1、,上海大学机自学院,“机械制造基础”-自学助考,SHANGHAI UNIVERSITY,姚勤,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,课程简介,组装，部装，总装,车，铣，刨，磨，钻，镗等,市场调查，购买原材料,装配调试,切削加工,毛坯成形,生产准备,机械制造：,将原材料制成零件的毛坯，将毛坯加工成零件，再将零件装配成机器的整个过程。,2、本课程的内容,机电类专业的主干专业基础课,一、本课程的性质和内容,1、本课程的性质:,铸造，锻造，焊接，冲压等,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,二、本课程的目标(考试要求),1、了解常用金属的一般性质、适用范围和选用
2、原则2、初步掌握各种主要加工方法的实质、工艺特点和基本 原理；并具有选择毛坯、零件加工方法的基本知识3、了解各种主要加工方法的设备和工具的工作原理、大 致结构和范围4、初步掌握零件的结构工艺性和常用金属的工艺性5、掌握工程材料及热处理工艺6、了解现代制造技术的典型工艺、方法及其原理,第一章 工程材料,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,1.1 金属材料简介1.1.1金属材料的性能,一、物理性能：,二、化学性能：材料抵抗各种介质侵蚀的能力。 如：抗氧化性、耐腐蚀性（耐油、耐酸、耐碱）,三、力学性能：材料抵抗外力作用的
3、能力。,四、工艺性能：材料加工的难易程度。,密度、熔点、导电性、导热性,1.强度,SHANGHAI UNIVERSITY, 弹性极限e - 发生最大弹性变形时的应力。 屈服强度s - 开始出现明显塑性变形时的应力。 条件屈服强度0.2 - 产生0.2%塑性变形时的应力。 抗拉强度b -拉断前所承受的最大应力。,应力- 单位面积上所承受的内力，以 表示。 （MPa） 应变-单位尺寸上的变形量，以表示。 （%）弹性变形-受力后立即发生，并随力的消失而消失的变形。塑性变形-应力超过一定数值后才发生的并将永久保留的变形。,在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。,三、力学性能,上海大学机自学院,SHA
4、NGHAI UNIVERSITY,拉伸试验,l 0,l,S 0,S,拉伸前,拉断后,b 缩颈点,s,e,e,s,b,e - 最大弹性变形时的应力,s - 开始塑性变形时的应力,b - 拉断前所承受的最大应力,应力 （MPa）,应变（%）,刚度- 材料抵抗弹性变形的能力。用弹性 模量E（弹性范围内，应力与应变的比例） 表示（E=tg），E越大刚性越好。,拉伸试样,拉伸曲线,屈服点,k 拉断点,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,对那些没有明显屈服现象的材料，一般规定以试样产生0.2%残余伸长率时的应力作为其屈服强度，称为条件屈服强度0.2,应变（%）,应力 （MPa）,0.
