【正文】 。 滲碳體是一種亞穩(wěn)定相，在一定條件下會發(fā)生分解，形成石墨狀的自由碳。 滲碳體 滲碳體具有 復雜晶格的間隙化合物，分子式為Ｆｅ３Ｃ，其Ｗｃ＝ ％，是鋼和鑄鐵中常用的固相。由于面心立方晶格原子間的空隙比體心立方晶格大，因此碳在γ鐵中的溶碳能力比在α鐵中要大些。因此，其室溫性能幾乎和純鐵相同，鐵素體的強度、硬度不高（σb=180280MPa,5080HBS），但具有良好的塑性和韌性 (δ=30%50%,Akv=128160J)。 四、 鐵碳合金的（基本組織）相 在固態(tài)鐵碳合金中，鐵和碳的相互作用有兩種：一是碳原子溶解到鐵的晶格中形成固溶體，如鐵素體與奧氏體；二是鐵和碳原子按一定的比例相互作用形成金屬化合物， 如滲碳體。 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是純鐵的一個重要特性，以鐵為基的鐵碳合金之所以能通過熱處理顯著改變其性能，就是由于鐵具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的特性。各相在機械混合物中仍保持原有的晶格和性能，機械混合物的性能介于組成的相性能之間，工業(yè)上大多數(shù)合金均由混合物組成，如鋼、鑄鐵、鋁合金等。 金屬化合物一般具有復雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點高，硬度高，脆性大。 由于溶質(zhì)原子的溶入，會引起固溶體晶格發(fā)生畸變，如圖，晶格畸變使合金變形阻力增大，從而提高了合金的強度和 硬度，這種現(xiàn)象稱為固溶強化。根據(jù)溶質(zhì)元素在溶劑晶格中所占位置的不同，固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體兩類。金屬材料的組織不同，其性能也就不同。其中包括固溶體、金屬化合物及純物質(zhì)（如石 墨）。 合金系 給定組元按不同比例可以配制一系列不同成分的合金，構(gòu)成一個合金系。另外，由于組成合金的各元素比例可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，從而使合金的性能隨之發(fā)生一系列變化，滿足 了工業(yè)生產(chǎn)中各類機械零件的不同性能要求。 第二節(jié)鐵碳合金 一般來說，純金屬大都具有優(yōu)良的塑性、導電、導熱等性能，但它們?nèi)≈评щy，價格較貴，種類有限，特別是力學性能（強度、硬度較低，耐磨性都比較低），難以 滿足多種高性能的要求，因此，工程上大量使用的金屬材料都是根據(jù)性能需要而配制的各種不同成分的合金，如碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鋁合金及銅合金等。 ② 進行變質(zhì)處理 變質(zhì)處理是在澆注前向液態(tài)金屬中加入被稱為變質(zhì)劑的某種物質(zhì)，發(fā)增加形核率Ｎ或降低長大線速度Ｇ，從而細化晶粒的方法。當過冷度較小時，形核率Ｎ低于長大線速度Ｇ，結(jié)果得到比較粗大 的晶粒。這是因為，晶粒越細，塑性變形越可分散在更多的晶粒內(nèi)進行，使塑性變形越均勻，內(nèi)應力集中越 小；而且晶粒越細，晶界面越多，晶界就越曲折；晶粒與晶粒間犬牙交錯的機會就越多，越不利于裂紋的傳播和發(fā)展，彼此就越緊固，強度和韌性就越好。 晶粒大小對金屬力學性能的影響 金屬結(jié)晶后是由許多晶粒組成的多晶體，晶粒大小可以用單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目來表示。晶核在長大過程中，起初是不受約束的，能夠自由生長，當互相接觸后，便不能再自由生長，最后即形成由許多向位不同的晶粒組成的多晶體，由于晶界的晶粒內(nèi)部凝固得遲、故便在其上面富集著較多低熔點的雜質(zhì)。 