1、一、本课程的性质和内容一、本课程的性质和内容1、本课程的性质、本课程的性质 2、本课程的内容、本课程的内容 生产准备生产准备毛坯制造毛坯制造机械加工机械加工装配调试装配调试（车，铣，（车，铣，刨，磨，刨，磨，钻，镗等）钻，镗等）（组装，（组装，部装，总部装，总装）装）（铸造，（铸造，锻造，焊锻造，焊接，冲压接，冲压等）等）机电类专业的主干专业基础课机电类专业的主干专业基础课机械制造机械制造： 将原材料制成零件的毛坯，将毛坯加工成机将原材料制成零件的毛坯，将毛坯加工成机械零件，再将零件装配成机器的整个过程。械零件，再将零件装配成机器的整个过程。（市场（市场调查，调查，购买原购买原材料）材料）（1
2、）了解和掌握常用的工程材料；）了解和掌握常用的工程材料；（2）了解和掌握铸造、锻造、焊接、切削加）了解和掌握铸造、锻造、焊接、切削加工和特种加工；工和特种加工；（3）熟悉机械制造全过程，并了解现代机械）熟悉机械制造全过程，并了解现代机械制造技术。制造技术。工程材料工程材料金属材料金属材料非金属材料非金属材料复合材料复合材料黑色金属黑色金属有色金属有色金属高分子高分子材料材料陶瓷材料陶瓷材料金属基金属基复合材料复合材料非金属基非金属基复合材料复合材料第一章第一章 工程材料的基本知识工程材料的基本知识工程材料主要性能使用性能工艺性能力学性能力学性能物理性能、化学性能物理性能、化学性能铸造性、锻造性
3、、焊接性铸造性、锻造性、焊接性切削加工性、热处理性切削加工性、热处理性第一章第一章 工程材料的基本知识工程材料的基本知识1.1.11.1.1金属材料力学性能金属材料力学性能 金属力学性能是指在外载荷作用下其抵抗金属力学性能是指在外载荷作用下其抵抗变形或破坏变形或破坏的能力。的能力。常用的主要有常用的主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。等。 强度指金属材料在外载荷的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力强度指金属材料在外载荷的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力 。 强度分为强度分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强
4、度、抗剪强度度等。等。1.1 金属材料金属材料1 1、两种基本变形、两种基本变形 弹性变形弹性变形 塑性变形塑性变形 材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失而消失的变形，称为这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形弹性变形。当外力去除后当外力去除后不能恢复其原来形状，称为不能恢复其原来形状，称为塑性变形塑性变形F1.1 金属材料金属材料2、拉伸试验（、拉伸试验（GB6397-1986）1.1 金属材料金属材料2、试样处于屈服点时，长度不再继续伸长。 （ ）1.1 金属材料金属材料表面越粗糙，取样长度就越大。表面
5、越粗糙，取样长度就越大。二、材料的拉伸曲线二、材料的拉伸曲线1 1、oeoe段：直线、弹性变性段：直线、弹性变性2 2、eses段：曲线、弹性变形段：曲线、弹性变形+ +塑性变形塑性变形5 5、b b点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。伸力达到最大值，试样即将断裂。3 3、s ss s段：水平线（略有波动）明显段：水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。不变，试样连续伸长。注意：注意：试样处于屈服点时，长度试样处于屈
6、服点时，长度继续继续伸长。伸长。4 4、s sb b曲线：弹性变形曲线：弹性变形+ +均匀塑性变形均匀塑性变形低碳钢的力低碳钢的力伸长曲线伸长曲线1.1 金属材料金属材料三、强度的指标三、强度的指标2 2、抗拉强度、抗拉强度指试样拉断前所承受的最大拉应力。指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。1 1、屈服强度、屈服强度b = F Fb b / S/ S0 0 当材料的内应力当材料的内应力b b 时，材料将产生断裂。时，材料将产生断裂。bb常用作脆性材料的选材和设计的依据。常用作脆性材料的选材和设计的依据。 符号：符
7、号： s 材料产生屈服现象时的最小应力材料产生屈服现象时的最小应力s s = F= Fs s / S/ S0 0 Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（mm） 条件屈服强度条件屈服强度1.1 金属材料金属材料02 . 02 . 0SF=四、塑性指标四、塑性指标 塑性是金属材料在外载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能塑性是金属材料在外载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。1 1、断后伸长率、断后伸长率指试样指试样 拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。拉
