【正文】 （ 10~15秒不標(biāo)注）。 根據(jù)沖擊體質(zhì)量和沖擊能量的不同， 里氏硬度分 HLD， HLDC，HLG和 HLC。材料的硬度與強(qiáng)度之間也有一定的關(guān)系，例如，對(duì)于未淬硬鋼，布氏硬度與抗拉強(qiáng)度間存在如下的近似換算關(guān)系： Rm≈ （當(dāng) HBS＜ 175） Rm≈ （當(dāng) HBS＞ 175） 布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和里氏硬度各有優(yōu)缺點(diǎn)： 布氏硬度由于壓痕面積較大，能反映較大范圍內(nèi)的平均硬度，所以測量結(jié)果具有較高的精度和穩(wěn)定性。 維氏硬度的載荷小、壓痕淺，廣泛用于測定薄工件表面硬化層。沖擊韌性用 αk表示，計(jì)算公式如下： 式中： αk— 試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功（ J）； S— 試樣缺口處截面積（ cm2）。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 25 （四）疲勞強(qiáng)度 金屬材料在遠(yuǎn)低于其屈服極限的交變應(yīng)力長期作用下發(fā)生的斷裂現(xiàn)象，稱為金屬的疲勞。瞬時(shí)脆性破斷區(qū)特征是斷口較粗糙。它反映材料抗疲勞斷裂的能力在一定條件下，當(dāng)應(yīng)力的最大值低于某一定值時(shí)，材料可能經(jīng)受無限次循環(huán)仍然不會(huì)發(fā)生疲勞斷裂。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 28 3．影響金屬材料疲勞強(qiáng)度的因素 材料本身的強(qiáng)度、塑性、組織和材質(zhì)等影響材料的疲勞強(qiáng)度，另外，疲勞強(qiáng)度還與零部件的幾何形狀、加工光潔度和工作環(huán)境等有關(guān)。這三種類型的脆性破壞，以張開型又稱為 I型的擴(kuò)展斷裂較為常見，且在外力作用下也較為危險(xiǎn)，故近期大量研究的是 I型這種裂紋的擴(kuò)展及破壞。 斷裂韌性在電廠金屬材料中有相當(dāng)重要的作用。 金屬原子間這種正離子與自由電子的電性引力結(jié)合 ， 稱為金屬鍵 。金屬的這種結(jié)構(gòu)決定了其具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性。為單位來度量。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 39 三 、 單晶體與多晶體 ? 如果依晶格中晶胞的長 、 寬 、 高取坐標(biāo)系 X、 Y、 Z， 將坐標(biāo)原點(diǎn)選在一個(gè)頂角原子上 ， 晶格就有了方位和方向 ， 稱為 位向 。 圖 121為多晶體示意圖 。 ? 圖 123為 空位和間隙原子 ， 空位指晶格中某些結(jié)點(diǎn)處沒有原子 ，而間隙原子指晶格間隙中出現(xiàn)多余原子 。 晶格畸變引起能量升高 ， 使金屬的強(qiáng)度 、 硬度和電阻升高 。 在多晶體中相臨晶粒的位向不同 ， 在交界的地方原子排列不可能很規(guī)則 ， 于是產(chǎn)生一層 “ 過渡層 ” 。 因此 ， 金屬晶粒的大小對(duì)金屬的性能有很大影響 。 在 平衡結(jié)晶溫度時(shí) ， 液體與固體同時(shí)存在 ， 這時(shí)液體的結(jié)晶速度與固體的熔化速度相同 ， 是動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài) 。 這種潛熱的釋放恰恰補(bǔ)償了金屬向周圍散逸的熱量 ， 而使結(jié)晶過程處于恒溫狀態(tài) 。 ? 形核過程是當(dāng)溫度降到結(jié)晶溫度時(shí) ， 熔液中開始出現(xiàn)時(shí)聚時(shí)散的類似晶體結(jié)構(gòu)的小集團(tuán) ， 當(dāng)小集團(tuán)達(dá)到一定臨界值時(shí) ， 逐漸穩(wěn)定 ， 這種最初形成的小晶體被稱為晶核 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 49 （ 三 ） 影響晶粒大小的因素 ? 金屬晶粒的大小是影響金屬性能的重要因素 。 形核率和長大率的影響因素主要有以下三個(gè)方面： 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 50 1．過冷度影響 形核率 N和長大率 G與過冷度 Δt關(guān)系，一般隨著過冷度的增加，形核率和長大率先增加后下降。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 52 純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變在實(shí)際生產(chǎn)中有重要意義，正是由于純鐵能夠發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)中才有可能用熱處理的方法來改變鋼的組織和性能。 ? 對(duì)滑移后的晶體進(jìn)行 x射線分析表明 ， 晶體發(fā)生相對(duì)浴動(dòng)后仍然是完整的晶體 ， 且晶格位向不變 ， 滑動(dòng)的距離是晶格常數(shù)的整數(shù)倍 。 由圖中分析可知 ， 作用在滑移面上的正應(yīng)力 ， 只能引起晶格的彈性伸長 ， 即彈性交形 ， 應(yīng)力取消時(shí) ， 彈性使變形恢復(fù)原狀 。 但當(dāng)切應(yīng)力分量大到一定值時(shí) ， 品格發(fā)生剛性滑移 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 55 ?晶體在產(chǎn)生滑移變形時(shí)，不是沿著任何晶面都能滑移的，只有在原子最密排的晶面上才能發(fā)生滑移。 這是因?yàn)槊芘欧较蛏显又g的距離小 ， 滑動(dòng)一個(gè)原子間距所需的能量小的緣故 。 面心立方晶格與體心立方晶格的滑移系雖然形同 ， 但滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)更大些 ， 因此具有面心立方晶格的銅 、 鋁 、 鎳等比具有體心立方晶格的鉻 、 鉬 、 鎢 、 釩等塑性好 。 ? 實(shí)驗(yàn)證明 ， 滑移變形的真正機(jī)理是由位錯(cuò)的移動(dòng)來完成的 。 金屬經(jīng)一定量的塑性變形后 ， 內(nèi)部缺陷增加 ， 以致斷裂 。 金屬強(qiáng)度與位錯(cuò)密度的關(guān)系如圖 l— 37所示 。 因?yàn)閷\生所需要的剪切應(yīng)力很大 ， 孿生變形往往只在低溫的體心六方晶格金屬中發(fā)生 ， 或在滑核系很少的密排六方晶格金屬中發(fā)生 ， 或受到?jīng)_擊變形的金屬中發(fā)生 。 用只有兩個(gè)晶粒的試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，變形后試樣出現(xiàn)了所謂 “竹節(jié)現(xiàn)象” ，如圖 1—39所示。 角度時(shí)最大 。 時(shí) ， 切應(yīng)力分量最小 ， 晶體不易發(fā)生滑移 。 細(xì)晶粒的金屬不僅強(qiáng)度高 ， 塑性也好 ， 這是應(yīng)為多晶體在應(yīng)力作用下 ，塑性變形分散在更多的晶粒之中 ， 晶粒越細(xì)時(shí) ， 多晶體各處的塑性變形越均勻 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 62 三 、 冷塑性變形對(duì)金屬組織和性能影響 ? 金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形 ， 其內(nèi)部的組織和力學(xué)性能 、 物理 、 化學(xué)性能也發(fā)生一系列的變化 ， 主要的變化是加工硬化 ， 同時(shí)在金屬內(nèi)部產(chǎn)生形變內(nèi)應(yīng)力 。建筑用鋼筋須先經(jīng)過冷拔強(qiáng)化。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 63 (二 )形變內(nèi)應(yīng)力 ? 金屬經(jīng)塑性變形后 ， 由于多晶體的變形不均勻 ， 有的晶粒須以彈性變形協(xié)調(diào)整體的變形 ，又由于塑性變形產(chǎn)生了大量的缺陷 ， 因此 ， 外力所做的功有一小部分以彈性能的形式殘存于晶體中 ， 稱為形變內(nèi)應(yīng)力 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 64 四 、 回復(fù)與再結(jié)晶 ? 形變后的金屬加熱時(shí) ， 將發(fā)生一系列的組織和性能的變化 ， 變化的主要形式是回復(fù)與再結(jié)晶 。 這種變化實(shí)質(zhì)上是一個(gè)重新形核 、 長大的過程 ， 稱為再結(jié)晶 。 沒有產(chǎn)生塑性變形的金屬加熱時(shí)不會(huì)出現(xiàn)再結(jié)晶的現(xiàn)象 。與金屬熔點(diǎn) Tr的關(guān)系約為： Ta≈~ 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 67 ? 加熱溫度過高 ， 保溫時(shí)間過長 ， 都能使已形成的細(xì)晶粒組織繼續(xù)長大 ， 而成為粗大晶粒的組織 ，使金屬的性能變壞 ， 這是應(yīng)該力求避免的 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 68 五 、 熱加工與冷加工的區(qū)別 ?許多重要工件在機(jī)加工前 ， 往往安排一道鍛造工序 ， 如汽輪機(jī)的主袖 、 葉輪葉片 ， 發(fā)電機(jī) ． 