【文章內(nèi)容簡介】 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物 (Fe3C) Fe3C具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。鐵原子可以部分地被 Mn、 Cr等金屬原子置換 , 形成以間隙化合物為基的固溶體 , 如 (Fe、Mn)3C、 (Fe、 Cr)3C。 性能： 具有很高的熔點(diǎn)和硬度 , 但比間隙相稍低些 , 在鋼中起強(qiáng)化相作用。 金屬材料的組織 一、組織的概念 組織由數(shù)量、形態(tài)、大小和分布方式不同的各種相組成。 金屬材料的組織可以由單相組成，也可以由多相組成。 在金相顯微鏡下觀察，可以看到金屬材料內(nèi)部的微觀形貌。這種微觀形貌稱做顯微組織 (簡稱 組織 )。 二、影響組織的因素 組織取決于化學(xué)成分和工藝過程。 化學(xué)成分 不同碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鐵碳合金在平衡結(jié)晶后的室溫組織不一樣。 ● 圖 (a)為純鐵的組織，叫 鐵素體 。 ● 圖 (c)是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 %的鐵碳合金的組織 , 叫 珠光體 。 (a) %C (b) %C (c) %C (d) %C 鐵碳合金的室溫平衡組織 工藝 金屬材料的化學(xué)成分一定時(shí) , 工藝過程是組織最重要的影響因素。 ● 純鐵經(jīng)冷拔后 , 等軸形狀的鐵素體晶粒變成拉長了的鐵素體晶粒。 變形前 變形后 片狀珠光體 球狀珠光體 ● 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 %的鐵碳合金 室溫平衡組織為 片狀珠光體 。 球化退火后組織為 球狀珠光體 。 三、組織與性能的關(guān)系 材料的性能與組織密切相關(guān)。 ● 三種不同組織的灰口鑄鐵 (a)組織為鐵素體和片狀石墨， σ b為 150MPa (b)組織為鐵素體和團(tuán)絮狀石墨， σ b為 350MPa (c)組織為鐵素體和球狀石墨， σ b為 420MPa 沖擊韌度最高的是 (c),其次為 (b),最低的是 (a) 灰口鑄鐵的組織 （ a） （ b） （ c） ● 純鐵 冷拔前抗拉強(qiáng)度為 180 MPa。 冷拔后（變形度為 80%）抗拉強(qiáng)度為 500 MPa。 ● 碳含量為 %的鐵碳合金 室溫平衡組織中片狀 Fe3C相 , 切削加工時(shí) , 刀具磨損很厲害。 球化退火后 , Fe3C相變?yōu)榉稚⒌念w粒狀 , 切削時(shí)對刀具的磨損較小。 老師提示 金屬的組織結(jié)構(gòu)由材料的成分、工藝所決定。金屬材料的性能由金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)所決定。不同組織結(jié)構(gòu)的材料具有不同的性能。 金屬材料的性能 金屬材料的性能： 工藝性能 使用性能 。 工藝性能 制造工藝過程中材料適應(yīng)加工的性能。 鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、 切削加工性能、熱處理性能 使用性能 材料在使用條件下表現(xiàn)出來的性能。 力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能 一、鑄造性能 金屬材料鑄造成形獲得優(yōu)良鑄件的能力。 鑄造 1. 流動(dòng)性 熔融金屬的流動(dòng)能力。 完整、尺寸精確、輪廓清晰的鑄件。 2. 收縮性 鑄件在凝固和冷卻過程中，其體積和尺寸減少的現(xiàn)象。 鑄件收縮不僅影響尺寸，還會(huì)使鑄件產(chǎn)生縮孔、疏松、內(nèi)應(yīng)力、變形和開裂等缺陷。 鑄造用金屬材料的收縮率越小越好。 3. 偏析 金屬凝固后，鑄錠或鑄件化學(xué)成分和組織的不均勻現(xiàn)象。 偏析大使鑄件各部分的力學(xué)性能有很大的差異，降低鑄件的質(zhì)量。 金屬材料的工藝性能 二、鍛造性能 鍛造性 金屬材料用鍛壓加工方法成形的適應(yīng)能力。 鍛造 冷沖 金屬材料的塑性越好，變形抗力越小，金屬的鍛造性能越好。 三、焊接性能 焊接性 金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性。 獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。 電弧焊 氣焊 鋼材的碳含量是焊接性好壞的主要因素。 低碳鋼和碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 %的合金鋼焊接性能較好。 碳含量和合金元素含量越高 , 焊接性能越差。 四、切削加工性能 用切削后的表面粗糙度和刀具壽命來表示。 金屬材料具有適當(dāng)?shù)挠捕?(170 HBS～ 230 HBS)和足夠的脆性時(shí)切削性良好。 改變鋼的化學(xué)成分 (加少量鉛、磷 )和進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?(低碳鋼正火，高碳鋼球化退火 )可提高鋼的切削加工性能。 銅有良好的切削加工性能。 切削加工 五、熱處理工藝性能 鋼的熱處理工藝性能主要考慮其淬透性 , 即鋼接受淬火的能力。 