緒論

一、工程材料：

主要用于工程結構和機器零件的材料。

金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、復合材料二、材料的性能：

主要分為使用性能和工藝性能三、課程主要內容：

金屬學、熱處理、金屬材料緒論一、工程材料：1第一章晶體結構和結晶一、晶體結構

1、基本結構

2、晶向和晶面

3、各向異性

4、實際結構二、結晶

1、結晶過程

2、形核長大

3、影響因素三、鑄錠

1、鑄錠結構

2、鑄錠缺陷第一章晶體結構和結晶一、晶體結構1、結晶過程2緒論及第一章小結1、工程材料分類2、材料性能分類、內容3、三種晶格形式及特點4、三種晶格缺陷5、純金屬結晶特點6、鑄錠結構和缺陷本章重要定義：各向異性變質處理細晶強化緒論及第一章小結1、工程材料分類本章重要定義：3第二章塑性變形與再結晶

一、塑性變形

1、塑性變形

2、單晶體的塑性變形

3、多晶體的塑性變形

二、塑性變形的影響

1、顯微組織

2、亞結構

3、形變織構

4、殘余應力三、回復與再結晶

1、加熱時變形金屬的變化

2、再結晶影響因素

3、熱加工第二章塑性變形與再結晶一、塑性變形3、形變織構4第二章小結1、變形：塑性、韌性、剛性、強度2、斷裂：脆性、韌性3、單晶體變形特點4、多晶體變形特點5、塑性變形影響6、回復和再結晶的目的、作用7、熱加工對性能的影響重要概念：韌性斷裂、脆性斷裂、細晶強化、加工硬化、冷加工、熱加工第二章小結1、變形：塑性、韌性、剛性、強度5第三章合金結構與相圖

一、相結構

1、固溶體

2、金屬間化合物二、合金相圖

1、勻晶相圖

2、共晶相圖

3、包晶相圖三、合金性能與相圖的關系

1、力學性能彌散強化

2、工藝性能第三章合金結構與相圖一、相結構三、合金性能與相圖的關系6第三章小結

1、相結構分類

2、相圖：三種基本相圖，杠桿定律重要概念：相、組織、固溶強化、彌散強化第三章小結1、相結構分類7第四章鐵碳合金

一、鐵碳相圖

1、基本組元

2、基本組織

3、鐵碳相圖二、鐵碳合金結晶過程

1、工業純鐵

2、共析鋼

3、亞共析鋼

4、過共析鋼三、鐵碳相圖的應用

1、含碳量對組織的影響

2、含碳量對機械性能和工藝性能的影響四、碳鋼

1、鋼中的雜質元素

2、碳鋼分類

3、碳鋼牌號及用途第四章鐵碳合金一、鐵碳相圖三、鐵碳相圖的應用8第四章小結

1、鐵碳相圖、結晶分析，相含量計算

2、含碳量對鐵碳合金組織、性能的影響

3、碳鋼分類重要概念：熱脆:硫元素不溶于鐵，而以FeS形式存在，FeS和Fe形成低熔點共晶，并分布于奧氏體晶界上，當對鋼進行熱加工時FeS-Fe共晶容易熔化，使晶粒脫開，造成鋼材脆化開裂，這種現象稱為熱脆。冷脆:磷在鋼中溶于鐵素體F中，室溫下鋼的塑性和韌性急劇下降，尤其在低溫時脆性更大，這種現象稱為冷脆。第四章小結1、鐵碳相圖、結晶分析，9第五章鋼的熱處理一、鋼加熱時的轉變

1、奧氏體的形成和長大

2、奧氏體的晶粒度二、過冷奧氏體的轉變產物

1、珠光體類型

2、貝氏體類型

3、馬氏體類型

三、過冷奧氏體轉變曲線四、鋼的退火和正火

1、退火

2、正火五、鋼的淬火和回火

1、淬火

2、回火

第五章鋼的熱處理一、鋼加熱時的轉變三、過冷奧氏體轉變曲線10第五章小結

1、三種奧氏體

2、三種過冷奧氏體轉變產物及組織形態、性能。

3、退火、正火的分類和特點。

4、淬火的目的和應用。

5、回火的分類和特點。第五章小結1、三種奧氏體11第六章合金鋼

一、定義二、合金元素在鋼中的作用

1、存在形式

2、對奧氏體A的影響

3、對熱處理的影響三、合金鋼的分類分類方式:

用途、合金含量1、合金結構鋼2、合金工具鋼第六章合金鋼一、定義三、合金鋼的分類12第六章小結

鋼的分類掌握并區分各種鋼的牌號、意義，熱處理特點、用途等。示例：20CrMnTi含碳量0.2%，含Cr、Mn、Ti小于1.5％普通低合金結構鋼，常用熱處理方式為退火或正火，常用于車輛、橋梁、船舶等中的零件和結構件。60Si2Mn含碳量0.6%，含Si量在1.5%-2.5%、含Mn量小于1.5％的彈簧鋼，常用熱處理方式為去應力退火，淬火加中溫回火，常用于各種車輛、儀器儀表等中的彈簧。