8、断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。L0:L0:标距（本实验标距（本实验L=100L=100）Lk:Lk:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。K应用中：应用中：10试样试样 L0=10d0 5 试样试样 L0=5d01.1 金属材料金属材料1.1 金属材料金属材料2 2、断面收缩率、断面收缩率 指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。积的百分比。=(S=(S0 0-S-SK K)/S)/S0 0 x 100%x 100%说明：说明：、值愈大，表明材料的塑
9、性愈好。值愈大，表明材料的塑性愈好。式中式中 S0试样变形前断面积，试样变形前断面积，mm； Sk试样拉伸缩颈后最小断面积，试样拉伸缩颈后最小断面积，mm；用卡尺直接量出。；用卡尺直接量出。1.1 金属材料金属材料五、硬度五、硬度 1 1、定义：、定义：指金属材料抵抗比它更硬的物体压入其表指金属材料抵抗比它更硬的物体压入其表面局部表面的能力。面局部表面的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。物理含义与试验方法有关。 硬度越高硬度越高, ,耐磨性越好耐磨性越好, ,强度越高强度越高. . 2 2、硬度的测试方法、硬度的测试方法 （1 1）布氏硬
10、度）布氏硬度 （2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 （3 3）维氏硬度）维氏硬度1.1 金属材料金属材料 布氏硬度布氏硬度HBS 用于测定软性材料（用于测定软性材料（HBS450）1.1 金属材料金属材料1 1、布氏硬度试验、布氏硬度试验（布氏硬度计） 原理原理: :用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面力，测量材料表面压痕直径压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。Dd
11、6 . 024. 0当当F、D一定时，一定时，d越小，材料的硬度值越大，被测材料越硬；越小，材料的硬度值越大，被测材料越硬；d越大，硬度值越小，越大，硬度值越小，被测材料越软被测材料越软。（1） 压头直径为压头直径为D： 钢球钢球S或硬质合金或硬质合金球球 W；（2）试验力）试验力F：保持规定时间：保持规定时间t。（3）压痕直径）压痕直径d：用放大镜在互相垂直：用放大镜在互相垂直方向上测两次取平均值；方向上测两次取平均值； （4）硬度值：压痕单位面积压力）硬度值：压痕单位面积压力F/S。 (硬度值不标单位硬度值不标单位) 布氏硬度试验原理图布氏硬度试验原理图1.1 金属材料金属材料 2 2、布
12、氏硬度值、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。 如： 120HBS 500HBW 3、表示方法、表示方法 150HBS 10/1000/30 10mm淬火钢球在1000kg载荷作用下保持30s（1015s不标注）测得的硬度值为150；w-硬质合金 5 5、测量范围、测量范围 用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等. . 4 4、优缺点、优缺点 （1 1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁） （2 2）可测的硬度值不高，
13、）可测的硬度值不高，HBSHBS适用于测量硬度值小于适用于测量硬度值小于450450的材料；的材料；HBWHBW适用于适用于硬度值小于硬度值小于650650的材料。的材料。 （3 3）不宜测试成品与薄件）不宜测试成品与薄件 （4 4）测量费时，效率低）测量费时，效率低1.1 金属材料金属材料 洛氏硬度洛氏硬度HRC 用于测定硬质表面材料（用于测定硬质表面材料（2067 HRC）1.1 金属材料金属材料1 1、洛氏硬度试验、洛氏硬度试验（洛氏硬度计） 原理原理: :洛氏硬度用用顶角为120的金刚石圆锥或金刚石圆锥或直径为1.588的淬火钢球，在淬火钢球，在规定的试验力的作用下压入试样表面，经规定