金屬的結(jié)晶過程 純金屬的結(jié)晶過程是在冷卻曲線上的水平線段內(nèi)發(fā)生的。實際結(jié)晶Ｔ 1 溫度低于理論結(jié)晶溫度Ｔ 0 的現(xiàn)象稱為過 冷現(xiàn)象。出現(xiàn)水平線段的原因，是由于結(jié)晶時放出的結(jié)晶潛熱補償了向外界散失的熱量。各相在機械混合物中仍保持原有的晶格和性能，機械混合物的性能介于組成的相性能之間，工業(yè)上大多數(shù)合金均由混合物組成，如鋼、鑄鐵、鋁合金等。 金屬化合物一般具有復雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點高，硬度高，脆性大。 由于溶質(zhì)原子的溶入，會引起固溶體晶格發(fā)生畸變，如圖，晶格畸變使合金變形阻力增大，從而提高了合金的強度和硬度，這種現(xiàn)象稱為固溶強化。根據(jù)溶質(zhì)元素在溶劑晶格中所占位置的不同，固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體兩類。金屬材料的組織不同，其性能也就不同。其中包括固溶體、金屬化合物及純物質(zhì)（如石墨）。 合金系 給定組元按不同比例可以配制一系列不同成分的合金，構(gòu)成一個合金系。另外，由于組成合金的各元素比例可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，從而使合金的性能隨之發(fā)生一系列變化，滿足了工業(yè)生產(chǎn)中各類機械零件的不同性 能要求。 第三節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu) 一般來說，純金屬大都具有優(yōu)良的塑性、導電、導熱等性能，但它們?nèi)≈评щy，價格較貴，種類有限，特別是力學性能（強度、硬度較低，耐磨性都比較低），難以滿足多種高性能的要求，因此，工程 上大量使用的金屬材料都是根據(jù)性能需要而配制的各種不同成分的合金，如碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鋁合金及銅合金等。）的小晶塊互相嵌鑲而成的，這些小晶塊稱為亞組織（亦稱嵌鑲塊或亞結(jié)構(gòu)）。晶粒越細小，晶界越多，它對塑性變形的阻礙作用就越大，金屬的強度、硬度也就越高。 這類 缺陷主要指晶界和亞晶界。在 ABCD 晶面以上位錯線附近一定范圍內(nèi)的原子受到壓應力；相反，在 ABCD 晶面以下一定范圍內(nèi)的原子受到拉應力。這種錯排有許多 類型，其中比較簡單的一種形式就是刃型位錯。在空位和間隙原子附近，由于原子間作用力的平衡被被壞，使其周圍原子發(fā)生靠攏或撐開，因此晶格發(fā)生歪曲（亦稱晶格畸變），使金屬的強度提高，塑性下降。 晶界即多晶體材料中相鄰晶粒間的界面。 屬于這種晶格類型的金屬有鎂、鋅、鎘、鈹?shù)取? ③密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞是在正六方柱體的十二個結(jié)點和上、下兩底面的中心處各排列一個原子，另外，中間還 有三個原子。 屬于體心立方晶格類型的金屬有α Fe（ 912℃以下的鈍鐵）、鉻、鉬、鎢等。當晶格常數(shù) a=b=c，棱邊夾角α =β =γ =90176。組成晶格的最基本幾何單元稱為晶胞。 晶體結(jié)構(gòu)的基本知識 ① 晶格 為了清楚的表明原子在空間的排列規(guī)律，人為地將原子看作一個點，再用一些假想線條，將晶體中各原子的中心連接起來，便形成了一個空間格子，這種抽象的、用于描述原子在晶體中規(guī)則排列方式的空間幾何圖形稱為結(jié)晶格子，簡稱晶格。 非晶體的特點是： ①原子在三維空間呈不規(guī)則的排列。