【正文】 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 1 工程材料復(fù)習(xí)課 1 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 2 考試時(shí)間： 5月 27日（周二） 8:15～ 10:15 考試地點(diǎn)： EJ103— EJ104 學(xué)號(hào)數(shù) 07122028 EJ103 其 余 同 學(xué) EJ104 答疑時(shí)間： 5月 26日 13:00～ 21:00 地點(diǎn)： HD208 2022年春季學(xué)期 “ 材料與成形技術(shù) ” 考試通知 2 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 3 強(qiáng)度 強(qiáng)度概念 :材料在達(dá)到允許的變形程度或斷裂前所能承受的最大應(yīng)力，如 彈性極限、屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、疲勞極限、蠕變極限等 比強(qiáng)度、比模量概念 ： 單位密度上的強(qiáng)度、彈性模量 一、固體材料的性能 3 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 4 屈強(qiáng)比越小 ,構(gòu)件萬(wàn)一超載時(shí)，產(chǎn)生塑性變形的時(shí)間越長(zhǎng)，則離斷裂的時(shí)間長(zhǎng)，易發(fā)現(xiàn)和馬上采取措施（如停機(jī)、換構(gòu)件等），即時(shí)間裕度大，可靠性高。屈強(qiáng)比大，則屈服強(qiáng)度高，材料強(qiáng)度利用率高。 屈強(qiáng)比增大，則材料塑性段距 離減小，固將增加材料的脆性趨勢(shì) 。 σ ：條件屈服強(qiáng)度 彈性模量 E 概念 E＝ σ/ε 屈強(qiáng)比概念： σ s /σ b 4 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 5 金屬材料表面抵抗其它硬物壓入的能力。 相互關(guān)系： HBS≈10HRC ≈HV HB： HBS－淬火鋼球測(cè)定硬度值 450以下的材料 HBW－硬質(zhì)合金球測(cè)定硬度值 650以下的材料 HR： HRA 適用硬質(zhì)合金、表面淬火層、滲碳鋼 HRB 適用有色金屬、退火鋼、正火鋼 HRC 適用淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼 硬度概念： 5 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 6 Ak＝ G（ H－ h） 沖擊韌度 )( 2cmJSAa kk ?? 材料抵抗大能量沖擊載荷能力的指標(biāo)，試樣缺口處單位面積所消耗的功。 冷脆概念 6 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 7 晶格、晶胞和晶格常數(shù) 三種晶格類(lèi)型 二、金屬的結(jié)構(gòu) 7 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 8 取有向線(xiàn)段上任一點(diǎn)的座標(biāo)值化為最簡(jiǎn)整數(shù)，加以方括號(hào)，[uvw]即為晶向指數(shù)。 取晶面的三坐標(biāo)截距值為倒數(shù)，并化為最簡(jiǎn)整數(shù)，依次計(jì)入圓括號(hào)（ hkl）內(nèi)，即為該晶面的晶面指數(shù)。 晶面晶向表示方法 要求：會(huì)畫(huà)圖、改錯(cuò)。 8 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 9 晶格缺陷 掌握：點(diǎn)缺陷、線(xiàn)缺陷、面缺陷 4種缺陷 單晶體和多晶體概念 結(jié)晶方位一致與否 9 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 10 理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度（過(guò)冷度概念） 純金屬的結(jié)晶過(guò)程 三、金屬的結(jié)晶 10 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 11 1) 晶粒度概念 ① 晶粒度表示晶粒大小，由平面截面單位面積內(nèi)所包含晶粒個(gè)數(shù)來(lái)表示；② 晶粒度級(jí)別越高，晶粒越細(xì)； 2）晶粒度對(duì)力學(xué)性能的影響 晶粒越細(xì)，常溫強(qiáng)度越高，塑性韌性有所改善，高溫強(qiáng)度下降。 