含 Mn、 Cr、 Ni等合金元素的合金鋼淬透性比較好 , 碳鋼的淬透性較差。 鋁合金的熱處理要求較嚴(yán)。 銅合金只有幾種可以用熱處理強(qiáng)化。 金屬材料的機(jī)械性能 金屬材料的機(jī)械性能，即是指金屬材料在外力（載荷）作用時(shí)表現(xiàn)出來的性能。 強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度 載荷的形式 一、強(qiáng)度 金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。 材料的強(qiáng)度用拉伸試驗(yàn)測定。 (a)原始試樣 （ b)拉伸后試樣 圓形拉伸試樣 拉伸試驗(yàn) 拉伸曲線 1. 彈性極限 σ e 材料保持彈性變形 , 不產(chǎn)生永久變形的最大應(yīng)力。 2. 屈服極限（屈服強(qiáng)度） σ s 金屬開始發(fā)生明顯塑性變形的抗力。 條件屈服極限 σ 鑄鐵等材料沒有明顯的屈服現(xiàn)象 , 用產(chǎn)生 %殘余應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力值表示。 3. 強(qiáng)度極限 (抗拉強(qiáng)度 σ b ) 金屬受拉時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。 二、塑性 斷裂前材料產(chǎn)生永久變形的能力稱為塑性。 (a)原始試樣 （ b)拉伸后試樣 1. 伸長率（ δ） 試樣拉斷后 , 標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距的百分比稱為伸長率。 2. 斷面收縮率（ ψ） 試樣拉斷后 , 縮頸處截面積的最大縮減量與原橫斷面積的百分比稱為斷面收縮率。 三、硬度 材料抵抗另一硬物體壓入其內(nèi)的能力叫硬度。 即材料受壓時(shí)抵抗局部塑性變形的能力。 鋼球壓頭用 HBS表示 硬質(zhì)合金球用 HBW表示 布氏硬度計(jì) 1. 布氏硬度（ HB) 一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球在一定載荷作用下壓入試樣表面。測量壓痕直徑 , 計(jì)算硬度值。 布氏硬度計(jì)的使用 2. 洛氏硬度 (HRA、 HRB、 HRC) 采用金剛石壓頭 (或鋼球壓頭 )， 加預(yù)載荷 F0 ，壓入深度 h0 。再加主載荷 F1 。 卸去主載荷 F1，測量其殘余壓入深度 h, 用 h與 h0之差△ h來計(jì)算洛氏硬度值。 硬度直接從硬度計(jì)表盤上讀得。 洛氏硬度計(jì) 根據(jù)壓頭的種類和總載荷的大小洛氏硬度常用表示方式有 : HRA、 HRB、 HRC 洛氏硬度計(jì)的使用 四、沖擊韌度（ ak） 材料抵抗沖擊載荷作用的能力稱為 沖擊韌性 。 用擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來測定。 測得試樣 沖擊吸收功 ，用符號 Ak表示。 用沖擊吸收功除以試樣缺口處截面積 S0 , 得到材料的 沖擊韌度 ak。 沖擊試樣 沖擊吸收功的測定 五 、疲勞強(qiáng)度 軸、齒輪、葉片、彈簧等零件，在工作過程中各點(diǎn)的應(yīng)力隨時(shí)間作周期性的變化，這種應(yīng)力稱為 交變應(yīng)力 (也稱循環(huán)應(yīng)力 )。 在交變應(yīng)力作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過較長時(shí)間的工作而產(chǎn)生裂紋、或突然發(fā)生斷裂。這種過程稱為 金屬的疲勞 。 交變應(yīng)力越小，材料斷裂時(shí)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N越大。 當(dāng)應(yīng)力低于一定值時(shí) , 試樣可以經(jīng)受無限周期循環(huán)而不破壞，此應(yīng)力值稱為材料的 疲勞強(qiáng)度 (疲勞極限 )， 用 σ1 表示。 六、斷裂韌性 橋梁、船舶、大型軋輥、轉(zhuǎn)子等有時(shí)會(huì)發(fā)生低應(yīng)力脆斷。 工作應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度。 原因： 構(gòu)件或零件存在裂紋。裂紋在應(yīng)力作用下失穩(wěn)擴(kuò)展，導(dǎo)致機(jī)件破斷。 斷裂韌性 材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展 斷裂的能力。 裂紋擴(kuò)展的臨界狀態(tài)所對應(yīng)的應(yīng)力場強(qiáng)度因子稱為 臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子 ，用 K1C表示，單位為 MN/m3/2，它代表材料的斷裂韌性。 裂紋尖端應(yīng)力場大小用應(yīng)力場強(qiáng)度因子 表示。 KI Y ：系數(shù) σ ：外加應(yīng)力 a ：裂紋半長 金屬材料的理化性能 一、金屬的物理性能 1. 密度 單位體積物質(zhì)的質(zhì)量稱為該物質(zhì)的 密度 。 密度小于 5 103 kg/m3 的金屬稱為輕金屬 , 如鋁、鎂、鈦及它們的合金。用于航天航空器上。 密度大于 5 103 kg/m3的金屬稱為重金屬 , 如鐵、