14、时试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。痕硬度试验。 如图所示，00为金刚石压头还没有和试样接触的位置。11是在初试验力作用下压头所处的位置，压入深度为h1，目的是为了消除由于试样表面不光洁对试验结果的精确性造成的不良影响。图中22在总试验力（初试力主试验力）作用下压头所处位置，压入深度为h2。 33是卸除主试验力后压头所处的位置，由于金属弹性变形得到恢复，此时压头实际压入深度为h3。故由于主试验力所引起的塑性变形而使压头压入深度为hh3h1。1.1 金属材料金属材料
15、洛氏硬度值由h的大小确定，压入深度h越大，硬度越低；反之，则硬度越高。一般说来，按照人们习惯上的概念，数值越大，硬度越高。因此采用一个常数k减去h来表示硬度的高低。并用每0.002的压痕深度为一个硬度单位。由此获得的硬度值称为洛氏硬度值，用符号表示。 HR=K-bd/0.002 金刚石压头K为100；淬火钢球压头K为130. 2、表示方法、表示方法 3 3、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出 如：如：50HRC 50HRC （无单位）（无单位）1.1 金属材料金属材料 上述洛氏硬度的三种标尺中，以应用最多，一般经淬火
16、处理的钢或工具都采用测量。在中等硬度情况下，洛氏硬度与布氏硬度之间关系约为1：10，如40相当于400。如50，表示用标尺测定的洛氏硬度值为50。硬度值应在有效测量范围内（为2067）为有效。 标尺 压头类型 总试验力 kgf 硬度值有效范围 应用 HRA HRB HRC 120金刚石圆锥体 ( 1.588)钢球 120金刚石圆锥体 600 1000 1500 708525100 2067硬质合金、表面淬火层或渗碳层有色金属、退火、正火钢等 淬火钢、调质钢等 4、常用洛氏硬度标尺及适用范围、常用洛氏硬度标尺及适用范围 1.1 金属材料金属材料 5、试验优缺点、试验优缺点 优点：优点： 操作简单
17、迅速，效率高，直接从指示器上可读出硬度值； 压痕小，故可直接测量成品或较薄工件的硬度； 对于和采用金刚石压头，可测量高硬度薄层和深层的材料。 缺点：缺点：由于压痕小，测得的数值不够准确，通常要在试样不同部位测定四次以上，取其平均值为该材料的硬度值。1.1 金属材料金属材料1 1、维氏硬度试验、维氏硬度试验 原理原理: :用夹角为用夹角为136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度）压入试样表面，测出压痕对角线长度d d。2 2、维氏硬度值、维氏硬度值 用压痕对角
18、线长度表示。用压痕对角线长度表示。如：如：640HV640HV。 4 4、测量范围、测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（2 2）可测成品与）可测成品与薄件（薄件（3 3）试样表面要求高，费工。）试样表面要求高，费工。1.1 金属材料金属材料 例例1、说明下列符号的含义及其所表示的机械性能指标的物理说明下列符号的含义及其所表示的机械性能指标的物理意义：意义： s，b，HRC，180HBS10/1000/30。 答：答：s（
19、屈服强度）表示金属材料抵抗微量塑性变形的（屈服强度）表示金属材料抵抗微量塑性变形的能力。能力。 b（抗拉强度）表示金属材料抵抗最大均匀塑性变（抗拉强度）表示金属材料抵抗最大均匀塑性变形或断裂的能力。形或断裂的能力。 HRC洛氏硬度（洛氏硬度（c种）试验压头为种）试验压头为120金刚石圆锥金刚石圆锥体。体。 180HBS10/1000/30表示用直径为表示用直径为10mm的淬火钢的淬火钢球在球在1000kgf的载荷作用下时间保持的载荷作用下时间保持30s所测得的布氏硬度值所测得的布氏硬度值为为180。1.1 金属材料金属材料冲击韧性冲击韧性金属抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力金属抵抗冲击载荷作用
20、而不被破坏的能力。（。（冲击试验测定冲击试验测定) ) 在冲击载荷下工作的零件，很少是受大能量一次冲击而破坏的；往往是受在冲击载荷下工作的零件，很少是受大能量一次冲击而破坏的；往往是受小能量多次重复冲击而破坏的。小能量多次重复冲击而破坏的。冲击韧性值越大，材料韧性越好；冲击韧性值越大，材料韧性越好；六六 冲击韧性冲击韧性低冲击韧低冲击韧性值部分性值部分高冲击韧性之部分高冲击韧性之部分韧脆转变温韧脆转变温度范围度范围kykyt t冲击韧性值随温度的降低而减小。冲击韧性值随温度的降低而减小。韧脆转变温度越低，材料的低温冲击性越好韧脆转变温度越低，材料的低温冲击性越好、 1.1 金属材料金属材料用冲
21、击试验测定冲击韧度用冲击试验测定冲击韧度 1.1 金属材料金属材料10nn0n 循环基数钢：7010n有色金属：8010n七、七、 疲劳强度和蠕变强度疲劳强度和蠕变强度 1、疲劳强度、疲劳强度 金属材料经受无数次交变载荷而不 引起断裂的最大应力值称为材料的疲劳强度。 在交变载荷的作用下，零件所承受的最大应力值虽然远小于其屈服强度 ，但经过多次循环后，零件在无显著的外形变形情况下却会发生断裂，这种断裂称为疲劳断裂疲劳断裂。 零件结构设计中尽量避免尖角、缺口和截面突变，降低表面粗糙度以及采用各种表面强化处理提高疲劳强度。1.1 金属材料金属材料 2、蠕变强度、蠕变强度 金属在高温长时间应力作用下，
