机械制造基础项目2认识非合金钢教材课程.pptxVIP

机械制造基础 主讲人： 目 录 目 录 02 认识非合金钢 知识目标 能力目标 掌握金属材料的晶体结构、结晶过程、固溶体和金属化合物以及相关概念。 掌握金属结构和识读铁碳合金相图。 了解非合金钢的分类及编号方法。 在设计机械零件和选材时，能够根据零件的工作环境，根据结构及成分对性能的影响，具备合理选材的初步能力。 任务浏览 任务2.3 非合金钢（碳钢）的选用 任务2.1 金属材料结构分析 2.1.1晶体结构的基本概念 1.晶体与非晶体 根据内部原子堆积的情况，通常可以分为晶体和非晶体两大类。其中原子按一定次序有规律排列的物质称为晶体。而原子杂乱无章地堆积在一起的物质称为非晶体。 2.晶格与晶胞 表示晶体中原子排列形成的空间格子称为晶格，如图2-1所示。 晶格包含的原子数量相当多，不便于研究，将能够代表原子排列规律的最小单元划分出来，这种最小的单元体称为晶胞，如图2-2所示。 任务2.1 金属材料结构分析 2.1.4纯金属的结晶 任务2.1 金属材料结构分析 2.1.5金属的同素异构转变 任务2.1 金属材料结构分析 1.基本概念 由两种或两种以上的金属，或金属与非金属经一定方法合成的具有金属特性的物质，称为合金。 组成合金最基本的物质，称为组元（如一元、二元、三元合金）。 我们把以不同的比例合成的一系列不同成分合金总称为合金系。 材料中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。 “相结构”指的是相中原子的具体排列规律。 通常人眼看到或借助于显微镜观察到的材料内部的微观形貌称为组织。 金属及合金的组织一般应用显微镜才能看到，所以常称显微组织。 2.固态合金的相结构 根据构成各组元之间相互作用的不同，固态合金的相结构可分为固溶体和金属化合物。 （1）固溶体 合金在固态时，组元之间相互溶解，形成在某一组元晶格中包含其他组元原子的新相。这种新相称为固溶体。保持原有晶格的组元称为溶剂，而其他组元称为溶质。 2.1.6合金的相结构 任务2.2 铁碳合金相图识读 2.2.1二元合金相图的建立 描述合金的结晶过程可用“二元相图”解释，如图2-20所示。 用热分析法绘制Cu—Ni相图。成分为70％Cu+30％Ni 合金，“1”点以上为液体，“L”到“1”点开始结晶出固体“α”，“1”到“2”间为两相区，“L+α”到“2”点时全为固体“α”，“2”点以下为固体。AB上线为液相线，AB下线为固相线。 由图2-21所示，当合金以极缓慢速度冷至1点时，开始从液相中析出α，随着温度不断降低，α相不断增多，而剩余的液相L不断减少，当结晶终了时，获得与原合金成分相同的α相固溶体。 任务2.2 铁碳合金相图识读 2.2.2铁碳合金相图 1.铁碳合金的基本组织 （1）铁素体 碳在α—Fe中所形成的间隙固溶体，用“F”表示。 （2）奥氏体 碳在γ—Fe中形成的间隙固溶体，用“A”表示。 （3）渗碳体 渗碳体是Fe与C的金属化合物，用“Fe3C”来表示。 （4）珠光体 珠光体是F与Fe3C的机械混合物，用“P”来表示。 （5）莱氏体 含碳量为4.3％的液态合金，当温度缓慢冷却到 1148 ℃ 时，析出A与Fe3C的机械混合物，即共晶 反应的产物，称为高温莱氏体，用“Ld ”表示。 任务2.2 铁碳合金相图识读 2.2.2铁碳合金相图 2.铁碳合金相图分析 铁碳合金相图是在极缓慢加热（或冷却）条件下， 铁碳合金成分、温度与组织或状态之间关系的图 形，相图的组元为Fe和Fe3C。如图2-26所示为简 化后的Fe-Fe3C相图。 任务2.2 铁碳合金相图识读 2.2.2铁碳合金相图 3.典型合金的结晶过程分析 根据合金在相图中的位置可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢。铁碳合金相图亚共析钢、共析钢和过共析钢部分典型合金冷却曲线，如图2-27所示，分析其平衡结晶过程。 4.铁碳合金相图的应用 （1）含碳量对平衡组织的影响 （2）含碳量对力学性能的影响 （3）在选材方面的应用 （4）在铸造生产上的应用 （5）在锻压生产上的应用 （6）在焊接生产上的应用 （7）在热处理方面的应用 任务2.3 非合金钢（碳钢）的选用 2.3.1杂质元素对钢性能的影响 1.硅的影响 硅能溶于铁素体中，消除FeO对钢的不良影响，产生固溶强化，是钢中有益元素。 2.锰的影响 锰也能溶于铁素体中改善钢的质量，产生固溶强化，形成合金渗碳体，起强化作用，减少硫对钢的有害作用，是钢中有益元素。 3.磷的影响 磷在钢中是有害元素。磷在常温下能全部溶入铁素体中，使钢的强度、硬度提高，但同时会使塑性和韧性显著降低，在低温时表现尤其明显，因而，含磷较多时在低温状态下常有严重的脆化现象，称为冷脆。 4.硫的影响 硫在钢中是有害元素。硫和磷也