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金属工艺学 本课程主要内容 工程材料部分 金属材料的力学性能、晶体结构，铁碳合金的组织性能及热处理。 热成形部分 铸造、锻压、焊接等热成形工艺及结构设计。 冷加工部分 零件的机械加工方法及工艺基础。 学习本课程的基本目的 掌握工程材料和热处理基本知识，为实际工程选材打好基础； 掌握冷、热加工工艺的基础知识，具有零件成型方法选择的初步能力； 了解本课程相关的新材料、新工艺、新技术及其发展概况。 零件的生产工艺过程 1.1.1 金属材料的力学性能 1.2 金属及合金的晶体结构 基本概念 金 属 的 结 晶 金 属 的 结 晶 金 属 的 结 晶 金 属 的 结 晶 金属的同素异构转变 1.3 合 金 的 结 构 概念 合金、组元、相； 固溶体：置换固溶体、间隙固溶体； 金属化合物； 固溶强化。 1.3.1 合金的结构——概念 1.3.2 合金的结构——固溶体 1.4 二元合金状态图 1.5 铁碳合金 1.5.1 铁碳合金的基本组织 两种反应： 1.5.2 铁碳合金状态图分析 铁碳合金相图中主要特性点的含义 相图中主要线的含义 ACD线—液相线 是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。 AECF线—固相线 各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终止线。 ECF水平线—共晶线 含碳量为4.3%的液态合金冷却到此线时，在1148 ℃由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共晶反应。 PSK水平线—共析线（A1线） 含碳量为0.77%的奥氏体冷却到此线时，在727 ℃同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共析反应。 GS线—（A3线） 是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。 ES线—称Acm线 是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。 典型合金结晶过程分析 1.5.3 铁碳合金状态图分析 过共析钢结晶过程分析 1.3.4 合金的结构——固溶强化 A、B两组元相互溶解后所形成的新的物质既不是A组元的结构，也不是B组元的结构，而是自身的一种独立的结构。 例如： Fe和C所形成的化合物Fe3C，就是一种典型的金属化合物。 1.3.3 合金的结构——金属化合物 随着溶质原子的增加，所形成的固溶体的强度、硬度升高的现象。 例如：纯铁与钢的用途 把各合金的结晶开始温度点连接起来，即为液相线；把结晶终了温度点连接起来，即为固相线。这样就构成了Pb-Sb二元合金相图。 思 考 题 1 在纯金属的冷却曲线上为什么会出现一水平台阶？ 2 如果结晶时晶核不多而生长速度快，则结晶后的晶粒是粗还是细？ 本节重点：铁碳合金状态图在铸造、 压力加工、焊接中的应用； 本节难点：铁碳合金状态图的理解； 铁碳合金由于其资源广泛、冶炼方便、价格低廉、性能优越，在工业生产中广泛使用。 铁素体：碳溶解在α—Fe中的间隙固溶( F）。塑性 （δ=45-50%）、韧性好，强度、硬度低。 奥氏体：碳溶解在γ —Fe中的间隙固溶体（A）。塑 性好。 渗碳体：铁与碳形成的金属化合物（Fe3C）。硬度很 高（HBW=800），塑性、韧性几乎为零。 珠光体：是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体 与渗碳体的共析体（P）。 莱氏体：是液态铁碳合金发生共晶转变所形成的奥氏 体与渗碳体的共晶体（Ld）。硬度高，塑性 差。 1148 ℃ 1、共晶反应 一定成分的液相在一定的温度下同时结晶出两种成分和结构均不相同的固相的反应。 L 4.3%c A2.11%c+Fe3C6.69%c 共晶反应的产物即莱氏体 Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c) 2 、共析反应 一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和结构均不相同的 新的固相的反应。 A2.11%c 727 ℃ F0.02%c+Fe3C6.69%c 共析反应的产物即珠光体 P＝F0.02%c+Fe3C6.69%c 渗碳体的熔点 共晶点 共析线 共析点 纯铁的熔点 共晶线 ACD线—液相线 AECF线—固相线 碳在奥氏体中的最大溶解度 A3线 Acm 纯铁的熔点 共晶点 渗碳体的熔点 碳在奥氏体中的最大溶解度 α-Te γ-Te同素异晶转