机械制造基础第2版 第1章 机械工程材料

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1、第一章机械工程材料1.1金属的晶体结构与结晶1.1.1金属的晶体结构1.晶体的基本概念:固态物质按其原子排列的特征，可分为晶体和非晶体两种。非晶体的原子在空间呈短程有序排列，晶体的原子是长程有规则地、按一定几何形状排列的.1.1.1金属的晶体结构(续)2.常见的金属晶格类型:体心立方晶格,面心立方晶格,密排六方晶格.3.金属的实际晶体结构单晶体、多晶体、晶粒与晶界的概念。1．1．2金属的结晶1.冷却曲线2.金属的结晶过程金属的同素异构转变纯铁的冷却曲线同素异构转变实质上也是一种结晶过程，同样遵循结晶的基本规律，因而称为二次结晶。1.1.3晶体缺陷点缺陷线缺陷面缺陷每一种晶

2、体缺陷，都会使缺陷处的晶格产生畸变。晶格畸变使晶体塑性变形抗力增大，导致金属材料强度和硬度提高。1.2铁碳合金平衡图1.2.1合金的相结构1.合金的基本概念：合金是由两种或两种以上的金属元素（或金属与非金属元素）组成的具有金属特性的物质。组成合金的最基本的、独立的物质称为组元。由两个组元组成的合金称为二元合金。由若干给定组元可以配制成一系列成分不同的合金，构成一个合金系。在金属或合金中，凡是成分相同、结构相同，具有相同的物理和化学性能，并与该系统其它部分有界面分开的物质部分，称为相。2合金的相结构：固溶体，金属化合物1.2.2合金的组织将金属或合金制成金相试样，借助于金相

3、显微镜，看到的试样内部各组成相晶粒的大小、方向、形状、排列状况等的构造情况，称为显微组织，通常简称为组织。组织是决定金属材料性能的主要因素。1.2.3铁碳合金的基本组织1.铁素体：铁素体是碳溶于α-Fe所形成的间隙固溶体，用符号F表示2.奥氏体：奥氏体是碳溶于γ-Fe所形成的间隙固溶体用符号A表示3.渗碳体：渗碳体是铁和碳所形成的具有复杂晶体结构的金属化合物，用其分子式Fe3C表示。4.珠光体：珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号P表示。5.莱氏体：莱氏体是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物，用符号Ld表示。1.2.4Fe-Fe3C平衡图铁碳合金平衡图是表示在极其

4、缓慢的加热或冷却条件下，不同成分的铁碳合金，在不同的温度下所具有的状态或组织的图形，因此也称为状态图。1.Fe-Fe3C平衡图的分析1）ACD线——液相线2）AECF线——固相线3）ECF线——共晶线4）GS线——A3线5）ES线——Acm线6)PSK线——共析线，又称A1线。1.2.4Fe-Fe3C平衡图（续）2.铁碳合金的分类（1）工业纯铁：工业纯铁成分小于P点成分。（2）钢。钢的成分在P点和E点之间。钢分为低碳钢（wc＜0.25%）、中碳钢（wc在0.25%～0.6%）和高碳钢（wc＞0.6%）。（3）白口铁。白口铁的成分大于E点成分。3.钢的结晶过程和组织转变（1

5、）钢的结晶过程。（2）钢的组织转变：1)共析钢的组织转变。2)亚共析钢的组织转变。3）过共析钢的组织转变。1.2.5钢的成分、组织、性能之间的关系钢的成分、组织、性能之间有着密切的关系。随着碳的质量分数的增加，亚共析钢中珠光体增多，铁素体减少，因而钢的强度、硬度上升，塑性、韧性相应下降。共析钢全部由珠光体组成，故强度、硬度比亚共析钢高，塑性、韧性则较低。过共析钢随着碳的质量分数的增加，珠光体减少，二次渗碳体增多，因而硬度升高，塑性、韧性下降；少量的二次渗碳体能使强度继续升高，而网状渗碳体由于削弱了晶粒间的结合力，使强度迅速下降。1.3碳素钢碳素钢简称碳钢，是指wc＜2.1

6、1%并含少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。1.3.1杂质元素的影响(1)硅、锰的影响，(2)磷的影响，(3)硫的影响1.3.2碳素钢的分类(1)按用途分类：1)碳素结构钢。主要用于制造工程结构件和机械零件，一般wc在0.25～0.6%之间。2)碳素工具钢。主要用来制造各种工具，一般wc＞0.6%。(2)按质量分类：1)普通碳素钢：wP≤0.05%，wS≤0.045%，2)优质碳素钢：wP≤0.035%，wS≤0.035%；3)高级优质碳素钢：wP≤0.030%，wS≤0.030%(3)按钢水脱氧程度又可分为：镇静钢，脱氧较完全，成分和性能较均匀，组织致密，应用广泛；

7、沸腾钢，脱氧不完全，成分不均匀，但成本较低；半镇静钢，脱氧程度介于以上两种钢之间。1.3.3碳素钢的牌号、性能和用途1.碳素结构钢：碳素结构钢中所含有害杂质硫、磷及非金属夹杂物较多，力学性能不高。碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点强度值、质量等级符号和脱氧方法符号四部分依次组成。沸腾钢用F表示；半镇静钢用b表示；镇静钢用Z表示，但在牌号中省略不标。如牌号Q235-AF表示屈服点σs≥235MPa，质量等级为A的碳素结构沸腾钢。表1-2列出了碳素结构钢的性能和应用。2.优质碳素结构钢：优质碳素结构钢中所含有害杂质元素较