22、即使所加应力小于该金属在高温长时间应力作用下，即使所加应力小于该温度下的屈服强度，也会逐渐产生明显的塑性变形直至断温度下的屈服强度，也会逐渐产生明显的塑性变形直至断裂的现象称为裂的现象称为蠕变蠕变。 注意：注意：在长期高温载荷的作用下，金属材料对塑性变在长期高温载荷的作用下，金属材料对塑性变形的抵抗能力称为形的抵抗能力称为蠕变蠕变强度强度。1.1 金属材料金属材料八、几种常用金属材料的力学性能、几种常用金属材料的力学性能 牌牌 号号力力 学学 性性 能能 应应 用用b/MPas%HBSHRCkQ235-A40023526工程结构工程结构45钢钢6101622955（淬火）（淬火）轴、杆轴、杆Z
23、G310-570570310153铸钢件铸钢件ZAlSi2143450活塞活塞HT250250气缸体气缸体QT700-27004202270曲轴曲轴1.1 金属材料金属材料 1、铁碳合金相图表示铁碳合金在不同成分和温度下的、铁碳合金相图表示铁碳合金在不同成分和温度下的成分、组织和性能以及它们之间相互关系的图形。又成分、组织和性能以及它们之间相互关系的图形。又称铁碳合金状态图或铁碳合金平衡图。是通过实验的称铁碳合金状态图或铁碳合金平衡图。是通过实验的方法建立起来的。方法建立起来的。 2、铁碳合金在液态时可以无限互溶，在固态下碳可溶、铁碳合金在液态时可以无限互溶，在固态下碳可溶于铁中形成于铁中形成
24、固溶体固溶体。还可形成固溶体和化合物组成的。还可形成固溶体和化合物组成的机械混合物机械混合物。 3、作用：是研制新材料，制定合金熔炼、铸造、压力、作用：是研制新材料，制定合金熔炼、铸造、压力加工和热处理等工艺的重要工具。加工和热处理等工艺的重要工具。1.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图 1、固溶体、固溶体 部分碳溶于铁的晶格间隙，铁的晶格类型不变（有一定的畸变）。 1）、铁素体（）、铁素体（F）：）：碳溶解在碳溶解在-Fe中形成的间隙固溶体。中形成的间隙固溶体。 性能性能-强度和硬度低，塑性和韧性好。强度和硬度低，塑性和韧性好。 铁素体铁素体F 600 0.006%C 727 0.0218%C
25、 力学性能：力学性能：b = 250MPa； = 45%50%； HBS = 80。 2）、奥氏体（）、奥氏体（A）：）：碳与碳与-Fe形成的间隙固溶体。高温组织，在大于形成的间隙固溶体。高温组织，在大于727（0.77%）时存在。）时存在。1148（2.11%) 性能性能-塑性好，强度和硬度高于塑性好，强度和硬度高于F。在锻造、轧制时常要加热到。在锻造、轧制时常要加热到A，可提高，可提高塑性，易于加工。塑性，易于加工。 力学性能：力学性能： b = 250 350MPa ；= 40%45%。 HBS= 160200； 一、一、 铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织1.1 金属材料金属材料1.
26、1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图 （石墨）（石墨）2、金属化合物、金属化合物 1）、）、渗碳体（渗碳体（ Fe3C ）：）：铁与碳铁与碳(6.69%)形成的金属形成的金属化合物。化合物。 性能性能-高熔点（高熔点（1227）、高硬度）、高硬度（9501050HV），脆性大，塑性和韧性几乎为零。），脆性大，塑性和韧性几乎为零。铸铸铁生产铁生产 用用硬质合金硬质合金800 HBW 头测定头测定 1.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图3、同晶粒内的机械混合物同晶粒内的机械混合物 白色白色F基体中嵌入黑片状基体中嵌入黑片状Fe 3C 有良好的力学性能：良好的力学性能： b = 750MPa ； =20
27、%25% ； k = 30-40（J/cm2）。 1）珠光体）珠光体 P （F+Fe 3C）F与与Fe3C组成组成的机械混合物。的机械混合物。 性能性能-力学性能介于两者之力学性能介于两者之间。强度较高，硬度适中，具有间。强度较高，硬度适中，具有一定的塑性一定的塑性1.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图2、莱氏体（、莱氏体（ Ld ）：）： A与与Fe3C组成的机械混合物组成的机械混合物 (0.43% 1148）727以上为高温以上为高温Ld（A+ Fe 3C）727以下为低温以下为低温Ld（ P+ Fe 3C ） 力学性能与力学性能与 Fe 3C 相似，硬而脆，相似，硬而脆，塑性差塑性差。1.