5、2%,0.2,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,2.塑性, 延伸率 - 试样断裂前后的长度变化率。 断面收缩率 - 试样断裂前后的面积变化率。,在外力作用下，材料产生塑性变形而不发生断裂的能力。,l l 0,l 0, =, 100 %,=,S 0 S, 100 %,S 0,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,4,3,2,1,例题：图示1-4为四种不同材料的应力-应变曲线， 请比较这四种材料的抗拉强度、屈服强度、 刚度和塑性。,应力 ,应变 ,1,2,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,4,3,2,1,应力 ,应变 ,0. 2,
6、0. 2,s3,s2,0. 2,b1,b2,b3,b4,抗拉强度：2 1 3 4（根据拉断前的最大应力）,屈服强度：1 3 2 4（根据屈服点或条件屈服点）,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,4,3,2,1,应力 ,应变 ,1,4,2,3,塑性：3 2 4 1（根据断裂时的应变 ）,刚度：1 3 2 4（根据弹性模量 E） 直线斜率,总=弹+塑,= 塑,所以像这样画垂直线比较塑性是错误的,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,4,3,2,1,应力 ,应变 ,塑性：3 2 4 1（根据试样的延伸率）,刚度：1 3 2 4（根据弹性模量 E） 直线斜率,
7、总=弹+塑,= 塑,1,2,3,4,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,3.硬度,布氏硬度： 用淬火钢球或硬质合金球作压头，以压痕直径来衡量材料硬度。 压痕大，不适宜测薄片或成品，主要用于测较软的原材料、半成品的硬度，如有色合金、软钢、铸铁等。 注意：压头为钢球时表示成数字+ HBS ，如450HBS， 用硬质合金球时表示为数字+ HBW ，如650HBW,洛氏硬度： 用金刚石圆锥或淬火钢球作压头，以压痕深度来衡量材料的硬度 。,F,F,材料抵抗更硬物体压入的能力。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,由压头和载荷的不同，洛氏硬度分成 HRA、HRB
8、、HRC三种，以HRC应用最广。,洛氏硬度压痕小，不损伤工件，常用于测硬材料、薄试样及成品零件。,三种洛氏硬度的试验规范和应用范围,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY, 维氏硬度： 用136度金刚石四棱锥作压头。（用HV标记） 维氏硬度法载荷小、压痕浅，可测量各种软硬程度的材料，但测量过程较麻烦。主要用于测极薄的表面硬化层、金属镀层及薄片金属的硬度。,另外，强度和硬度都能反映材料抵抗塑性变形的能力，两者之间有一定的关系，可近似换算： 低碳钢轧材或锻件：b 0.36 HB； 灰铸铁件： b 0.1 HB； 高碳钢轧材或锻件：b 0.34 HB； 铸铝件： b 0.26 HB
9、； 调质合金钢： b 0.325 HB,特别提醒：不同硬度试验法所获得的硬度值是不能直接进行比较的，必须通过换算成同一硬度指标后才能比较。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,4.冲击韧度,通常采用一次摆锤冲击弯曲试验进行测定，用摆锤冲击缺口试样时单位截面所消耗的冲击功k 表示冲击韧度。,材料抵抗一次或数次大能量冲击的能力。,k =,G（H - h）,S,其中：G -摆锤质量, KgS -试样缺口处原始截面积, cm2,摆锤,缺口试样,SHANGHAI UNIVERSITY,! ! ! 材料的冲击韧度主要取决于塑性，并与温度 密切相关。,二次世界大战中，美国建造了约500
10、0艘全焊接“自由轮”，然而在1942年1946年之间有1000艘船舶发生破断，1946年1956年之间有200艘发生严重折断。1943年1月美国的一艘T-2y油船停泊在装货码头时断裂成两半截，当时计算的甲板应力水平仅为7 Kgf/mm2，远远低于船板钢的强度极限。为什么会断裂呢？原因是发生冷脆 通过在不同温度下对材料进行冲击试验，结果表明:材料的冲击韧度值随温度的降低而减小，当温度降低到某一温度范围时，冲击韧度急剧下降，材料由韧性状态转变为脆性状态。,上海大学机自学院,1.1.2 金属材料的种类,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,金属材料分为黑色金属和有色金属两类黑色金
