【正文】 概述 ? 過程裝備用材料的種類 (1)金屬材料 黑色金屬 (如鋼材 )、有色金屬 (如鋁、銅等 )。 (2)非金屬材料 如橡膠、石棉、塑料等 。 (3)復(fù)合材料 如玻璃纖維增強(qiáng)塑料 (FRP)。 第二篇 工程材料 第六章 過程裝備材料 3/5/2023 1 金屬材料的主要性能 (1)力學(xué)性能 它是指材料在外力作用下表現(xiàn)出來(lái)的性能，一般有以下幾個(gè)主要指標(biāo) : 過程裝備用金屬材料 金屬材料的基本知識(shí) 3/5/2023 2 1)機(jī)械強(qiáng)度 它是指材料抵抗外力作用避免引起破壞的能力，它是過程裝備設(shè)計(jì)與選材的主要依據(jù)之一，是材料的重要機(jī)械性能指標(biāo)。 反映材料強(qiáng)度高低的指標(biāo)有 : 屈服極限 (ReL或 )、 抗拉強(qiáng)度 (Rm)， 高溫時(shí)需要考慮蠕變極限 (蠕變極限 σn ： 1萬(wàn)小時(shí)變形量 1%)。 交變載荷作用時(shí)則需要考慮疲勞極限 (σ1： 以106107次不被破壞的應(yīng)力 )。 3/5/2023 3 2)塑性 ? 塑性是指材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力，通常 用伸長(zhǎng)率 δ和斷面收縮率 Z表示 。 3)韌性 ? 韌性是指材料在斷裂前吸收變形能量的能力。 韌性是材料對(duì)缺口或裂紋敏感程度的反映。 評(píng)定材料韌性的指標(biāo)通常 以標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功 (AK) 表示 （ 使其破壞所消耗的功或吸收的能除以試件的截面面積 ） 。 3/5/2023 4 4)硬度 ? 硬度是指材料抵抗其它物體壓入的能力，它是衡量材料軟硬的判據(jù)。工程上常用的硬度指標(biāo)為 布氏硬度 (HBS、 HBW)、洛氏硬度 (HRA、 HRB、 HRC)和維氏硬度 (HV)等。 ? 硬度的大小說明材料的耐磨性及切削加工的可能性，通常材料硬度愈高，零件耐磨性愈好，但其切削加工性能較差。 ? 材料的硬度與強(qiáng)度之間存在近似的對(duì)應(yīng)關(guān)系 : 材料的強(qiáng)度愈高，其硬度也高 。 3/5/2023 5 (2)耐腐蝕性能 ? 它是指 材料在使用工藝條件下抵抗腐蝕性介質(zhì)侵蝕的能力 。 ? 對(duì)于 均勻腐蝕，在過程設(shè)備設(shè)計(jì)中通常是采用普通鋼材再留有一定的腐蝕裕量來(lái)解決的 。 ? 對(duì)于 有局部腐蝕的過程設(shè)備，則必須從選擇相應(yīng)的耐腐蝕材料及防護(hù)措施著手解決 。 3/5/2023 6 (3)加工工藝性能 ? 金屬材料的加工工藝性能是指保證加工質(zhì)量的前提下，加工的難易程度。 ? 金屬材料的主要加工工藝性能有 ： 焊接性能、鑄造性能、 壓力加工性能、機(jī)加工性能及熱處理性能等 。 3/5/2023 7 ? 金屬材料具有許多優(yōu)良性能是和金屬原子的聚集狀態(tài)以及它的組織有關(guān)的。 ? 固態(tài)物質(zhì)，根據(jù)其內(nèi)部原子的聚集狀態(tài)的不同分為晶體和非晶體兩大類。 ? 所謂非晶體是其內(nèi)部原子雜亂無(wú)章地不規(guī)則的堆積。晶體則是其內(nèi)部原子有規(guī)則的排列， 所有的固態(tài)金屬都是晶體 。 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu) 3/5/2023 8 ? 晶體是由許多金屬原子 (或離子 )在空間按一定幾何形式規(guī)則地緊密地排列而成。 ? 把每一個(gè)原子看成一個(gè)小球，把這些小球用線條連接起來(lái)，就這樣得到一個(gè)空間格架，這種空間格架叫“晶格”， 晶格的最小幾何組成單元叫“晶胞”， 如下圖所示： (1)金屬晶體結(jié)構(gòu)的概念 3/5/2023 9 各種金屬晶格結(jié)構(gòu)是不同的，常見的金屬晶格結(jié)構(gòu)如下圖所示： 3/5/2023 10 (2)金屬材料具有不同的性能與其不同的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。 例如， 純鐵在 910176。 C以下具有體心立方晶格結(jié)構(gòu)，稱為 αFe； 鐵在 910176。 C～ 1394176。 C為面心立方晶格結(jié)構(gòu)，稱為 γFe。 這兩種晶格結(jié)構(gòu)的鐵，其溶碳能力是不同的：碳溶解到 αFe中形成的固溶體叫鐵素體，其最大溶碳量不超過 %；碳溶解到 γFe中形成的固溶體叫奧氏體，其最大溶碳量可達(dá)%。 這兩種性質(zhì)完全不同的組織形式在鋼中的存在狀態(tài)也直接影響著鋼的性能 。 3/5/2023 11 鐵碳合金相圖 ?