【正文】 差。 洛氏硬度（四）沖擊韌度（ak）金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力叫做沖擊韌度。常用一次擺錘沖擊試驗來測定金屬材料的沖擊韌度。ak = AK/A0 （J/mm2）式中：Ak—折斷試樣所消耗的沖擊功（J） Ao—試樣斷口處的原始截面積（mm2）（五）疲勞強度當金屬材料在無數(shù)次重復或交變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，叫做疲勞強度。材料的疲勞強度通常在旋轉(zhuǎn)對稱彎曲疲勞試驗機上測定。無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)，對于鋼材為107，有色金屬和某些超高強度鋼常取108。產(chǎn)生疲勞破壞的原因，一般認為是由于材料有雜質(zhì)、表面劃痕及其它能引起應(yīng)力集中的缺陷。二、 合金的基本知識（一）晶體與晶格固體物質(zhì)按其原子排列的特征，可分為晶體和非晶體。非晶體的原子作不規(guī)則的排列，如松香、玻璃、瀝青等。晶體的原子則按一定次序作有規(guī)則的排列，如金剛石、石墨及固態(tài)金屬和合金。兩者的性能差異：晶體具有一定的凝固點和熔點，非晶體沒有；晶體具有各向異性，非晶體各向同性等。 晶體中原子在空間中是按一定規(guī)律堆砌在一起的。為了便于表明晶體內(nèi)部原子排列的規(guī)律，有必要把原子抽象化，把每個原子看成一個點，這個點代表原子的振動中心。把這些點用直線連接起來，便形成一個空間格子，叫做晶格。晶格中每個點叫結(jié)點。晶格的最小單元叫做晶胞，它能代表整個晶格的原子排列規(guī)律。 在研究各種金屬的晶體結(jié)構(gòu)時，一般取出它的晶胞來研究就可以了。體 體心立方晶格 面心立方晶格最常見的晶格類型（二）金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶過程結(jié)晶是液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程，這一轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵是液態(tài)金屬的冷卻。液態(tài)金屬→溫度降至熔點附近→自發(fā)形核核心長大→液態(tài)金屬消失實際上，金屬在結(jié)晶過程中晶核沿各個方向生長的速度是不一樣的，晶核主要是沿著生長速度最大的某幾個方向發(fā)展，所以晶體實際上為樹枝狀結(jié)晶體。 冷卻曲線金屬典型的冷卻曲線如圖。曲線是在熱平衡條件下情況，平臺的出現(xiàn)是在發(fā)生著同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。如果冷卻條件比該圖還快，就是過冷。影響晶粒大小的因素及細化晶粒的方法一般來說，晶粒愈細，強度和硬度愈高，同時塑性和韌性也愈好。（1）過冷度的影響：冷卻速度愈大，過冷度愈大，晶粒愈細。（2）變質(zhì)處理：在實際生產(chǎn)中，有意向金屬液中加入某些物質(zhì)（稱為變質(zhì)劑），使它在金屬液中形成大量分散的人工制造的非自發(fā)晶核，從而獲得細小的鑄造晶粒，這種處理方法稱為變質(zhì)處理。 （3）振動：對正在結(jié)晶的金屬施以機械振動、超聲波振動和電磁振動，均可使樹枝晶尖端破碎而增加新的核心，提高形核率，使晶粒細化。鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 一種金屬能以幾種晶格類型存在的性質(zhì)，叫做同素異構(gòu)性。金屬在固態(tài)時改變其晶格類型的過程，稱為金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。對于純鐵來講，其有兩種同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變： δFe （1394℃）→ γFe （912℃）→ αFeδFe和αFe是不同體心立方晶體，γFe是面心立方晶體。（三）合金的存在形式合金是指由一種金屬元素與另外一種或多種金屬或非金屬元素通過熔煉或燒結(jié)等方法所形成的具有金屬性質(zhì)的新金屬材料。