11、属 ：主要指钢和铸铁。一、钢的种类 （1）按化学成份：碳钢 合金钢并且按碳量高低划分为：低碳钢、中碳钢、高碳钢按合金量高低划分为：低合金钢、中合金钢、高合金钢,（铁、碳及少量残存的杂质）,（铁、碳及添加的合金元素）,低碳 中碳 高碳,0.25 0.6 碳量（%）,低碳 中碳 高碳,5 10 合金量（%）,低合金 中合金 高合金,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,（2）按质量划分（4个级别）：普通、优质、 高级优质、特级优质（3）按用途划分（3种）：结构钢、工具钢、 特殊性能钢,二、常用钢材的牌号,1.（普通）碳素结构钢： Q235 - AF,牌号意义：屈服强度为235M
12、Pa, 质量为A级，沸腾钢,碳素结构钢主要用于一般的工程结构（钢窗、钢筋等）和不太重要的机械零件及焊接件。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,2.优质碳素结构钢： 45 数字代表碳量（c）的万分之几,优质碳素结构钢主要用于制造重要的机械零件。如 08、08F、10、10F 的冷轧薄板可制造仪表仪器的外壳和汽车、拖拉机的冲压件；15、20、25常制造尺寸小、负荷轻、表面耐磨、心部软韧的零件; 而40、45主要制造重要的受力和传递运动的零件; 55、60、65用于制作负荷不大、尺寸较小的弹簧。,*专门用途应标出，如20g代表锅炉用钢,*含锰较高也应注明, 如50Mn,上海大
13、学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,3.碳素工具钢（优质、高级优质）： T8 T8A,碳素工具钢的红硬性差，只能用于制造手工用的低速运动的刀具、量具、模具等。如T7、T8（T7A、T8A）用于制造受震动和冲击、要求高韧性的工具（凿子、锤子、冲头）； T10、T12（ T10A、T12A）用于制造不受震动但要求极高硬度的工具（锉刀、锯条、丝锥）。,数字代表碳量（c）的千分之几,工具,高级优质,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,4.铸造碳钢（铸钢）：ZG200-400,s b,用于制造形状特别复杂且受力较大，须铸造成形的钢质零件。,低碳铸钢具有良好的导磁性，
14、常用于铸造电磁吸盘和电机壳体等；中碳铸钢的综合机械性能好，广泛用于铸造重要的复杂机器零件，如轧钢机机架、机车机架、重型齿轮、减速机壳体等；高碳铸钢因韧性较差，很少应用。要求特别高的零件或工具可采用合金铸钢，如ZGMn13等。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,三、铸铁的种类、性能及牌号,1、白口铸铁碳全部以渗碳体形式存在的铸铁。 因断口呈银白色而得名。性能硬而脆。 主要用作炼钢或生产其它种类铸铁的原料。,2、灰口铸铁碳主要以片状石墨的形式存在。 因断口呈暗灰色而得名。力学性能比较低但铸 造性能极佳，并具有较好的减震性。 用于制造机床床身、底座、减速器箱体、泵体、 阀体、
15、气缸体等。（铸后需进行去应力退火）,例：HT150,代表b不低于150MPa的灰口铸铁,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,3、可锻铸铁碳主要以团絮状石墨的形式存在。 是由白口铸铁经长时间的高温石墨化退火而形 成的，力学性能较好，特别是韧性较高，并具 有一定的耐腐蚀性。 常用于制造棘轮、链条、制动器等承受冲击振 动的薄壁小零件及弯头、三通等管道件和阀门 等。,例：KTZ550-04,代表b不低于550MPa，不低于4%的珠光体基的可锻铸铁,b,b,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,4、球墨铸铁碳主要以球状石墨的形式存在。 是在浇注前向铁水中加入孕育
16、剂和球化剂而形 成的，强度高，是以铁代钢的重要材料。 用于制造载荷大、形状复杂的零件，如曲轴、 汽车齿轮等。（铸后退火、正火、调质等）,例：QT600-3,代表b不低于600MPa，不低于3%的球墨铸铁,b,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,5、蠕墨铸铁碳主要以蠕虫状石墨的形式存在。 比灰口铸铁强度高，比球墨铸铁铸造性、耐热 性、抗疲劳性好。（铸后正火、退火）,例：RuT380,代表b不低于380MPa的蠕墨铸铁,6、合金铸铁在铁水中添加某些合金元素，可得 到某种特殊性能，如加硅、铝、铬能提高耐热 性，加硅、铝、铬、铜、镍能提高耐腐蚀性。,*耐磨铸铁 *耐热铸铁 *耐蚀