如金剛石、石墨和一切固態(tài)金屬及其合金等。 如 700ＨＬＤ表示用Ｄ型沖擊裝置測定的里氏硬度值為 700。 試驗優(yōu)缺點 優(yōu)點：①與布氏、洛氏硬度試驗比較，維氏硬度試驗不存在試驗力與壓頭直徑有一定比例關(guān)系的約束； ②不存在壓頭變形問題； ③壓痕輪廓清晰，采用對角線長度計量，精確可靠，硬度值誤差較小。 ＨＶ符號前面的數(shù)字為硬度值，后面依次用相應數(shù)字注明試驗力和試驗力保持時間（ 10－ 15s 不標注）。維氏硬度值用四棱錐壓痕單位面積上所承受的平均壓力表示，符號ＨＶ。 維氏硬度試 驗可以測量從軟到硬的各種材料以及金屬零件的表面硬度，并有連續(xù)一致的硬度標尺。 試驗優(yōu)缺點 優(yōu)點：①操作簡單迅速，效率高，直接從指示器上可讀出硬度值； ②壓痕小，故可直接測量成品或較薄工件的硬度； ③對于ＨＲＡ和ＨＲＣ采用金剛石壓頭，可測量高硬度薄層和深層的材料。金剛石圓錐體 600 1000 1500 70－ 88 20－ 100 20－ 70 硬質(zhì)合金、表面淬火層或滲碳層等 有色金屬、退火、正火鋼等 淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等 上述洛氏硬度的三種標尺中，以ＨＲＣ應用最多，一般經(jīng)淬火處理的鋼或工具都采用ＨＲＣ測量。 式中， c 為常數(shù)（對于 HRC、 HRA， c 取 ；對于 HRB， c 取 ）。一般說來，按照人們習慣上的概念，數(shù)值越大，硬度越高。圖中2－ 2 在總試驗力（初試力＋主試驗力）作用下壓頭所處位置，壓入深度為 h2。試驗時，先加初試驗力，然后加主試驗力。 布氏硬度試驗的缺點是：對金屬表面的損傷較大，不易測試太薄工件的硬度，也不適于測定成品件的硬度。 淬火鋼球用于測定硬度 HBS＜ 450 的金屬材料，如灰鑄鐵、有色金屬以及退火、正火和調(diào)質(zhì)處理的鋼材等。 d 越大，則 HBS（ HBW）值越小，表明材料越軟；反之， d 越小， HBS（ HBW）值越大，表明材料越硬。用硬質(zhì)合金球作壓頭，布氏硬度用符號“ HBW”表示。根據(jù)壓頭和壓力不同，常用的硬度指標有布氏硬度（ HBS、 HBW）、洛氏硬度（ HRA、 HRB、 HRC 等）和維氏硬度（ HV）。 第二節(jié) 硬度 硬度是指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，是衡量材料軟硬的判據(jù)，是一個綜合的物理量。 塑性直接影響到零件的 成形及使用。 斷后伸長率是指試樣拉斷后標距的伸長量與原標距長度的百分比。 屈服點是指金屬材料開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最低應力。 一、拉伸試驗：可求出金屬材料的強度與塑性。 第一章 金屬的力學性能 第一節(jié) 強度與塑性 材料受外力作用時，將會產(chǎn)生變形和破壞。 使用性能：為保證機械零件或工具能正常工作，金屬材料應具備的性能，在使用過程中所表現(xiàn)的性能，主要包括力學性能、物理性能（如導電性、導熱性、熱膨脹性等）和化學性能（如抗腐蝕性、抗氧化性等）。 4．要求： ，初步具有一定的實驗操作技能和正確使用常用金屬材料和常規(guī)熱處理工藝的粘貼． 的工藝應用范圍。 ⑴綜合性能強 系統(tǒng)介紹工程材料的加工如 :鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、切削加工 等全部工藝過程。因此 ，正確選材、合理用材、正確選材熱處理方法來滿足機械零件性能要求是這門課學習的主導線。各種材料的性能好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命和可靠性。 