固態(tài)合金晶格形式基本上有兩種：固溶體和金屬化合物。l 固溶體是溶質(zhì)原子溶入金屬溶劑中所組成的合金。其點陣結(jié)構(gòu)仍保持溶劑金屬的結(jié)構(gòu)，只是由于溶質(zhì)原子的溶入引起晶格參數(shù)發(fā)生改變。置換固溶體：溶質(zhì)原子置換溶劑在晶格結(jié)點上的原子。固溶體 間隙固溶體：溶質(zhì)原子在固溶體中處于溶劑晶體結(jié)構(gòu)的間隙位置。l 金屬化合物是合金元素間相互作用而形成的新相。其晶格類型和性能都是新的，具有更復雜的晶體結(jié)構(gòu)，合金組織的出現(xiàn)，主要基于兩種反應(yīng)：l 共晶反應(yīng)是指在一定的溫度下,一定成分的液體同時結(jié)晶出兩種一定成分的固相的反應(yīng).l 共析反應(yīng)就是指在一定的溫度下,一定成分的固相同時析出兩種一定成分的固相的反應(yīng).由于各種條件的不同，在合金金屬里不可能只有一種晶格結(jié)構(gòu)，生成過程中也不可能是一種反應(yīng)。實際上，合金往往是不同類型晶格的機械混合。（四）鐵碳合金現(xiàn)代工業(yè)使用的金屬材料基本上都是合金。其中，對于核安全設(shè)備來講，最常見和最典型的合金就是鐵碳合金。%為工業(yè)純鐵；%%為碳鋼；%以上為鑄鐵。鐵碳合金的幾個基本形式：鐵素體（F）鐵素體是碳溶解在αFe中形成的間隙固溶體。顯微鏡下觀察，鐵素體呈灰色并有明顯大小不一的顆粒形狀。由于αFe晶粒的間隙小，溶解碳量極微，%（727℃）所以是幾乎不含碳的純鐵。 性能： Rm =180～230MPa HB=50～80 A =30～50% Z=70～80%滲碳體（Fe3C）滲碳體是鐵與碳形成的穩(wěn)定化合物，%。顯微鏡下觀察，滲碳體呈銀白色光澤。滲碳體在一定條件下可以分解出石墨，性能：HB=800，硬度很高，脆性極大，是鋼中的強化相。奧氏體（A）奧氏體是碳溶解在γFe中形成的間隙固溶體。顯微鏡觀察，奧氏體呈現(xiàn)外形不規(guī)則的顆粒狀結(jié)構(gòu)，并有明顯的界限。γFe的溶碳能力較高，%（1148℃）。由于γFe一般存在于727～1394℃之間，所以奧氏體也只出現(xiàn)在高溫區(qū)域內(nèi)。性能： A=40～50%，具有良好的塑性和低的變形抗力。是絕大多數(shù)鋼種在高溫進行壓力加工所需的組織。珠光體（P）珠光體是鐵素體和滲碳體組成的共析體。顯微鏡觀察，珠光體呈層片狀特征，表面具有珍珠光澤，因此得名。%，在727℃以下溫度范圍內(nèi)存在。 性能： Rm=750MPa HB=160～180 較高 A =20～25% Z=30～40% 適中萊氏體（Ld）萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的共晶體。%的液體冷卻到1148℃時發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，生成高溫萊氏體。合金繼續(xù)冷卻到727℃時，其中的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，故室溫時由珠光體和滲碳體組成，叫低溫萊氏體。統(tǒng)稱萊氏體。（五）鐵碳合金組織重要轉(zhuǎn)換溫度Ac1: 鋼加熱時，開始形成奧氏體的溫度；Ac3：亞共析鋼（%%）加熱時，所有鐵素體均轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度； Ar1：鋼高溫奧氏體化后冷卻時，奧氏體分解為鐵素體和珠光體的溫度； Acm：過共析鋼（%%）在平衡狀態(tài)下，奧氏體和滲碳體或碳化物共存的最高溫度，即過共析鋼的上臨界點。三、鋼材的化學成分及其對性能的影響鋼材的主要化學成分是鐵和少量的碳，另外還有一些合金元素和有害雜質(zhì)元素，這些元素對鋼材的性能影響很大。，隨著碳含量的增加，鋼材的抗拉強度和屈服強度增加，特別是低溫沖擊韌性降低，焊接性也變壞，所以鋼材中的碳含量不能過高。錳是結(jié)構(gòu)鋼的合金元素，錳對脫鋼中的有害元素的含量有作用，能減除硫的有害作用，但過量時會使鋼材變脆和塑性降低。硅因能使鋼中純鐵體晶粒細小和均勻分布，是一種熔煉有較好性能鎮(zhèn)靜鋼的脫氧劑，適量的硅可以提高鋼的強度，過量的硅會降低鋼的塑性和沖擊韌性，惡化鋼材的抗腐蝕性和焊接性。