第六章小結鋼的分類13第七章鑄鐵

一、概述

1、定義：Wc＞2.11%的鐵碳合金。

2、石墨化過程及影響因素

3、分類二、常用鑄鐵

1、灰鑄鐵

2、可鍛鑄鐵

3、球墨鑄鐵

三、小結鑄鐵分類，特點。作業：

P190:1第七章鑄鐵一、概述14第八章有色合金一、鋁及鋁合金

1、純鋁特點與分類

2、鋁合金分類和特點二、銅及銅合金

1、紫銅

2、黃銅：季裂

3、青銅三、軸承合金性能及組織要求小結了解有色合金。季裂作業：

P217：1、2、7第八章有色合金一、鋁及鋁合金三、軸承合金15

本書小結考試范圍：每章小結考試題型：（共計50分）

1、名詞區別

2、判斷

3、問答

4、綜合題本書小結考試范圍：16感謝同學們的配合!預祝大家期末考試順利通過！機械工程材料課件217工程材料分類工程材料分類18工程材料1、金屬材料：包括鋼鐵材料和有色金屬（鋁、鎂、鈦、鎳、銅等）。2、陶瓷材料：新型陶瓷原料如Al2O3，SiC，Si3N4，TiC等主要性能：重量輕；化學穩定性好，耐蝕性好；壓縮強度好，可與金屬相比；熔點高，耐高溫；耐磨性好，硬度高；電和熱的絕緣材料。缺點：易脆斷，不易加工成型。工程材料1、金屬材料：包括鋼鐵材料和有色金屬（鋁、鎂、鈦、鎳19工程材料3、高分子材料：又稱聚合物（Polymorization），一種或多種簡單低分子化合物聚合而成相對分子質量很大的化合物，主要元素為：C、H、N、O。按特性分為：橡膠、塑料、纖維、粘結劑、涂料塑料分為通用和工程兩種。工程塑料的力學性能好，主要用于工程構件中。聚酰胺（PA俗稱尼龍）、聚碳酰胺（PC）、有機玻璃（PMMA）、聚四氟乙烯（PTFE）。4、復合材料：將傳統材料相互結合起來，發揮各自的優勢，克服弱點產生較大的使用價值。一般分為三大類，塑料基、金屬基、陶瓷基。

返回工程材料3、高分子材料：又稱聚合物（Polymorizati20材料的性能

使用性能：

1、物理性能：比重ρ、熔點t、熱膨脹系數

α、磁性、光澤、導電性

2、化學性能：抗蝕性、抗氧化性

3、機械性能（力學性能）：彈性（σe）、剛度（E）、塑性（延伸率δ和斷面收縮率ψ)、強度（σs）、硬度[HB；HR（A、B、C）；HV]、沖擊韌性（AK）、疲勞強度（σ-1）、蠕變極限等材料的性能使用性能：21材料的性能工藝性能：

1、鑄造性能：流動性、熔點、氧化性

2、焊接性能：氧化性、導熱性、熱膨脹性

3、可鍛性：熱壓力加工難易度、一定溫度下的塑性、允許熱壓溫度、體積變化

4、切削加工性能：切削抗力、表面粗糙度、韌性、強度

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材料的性能工藝性能：22課程內容金屬學（1-4）：主要學習金屬及合金的內部組織、結晶特點、二元合金相圖，為熱處理和金屬材料打基礎。熱處理（5）：主要了解鋼鐵材料的熱處理的原理及工藝特點，根據具體工礦選擇合適的工藝方法，安排工藝路線。金屬材料（6-8）：掌握常用金屬材料：鋼、鑄鐵、合金鋼、有色合金等的成分、內部組織、性能、用途等特性，便于以后合理選材。

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課程內容金屬學（1-4）：主要學習金屬及合金的內部組織、結晶23晶體結構基本結構:晶體、晶格（點陣）、晶胞、晶格常數。常見晶格結構（1）體心立方：

原子數：1/8*8+1=2；晶格常數：a=b=c；原子半徑：r=a√3/4；致密度：2V/a3=0.68；配位數：8；代表金屬：Cr、W、V、α-Fe（<912℃）、δ-Fe（>1394℃）等。晶體結構基本結構:晶體、晶格（點陣）、晶胞、晶格常數。24晶體結構（2）面心立方：原子數:1/8*8+1/2*6=4

晶格常數：a=b=c

原子半徑：r=a√2/4

致密度：4V/a3=0.74

配位數：12

代表金屬：Al、Cu、Ni、Pb、γ-Fe（912℃-1394℃）等返回（3）密排六方:原子數:1/6*12+1/2*2+3=6

晶格常數:a=b≠c，c/a≈1.633

原子半徑:r=a/2；致密度:0.74；配位數:12；代表金屬:Mg、Zn、Ti等。

晶體結構（2）面心立方：（3）密排六方:25晶向和晶面晶面：通過幾個原子中心所確定的面。用晶面指數來表示。確定方式：（1）建立坐標系，求截距；（2）截距求倒數；（3）倒數最小化，加上圓括號。代表晶面：（100）、（110）、（111）原子排列相同但位向不同的晶面用{}表示一族。晶面原子密度：單位面積上的原子數。

晶向和晶面晶面：通過幾個原子中心所確定的面。用晶面指數來表26晶向和晶面晶向：幾個原子確定的方向，用晶向指數表示。確定方式：（1）建立坐標系，確定方向；（2）求任一點坐標值；（3）坐標值最小化，加上方括號。代表晶面：[100]、[110]、[111](動畫）原子排列方向平行的一組晶向用<>表示一族。晶向原子密度：單位長度上的原子數。

返回晶向和晶面晶向：幾個原子確定的方向，用晶向指數表示。27晶體的實際結構晶體缺陷分三類，缺陷造成晶格發生畸變。（1）點缺陷：三維尺度上尺寸在幾個原子范圍內的缺陷.空位、間隙原子、置換原子（動畫1，2）.（2）線缺陷：一個方向上尺寸較大，另兩個方向上尺寸較小的缺陷。主要為位錯。分為刃型位錯（動畫1，2）和螺型位錯（動畫1，2）。（3）面缺陷：三維方向上尺寸都較大的缺陷。主要為晶界和亞晶界（動畫1，2）。