28、1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图二、二、 铁碳合金状态图铁碳合金状态图显示各种不同碳量的铁碳合金显示各种不同碳量的铁碳合金在不同温度下组织形态的热分析图形在不同温度下组织形态的热分析图形1.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图一）、铁碳相图分析一）、铁碳相图分析 1、相图的坐标、相图的坐标纵坐标纵坐标：代表温度。：代表温度。横坐标横坐标：代表含碳量。：代表含碳量。 2、特性点、特性点 A点：纯铁的熔点点：纯铁的熔点 1538 C点：共晶点点：共晶点 1148 D点：渗碳体的熔点点：渗碳体的熔点 1227 S点：共析点点：共析点 727 G点：纯铁的同素异晶转变点点：纯铁的同素异晶转变点 E点：点：
29、C在在-Fe中最大溶解度中最大溶解度 1148 P点：点：C在在-Fe中最大溶解度中最大溶解度 727 Q点：室温时点：室温时C在在-Fe中最大溶解度中最大溶解度9121.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图3、特性线、特性线 ACD：液相线：液相线，液相冷却至，液相冷却至此开始析出固相，固相加热至此此开始析出固相，固相加热至此全部转化为液相。全部转化为液相。 AECF：固相线：固相线，液态合金至，液态合金至此线全部结晶为固相，固相加热此线全部结晶为固相，固相加热至此开始转化。至此开始转化。 GS：A开始析出开始析出F的转变线的转变线，加热时加热时F全部溶入全部溶入A，又称，又称A3线。线。 ES
30、：C在在A中的溶解度曲线中的溶解度曲线，又称又称Acm线。线。1.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图 ECF：共晶线：共晶线（1148）含C量2.11 % -6.69%的铁碳合金至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物-莱氏体Ld。 PSK：共析线：共析线，（727）含C量在0.0218 % -6.69%的铁碳合金至此反生共析反应，产生珠光体P ，又称A1线。包晶部分包晶部分AL+AA+Fe3C1+LdLd+Fe3C1A+Fe3C1P+Fe3C1P+Fe3C1+LdLd+Fe3C1F+PFe3CLdLd1.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图 5、铁的分类、铁的分类 纯铁纯铁 （0.0218%）
31、钢钢 （2.11%） 共析钢共析钢 (P） 亚共析钢亚共析钢 (F+P) 过共析钢（过共析钢（P=Fe3C) 共晶白口铸铁共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁铁碳合金相图铁碳合金相图包晶部分AL+AA+Fe3C1+LdLd+Fe3C1A+Fe3C1P+Fe3C1P+Fe3C1+LdLd+Fe3C1F+PFe3CLdLdLdP+Fe3C1+LdLd+Fe3C1 4、四个基本相、四个基本相 液相液相(L)； 奥氏体奥氏体(A)； 铁素体铁素体(F)； 渗碳体相渗碳体相( Fe 3C)。1.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图2、Fe C合金状态图的特性分析合金状态图
32、的特性分析1）共晶线共晶线ECF （C点点共晶点）共晶点） 说明：含说明：含2.06%6.67%C的的 Fe C合金合金(生铁生铁)都将在都将在1148时发生莱氏体转变，即共晶转变。时发生莱氏体转变，即共晶转变。1148表示共晶反应表示共晶反应：1.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图2）共析线共析线PSK （S点共析点点共析点）说明：含说明：含0.0218%2.06%C的的 Fe C合金合金(钢钢)都将在都将在727 时发生时发生珠光体转变珠光体转变，即，即共析共析 转变转变。在热处理中，该线温在热处理中，该线温 度常以度常以A1表示，表示，冷却时用冷却时用Ar1，加热时用，加热时用Ac1。72
33、7表示共析反应：表示共析反应：1.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图3）两条固溶线两条固溶线GS、ES ES 自高碳奥氏体冷却过自高碳奥氏体冷却过程中析出程中析出 Fe3C的起始线。的起始线。温度常以温度常以 Acm表示。表示。（冷却：（冷却：Arm；加热：；加热：Acm） GS 自低碳奥氏体冷却过自低碳奥氏体冷却过程中析出铁素体晶粒的起始程中析出铁素体晶粒的起始线，该温度常以线，该温度常以 A3表示。表示。（冷却：（冷却：Ar3；加热：；加热：Ac3）1.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图四、四、 铁碳合金分类铁碳合金分类(据C%不同分) 以以E点（点（C2.06 % ）为）为界，分为界，分为钢