17、铸铁,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,1.2 晶体的结构,固态物质按原子聚集状态分为晶体和非晶体。 晶体 - 原子在三维空间呈有规则的周期 性重复排列。 非晶体 - 原子呈现无规律、无次序的堆 积。 绝大多数的固态金属和合金都是晶体。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,晶格-将晶体中的每一个原子假设成一个几何 点，忽略其尺寸和重量，再用假想线把 这些点连接起来，所得到的一个表示金 属内部原子排列规律的抽象的空间格子。,一、晶格、晶胞和晶格常数,晶胞-反映晶格特征的最小几何单元。,晶格常数-反映晶胞大小、形状的参数。 如棱边长度a、b 、c(以
18、A 为单位，1 A =10-10 米)和棱间夹角、 等。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,（a）原子排列模型,（b）晶格,（c）晶胞,。,。,二、纯金属的晶体结构（晶格类型）,对纯金属而言，常见的晶体结构有三种，分别是：,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY, 体心立方晶格 -晶胞形状为立方体，8个顶点及体 心各有1个原子(1个晶胞2个原子)，晶格常数 = b = , = = =90。属于此类晶格的金属有铬、钼、钒、 钨、-铁等。具有相当高的强度和塑性。,c,a,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY, 面心立方晶格 -晶胞形状为
19、立方体，8个顶点及6 个表面的中心各有1个原子(1个晶胞4个原子)，晶格常 数 = b = , = = =90。属于此类晶格的金属有金、 银、铜、铝、镍、 -铁等。具有较好的塑性而且低温 下不会发生冷脆。,c,a,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY, 密排六方晶格 -晶胞形状是一个六方柱体。柱体 的12个顶点及上、下底面中心各有1个原子，柱体中心 还有3个原子(1个晶胞6个原子)。属于这类晶格的金属 有镁、锌、铍、镉等。塑性一般较差。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,理想晶体是单晶体 结晶结构和 位向完全一致的晶体。 单晶体一般性能呈现各向异性，
20、须用特殊手段制取。,实际金属是多晶体 由许多结构相同 但位向不同的小晶体所构成的晶体。 多晶体一般呈现各向同性(又称为伪各向同性，即各晶粒因位向不同而将各向异性抵消，使各向性能趋于相同),晶粒,晶界,三、实际金属的晶体结构,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,实际金属有晶格缺陷 原子排列规则受到破坏， 出现与理想结构的偏差,点缺陷：间隙原子、 置换原子、 晶格空位,晶格缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷 所有的晶格缺陷都将导致其周围的晶格发生畸变，从而引起金属的力学性能、化学性能等发生显著的变化。一般而言，晶格缺陷越多，强度、硬度越高。,上海大学机自学院,SHANGHAI U
21、NIVERSITY,线缺陷：位错（一列或多列原子发生错排）,面缺陷：晶界或亚晶界上的晶格畸变,晶界,亚晶界,晶粒与晶粒之间的交界面,在同一晶粒内，略有位向差的小晶块之间的边界,1.3 金属的结晶,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,一、有关结晶的几个概念,二、金属的结晶过程,三、结晶后的晶粒大小,四、金属的同素异构转变,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,一、有关结晶的几个概念,1.结晶-液态金属凝固成为原子有规则排列的 晶体的过程。,2.冷却曲线-液态金属从高温冷却至室温的过 程中测得的温度-时间变化曲线。,温度 无限缓慢冷却时 温度 实际冷却时
22、T0 T 时间 时间,3.理论结晶温度T0-在无限缓慢冷却条件下的 平衡结晶温度。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,4.过冷现象及过冷度,过冷现象-实际冷却条件下，实际结晶温度总 是低于理论（平衡）结晶温度的现象。,过冷度-理论结晶温度与实际结晶温度的差值。,过冷度与冷却速度的关系： 冷却速度越快，过冷度T越大。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,二、金属的结晶过程,结晶=晶核形成+晶核长大,通常情况下，晶核形成后的晶核长大方式是呈树枝状的长大，即首先沿散热条件最好的晶核棱角处快速生长形成主干（一次晶轴），同时又不断地生出新的分枝，直至液体全部