返回晶體的實際結構晶體缺陷分三類，缺陷造成晶格發生畸變。28結晶1、結晶：晶體由液體變為固體的過程。結晶必要條件：過冷度ΔG2、形核長大：結晶過程的實質。液態下原子能量高→結構起伏與相起伏→溫度下降原子能量降低→晶胚形成→過冷度出現形成晶核→晶核生長，原子整齊排列→散熱方向影響形成枝晶→枝晶生長，液態變為固態→結晶結束

返回結晶1、結晶：晶體由液體變為固體的過程。29結晶影響因素（1）過冷度ΔT：形核率N，成長率G，驅動力ΔF，原子運動能力DΔT=0，即T=T0，不形核N=G=0ΔT↑，ΔF↑，N、G↑（2）雜質變質處理、細晶強化。

返回結晶影響因素（1）過冷度ΔT：30鑄錠1、鑄錠結構：一般分為三部分（1）表面細晶區：晶粒細小，組織致密，性能好，較薄。（2）柱狀晶區：晶粒界面平直，組織致密，存在方向性，有缺陷。（3）等軸晶區：晶粒大小均勻，粗大，致密性差，存在缺陷。2、鑄錠缺陷：縮孔，氣孔，夾雜等。

返回鑄錠1、鑄錠結構：一般分為三部分31塑性變形1、塑性變形2、單晶體的塑性變形（1）切應力作用（條件）（2）晶面和晶向（方向）（3）產生臺階（宏觀）（4）晶粒轉動（微觀）（5）位錯運動（實質）3、多晶體的塑性變形（1）界面影響（2）變形過程（3）變形特點不同時性、相互協調性，不均勻性。

返回塑性變形1、塑性變形3、多晶體的塑性變形32塑性變形的影響1、顯微組織：方向性，纖維組織2、亞結構：晶粒細化，加工硬化3、形變織構：絲織構、板織構4、殘余應力：（1）宏觀內應力（2）微觀內應力（3）第三類內應力

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塑性變形的影響1、顯微組織：方向性，纖維組織33回復與再結晶1、加熱時變形金屬的變化（1）回復：去除應力，（2）再結晶：重新形核長大，消除加工硬化（3）晶粒長大：二次再結晶2、再結晶影響因素：變形度、純度、加熱速度、時間3、熱加工（1）冷、熱加工（2）熱加工對組織、性能的影響

a.改善鑄錠組織

b.產生纖維組織

c.產生帶狀組織返回

回復與再結晶1、加熱時變形金屬的變化34相結構相：金屬或合金中成分、結構相同，與其它部分有界面分開的均勻組成部分1、固溶體：合金結晶時所形成的固相的晶格結構與合金中某一組成元素的晶格結構相同（1）分類：置換、間隙；有序、無序；有限，無限（2）影響因素：原子尺寸、負電性、晶體結構、電子濃度等（3）性能：提高強度、硬度；塑性、韌性有所下降固溶強化

相結構相：金屬或合金中成分、結構相同，與其它部分有界面分開的35相結構2、金屬間化合物：晶格結構不同于合金中任一組成元素，具有相當程度的金屬鍵和金屬性質（1）正常價化合物：直接發生反應形成。（2）電子化合物：服從電子濃度規律。（3）間隙化合物：原子尺寸較大的過渡族元素占據結點位置，尺寸較小的非金屬原子有規則的嵌入晶格空隙

a間隙相：原子比例小于0.59，有簡單的晶體結構。

b復雜結構的間隙化合物：原子比例大于0.59，形成復雜的晶體結構。

返回相結構2、金屬間化合物：晶格結構不同于合金中任一組成元素，具36合金相圖組元、合金系、相圖、建立方法（熱分析法）1、勻晶相圖：兩組元在液態和固態下均無限固溶的二元合金相圖。如Ni-Cu、Cu-Au、Fe-Ni等。杠桿定律、偏析。2、共晶相圖：兩組元液態時無限固溶、固態時有限固溶，并發生共晶轉變的二元合金相圖。3、包晶相圖：兩組元液態時無限固溶、固態時有限固溶，并發生包晶轉變的二元合金相圖。

返回合金相圖組元、合金系、相圖、建立方法（熱分析法）37鐵碳相圖1、鐵碳合金基本組元（1）碳：以Fe3C和石墨形式存在。（2）Fe：重結晶（同素異構轉變）:α-Fe（<912℃）

δ-Fe（>1394℃）,γ-Fe（912℃-1394℃）2、基本組織：（1）鐵素體（F、α）：碳溶于α-Fe的間隙固溶體，塑性、韌性好，硬度差。（2）奧氏體（A或γ）：高溫存在、碳溶于γ-Fe的間隙固溶體。（3）滲碳體（Fe3C）：復雜結構的間隙化合物，含碳量高6.69%，硬度高，強度、塑性、韌性都很差。（4）珠光體（P）：鐵素體和滲碳體的混合物，片狀分布。返回

鐵碳相圖1、鐵碳合金基本組元38鐵碳相圖（1）14特性點:A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、N、P、S、Q5個單相區：L、δ、A、F、Fe3C7個兩相區：L+δ、L+A、L+Fe3C、δ+A、A+Fe3C、α+A、α+Fe3C（2）三個恒溫反應包晶反應（HJB，1495℃）：L+δ→A，WC=0.09～0.53%。共晶反應（ECF，1148℃）：L→A+Fe3C，WC=2.11～6.69%。A+Fe3C為萊氏體Ld。共析反應（PSK，727℃）：A→F+Fe3C，WC=0.02～6.69%。（3）三條特性曲線：GS、ES、PQ（4）鋼和鐵：以含碳量劃分。

