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固溶體
組成合金的組元在液態相互溶解，結晶時，以一組元為基 體保持其原有的晶格類型，其它組元的原子均勻地分布在 基體組元的晶格里，形成均勻一致的固體，此合金就稱為 固溶體。
根椐溶質原子在溶濟晶格中所占據的位置不同，可分為間 隙固溶體和置換固溶體。
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杠杆定理
ML = rb Wa ar
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勻晶，共晶，包晶
勻晶相圖
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第三部分
相圖及組織
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相圖的定義
相圖是表示合金系中合金的狀態與溫度，成分間的關系的圖解，是表示合金 系在平衡條件下，在不同溫度，成分下的各相關系的圖解，因此，又稱之為 狀態圖或平衡圖。
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表示方法:壓入硬度測定法(如佈氏硬度、洛氏硬度等);回跳硬度測定法(如肖氏硬 度、里氏硬度)等，而在現場生產中常用的是壓入硬度測定法，即佈氏硬度、洛 氏硬度等。
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硬度測定原理-1
布氏硬度試驗原理示意圖
•布氏硬度 =2F/πD (D-√(D2-d2)) F: 載荷，kgf; D: 球體直徑，mm; d: 壓痕平均直徑, mm;
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亞共晶，過共晶生鐵結晶過程
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第四部分
金屬的熱處理
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熱處理的基本原理
熱處理是將金屬在固態下加熱到預定的溫度，並在該溫度 下保持一段時間，然後以一定的速度冷卻下來的一種熱加 工方法。
屬鍵。 Company Confidential
金屬的晶體結構與結晶
晶體是指原子(或分子)按一定幾何形狀有規律地排列的 固態物質。屬晶體的物質的有食鹽、天然金鋼石、鐵等， 所有的固體金屬和合金都是晶體。
晶體內部原子是有規則秩序地排列的。為了便於分析和 描述金屬晶體中原子的排列情況，示意地將原子看成一 個小球，用假想的線條將各原子的中心連結起來，這樣 就得到一個抽象化了的空間格架(圖B)。這種用於描述原 子在晶體排列形式的空間格架稱為結晶格子，簡稱晶格。
維氏硬度值=1.8544F/d2 F: 載荷，kgf; d:壓痕兩對角線長度
算朮平均值--mm.
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維氏硬度試驗
三種硬度的對雙ຫໍສະໝຸດ 測量方法 壓痕特點測量優點
測量范圍
測量缺點
布氏硬度
壓痕面積大，可以測 壓痕面積大 試組織不均勻材料,數
據穩定准確
HB<450金屬
壓痕面積大，不能檢 驗薄片材料和成品件
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變形量
拉伸曲線
金屬的塑性
金屬材料在斷裂前發生塑性變形的能力稱為塑性。延伸率 (δ)和斷面收縮率(ψ)是衡量金屬材料塑性的指標.
載荷
載荷
斷后伸長率: δ=(L1-L0)/L1*100% 斷面收縮率: ψ=(A0-A1)/A0*100%
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鐵碳合金分類
工業純鐵 含碳量小於0.02%的鐵碳合金。
鐵碳 鋼 合金
生鐵
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含碳量為0.02%—2.11%的鐵碳合金。 根據金相 組織的不同，可分為三種。 共析鋼： 含碳量為0.77%; 亞共析鋼：含碳量在0.02%—0.77%之間； 過共析鋼：含碳量在0.77%—2.11%之間；
B.屈服极限: 材料產生屈服現象時的應力稱為屈服极限或屈 服強度,符號σS。
C.抗拉強度: 材料在拉斷前所能承受的最大應力為抗拉強度 或強度极限，符號σb。
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拉伸曲線
•測量強度最普遍也最簡單的方法是拉伸實驗法。
載荷
載荷
( 拉伸前
( 拉伸后
載荷
載荷
變形量
圖1-4 圖解法確定
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沖擊韌性
以很快的速度作用于零件 上的載荷稱為衝擊載荷﹔ 金屬抵抗衝擊載荷作用而 不被破壞的能力稱為韌性 αk﹔
韌性的主要判斷依據是衝 擊吸收功 Ak，目前工程 技朮上常採用一次擺錘沖 擊彎曲實驗。
沖擊吸收功大小與試驗溫度， 試樣形狀，表面粗糙度， 內部組織等因素影響.
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金屬合金
合金是由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬 元素熔合而成，具有金屬特性的物質。
組成合金最基本的獨立的物質稱為組元。一般說來，組元 是組成合金的元素。如Fe, C.
