类型相图
WB/%
共析相图
Wsi/%
镁-硅相图
第二章金属材料的凝固与固态相变
2.2.2合金的性能与相图的关系
•合金的使用性能与相图的关系 •合金的工艺性能与相图的关系
合金元素不扩散
单相:F(C) 合金元素不扩散
恒温下相变的完全程度 与转变温度有关。温度 越低，转变越不充分， 有A残存在。
主要在连续冷却过程 中进行，相变不彻底， 有A残存在。
第二章金属材料的凝固与固态相变
2.6焊接接头的相变 2.6.1焊缝缺陷
气孔 非金属夹杂物 裂纹 未焊透 咬边 焊缝金属化 学成分不均匀 柱状晶组织
第二章金属材料的凝固与固态相变
2.1纯金属的结晶 2.2合金的凝固 2.3铁碳合金平衡态的相变基础 2.4钢在加热时的转变 2.5钢在冷却时的转变 2.6焊接接头的相变 本章小结
第二章金属材料的凝固与固态相变
2.1纯金属的结晶
2.1.1凝固的基本概念 1.晶体的结晶 2.非晶体的凝固
2.1.2金属的结晶 2.1.3材料的同素异构现象
共析钢结晶过程
第二章金属材料的凝固与固态相变
亚共析钢结晶过程
第二章金属材料的凝固与固态相变
过共析钢结晶过程
第二章金属材料的凝固与固态相变
2.白口铸铁的平衡结晶过程
共晶白口铁结晶过程示意图
共晶白口铁显微组织示意图
第二章金属材料的凝固与固态相变
第二章金属材料的凝固与固态相变
第二章金属材料的凝固与固态相变
第二章金属材料的凝固与固态相变
1.晶体的结晶
温 度
固体 液+固 固体
时间 时间
第二章金属材料的凝固与固态相变
2.非晶体的凝固
第二章金属材料的凝固与固态相变
2.1.2金属的结晶
1.金属的结晶过程
2.影响形核和长大的因素
过冷度的影响 难熔杂质的影响
3.晶粒大小及控制 晶粒度的概念
ZV 0.9(N / G)3/4 Zs 1.1(N / G)1/2
2.3.2铁碳合金在平衡状态下的相变 2.3.3含碳量对铁碳合金组织性能的影响 2.3.4 Fe-Fe3C相图的应用
第二章金属材料的凝固与固态相变
2.3.1 Fe-Fe3C亚稳相图
第二章金属材料的凝固与固态相变
1.铁碳合金的相结构与性能
奥氏体
●铁素体 F ●奥氏体 A ●渗碳体 Fe3C
组织? 珠光体 莱氏体
2.6.2热影响区内的组织变化
0__焊缝
1__熔合区
热
2__过热区
影
3__重结晶区 响
4__部分相变区 区
5__基体金属
低碳钢焊接时热影响区内的组织变化
第二章金属材料的凝固与固态相变
本章小结
本章主要介绍了纯金属结晶、合金结晶的基本 过程形核、核长大），影响形核、长大的因素（过 冷度、高熔点难熔杂质），影响和控制晶粒大小的 因素（V冷、变质处理）。还重点介绍了相图，根 据相图分析合金的冷却过程，合金性能与相图的关 系；重点介绍了铁碳合金状态图及其应用；重点介 绍了钢在冷却过程中的转变。一般介绍了焊接接头 的相变。
第二章金属材料的凝固与固态相变
铁碳合金的平衡显微组织图
第二章金属材料的凝固与固态相变 2.3.3含碳量对铁碳合金组织和性能的影响
随着合金中碳的质量分数的增加，在合金的室温组织中不仅 渗碳体的数量增加，其形态、分布也有变化，因此合金的力学 性能也相应变化。
第二章金属材料的凝固与固态相变
2.3.4Fe-Fe3C相图的应用
1.珠光体类型组织
珠光体转变
A
(F + Fe3C)
0.77% 0.0218% 6.69%
面心立方 体心立方 复杂斜方
2.马氏体类型组 织
马氏体中固溶碳引起的晶格畸变 马氏体正方度与
含碳量的关系 碳钢含碳量与马氏体硬度的关系
3.贝氏体类型组织
第二章金属材料的凝固与固态相变
马氏体的晶格畸变
第二章金属材料的凝固与固态相变
晶粒大小的控制(增大过冷 度、变质处理、振动）
第二章金属材料的凝固与固态相变
结晶过程
第二章金属材料的凝固与固态相变
晶粒度与力学性能的关系
晶粒度 晶粒数/mm2
6.3
σb
(Mpa)