鐵碳合金相圖是用圖解的方法表示鐵碳合金在極其緩慢的冷卻速度下，合金的成分、組織和性能之間的關(guān)系及其變化規(guī)律，又稱鐵碳合金平衡圖。 ?鐵碳合金相圖是人們?cè)陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的， 對(duì)于了解鋼中組織結(jié)構(gòu)變化和制定熱處理工藝具有極為重要的意義 。 ?整個(gè)鐵碳合金相圖可以看成是由 FeFe3C、 Fe3CFe2C、 Fe2CFeC和 FeCC等各部分相圖組成。然而，鐵碳合金當(dāng)含碳量超過 5%時(shí)機(jī)械性能和工藝性能都差而沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值， Fe3C的含碳量達(dá)到%，故 實(shí)際上普遍應(yīng)用的鐵碳合金相圖是指 FeFe3C相圖部分 。 3/5/2023 12 圖 簡(jiǎn)化的 FeFe3C相圖 3/5/2023 13 (1)鐵碳合金相圖中的基本相 ?鐵素體 碳溶于 αFe中形成的固溶體稱為鐵素體，用 F表示。 由于鐵素體中碳的溶解度很小，最大溶解度在 727176。 C時(shí)為 %，室溫時(shí)溶碳量?jī)H為%，因此， 鐵素體的強(qiáng)度和硬度低、塑性好，力學(xué)性能與純鐵相似 。 ?奧氏體 碳溶解到 γFe中形成的固溶體稱為奧氏體，用 A表示。 由于奧氏體中碳的溶解度較大，在727176。 C時(shí)為 %，在 1148176。 C時(shí)達(dá)到最大溶碳量%，因此， 奧氏體的強(qiáng)度和硬度不高，但塑性好，容易壓力加工 。 3/5/2023 14 ?滲碳體 鐵和碳形成的化合物 Fe3C稱為滲碳體 ，其含碳量為 ％。 滲碳體的硬度 很高，強(qiáng)度極低，脆性非常大，對(duì)鐵碳合金的力學(xué)性能有很大影響 。 ?萊氏體 當(dāng)含碳量為 %的液態(tài)合金冷卻到1148176。 C時(shí)，同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的共晶混合物，稱為萊氏體，用 Ld表示 ；在 727176。 C以下，萊氏體中的奧氏體將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，此時(shí)由珠光體和滲碳體所組成的萊氏體稱為低溫萊氏體，用 Ld39。表示 。 萊氏體中由于含有大量的滲碳體，其硬度高，但脆性很大 。 ?珠光體 鐵素體和滲碳體的共析混合物稱為珠光體，用 P表示 。珠光體的力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間。 3/5/2023 15 (2)鐵碳合金相圖中的主要特性點(diǎn)和特性線 ?S點(diǎn) —— 共析點(diǎn)： 當(dāng)鐵碳合金的含碳量為 ％，奧氏體在 727176。 C時(shí)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變 ，同時(shí)析出鐵素體和滲碳體的共析混合物，即為珠光體 。 ?ACD線 —— 液相線： 所有合金在此線以上是液相區(qū)，用符號(hào) L表示。 合金冷卻到此線開始 結(jié)晶。 ?AECF線 —— 固相線 ： 所有合金在此線以下均是固體狀態(tài) 。 3/5/2023 16 ?ES線 —— Acm線： 表示碳在奧氏體中的溶解度曲線 ，由于在 1148176。 C時(shí)奧氏體中溶碳量最大可達(dá)％，而在 727176。 C時(shí)僅為 ％。同時(shí)，它也是合金在冷卻過程中從奧氏體中析出二次滲碳體的開始線 。 ?GS線 —— A3線： 表示合金在冷卻過程中從奧氏體中析出鐵素體的開始線 ，或在加熱時(shí)鐵素體溶入奧氏體的終了線。 ?PSK線 —— 共析線：又稱 A1線， 在此線上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為珠光體 。含碳量在 ％～ ％的鐵碳合金冷卻到 727176。 C時(shí) 都有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生。 3/5/2023 17 ? 鋼的機(jī)械性能不僅因其化學(xué)成分的不同而有很大的差異，另一方面，即使化學(xué)成分相同的鋼材，當(dāng)加熱到一定的溫度時(shí)，若采用不同的冷卻方式，則鋼材的機(jī)械性能也會(huì)有很大的差異，這是 由鋼材內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化所引起的 。 ? 將鋼材通過適當(dāng)?shù)募訜?、保溫和冷卻過程，使鋼材內(nèi)部組織按照一定的規(guī)律變化，以獲得預(yù)期的力學(xué)性能和加工性能，這種工藝過程就稱為鋼的熱處理 。 鋼的熱處理 3/5/2023 18 ? 常用的熱處理方法 : (1)退火； (2)正火； (3)淬火； (4)回火；