3） 細(xì)化晶粒的方法 ①增加過(guò)冷度，② 變質(zhì)處理，③附加振動(dòng)。 金屬結(jié)晶后晶粒的大小 11 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 12 4）金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（重結(jié)晶） 12 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 13 二元合金的晶體結(jié)構(gòu) 組元、相、固熔體、化合物概念 在物質(zhì)中，凡是成分相同，結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分以界面分開(kāi)的均勻組成部分，稱(chēng)為 相 。合金結(jié)晶后可以是一種相，也可以是由若干種相所組成。 一種或多種相按一定方式相互結(jié)合所構(gòu)成的整體稱(chēng)為組織。相的相對(duì)數(shù)量、形狀、尺寸和分布的不同，形成了不同的組織，不同的組織使合金具有不同的力學(xué)性能。 例：鐵碳相圖中 αβγ Fe3C ； F P A； Fe3CⅠ Fe3CⅡ Fe3CⅢ 三、二元合金 13 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 14 溶質(zhì)原子溶入金屬溶劑中所組成的合金相稱(chēng)為固溶體。固溶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)仍保持溶劑金屬的結(jié)構(gòu)，只引起晶格參數(shù)的改變。 當(dāng)兩組元在固態(tài)無(wú)限溶解時(shí)，所形成的固溶體稱(chēng)為連續(xù)固溶體或無(wú)限固溶體；當(dāng)兩組元在固態(tài)部分溶解時(shí)，所形成的固溶體稱(chēng)為有限固溶體或端際固溶體。按照溶質(zhì)原子在固溶體中所處的位置，固溶體又可分為間隙固溶體和置換固溶體。 1） 間隙固溶體 當(dāng)溶質(zhì)原子直徑與溶劑原子直徑的比值 小于 ，才能形成間隙固溶體。溶劑晶 格的間隙是有限的，因此，間隙固溶體只能 是有限固溶體。 固溶體 14 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 15 間隙固溶體的溶解度與溶質(zhì)原子半徑及溶劑的晶格類(lèi)型有關(guān)。溶質(zhì)原子半徑愈小，溶解度愈大，溶劑晶格類(lèi)型不同，具有的間隙大小不同，溶解度也不同。 對(duì)于溶質(zhì)和溶劑原子大小比較接近的元素，只能形成置換固溶體。置換固溶體中，溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的分布是任意的、無(wú)規(guī)律的。如果溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的溶解度 有一定限度，則叫有限互溶，形成有限置換 固溶體； 置換固溶體中溶質(zhì)原子與溶劑半徑 相差越小，則溶解度越大，若溶劑元素與溶 質(zhì)元素在周期表中位置靠近，且晶格類(lèi)型相 同，則可形成無(wú)限固溶體 ， 合金組元可以以 任何比例相互溶解，如 CuNi 合金。 2）置換固溶體 15 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 16 相圖是反映材料在平衡狀態(tài)下相狀態(tài)和成分及溫度關(guān)系的圖形。相圖也稱(chēng)平衡圖或狀態(tài)圖。二元合金相圖可用溫度－成分坐標(biāo)系的平面圖形來(lái)表示。二元相圖是反映二元系統(tǒng)相的平衡狀態(tài)與溫度、成分關(guān)系的平面圖形。 1）勻晶相圖 兩組元在液態(tài)無(wú)限互溶，在 固態(tài)也無(wú)限互溶，形成固溶體的 二元相圖稱(chēng)為二元?jiǎng)蚓鄨D。特 點(diǎn)：晶格類(lèi)型相同，結(jié)晶不在恒 溫下進(jìn)行，在冷卻較快的非平衡 結(jié)晶條件下，會(huì)形成枝晶偏析。 二元合金相圖 16 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 17 固溶體的非平衡結(jié)晶： 勻晶相圖中冷卻時(shí)的成分變化 17 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 18 兩組元在液態(tài)無(wú)限互溶，固態(tài)有限溶解，通過(guò)共晶反應(yīng)形成兩相機(jī)械混合物的二元合金稱(chēng)為二元共晶相圖。