硫硫和鐵化合成硫化鐵，散布在純鐵體層中，當溫度在8001200度時熔化而使鋼材出現(xiàn)裂紋，稱為“熱脆”現(xiàn)象，使鋼的焊接性變壞，硫還能降低鋼的塑性和沖擊韌性。氧有害作用同硫，增加鋼的脆性磷磷使鋼材在低溫時韌性降低并容易產(chǎn)生脆性破壞，稱為“冷脆”現(xiàn)象，高溫時也使鋼的塑性變差。氮作用類似于磷，能顯著降低鋼的塑性和沖擊韌性并增大其“冷脆”性。四、鋼材熱處理的基本知識：熱處理是金屬材料獲得良好和穩(wěn)定性質(zhì)的重要工藝。與金屬為成型和焊接不得不要經(jīng)歷的液相到固相，固相到固相的復雜的性能變化不同，熱處理是通過可控的溫度變化，通過金屬固相到固相的轉(zhuǎn)變，得到更好更穩(wěn)定的性能。1. 退火將鋼件加熱到Ac3+30～50度或Ac1+30～50度或Ac1以下的溫度（可以查閱有關(guān)資料）后，一般隨爐溫緩慢冷卻。目的：，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能；，改善力學性能，為下一步工序做準備；、熱加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。適用于合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼的鍛件、焊接件以及供應(yīng)狀態(tài)不合格的原材料；一般在毛坯狀態(tài)進行退火 。將鋼件加熱到Ac3或Accm 以上30～50度，保溫后以稍大于退火的冷卻速度冷卻。目的：降低硬度，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能；細化晶粒，改善力學性能，為下一步工序做準備；消除冷、熱加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。 正火通常作為鍛件、焊接件以及滲碳零件的預先熱處理工序。對于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素結(jié)構(gòu)鋼及低合金鋼件，也可作為最后熱處理。對于一般中、高合金鋼，空冷可導致完全或局部淬火，因此不能作為最后熱處理工序。 將鋼件加熱到相變溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時間，然后在水、硝鹽、油、或空氣中快速冷卻。 目的：淬火一般是為了得到高硬度的馬氏體組織，有時對某些高合金鋼（如不銹鋼、耐磨鋼）淬火時，則是為了得到單一均勻的奧氏體組織，以提高耐磨性和耐蝕性。%的碳鋼和合金鋼；淬火能充分發(fā)揮鋼的強度和耐磨性潛力，但同時會造成很大的內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的塑性和沖擊韌度，故要進行回火以得到較好的綜合力學性能。有時需要配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。將淬火后的鋼件重新加熱到Ac1以下某一溫度，經(jīng)保溫后，于空氣或油、熱水、水中冷卻。目的：降低或消除淬火后的內(nèi)應(yīng)力，減少工件的變形和開裂；調(diào)整硬度，提高塑性和韌性，獲得工作所要求的力學性能；穩(wěn)定工件尺寸。 保持鋼在淬火后的高硬度和耐磨性時用低溫（150～250℃）回火；在保持一定韌度的條件下提高鋼的彈性和屈服強度時用中溫（350～500℃）回火；以保持高的沖擊韌度和塑性為主，又有足夠的強度時用高溫（500～650℃）回火；一般鋼盡量避免在230～280度、不銹鋼在400～450℃之間回火，因為這時會產(chǎn)生一次回火脆性。 淬火后高溫回火稱調(diào)質(zhì)，即將鋼件加熱到比淬火時高10～20℃的溫度，保溫后進行淬火，然后在400～720℃的溫度下進行回火。 目的：改善切削加工性能，提高加工表面光潔程度；減小淬火時的變形和開裂；獲得良好的綜合力學性能。適用于淬透性較高的合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和高速鋼；不僅可以作為各種較為重要結(jié)構(gòu)的最后熱處理，而且還可以作為某些緊密零件，如絲杠等的預先熱處理，以減小變形。 