相是指合金中結構相同，成分和性能均一並以界面相互分 開的組成部分。
根據相不同的結構，合金可分為：固溶體、金屬化合物和 多種晶體的机械混合物。
在具有恆定總變形的零件中，隨著時間的延長而自行減低應力 的現象，稱為應力松弛。彈性變形， 高溫，長期， 晶界擴散 和晶體移動，塑變金屬材料抵抗應力松弛的性能稱為松弛穩定 性，可通過專門的松弛實驗所測得的松弛曲線來評定。
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其它機械特性
屈強比 剛度 泊松比 抗拉模量、抗彎模量、抗剪切模量 撓度
含碳量為2.11%—6.69%的鐵碳合金。 共晶生鐵： 含碳量為4.3%; 亞共晶生鐵：含碳量在2.11%—4.3%之間； 過共晶生鐵：含碳量在4.3%—6.69%之間；
共析鋼和亞共析鋼的結晶
A—奧氏體
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P—珠光體
F—鐵素體
過共析鋼結晶過程 共晶生鐵結晶過程
共晶相圖
包晶相圖
鐵碳相圖
纯铁的熔点
A3线
ACD线—液相线
渗碳体的熔点
碳在奥氏体中的最大溶解度
Acm
共晶线
AECF线—固相线
共析线
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共析点
共晶点
鐵碳合金中常見組織
鐵素體：碳溶解在α—Fe中的間隙固溶( F）。塑性 （δ=45-50%）、韌性好，強度、硬度低。
奧氏體：碳溶解在γ —Fe中的間隙固溶體（A）。塑性好。 滲碳體：鐵與碳形成的金屬化合物（Fe3C）。硬度很高，
塑性、韌性幾乎為零。 珠光體：是奧氏體發生共析轉變所形成的鐵素體與滲碳體
的共析體（P）。 萊氏體：是液態鐵碳合金發生共晶轉變所形成的奧氏
體與滲碳體的共晶體（Ld）。硬度高，塑性差。
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金屬合金的分類
圖表標題
金屬合金
鐵系合金
非鐵系合金
鋼鐵
鑄鐵
低合金鋼 高合金鋼
• 鋼鐵的分類 • 純鐵: <0.0218wt%碳以下. • 鋼: 0.0218wt%~2.11wt%碳 • 鑄鐵: >2.11wt%碳.
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銅合金 超合金 貴金屬 耐火金屬
( 拉伸前
( 拉伸后
• 兩個指標的數值越大，材料 的塑性越好。
• 塑性好：易進行壓力加工﹔ 不易突然斷裂，可靠形好。
金屬的硬度
硬度即指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或划痕的能力，它是各種 零件和工具必須具備的性能指標之一，也是熱處理主要的質量檢驗標準。
檢測方法:就是用一定幾何形狀的壓頭，在一定載荷下，壓入被測金屬材料表面， 根據被壓入程度來測定其硬度值。
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洛氏硬度(HR)三種符號測試條件區分
HRA
壓頭 頂角為1200的金剛石圓錐壓頭
F0+F1 588N
HRB 直徑為1.588mm的淬火鋼球壓頭 980N
HRC 頂角為1200的金剛石圓錐壓頭 1470N
硬度測定原理-2
測試原理：將一個相對面 夾角為1360的正四棱體金 剛石壓頭壓入試樣表面， 經規定保持時間后，卸除 載荷，測量壓痕兩對角線 長度，借以計算壓痕表面 積。用載荷除以壓痕表面 積所得為維氏硬度值。
金属材料基础知识
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內容
一. 金屬的基本結構 二. 金屬的機械性能 三. 金屬的相圖及組織 四. 金屬的熱處理 五. 金屬的實驗分析 六. 常用金屬簡介
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第一部分
金屬的基本結構
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金屬與金屬鍵
輕金屬
鋁合金 鎂合金 鈦合金
第二部分 金屬的機械性能
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金屬的強度
金屬材料在各種外力作用下所表現出來的性能稱為机械性能。 金屬的機械性能主要包括:強度、塑性、硬度、韌性及疲勞強 度等。
強度: 強度是金屬材料在靜載荷作用下，抵抗變形和破斷的 能力。
A.彈性极限: 材料在外力作用下只產生彈性變形時所能承受 的最大應力稱為彈性极限，符號σe。
洛氏硬度 維氏硬度
壓痕小
操作迅速，簡便，壓 痕小，不損傷工件表 面，硬度值測量范圍 較大。
壓痕清晰
精確可靠，能更好的 測量極薄零件的硬度
鋼鐵，非鐵 金屬，硬質 合金
軟硬金屬， 極薄零件和 滲炭層，滲 氮層的硬度 測定
壓痕小，准確性沒有 布氏硬度高，測量不 同部位點去平均值。