共晶反應(yīng)是液相在冷卻過(guò)程中同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)結(jié)構(gòu)不同的固相的過(guò)程。 2） 共晶相圖 18 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 19 兩組元在液態(tài)無(wú)限互溶，固態(tài)下有限溶解，發(fā)生包晶反應(yīng)的相圖稱(chēng)為二元包晶相圖。包晶反應(yīng)是一個(gè)液相與一個(gè)固相相互作用，生成一個(gè)新的固相的過(guò)程。 3） 二元包晶相圖 19 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 20 ① 從一個(gè)固相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)固相的恒溫轉(zhuǎn)變，稱(chēng)為共析轉(zhuǎn)變，發(fā)生共析反應(yīng)形成兩相機(jī)械混合物的二元合金相圖稱(chēng)為共析相圖。 ② 共析反應(yīng)的產(chǎn)物為共析物。 ③ 由于共析反應(yīng)在固態(tài)進(jìn)行，所以共析組織比共晶組織要細(xì)得多。 ④ 共析相圖是鐵碳相圖中的一個(gè)重要組成部分，需好好掌握。 反應(yīng)過(guò)程： γ→α d+β e 4) 共析相圖 20 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 21 1) 二元相圖的分析步驟 ① 若有穩(wěn)定化合物，則將其看作一獨(dú)立組元，把相圖分成幾個(gè)部分分析。 ② 相區(qū)接觸法則： 二元相圖中，相鄰相區(qū)中的相數(shù)只相差一個(gè)（點(diǎn)接觸除外）。分析時(shí)首先熟悉單相區(qū)中的相，再根據(jù)相區(qū)接觸法則辨別其它相區(qū)。 ③找出與三相共存水平線(xiàn)點(diǎn)接觸的三個(gè)單相區(qū)，確定三相平衡轉(zhuǎn)變的性質(zhì)和反應(yīng)式。 ④在兩相平衡區(qū)，可應(yīng)用杠桿定律求出各相的相對(duì)量。 二元相圖的分析與 應(yīng)用 21 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 22 杠桿定律 不同條件下相的成分及其相對(duì)量可用杠桿定理求得。 (1）確定兩平衡相的成分 如圖（ a）所示，水平線(xiàn)與液相線(xiàn) L的交點(diǎn)即為液相的成分。 (2）確定兩平衡相的相對(duì)量 ① 設(shè)試驗(yàn)合金重量為 1，液、固相重量分別為 QL、 QS ，則 QL+QS =1； ② 設(shè)液、固相含 Ni濃度分別為 x x2， x為試驗(yàn)合金中的平均含Ni量 (%)，則 122xxxxQL ???xxQxQsL ?? 21121xxxxQs ??? F＝ C（組元） P(相數(shù)）＋ 1 相律 22 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 23 例題：將 20kg純銅與 30kg純鎳熔化后緩慢冷卻到如圖 180所示溫度T1，求此時(shí)： （ 1）兩相的成分； （ 2）兩相的質(zhì)量比； （ 3）各相的相對(duì)重量 （ 4）各相的重量。 例題： 23 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 24 10．某合金如圖 181所示： （ 1）標(biāo)出 ① ③ 區(qū)域中存在的相； （ 2）標(biāo)出④ 、⑤ 區(qū)域中的組織； (3) 相圖中包括哪幾種轉(zhuǎn)變？寫(xiě)出它們的反應(yīng)式。 動(dòng)畫(huà)：習(xí)題10 9 (1) L L+γ (2) L+γ γ 勻晶轉(zhuǎn)變 (3) γ [α+β]共 析 共析轉(zhuǎn)變 (4) α α + βⅡ 脫溶轉(zhuǎn)變 (5) β β+ α Ⅱ 脫溶轉(zhuǎn)變 24TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 25 11. 今有兩個(gè)形狀相同的銅鎳合金鑄件，一個(gè)含 Ni90％，一個(gè)含 Ni50％，鑄后自然冷卻，問(wèn)凝固后哪個(gè)鑄件的偏析較為嚴(yán)重？ 動(dòng)畫(huà) ：習(xí)題11 25 TE P Wenyun Ju 上海市精品課程 上海大學(xué) 鞠魯粵 第 頁(yè) 26 12. 按下面所設(shè)條件，示