返回鐵碳相圖（1）14特性點:A、B、C、D、E、F、G、H、J39鐵碳相圖的應用1、含碳量對組織的影響：隨著含碳量的變化組織變化為：

F→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Ld′→Ld′→Ld′+Fe3CⅠ+Fe3C2、含碳量對機械性能的影響：隨含碳量增加，硬度增加，塑性、韌性降低。3、含碳量對工藝性能的影響

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鐵碳相圖的應用1、含碳量對組織的影響：隨著含碳量的變化組織40碳鋼按化學成分分為碳鋼和合金鋼兩類。1、碳鋼中的雜質元素：Mn（脫氧劑）Si（脫氧劑）S（熱脆）P（冷脆）2、碳鋼分類：（1）按含碳量分：低碳鋼（≤0.25%）；中碳鋼（0.25～0.6%）；高碳鋼（≥0.6%）（2）按質量分：普通、優質、高級優質（3）按用途分：碳素結構鋼、碳素工具鋼

返回碳鋼按化學成分分為碳鋼和合金鋼兩類。41碳鋼牌號及用途F：沸騰鋼、Z：鎮靜鋼、b：半沸騰鋼、A、B、C：等級（1）碳素結構鋼：

Q235―A?F：屈服強度為235MPa的A級沸騰鋼

Q235―C：屈服強度為235MPa的C級鎮靜鋼（2）優質碳素結構鋼：

45：WC=0.45%的優質碳素結構鋼；

20：WC=0.2%的優質碳素結構；

40Mn:WC=0.4%，含Mn量為0.7～1.0%的優質碳素結構鋼

20Mn:WC=0.2%，含Mn量為0.7～1.0%的優質碳素結構鋼（3）碳素工具鋼：T9：WC=0.9%的碳素工具鋼

T12A：WC=1.2%的高級優質碳素工具鋼

返回碳鋼牌號及用途F：沸騰鋼、Z：鎮靜鋼、b：半沸騰鋼、A、B、42奧氏體的晶粒度起始晶粒度：奧氏體化剛結束，奧氏體晶粒邊界剛相互接觸時的晶粒大小。本質晶粒度：鋼在一定條件下奧氏體晶粒長大的傾向性。實際晶粒度：鋼在某一具體熱處理條件下所獲得的奧氏體晶粒大小。

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奧氏體的晶粒度43過冷奧氏體的轉變產物1、珠光體類型：A1―550℃

珠光體：A1―650℃500倍片狀滲碳體P

索氏體：650℃―600℃

800―1000倍片狀細S

屈氏體：600℃―550℃

電子顯微鏡片狀更細T2、貝氏體類型：550℃―230℃

上貝氏體：550℃―350℃，存在于共析鋼和普通中、高碳鋼中，呈羽毛狀，存在明顯方向性，強度和韌性較差。過冷奧氏體的轉變產物1、珠光體類型：A1―550℃44過冷奧氏體的轉變產物下貝氏體：350℃―230℃，呈針狀，細小的碳化物彌散分布其中。強度、韌性高，有良好的綜合機械性能。3、馬氏體類型：＜230℃

板條狀馬氏體：細長板條狀，又叫位錯馬氏體，強度高、韌性好。片狀馬氏體：針狀、竹葉狀，又叫孿晶馬氏體，硬度強度高，塑性韌性差。

返回過冷奧氏體的轉變產物下貝氏體：350℃―230℃，呈針狀45退火和正火1、退火：加熱、保溫、緩冷。（1）完全退火：Ac3以上30―50℃，保溫隨爐緩冷。目的：細化晶粒，均勻組織，消除應力，降低硬度，改善切削加工性能。應用：亞共析鋼、合金鋼的鑄、鍛及熱軋型材。（2）等溫退火：快冷至Ar1，保溫，出爐空冷。目的：均勻組織、改善性能，與等溫退火一樣，但縮短了時間。應用：碳鋼、合金鋼。

退火和正火1、退火：加熱、保溫、緩冷。46退火和正火（3）球化退火：Ac1以上20―30℃，短時間保溫，爐冷或高溫長時間保溫。目的：使鋼中網絡狀的滲碳體變成球狀，降低硬度，改善切削加工性能。應用：共析、過共析鋼、合金工具鋼（4）去應力退火：加熱到A1以下，保溫，隨爐緩冷。目的：消除應力，降低硬度，提高尺寸穩定性，防止變形開裂。應用：鑄、鍛、焊、熱軋、冷拉等經過變形的工件。2、正火：Ac3或Acm以上適當溫度，保溫，空冷。目的：細化晶粒，消除應力，消除帶狀組織。

返回退火和正火（3）球化退火：Ac1以上20―30℃，短時間保溫47淬火和回火1、淬火：Ac3或Ac1以上適當溫度，保溫，快冷。目的：得到盡可能多的馬氏體冷卻介質：水，礦物油，鹽溶液等。2、回火：淬火后的鋼在Ac1下加熱，以不同的冷卻方式冷卻，得到不同的回火組織。目的：降低脆性，消除應力，獲得良好的機械性能。低溫回火：溫度：150―250℃

組織：回火馬氏體應用：淬火高碳鋼、高碳合金鋼。目的：保持高強、硬度、耐磨性，降低應力、脆性，提高塑、韌性，保持良好的機械性能。淬火和回火1、淬火：Ac3或Ac1以上適當溫度，保溫，快冷。48淬火和回火中溫回火：溫度：350―500℃

組織：回火屈氏體應用：各種彈簧零件，熱鍛模具。目的：消除淬火應力、提高強、硬度，塑、韌性，獲得較高的彈性極限。高溫回火：淬火+高溫回火叫調質處理。溫度：500―650℃