23、消耗殆尽。 一般结晶完毕后，这种树枝晶形态并不显露，但在铸锭组织中较为明显。,SHANGHAI UNIVERSITY,上海大学机自学院,根据结晶过程分析，若形核速度快于生长速度，则结晶后的晶体晶粒细密，力学性能较好；而若形核少、生长快，则易得到粗大的晶粒，造成力学性能的下降。,三、结晶后的晶粒大小,金属结晶后的晶粒愈细，晶界面积就愈大,意味着晶体缺陷就愈多，则对金属力学性能的影响愈大。一般情况下，细晶粒组织的强度、硬度、塑性和韧性都比粗晶粒组织好。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY, 细化晶粒的方法：,1.增大冷却速度以提高过冷度，可细化晶粒。 如铸造时用金属型代替砂型
24、，加快冷却。,2.通过变质处理（孕育处理）增加晶核数，可 细化晶粒。匀质晶核（自发晶核）异质晶核（人工晶核）,3.结晶时外加振动（机械、超声波、电磁）破 碎大晶粒，获得细晶组织。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,四、金属的同素异构转变,固态物质随温度不同而改变其原子排列方式，得到不同晶体结构的现象称为同素异构转变，又称为重结晶。,纯铁的同素异构转变过程： 912 1394 -Fe -Fe -Fe (体心立方） （面心立方） （体心立方）,具有同素异构转变特性的金属（如Fe、Co、Sn、Mn等）可以通过热处理来改变组织和性能。,液态铁,1538,结晶,重结晶,重结晶,
25、-Fe,-Fe,-Fe,1538,1394,912,1.5 二元合金的晶体结构,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,一、有关合金的几个概念,二、合金的晶体结构,三、二元合金相图,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,一、有关合金的几个概念,合金-由两种或两种以上的金属元素或金属元素与 非金属元素组成的具有金属特性的物质。,元-组成合金的元素或稳定化合物叫组元，简称元。,相-成分相同、结构相同，并与其它部分以界面分开 的均匀物质部分。,组织-由一个或多个相按一定方式相互结合所构成的， 具有相同形貌特征的整体。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIV
26、ERSITY,固态合金的晶格结构,按相属性分为固溶体和化合物两类。,按组织属性分为固溶体、化合物和机械混合物三类。,二、合金的晶体结构,1.固溶体-(少数)溶质原子溶入(多数)溶剂原子 的晶体结构中所形成的合金相。 固溶体仍将保持溶剂金属的晶体结构，但晶格参数发生改变。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,间隙固溶体：,固溶强化-固溶体形成时，因溶质原子钻入溶剂原子的间隙或置换溶剂原子而引起晶格畸变，造成合金强度、硬度提高的现象。,溶剂原子直径,溶质原子直径, 0.59 时形成。,溶质和溶剂原子大小接近时形成。,置换固溶体：,间隙固溶体一定是有限固溶体。,置换固溶体可以是
27、有限互溶体或无限互溶体。温度越高，溶解度越大。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,2.金属化合物-两组元都放弃自身的原子排列方 式而形成的一种具有全新晶体结 构的新物质。 化合物一般具有复杂的晶格，熔点高，硬而脆。,3.机械混合物-由固溶体和金属化合物均匀混合 而成的物质。 机械混合物可以将固溶体的柔软和化合物的硬脆进行不同程度的中和，从而满足不同的性能要求。所以，工业中使用的合金都希望有相当比例的机械混合物存在。,第二相强化（弥散强化）-化合物弥散均匀地分布在固溶体上，使合金强度硬度提高，塑性韧性下降的现象。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,
28、三、二元合金相图,二元合金-由两种组元组成的合金。,二元合金相图（二元合金状态图） -表达平衡条件（极其缓慢的冷却）下， 合金系中温度、成分和相组织之间关系 的图形。,二元合金相图的主要类型 分为共晶相图、共析相图、包晶相图等,上海大学机自学院,共晶相图：两组元在液态无限互溶，固态时有限 溶解，并发生共晶转变的合金相图。,共晶转变-一个液相同时结晶出两个固相的过程。,共晶转变式：Lc d + e,共晶体,（ +）,B,L,A,c,d,e,亚共晶合金,共晶合金,过共晶合金,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY, 共析相图：两组元在固态时发生共析转变。,共析转变-一个固相同时析
