1、【主要内容】 1金属材料的力学性能 (1)强度(屈服强度、抗拉强度、塑性) (2)硬度 (3)冲击韧性 (4)疲劳强度和蠕变强度 2铁碳合金相圈 (1)铁碳合金的基本组织 (2)含碳量对铁碳含金组织与性能的影响 (3)合金相图的应用 【考核内容】 1.金属材料的力学性能 2.铁碳合金相图 【考核要求】 1.了解材料的力学性能和各状态的组织结构。 2.掌握金属的强度、硬度、韧性，并能够判断出金属的机械性能的优劣。 3掌握铁碳合金相图。,第一章、工程材料的基本知识,材料、信息、能源称为现代技术的三大支柱。,复合材料,工程材料,金属材料,陶瓷材料,高分子材料,非金属材料,黑色金属,有色金属,金属复合
2、材料,非金属复合材料,2.工艺性能,1.1 金属材料,材料的主要性能是指:,1.使用性能,（1）力学性能 强度、塑性、硬度,（2）物理性能 密度、熔点、导电性,（3）化学性能 耐酸碱性、抗氧化性。,加工成形的性能,材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质。,第一节 材料的力学性能,力学性能 材料在外力作用下所表现出的特性。,一、外力作用下材料的变形,作用在机件上的外力载荷,F = F,（MPa）,外力 内力应力,静载荷,动载荷,= F /S,（1）弹性变形：,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，这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。,1.两种基本变形,（2
3、）塑性变形:,材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形，称为塑性变形。,拉伸实验,k,b,b 极限载荷点,F,e,e 弹性极限点,s,S 屈服点,K 断裂点,拉伸曲线,F,F,L,缩颈,o,第一节 材料的力学性能,1强度：,当es时，材料将产生明显的塑性变形。,条件屈服强度:,0.2=F 0.2/S0 （MPa）,材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。,（1） 屈服强度（S）,指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力。,S =Fs/S0 （MPa）,屈服强度 是塑性材料选材和评定的依据。,第一节 材料的力学性能,k,b,F,e,s,0.2%,b,b =Fb/S0 （MPa）,（2）抗拉强
4、度（b ）,抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。,它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。,抗拉强度 是脆性材料选材的依据。,第一节 材料的力学性能,常用 和 作为衡量塑性的指标。,伸长率：,材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。,断面收缩率:,P,P,L,良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。,2. 塑性,第一节 材料的力学性能,4硬度,是材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。,(1)布氏硬度（HB）：,F,第一节 材料的力学性能,布氏硬度适用HB450,(2)洛氏硬度（HRC）,洛氏硬度一般用于HB450,F,1200,HRC:HB=1：10,第一节 材料的力学性
5、能,5冲击韧性(Ak),AK = G（H1 H2）（J） ak = AK /S （J/m2）,硬度b 与强度HB的关系 低碳钢： b3.6HB 高碳钢： b3.4HB 调质合金钢： b3.25HB,材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。,在冲击载荷下工作的零件，往往是受小能量多次重复冲击而破坏的。,第一节 材料的力学性能,6疲劳强度(-1),材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力。, 循环基数,钢：,据统计，约80%的机件失效为疲劳破坏。,有色金属：,第一节 材料的力学性能,7、几种常用金属材料的力学性能,第一节 材料的力学性能,力学性能,三、力学性能与失效形式的关系,失效形式,断裂
6、 塑性变形 过量弹变 磨损,状态图 表示合金系的成分、温度、组织、状态之间关系的图表。,第二节 铁碳合金状态图,一、什么是状态图,1538 ,1394 ,912 ,（成分）,二、状态图的作用,是研究合金的成分、温度、组织、状态之间变化规律的工具。,A,E,S,P,Q,G,K,D,4.3,2.06,0.77,0.02,1147,1538 ,727,P,L,A,F,三、铁碳合金状态图,912,C,6.67,F,A纯铁的熔点。,DFe3C的熔点。,1. 状态图上点的意义,EC在-Fe中的最大溶解度点。1147 2.06%C 钢和铁的分界点。,Le,第二节 铁碳合金状态图,C共晶点，1147 4.3%
7、C,共晶点发生共晶反应的点。,共晶反应 在一定的温度下，由一定成分的液体同时结晶出一定成分的两个固相的反应。,共晶反应的产物共晶体机械混合物,G 纯铁的同素异晶转变点。 912,P C在-Fe中的最大溶解度点。727 0.02%C,第二节 铁碳合金状态图,S 共析点。 727 0.77%,共析反应在一定的温度下，由一定成分的固相同时结晶出不同成分的另外两个固相的反应。,共析反应的产物 共析体 机械混合物,第二节 铁碳合金状态图,2. 状态图上线的意义,AECF线固相线,ACD线液相线,AEA析出终了线 ECF共晶线 1147,AC析出A CD析出 Fe3C,A,L+,Fe3C,L+,F,+A,
8、A+,A+Le,Le + Fe3C,第二节 铁碳合金状态图,ES线 C在-Fe中的溶解度曲线。析出二次Fe3C,（1） 单相区：L、F、A、Fe3C （2） 两相区：L+A、L+ Fe3C、A+F、F+ Fe3C （3） 三相区：L+A+ Fe3C、A+F+ Fe3C,GS线 溶解度曲线 AF,GP线 F析出终了线。,PSK线 共析线 727,PQ线 碳在-Fe中的溶解度曲线。,第二节 铁碳合金状态图,室温组织：F+P,四 铁碳合金状态图分析1 亚共析钢的结晶过程1点以上 L 12 L23 A+L 34 A45 A+F5点 AP5点以下 P+F,亚共析钢的结晶过程,第二节 铁碳合金状态图,室温
9、组织: P,2 共析钢（T8钢）1点以上 L 12 LA23 A 3点 AP 3点以下 P,共析钢的结晶过程,第二节 铁碳合金状态图,室温组织：P+Fe3C（网状）,过共析钢的结晶过程,3 过共析钢（T10) 1点以上 L 12 L+A 23 A34 A+Fe3CII4点 AP4点以下 P+Fe3CII,第二节 铁碳合金状态图,4 亚共晶铸铁,第二节 铁碳合金状态图,室温组织 P+Fe3CII+Le,1点以上 L 12 A+L2点 共晶反应23 A+Fe3CII+Le3点 共析反应3点以下 P+Fe3CII+Le注明：Fe3CII二次渗碳体Le 高温莱氏体Le低温莱氏体,第二节 铁碳合金状态图,1,1,1,1,1,1,2,2,2,2,2,3,3,3,3,4,4,F+P,P+Fe3C,3,Le,P+Fe3C+Le,2,Fe3C+Le,Fe3C+Le,第二节 铁碳合金状态图,1钢,2生铁,共析钢: 亚共析钢: 过共析钢:,共晶生铁: 亚共晶生铁: 过共晶生铁:,五、铁碳合金的结晶过程及组织转变,第二节 铁碳合金状态图,0.91.0,1选择材料2确定各种工艺参数,六状态图的作用,第二节 铁碳合金状态图,