風(fēng)機(jī) 、 水泵的主軸 、 齒輪等 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 69 二、二元合金相圖 ? 合金的性能是由合金的成分 、 組織決定的 ， 研究合金成分 、 組織 、 性能之間關(guān)系最重要的工具是合金相圖 。處在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)下的相稱為平衡相 。 如用一核坐標(biāo)表示合金的成分 ， 用縱坐標(biāo)表示溫度 ， 即可將不同成分的合金在不同溫度下的平衡相及相間的平衡關(guān)系表示出來 。 以 Cu— Ni合金為例 ， 用熱分析法測定相圖的步驟： ? （ 1） 配制不同成分的 Cu— Ni合金 ， 測出結(jié)晶開始溫度 (上轉(zhuǎn)變點(diǎn) )及結(jié)晶終了溫度 (下轉(zhuǎn)變點(diǎn) )： ? 繪制合金的冷卻曲線 ， 如圖 153(a)所示 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 75 1． 確定二平衡相的成分 ? 在圖 154給出的銅鎳合金相圖中 ， 液相以上是液相區(qū) L，固相線以下是固相區(qū) α， 兩相線之間是二相平衡共存的區(qū)域 L+α。C 2＋ QLC 1＝ Cx ? 整理得 acabCCCCQ121x ???acbcQ1QL ?? ? bcabL??abQbcQ L ????所以： 或 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 77 （ 三 ） 相圖的基本類型 ? 勻晶相圖 ? 前面討論的 Cu－ Ni相圖 ， 稱為勻晶相圖 。 結(jié)晶過程還可用反應(yīng)式表示： L→L ＋ α→α 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 79 （ 2）合金結(jié)晶過程分析 圖 1－ 58表示 Pb－ Sn合金相圖。 圖 159是共合金 I的冷卻曲線和結(jié)晶過程示意圖。 共晶組織的形態(tài)是多種多樣的 ， 有層片狀 、 短桿狀 、 球狀 、 點(diǎn)狀等 。合金自液態(tài)冷卻至 ac線時(shí) ， 開始析出 α固溶體；隨著溫度降低 ， α相逐漸增多 ， L相逐漸減少 。 于是 ， 當(dāng)溫度冷至共晶溫度以下時(shí) ， 生成的組織為初生的 α相及共晶體 ， 如圖 160所示 。 與勻晶相圖合金的結(jié)晶過程相似 ， 在溫度 3之間得到單相的 α固溶體組織；但是 ， 當(dāng)溫度降至 3點(diǎn)時(shí) ， 與固溶線 df線相交 ， α固溶體達(dá)到飽和狀態(tài)；溫度再下降時(shí) ， 從 α固溶體中產(chǎn)生的沉淀物 ， 這種沉淀物不是溶質(zhì) ， 而是另一種固溶體相 β， 稱為次生相 ， 或二次相 ， 記作 βII；當(dāng)溫度降至室溫時(shí) ， α固溶體相的成分沿 df達(dá)到 f， 析出的 βII可用杠桿定律計(jì)算 。 1點(diǎn)： 略低于 1538℃ ， 開 始相變形核并長大 ， 成為液固 兩相區(qū) L+δ 。 4點(diǎn)： 完成同晶異素轉(zhuǎn)變成為面心立方晶格單相區(qū)γ 。 C溶解到 α Fe中 ， 又稱為 鐵素體 。 典型鐵碳合金 金屬材料 新干班教材 工業(yè)純鐵 三次滲碳體量很少 ，以不連續(xù)的網(wǎng)狀或片狀分布于晶界 。 2點(diǎn)： 完成液固轉(zhuǎn)變 ，成為面心立方晶格的 單相區(qū) γ 。 γ S→α P＋ Fe3C →F ＋ Fe3C＝ P 金屬材料 新干班教材 典型鐵碳合金 共析鋼： 鐵素體與滲碳體呈 層片狀相間而生 ， 有 類似貝殼的光澤 ， 故 名珠光體 。 只是鐵素體的含碳量從 降至幾乎為零的 。 1點(diǎn)： 開始相變形核并長大 ，成為液固 兩相區(qū) L+δ 。 C 的溶 解入又稱 奧氏體 A相 。 完成同晶異素轉(zhuǎn)變 ， 成為 兩相區(qū) F+P。QS39。 典型鐵碳合金 金屬材料 新干班教材 典型鐵碳合金 過共析鋼： C＝ ～ % 上部 是 單液相 L。 C 溶 解入又稱 奧氏體 A相 。 完成同晶 異素轉(zhuǎn)變 ， 成為 兩相區(qū) P+Fe3CⅡ 。 金屬材料 新干班教材 過共析鋼 過共析鋼的室溫組織 為 P+Fe3CⅡ 。SLQⅡ ???????? 100510077069669653 典型鐵碳合金 金屬材料 新干班教材 典型鐵碳合金 共晶白口鑄鐵： C＝ % 上部 是 單液相 L。 %.Q%.%.. ..Q CFeA 847252100112696 346963??????金屬材料 新干班教材 典型鐵碳合金 共晶白口鑄鐵： 剩余奧氏體的含碳量隨溫度降低而沿 SE線變化 ， 直到含碳量為 %。 P+Fe3C+Fe3CⅡ =Ld’ 又稱 低溫萊氏體 。 室溫下 兩相 的相對(duì)重量 百分比為： %.%.%Q%.