29、出两个新固相的过程。,共析转变式：c d + e,*共析反应是在固态 下进行的，原子扩 散较困难，易达到 较大的过冷度，形 核率高，故共析组 织要比共晶组织细 得多。,A,B,c,d,e,共析体,（ +）,亚共析合金,共析合金,过共析合金,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY, 包晶相图：两组元在液态无限互溶，固态时有 限溶解，并发生包晶转变。,包晶转变-一个液相与一个固相形成另一个固相的 过程。,J,包晶转变式： LB + H J,L,B,H,1.6 铁碳合金,SHANGHAI UNIVERSITY,一、铁碳合金的基本组织,（1）铁素体F-碳溶于-Fe中形成的固溶体。 *
30、F中碳的最大溶解度为0.0218%，F塑性、韧性好,（2） 奥氏体A-碳溶于-Fe中形成的固溶体。 *A中碳的最大溶解度为2.11%，A硬度低、塑性好,（3） 渗碳体Fe3C-Fe与C形成的间隙化合物。 * Fe3C的 c=6.69%， Fe3C性能硬而脆 * 从L中析出的称为Fe3CI；从A中析出的称为Fe3CII；从F中析出的称为Fe3CIII,SHANGHAI UNIVERSITY,（4）珠光体P-由 c=0.77%的A共析生成的F与 Fe3C的机械混合物。 * P中F与Fe3C一般呈片状分布， 经特殊处理后可得到球状P。 P的强度、硬度较好，塑性一般。,（5）莱氏体,高温莱氏体Ld-由
31、c=4.3%的液体共晶 生成的A和Fe3C的机械混合物。,低温莱氏体Ld-c=4.3%的Ld冷到室温 后形成的P和Fe3C的机械混合物。,Fe3C,F,片状P,球状P,SHANGHAI UNIVERSITY,L,A,P,Ld,Ld,Fe3C,L+A,F+A,F+P,A + Fe3C,P + Fe3C,A +Fe3C + Ld,Ld+ Fe3C,P +Fe3C + Ld,Ld+ Fe3C,L+ Fe3C,F,F+ Fe3C,1148,727,0 .0218,0 . 77,2 . 11,4 . 3,6 . 69,二、铁碳合金状态图（ Fe-Fe3C相图）,Fe3C,Fe,SHANGHAI UNIV
32、ERSITY,根据含碳量和组织的不同，铁碳合金分为三类：,工业纯铁：平衡组织为铁素体及少量三次渗碳体,钢,白口铸铁,工业纯铁,钢,白口铸铁,6 . 69,2 . 11,0. 0218,0,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,Fe-Fe3C相图的学习要求 相图的形态会默画 特征点线数据要记牢 成分: 0.0218%、 0.77%、 2.11%、 4.3%、 6.69% F的最大碳量 共析成分 钢铁分界 共晶成分 Fe3C的碳量 温度：727、1148 共析温度 共晶温度 区域组织会分析（仅记单相区） 会分析6种合金冷却曲线和组织转变过程 亚共析、共析、过共析、亚共晶、共晶、
33、过共晶,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,亚共析钢的平衡冷却曲线及组织转变过程,亚共析钢室温平衡组织金相照片,F,P,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,a)共析钢的,共析钢的平衡冷却曲线及组织转变过程,共析钢室温平衡组织金相照片,P,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,过共析钢的平衡冷却曲线及组织转变过程,过共析钢室温平衡组织金相照片,P,Fe3C,（网状）,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,a),3,2,1,1,2,2,3,3,1以上,1-2,2-3,3以下,亚共晶白口铸铁的平衡冷却曲线及组织转变过
34、程,L,Fe 1 2 3 4 5 6 6.69,温度( ),L,A,A,Ld,亚共晶白口铸铁室温平衡组织金相照片,Ld,P,时间,温度,P,Ld,c( % ),（鱼骨状）,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,共晶白口铸铁的平衡冷却曲线及组织转变过程,共晶白口铸铁室温平衡组织金相照片,2,1,Ld,Ld,1以上,L,1-2,Ld,1,2,2,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,3,1,2,过共晶白口铸铁的平衡冷却曲线及组织转变过程,过共晶白口铸铁室温平衡组织金相照片,Ld,Fe3C,L,1以上,2,1,3,3,1-2,Ld,Fe3C,2,2-3,L,F