組織：回火索氏體應用：淬火中碳、低合金結構鋼，重要機器零件。目的：得到σ、Ak、HB等都好的綜合機械性能。

返回淬火和回火中溫回火：溫度：350―500℃49合金鋼一、定義目的：提高鋼的機械、工藝、物理和化學性能，改善耐熱、耐蝕、耐磨等性能。常加入的合金元素：Ni、Si、Al、Co、Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Zr二、合金元素在鋼中的作用

1、存在形式：溶于F固溶強化，溶于Fe3C提高滲碳體的穩定性，提高強、硬度。

2、對奧氏體A的影響：影響A的形成、A區域大小和過冷A穩定性。

3、對熱處理的影響：影響C曲線和回火轉變。

返回合金鋼一、定義50合金鋼的分類有按用途和按合金含量兩種分類方式。1、合金結構鋼表示方式：數字1+元素+數字2+字母數字1：含碳量，單位為萬分之一。元素：鋼中的合金元素。數字2：合金元素的含量。字母：表示鋼的質量。合金鋼的分類有按用途和按合金含量兩種分類方式。51合金鋼的分類（1）普通低合金鋼：Wc＜0.2%，Wm＜3%

特點：減輕重量，提高強度、韌性和耐腐蝕性。熱處理方式：退火（正火）用途：大量應用于橋梁、車輛、鍋爐、管道等一般零件和結構件。示例：09Mn2，15MnTi（2）易切削鋼：特點：改善鋼的切削加工性能。加入元素：S、Pb、Ca、P

示例：Y12，Y30，Y40Mn合金鋼的分類（1）普通低合金鋼：Wc＜0.2%，Wm＜3%52合金鋼的分類（3）滲碳鋼：Wc=0.1%～0.25%，Wm:Cr、Ni、Mn、Si等特點：經滲碳處理，表硬里韌熱處理方式：滲碳+淬火+低溫回火用途：齒輪、曲軸、連桿等受沖擊和磨損多的零件。示例：20Cr，20CrMnTi（4）調質鋼：Wc=0.25%～0.50%，Wm

：Mn、Cr、Ni、Si

特點：綜合性能好，用于較為重要的零件。熱處理方式：調質（淬火+高溫回火）；組織：回火索氏體用途：車輛、機床上的螺栓、連桿、主軸等綜合機械性能要求高的零部件。示例：40Cr，40MnVB，40CrNiMo合金鋼的分類（3）滲碳鋼：Wc=0.1%～0.25%，Wm:53合金鋼的分類（5）彈簧鋼：Wc=0.46%～0.70%，Wm：Si、Mn、Cr、V等特點：較高的抗拉強度、屈服強度和疲勞強度，塑性韌性好熱處理方式：去應力退火＋淬火+中溫回火用途：各類彈簧（用于車輛、儀器儀表等）示例：65Mn，60Si2Mn（6）滾動軸承鋼：Wc=0.95%～1.15%，WCr=0.4%～1.65%

特點：高耐磨、耐蝕性，高彈性極限和接觸疲勞強度熱處理方式：球化退火+淬火+低溫回火用途：車輛、機床等的滾動軸承。示例：GCr9，GCr15（數字表示Cr含量,單位:千分之一）合金鋼的分類（5）彈簧鋼：Wc=0.46%～0.70%，Wm54合金鋼的分類表示方式：含碳量>1%不標；<1%表示，單位為千分之一，刃具鋼：Wc=0.6%～1.5%，Wm

：Mn、Cr、W、Mo

特點：高硬度、耐磨性、熱硬性。熱處理方式：球化退火+淬火+低溫回火用途：車、銑、刨、鉆等的刀具。示例：9CrSi，9Mn2V，CrWMn模具鋼：熱作模具鋼：受熱狀態下應用，多用5CrMnMo，5CrNiMo，熱處理多采用調質處理。冷作模具鋼：室溫下應用，用刃具鋼所用鋼號。量具鋼：無專用鋼，多用CrWMn，GCr15返回合金鋼的分類表示方式：含碳量>1%不標；<1%表示，單位為千55鋼的分類區分鋼號三看原則：一看前后：G、Y、T、F、A等二看數字：前面數字兩位為結構鋼，小于等于一位為工具鋼；中間表示含量三看元素鋼的分類區分鋼號三看原則：56鋼的分類碳素結構鋼：A3，Q235A?F

碳素鋼優質碳素結構鋼：20，40Mn

碳素工具鋼：T8，T12

普通低合金鋼：16Mn，15MnTi

易切削鋼：Y12，Y40Mn鋼合金滲碳鋼：20Cr，20CrMnTi

結構鋼調質鋼：40Cr，40MnVB

彈簧鋼：65Mn，60Si2Mn

合金鋼滾動軸承鋼：GCr9，GCr15

刃具鋼：9SiCr，CrWMn

工具鋼模具鋼：5CrMnMo，9SiCr

量具鋼：CrWMn，GCr15

返回鋼的分類碳素結構鋼：A57鑄鐵分類

按碳存在形式：白口鑄鐵：碳大部分以Fe3C形式存在，斷口呈亮白色?；铱阼T鐵:碳大部分以石墨G形式存在,斷口呈暗黑色.麻口鑄鐵：既有Fe3C又有石墨G。

按石墨G結晶形態不同：灰鑄鐵：G以片狀存在。可鍛鑄鐵：G呈團裝。球墨鑄鐵：G呈球狀。

返回鑄鐵分類按碳存在形式：58常用鑄鐵1、灰鑄鐵：組織：基體（F，F+P，P）+片狀石墨性能：鑄造、耐磨、消振和切削加工性能好，抗壓強度高。牌號：HT+數字（最低抗拉強度）熱處理：不能改變石墨的形狀和分布，只對基體產生影響。消除應力，穩定尺寸，改善切削加工性能，提高耐磨性。應用：手輪，支架，底座，齒輪箱，氣缸套，軸承座等。