將鋼件加熱到80200℃，保溫520小時或更長時間，然后隨爐取出在空氣中冷卻。 目的：穩(wěn)定鋼件淬火后的組織，減小存放或使用期間的變形；減輕淬火以及磨削加工后的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定形狀和尺寸。 適用于經(jīng)淬火后的各鋼種；常用于要求形狀不再發(fā)生變化的緊密工件，如緊密絲杠、測量工具、床身機箱等。 將淬火后的鋼件，在低溫介質(zhì)（如干冰、液氮）中冷卻到－60～－80度或更低，溫度均勻一致后取出均溫到室溫。 目的：使淬火鋼件內(nèi)的殘余奧氏體全部或大部轉(zhuǎn)換為馬氏體，從而提高鋼件的硬度、強度、耐磨性和疲勞極限；穩(wěn)定鋼的組織 ，以穩(wěn)定鋼件的形狀和尺寸。 鋼件淬火后應(yīng)立即進行冷處理，然后再經(jīng)低溫回火，以消除低溫冷卻時的內(nèi)應(yīng)力；冷處理主要適用于合金鋼制的緊密刀具、量具和緊密零件。 8．火焰加熱表面淬火 用氧－乙炔混合氣體燃燒的火焰，噴射到鋼件表面上，快速加熱，當達到淬火溫度后立即噴水冷卻。 目的：提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，心部仍保持韌性狀態(tài)。 多用于中碳鋼制件，一般淬透層深度為2～6mm；適用于單件或小批量生產(chǎn)的大型工件和需要局部淬火的工件。 9．感應(yīng)加熱表面淬火 將鋼件放入感應(yīng)器中，使鋼件表層產(chǎn)生感應(yīng)電流，在極短的時間內(nèi)加熱到淬火溫度，然后噴水冷卻。 目的：提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，心部保持韌性狀態(tài)。 多用于中碳鋼和中合金結(jié)構(gòu)鋼制件；由于肌膚效應(yīng)，高頻感應(yīng)淬火淬透層一般為1～2mm，中頻淬火一般為3～5mm，高頻淬火一般大于10mm． 10．滲碳 將鋼件放入滲碳介質(zhì)中，加熱至900～950℃并保溫，使鋼件便面獲得一定濃度和深度的滲碳層。 目的：提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，心部仍然保持韌性狀態(tài)。用于含碳量為0．15％～0．25％的低碳鋼和低合金鋼制件，一般滲碳層深度為0．5～2．5mm；滲碳后必須進行淬火，使表面形成馬氏體，才能實現(xiàn)滲碳的目的。 11．氮化 利用在500～600℃時氨氣分解出來的活性氮原子，使鋼件表面被氮飽和，形成氮化層。 目的：提高鋼件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度以及抗蝕能力。應(yīng)用要點：多用于含有鋁、鉻、鉬等合金元素的中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，以及碳鋼和鑄鐵，一般氮化層深度為0．025～0．8mm． 12．氮碳共滲 向鋼件表面同時滲碳和滲氮。 目的：提高鋼件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度以及抗蝕能力。 多用于低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼以及工具鋼制件，一般氮化層深0．02～3mm；氮化后還要淬火和低溫回火第五節(jié) 國標中金屬材料的分類、牌號及表示方法一、金屬材料的分類鋼的牌號簡稱鋼號，是對每一種具體鋼產(chǎn)品所取的名稱，是人們了解鋼的一種共同語言。國家標準《鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法》（GB/T221—2000）將鋼的分類一種是按化學成分分類，見表2－1；一種是按產(chǎn)品名稱、用途、特性等分類，見表2－2。表2－1 常用化學元素符號2－2 產(chǎn)品名稱、用途、特性和工藝方法表示符號二、常用鋼材牌號表示方法 金屬材料牌號的表示方法根據(jù)國家標準《鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法》（GB/T2212000）中規(guī)定，采用漢語拼