35、e3C,3以下,Ld,Fe3C,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,会写2种转变式 共晶转变式：L 4.3 2.11 + Fe3C 共析转变式： 0.77 0.0218 + Fe3C能理解碳量对铁碳合金组织和性能的影响 c1%时，随碳量的增加，硬度；强度 、塑性、韧性,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,对亚共析和共析钢来说，基体是F， Fe3C是作为强化相出现在P中的。且随C，P，故材料强度、硬度就越高，塑性和韧性则有所下降。,而对过共析钢，分布在晶界上并连成网状的Fe3C使整个材料脆性增加，造成强度、塑性、韧性的下降。,对白口铸铁来说， 硬而脆的
36、Fe3C作为基体出现，从而使整个材料的性能特别硬脆，难以切削加工，因此实际生产中很少应用此类材料。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,书上14页图1-17,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,1.7 钢的热处理,将钢在固态下进行不同方式的加热、保温和冷却，从而改变其内部组织，获得所需性能的工艺过程称为钢的热处理。,纯粹利用钢材的原始性能来满足对零件日益趋高的使用要求常常是不经济的，有时甚至是不可能的。,对同一种材料施以不同的热处理工艺获得截然不同的性能，可满足加工和使用要求。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,因此热处理的应
37、用日益广泛，几乎80%的机械零件都要热处理，至于工具（刀具、量具、模具）和轴承则100%都要进行热处理,以延长零件的使用寿命。,一、热处理的基本概念,1.目的改善组织和性能,2.机理固态相变（纯金属的同素异构转变、 合金的晶体结构改变）及原子扩散,？钢烧红后放入水中急冷会变硬，紫铜却不会,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,4.分类,3.工艺过程加热+保温+冷却,普通热处理（整体热处理）,表面热处理,化学热处理,形变热处理,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,5.过热和过冷过热-加热时高于平衡转变温度才发生相变,过冷-冷却时低于平衡转变温度才发生相变
38、,*平衡转变温度： A1、A3、Acm,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,二、钢加热时的组织转变（属于平衡转变）,奥氏体化+奥氏体长大,1.奥氏体的形成过程（=形核+长大）,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,*完全A化（加热至Ac3或 Accm 以上温度） F、P、 Fe3C A,*部分A化（仅加热至Ac1以上温度） P A,部分A化,部分A化,完全A化,Ac3线,Accm线,Ac1线,根据加热温度的不同，奥氏体化可分为：,2.奥氏体的长大过程 奥氏体形成后，如果继续加热或保温，在伴随残余渗碳体溶解和奥氏体均匀化的同时，奥氏体晶粒将开始长大。奥氏
39、体晶粒的长大是大晶粒吞并小晶粒的过程，其结果是使晶界面积减小，从而降低了表面能，因此它是一个自发的过程。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,热处理生产中应严格控制加热温度，不能过热。常采用快速加热和短时间保温的方法来细化晶粒。因为适当提高加热速度有利于增大过热度，使A晶粒细化，则冷却后的组织也越细，材料的强度、塑性、韧性越好；适当的保温时间有利于A均匀化，但保温时间过长将使晶粒过份长大，形成粗晶。,3.影响奥氏体晶粒度的因素 热处理时的加热温度、加热速度、保温时间以及钢中的碳元素、合金元素的含量都会影响A的长大程度，从而影响实际晶粒度。 加热温度越高、加热速度越慢、保温时间越长，实际晶粒度越粗。,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,三、钢冷却时的组织转变（属于非平衡转变）,过冷奥氏体,珠光体,贝氏体,马氏体,过冷奥氏体-在A1温度以下，未发生转变的、 处于不稳定状态的奥氏体。,