常用鑄鐵1、灰鑄鐵：59常用鑄鐵

2、可鍛鑄鐵：白口鑄鐵長時間石墨化退火形成。組織：基體（F，P）+團絮狀石墨性能：強度高于灰鑄鐵，韌性好。牌號：KT+字母(HZ)+數字（最低抗拉強度－最低伸長率）應用：板手，支架，犁刀，曲軸等。常用鑄鐵2、可鍛鑄鐵：白口鑄鐵長時間石墨化退火形成。60常用鑄鐵

3、球墨鑄鐵：加入球化劑球化處理，得到球狀石墨。組織：基體（F，F+P，P）+球狀石墨性能：鑄造性能好，力學性能優良，應用較廣。牌號：QT+數字（最低抗拉強度－最低伸長率）熱處理：消除應力，得到不同組織的基體，改善性能。應用：機架，變速箱，氣缸，曲軸等。

返回

常用鑄鐵3、球墨鑄鐵：加入球化劑球化處理，得到球狀石墨。61鋁及鋁合金

1、純鋁特點：密度小，熔點低，塑性好，強度低，導熱導電性能好等。

2、純鋁分類：高純、工業高純、工業純鋁三類。

3、鋁合金分類：形變鋁合金、鑄造鋁合金

4、強化方式：時效強化，加工硬化，細晶強化。

返回鋁及鋁合金1、純鋁特點：密度小，熔點低，塑性好，強度低，62銅及銅合金

1、紫銅：即純銅，具有良好的導熱導電性，塑性好，強度低。

2、黃銅：鋅作為主要加入元素的銅合金。季裂。

3、青銅：銅和錫的合金。

返回銅及銅合金1、紫銅：即純銅，具有良好的導熱導電性，塑性好63晶格晶格64晶胞返回晶胞返65面心立方面心立方66面心原子模型面心原子模型67面心配位數面心配位數68面心間隙返回面心間隙返回69體心立方體心立方70體心模型體心模型71體心立方2返回體心立方2返回72密排六方密排六方73密排六方原子模型密排六方原子模型74密排六方2密排六方275密排六方配位數密排六方配位數76密排六方間隙密排六方間隙77密排六方間隙2返回密排六方間隙2返回78晶向晶向79晶向1晶向180晶向2返回晶向281晶面晶面82晶面1

返回晶面183實際晶體實際晶體84實際晶體返回實際晶體返回85點缺陷返回點缺陷86刃型位錯刃型位錯87刃型位錯模型刃型位錯模型88

刃型位錯類型

返回刃型位錯類型返回89螺型位錯返回螺型位錯返回90晶界與亞晶界返回晶界與亞晶界返回91結晶1結晶192結晶2返回結晶2返回93單晶體受力返回單晶體受力94滑移滑移95滑移臺階返回滑移臺階96滑移實質返回滑移實質返97多晶體變形返回多晶體變形返回98變形金屬晶粒大小、性能與溫度的關系變形金屬晶粒大小、性能與溫度的關系99返回返回100流線

帶狀組織

返回流線

帶狀組織

返回101無限固溶體無限固溶體102復雜結構的間隙化合物返回復雜結構的間隙化合物返回103

金屬材料的工藝性能

金屬材料的一般加工過程如下：

金屬材料的工藝性能金屬材料的一般加工過程如下104第一章重要概念各向異性：由于晶體中不同晶面和晶向上的原子密度不同，原子間的結合力就不同，因而在不同方向上的性能各異，此即晶體的各向異性，它是晶體區別于非晶體的重要標志之一。變質處理：在金屬結晶時，故意向液體金屬中加入某些難熔雜質來有效的細化金屬的晶粒，以達到改善其機械性能的目的，這種細化晶粒的方法叫做變質處理，所加難熔雜質叫變質劑或人工晶核，這是工業上廣泛采用的強化材料的方法之一。細晶強化：晶粒越小，其晶界的總面積就越多，每個晶粒周圍不同取向的晶粒數目也就越多，對塑性變形的抗力也就越大，從而可以改善材料的強度；晶粒越細，單位面積里的晶粒數目就越多，變形時同樣的變形量就可以分散到更多的晶粒中發生，以產生比較均勻的變形，從而使材料可以承受較大的塑性變形。因此，細小的晶粒可以使材料得到較好的綜合機械性能。第一章重要概念各向異性：由于晶體中不同晶面和晶向上的原子密度105第二章重要概念韌性斷裂：斷裂前有明顯塑性變形，斷口呈纖維狀，灰暗無光脆性斷裂：斷裂前未經過明顯塑性變形，斷口有光澤加工硬化：隨著變形量的增大，由于晶粒破碎和位錯密度的增加，金屬的塑性抗力將迅速增大，硬度和強度顯著升高，塑性和韌性下降，產生加工硬化的現象冷加工：在材料再結晶溫度以下的加工變形熱加工：在材料再結晶溫度以上的加工變形第二章重要概念韌性斷裂：斷裂前有明顯塑性變形，斷口呈纖維狀，106第三章重要概念相：金屬或合金中成分、結構相同，與其它部分有界面分開的均勻組成部分組織：通常把在金相顯微鏡下觀察到的具有某種形貌或形態特征的組成部分稱為組織相組成物：結晶后的顯微組織不同，但均有相同的相組成，這些基本相稱為相組成物組織組成物：顯微組織中能區分開，是組成顯微組織的獨立部分稱為組織組成物第三章重要概念相：金屬或合金中成分、結構相同，與其它部分有界107固溶強化：通過溶入某種溶質元素形成固溶體而使金屬強度和硬度提高的現象稱為固溶強化。固溶強化的產生是由于溶入溶質元素后，引起溶劑元素的晶格產生畸變，進而使位錯移動所受到的阻力增大的緣故。固溶強化是材料的一種重要的強化途徑。彌散強化：當次生相或其他質點以細小粒子均勻分布在固溶體的晶粒之中時，會使合金的塑性、韌性稍有下降，但強度、硬度有所增加的現象，質點彌散強度越高，強化效果越好。彌散強化是合金的基本強化方式之一，在實際生產和合金研究工作中已經獲得大量應用。

