一、工程材料的基本知识

【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FFF=F’（MPa）外力——内力——应力F’F静载荷动载荷σ=F’/SSFSF'（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FFF（2）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。FFF拉伸实验kbb—极限载荷点0lkl0dFee—弹性极限点sS—屈服点K—断裂点拉伸曲线FFLkdl应力—应变曲线0SF0ll缩颈sFeFbFo第一节材料的力学性能1．强度：当σeσσs时，只产生微量的塑性变形。当σσs时，材料将产生明显的塑性变形。条件屈服强度:σ0.2=F0.2/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（σS）指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力。σS=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kbFesl0ll0SF2.0s0.2%2.0Fbσb=Fb/S0（MPa）（2）抗拉强度（σb）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δ和ψ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:%10000lllk%10000sssk0l1l0FPPL1F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）：DdDF）压痕的表面积（）压入载荷（mmNHB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HB450FFF1200hHRC:HB=1：10第一节材料的力学性能5．冲击韧性(Ak)AK=G（H1–H2）（J）ak=AK/S（J/m2）硬度σb与强度HB的关系低碳钢：σb≈3.6HB高碳钢：σb≈3.4HB调质合金钢：σb≈3.25HB材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。1H2H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(σ-1)1n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。0n0n7010n8010n有色金属：第一节材料的力学性能牌号力学性能应用σb/MPaσs/MPaδ%HBSHRCαk/J/Cm2Q235-A40023526工程结构45钢6101622955（淬火）轴、杆ZG310-570570310153铸钢件ZAlSi2143450活塞HT250250气缸体QT700-27004202270曲轴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bs强度塑性刚度硬度韧性疲劳强度三、力学性能与失效形式的关系失效形式断裂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、什么是状态图温度℃时间1538℃1394℃912℃体心面心体心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。AESPQGKD4.32.060.770.02C%1147℃1538℃727℃PLAF三、铁碳合金状态图温度℃912℃CFe3C6.67FA—纯铁的熔点。D—Fe3C的熔点。1.状态图上点的意义E—C在γ-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%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L（4.3%C）A（2.06%C）+Fe3C（6.67%C）1147℃LeG—纯铁的同素异晶转变点。912℃P—C在α-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A（0.77%C）F（0.002%C）+Fe3C（6.67%C）727℃P第二节铁碳合金状态图2.状态图上线的意义AESPQGKD4.32.060.770.02C%1147℃1538℃Le727℃PLAF温度℃912℃CFe3C6.67FAECF线—固相线ACD线—液相线AE—A析出终了线ECF—共晶线1147℃AC—析出ACD—析出Fe3CAL+Fe3CL+Fe3CⅡF+AA+A+LeLe+Fe3C第二节铁碳合金状态图ES线—C在γ-Fe中的溶解度曲线。析出二次Fe3CⅡ（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+Fe3CGS线—溶解度曲线A—FGP线—F析出终了线。PSK线—共析线727℃PQ线—碳在α-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L1～2L＋δ2～3A+L3～4A4~5A+F5点A→P5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组织:P2共析钢（T8钢）1点以上L1～2L＋A2～3A3点A→P3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AAAAAAFAF3过共析钢（T10)1点以上L1~2L+A2~3A3~4A+Fe3CII4点A→P4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L1~2A+L2点共晶反应2~3A+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ESQGKD4.32.060.770.02C%1147℃1538℃727℃PLAF温度℃912℃CFe3C6.67APLeFAL+Fe3CⅠL+Fe3CⅡF+A①②③④⑤⑥11111122222333344F+PP+Fe3C3Le’P+Fe3C+Le’2Fe3C+Le’Fe3C+Le231LAAL+P①P+F1LAAL+A+432F②P+Fe3C4A+3A1LL+2AFe3C③1L2LeLe’④⑤1LA+L+LeP+Fe3C+Le’A+Le+32AFe3CFe3C+Le’1L32L+Fe3CFe3C+Le⑥第二节铁碳合金状态图231LAAL+P1LAAL+A+P+F432F41LL+A+P+Fe3C23AAFe3C1L2LeLe’1LA+L+LeP+Fe3C+Le’A+Le+32AFe3C31L2L+Fe3CFe3C+Fe3C+Le’Le1．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0.9~1.0bHBC%bHB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