34、和生铁钢和生铁两类。两类。生铁结晶时有莱氏体转变，生铁结晶时有莱氏体转变，组织中有莱氏体。组织中有莱氏体。 钢以钢以S点（点（0.77%C） 为界，分为：为界，分为： 亚共析钢亚共析钢 C0.77%； 共析钢共析钢 C0.77%； 过共析钢过共析钢 C0.77%。1.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图 生铁以生铁以C点（点（4.3%C）为界，分为：）为界，分为： 亚共晶生铁亚共晶生铁 2.06%C4.3%； 共晶生铁共晶生铁 C4.3% ； 过共晶生铁过共晶生铁 C4.3%6.67。 铸铁：一般是指用来制造铸铁：一般是指用来制造 铸件的生铁，为亚共晶生铸件的生铁，为亚共晶生 铁。铁。C2.8 %
35、 4.0 % 。 注意：注意：含碳量大于含碳量大于6.69%的铁的铁碳合金在工业中没有实用意义。碳合金在工业中没有实用意义。1.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图相 图 訣温度成分建坐标，铁碳二元要记牢。两平三垂标特点，九星闪耀五狐交。共晶共析液固线，十二面里组织标。基本组织先标好，相间组织共逍遥。分析成分断组织，铸锻处理离不了。1.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图三、含碳量对铁碳合金组织与性能的影响三、含碳量对铁碳合金组织与性能的影响 1、含碳量对铁碳合金组织的、含碳量对铁碳合金组织的影响影响 含碳量增加，渗碳体增加，渗含碳量增加，渗碳体增加，渗碳体形态变化，说明铁碳合金具碳体形态变化，说明铁
36、碳合金具有不同的组织，具有不同的性能。有不同的组织，具有不同的性能。 2、含碳量对铁碳合金性能的、含碳量对铁碳合金性能的影响影响 1.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图四、四、 铁碳相图的应用铁碳相图的应用1、选用材料：、选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，从而由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的性能来导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的性能来选择不同含碳量的材料。选择不同含碳量的材料。2、判断切削加性能：、判断切削加性能： 低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；
37、中碳钢中铁素体含量比低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。例适当，钢的硬度适当，易于加工。3、制定热加工工艺：、制定热加工工艺： 在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，含在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，含碳量为碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢材的轧制的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。和锻造的温度范围应在奥氏体区。4、应用于热处理生产：、应用于热处理生产： 由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进行热由相图
38、可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。处理。并且可以正确选择加热温度。1.1.2 铁碳合金相图铁碳合金相图 包括：包括：强度、刚度、韧性、蠕变性、减磨性等强度、刚度、韧性、蠕变性、减磨性等。 高分子材料：高分子材料：塑性、刚度、韧性较低，减磨。塑性、刚度、韧性较低，减磨。 陶瓷材料：陶瓷材料：在常温下受外力作用时不产生塑性变形，在弹性变在常温下受外力作用时不产生塑性变形，在弹性变形后直接发生断裂，冲击韧度、断裂韧度和抗拉强度比金属低形后直接发生断裂，冲击韧度、断裂韧度和抗拉强度比金属低很多。很多。 主要力学性能：主要力学性能：强度和变形强度和变
39、形。 1、强度：陶瓷、玻璃用弯曲试验；高聚合物用拉伸试验。、强度：陶瓷、玻璃用弯曲试验；高聚合物用拉伸试验。 2、变形：需考虑蠕变、松弛指标，蠕变性能决定材料长期在载、变形：需考虑蠕变、松弛指标，蠕变性能决定材料长期在载荷作用下的工作性能。荷作用下的工作性能。 松弛：总变形不变，塑性变形增大，弹性变形减小，载荷与应松弛：总变形不变，塑性变形增大，弹性变形减小，载荷与应力逐渐降低的现象。力逐渐降低的现象。1.2 非金属材料的力学性能非金属材料的力学性能人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