返回固溶強化：通過溶入某種溶質元素形成固溶體而使金屬強度和硬度提108緒論

一、工程材料：

主要用于工程結構和機器零件的材料。

金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、復合材料二、材料的性能：

主要分為使用性能和工藝性能三、課程主要內容：

金屬學、熱處理、金屬材料緒論一、工程材料：109第一章晶體結構和結晶一、晶體結構

1、基本結構

2、晶向和晶面

3、各向異性

4、實際結構二、結晶

1、結晶過程

2、形核長大

3、影響因素三、鑄錠

1、鑄錠結構

2、鑄錠缺陷第一章晶體結構和結晶一、晶體結構1、結晶過程110緒論及第一章小結1、工程材料分類2、材料性能分類、內容3、三種晶格形式及特點4、三種晶格缺陷5、純金屬結晶特點6、鑄錠結構和缺陷本章重要定義：各向異性變質處理細晶強化緒論及第一章小結1、工程材料分類本章重要定義：111第二章塑性變形與再結晶

一、塑性變形

1、塑性變形

2、單晶體的塑性變形

3、多晶體的塑性變形

二、塑性變形的影響

1、顯微組織

2、亞結構

3、形變織構

4、殘余應力三、回復與再結晶

1、加熱時變形金屬的變化

2、再結晶影響因素

3、熱加工第二章塑性變形與再結晶一、塑性變形3、形變織構112第二章小結1、變形：塑性、韌性、剛性、強度2、斷裂：脆性、韌性3、單晶體變形特點4、多晶體變形特點5、塑性變形影響6、回復和再結晶的目的、作用7、熱加工對性能的影響重要概念：韌性斷裂、脆性斷裂、細晶強化、加工硬化、冷加工、熱加工第二章小結1、變形：塑性、韌性、剛性、強度113第三章合金結構與相圖

一、相結構

1、固溶體

2、金屬間化合物二、合金相圖

1、勻晶相圖

2、共晶相圖

3、包晶相圖三、合金性能與相圖的關系

1、力學性能彌散強化

2、工藝性能第三章合金結構與相圖一、相結構三、合金性能與相圖的關系114第三章小結

1、相結構分類

2、相圖：三種基本相圖，杠桿定律重要概念：相、組織、固溶強化、彌散強化第三章小結1、相結構分類115第四章鐵碳合金

一、鐵碳相圖

1、基本組元

2、基本組織

3、鐵碳相圖二、鐵碳合金結晶過程

1、工業純鐵

2、共析鋼

3、亞共析鋼

4、過共析鋼三、鐵碳相圖的應用

1、含碳量對組織的影響

2、含碳量對機械性能和工藝性能的影響四、碳鋼

1、鋼中的雜質元素

2、碳鋼分類

3、碳鋼牌號及用途第四章鐵碳合金一、鐵碳相圖三、鐵碳相圖的應用116第四章小結

1、鐵碳相圖、結晶分析，相含量計算

2、含碳量對鐵碳合金組織、性能的影響

3、碳鋼分類重要概念：熱脆:硫元素不溶于鐵，而以FeS形式存在，FeS和Fe形成低熔點共晶，并分布于奧氏體晶界上，當對鋼進行熱加工時FeS-Fe共晶容易熔化，使晶粒脫開，造成鋼材脆化開裂，這種現象稱為熱脆。冷脆:磷在鋼中溶于鐵素體F中，室溫下鋼的塑性和韌性急劇下降，尤其在低溫時脆性更大，這種現象稱為冷脆。第四章小結1、鐵碳相圖、結晶分析，117第五章鋼的熱處理一、鋼加熱時的轉變

1、奧氏體的形成和長大

2、奧氏體的晶粒度二、過冷奧氏體的轉變產物

1、珠光體類型

2、貝氏體類型

3、馬氏體類型

三、過冷奧氏體轉變曲線四、鋼的退火和正火

1、退火

2、正火五、鋼的淬火和回火

1、淬火

2、回火

第五章鋼的熱處理一、鋼加熱時的轉變三、過冷奧氏體轉變曲線118第五章小結

1、三種奧氏體

2、三種過冷奧氏體轉變產物及組織形態、性能。

3、退火、正火的分類和特點。

4、淬火的目的和應用。

5、回火的分類和特點。第五章小結1、三種奧氏體119第六章合金鋼

一、定義二、合金元素在鋼中的作用

1、存在形式

2、對奧氏體A的影響

3、對熱處理的影響三、合金鋼的分類分類方式:

用途、合金含量1、合金結構鋼2、合金工具鋼第六章合金鋼一、定義三、合金鋼的分類120第六章小結

鋼的分類掌握并區分各種鋼的牌號、意義，熱處理特點、用途等。示例：20CrMnTi含碳量0.2%，含Cr、Mn、Ti小于1.5％普通低合金結構鋼，常用熱處理方式為退火或正火，常用于車輛、橋梁、船舶等中的零件和結構件。60Si2Mn含碳量0.6%，含Si量在1.5%-2.5%、含Mn量小于1.5％的彈簧鋼，常用熱處理方式為去應力退火，淬火加中溫回火，常用于各種車輛、儀器儀表等中的彈簧。