如今，材料能源和信息以成為發(fā)展現(xiàn)代化生產(chǎn)的三大支柱，而材料又是能源與信息發(fā)展的物資基礎(chǔ)。 這門課學習內(nèi)容有（主要內(nèi)容）：除解決正確選材外，還涉及到一些加工工藝問題，尤其是熱處理工藝。 機械工程材料分為 成型工藝：把原材料或半成品加工成 所需形狀和尺寸產(chǎn)品的過程。初步具有金屬加工的操作技能。 金屬材料的性能分：使用性能、工藝性能。 力學性能是指機械零件或工具在使用過程中，要受到各種載荷的作用，金屬材料在載荷作用下所反映出來的性能，主要有強度、塑性、硬度、沖擊吸收功、疲勞極限、斷裂韌度等。塑性變形是外力去除后不能完全自動恢復而保留下來的變形，又稱永久變形。 內(nèi)力是當金屬材料受載荷作用未引起破壞時，其內(nèi)部產(chǎn)生與載荷相平衡的力。評定材料塑性的指標是斷后伸長率和斷面收縮率。即 Ψ =(S0S1)/S0 100% 斷面收縮繁不受試樣尺寸的影響，比較確切地反映了材料的塑性。一般情況，伸長率達 5％或斷面收縮率達 10％的材料，即可滿足大多數(shù)零件的使用要求。把規(guī)定的壓頭壓入金屬材料表面層， 然后根據(jù)壓痕的面積或深度確定其硬度值。用淬火鋼球作壓頭時，布氏硬度用符號“ HBS”表示 。 布氏硬度試驗規(guī)范 材料 布氏硬度 /D 2 備注 鋼及鑄鐵 ＜ 140 ＞ 140 10 30 Ｆ單位： Ｎ Ｄ單位： mm 銅及其合金 ＜ 35 35－ 130 ＞ 130 5 10 30 輕金屬及其合金 ＜ 35 35－ 80 ＞ 80 25 10 10 鉛、錫 由布氏硬度值的計算公式可以看出，當所加試驗力Ｆ與鋼球（或硬質(zhì)合金球）直徑Ｄ已選定時，硬度埴 HBS（ HBW）只與壓痕直徑 d 有關(guān)。 如 500HBＷ 5/750，即表示用 5mm 的硬質(zhì)鋼球作壓頭，在 750kgf(735N)的試驗力作用下，保持時間為 01－ 15s 后所測得的硬度值為 500。） 試驗的優(yōu)缺點 布氏硬度試驗的優(yōu)點是：試驗時使用的壓頭直徑較大，在試樣表面上留下壓痕也較大，測得的硬度值也較準確。的金剛石圓錐體或直徑為Φ ㎜的淬火鋼球作壓頭，以規(guī)定的試 驗力使其壓入試樣表面。 1－ 1 是在初試驗力作用下壓頭所處的位置，壓入深度為 h1，目的是為了消除由于試 樣表面不光潔對試驗結(jié)果的精確性造成的不良影響。洛氏硬度值由 h的大小確定，壓入深度 h越大，硬度越低；反之，則硬度越高。由此獲得的硬度值稱為洛氏硬 度值，用符號ＨＲ表示。金剛石圓錐體 (1/16) ” ( Φ ㎜ )鋼球 120176。硬度值應在有效測量范圍內(nèi)（ＨＲＣ為 20－ 70）為有效。 洛氏硬度試驗雖然可用于測定較材料和硬材料，但其硬度值不能進行比較。的金剛石正四棱錐體，將其以選定的試驗力壓入試樣表面，按規(guī)定保持一定時間后卸除試驗力，測量 壓痕兩對角線長度，如書上Ｐ９圖 1－ 5 所示。常用的試驗胃有 、 、 、 、 、 Ｎ。當試驗力小于 kgf （ ）時，可用于測量金相組織中不同相的硬度。其表示符號為ＨＬ。 凡原子按一定規(guī)律排列的固態(tài)物質(zhì)，稱為晶體。 ③晶體的性能隨著原子的排列 方位而改變，即單晶體具有各向異性。 ③各個方向上的原子聚集密集大致相同，即具有各向同性。 ②晶胞 晶體中原子的排列具有周期性變化的特點，因此只要在晶格中選取一個能夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元進行分析，便能確定原子排列的規(guī)律。晶胞的各棱邊長為 a、 b、 c，稱為晶格常數(shù)。晶胞中原子數(shù)可參照如下的計算方法：晶胞每個結(jié)點上原子為相鄰的 8 個晶胞共有，加上晶胞中心一個原子，故每個晶胞原子數(shù) n=8 1/8+1=2(個 )。 屬于面心立方晶格類型的金屬有γ Fe