第六章小結鋼的分類121第七章鑄鐵

一、概述

1、定義：Wc＞2.11%的鐵碳合金。

2、石墨化過程及影響因素

3、分類二、常用鑄鐵

1、灰鑄鐵

2、可鍛鑄鐵

3、球墨鑄鐵

三、小結鑄鐵分類，特點。作業：

P190:1第七章鑄鐵一、概述122第八章有色合金一、鋁及鋁合金

1、純鋁特點與分類

2、鋁合金分類和特點二、銅及銅合金

1、紫銅

2、黃銅：季裂

3、青銅三、軸承合金性能及組織要求小結了解有色合金。季裂作業：

P217：1、2、7第八章有色合金一、鋁及鋁合金三、軸承合金123

本書小結考試范圍：每章小結考試題型：（共計50分）

1、名詞區別

2、判斷

3、問答

4、綜合題本書小結考試范圍：124感謝同學們的配合!預祝大家期末考試順利通過！機械工程材料課件2125工程材料分類工程材料分類126工程材料1、金屬材料：包括鋼鐵材料和有色金屬（鋁、鎂、鈦、鎳、銅等）。2、陶瓷材料：新型陶瓷原料如Al2O3，SiC，Si3N4，TiC等主要性能：重量輕；化學穩定性好，耐蝕性好；壓縮強度好，可與金屬相比；熔點高，耐高溫；耐磨性好，硬度高；電和熱的絕緣材料。缺點：易脆斷，不易加工成型。工程材料1、金屬材料：包括鋼鐵材料和有色金屬（鋁、鎂、鈦、鎳127工程材料3、高分子材料：又稱聚合物（Polymorization），一種或多種簡單低分子化合物聚合而成相對分子質量很大的化合物，主要元素為：C、H、N、O。按特性分為：橡膠、塑料、纖維、粘結劑、涂料塑料分為通用和工程兩種。工程塑料的力學性能好，主要用于工程構件中。聚酰胺（PA俗稱尼龍）、聚碳酰胺（PC）、有機玻璃（PMMA）、聚四氟乙烯（PTFE）。4、復合材料：將傳統材料相互結合起來，發揮各自的優勢，克服弱點產生較大的使用價值。一般分為三大類，塑料基、金屬基、陶瓷基。

返回工程材料3、高分子材料：又稱聚合物（Polymorizati128材料的性能

使用性能：

1、物理性能：比重ρ、熔點t、熱膨脹系數

α、磁性、光澤、導電性

2、化學性能：抗蝕性、抗氧化性

3、機械性能（力學性能）：彈性（σe）、剛度（E）、塑性（延伸率δ和斷面收縮率ψ)、強度（σs）、硬度[HB；HR（A、B、C）；HV]、沖擊韌性（AK）、疲勞強度（σ-1）、蠕變極限等材料的性能使用性能：129材料的性能工藝性能：

1、鑄造性能：流動性、熔點、氧化性

2、焊接性能：氧化性、導熱性、熱膨脹性

3、可鍛性：熱壓力加工難易度、一定溫度下的塑性、允許熱壓溫度、體積變化

4、切削加工性能：切削抗力、表面粗糙度、韌性、強度

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材料的性能工藝性能：130課程內容金屬學（1-4）：主要學習金屬及合金的內部組織、結晶特點、二元合金相圖，為熱處理和金屬材料打基礎。熱處理（5）：主要了解鋼鐵材料的熱處理的原理及工藝特點，根據具體工礦選擇合適的工藝方法，安排工藝路線。金屬材料（6-8）：掌握常用金屬材料：鋼、鑄鐵、合金鋼、有色合金等的成分、內部組織、性能、用途等特性，便于以后合理選材。

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課程內容金屬學（1-4）：主要學習金屬及合金的內部組織、結晶131晶體結構基本結構:晶體、晶格（點陣）、晶胞、晶格常數。常見晶格結構（1）體心立方：

原子數：1/8*8+1=2；晶格常數：a=b=c；原子半徑：r=a√3/4；致密度：2V/a3=0.68；配位數：8；代表金屬：Cr、W、V、α-Fe（<912℃）、δ-Fe（>1394℃）等。晶體結構基本結構:晶體、晶格（點陣）、晶胞、晶格常數。132晶體結構（2）面心立方：原子數:1/8*8+1/2*6=4

晶格常數：a=b=c

原子半徑：r=a√2/4

致密度：4V/a3=0.74

配位數：12

代表金屬：Al、Cu、Ni、Pb、γ-Fe（912℃-1394℃）等返回（3）密排六方:原子數:1/6*12+1/2*2+3=6

晶格常數:a=b≠c，c/a≈1.633

原子半徑:r=a/2；致密度:0.74；配位數:12；代表金屬:Mg、Zn、Ti等。

晶體結構（2）面心立方：（3）密排六方:133晶向和晶面晶面：通過幾個原子中心所確定的面。用晶面指數來表示。確定方式：（1）建立坐標系，求截距；（2）截距求倒數；（3）倒數最小化，加上圓括號。代表晶面：（100）、（110）、（111）原子排列相同但位向不同的晶面用{}表示一族。晶面原子密度：單位面積上的原子數。

晶向和晶面晶面：通過幾個原子中心所確定的面。用晶面指數來表134晶向和晶面晶向：幾個原子確定的方向，用晶向指數表示。確定方式：（1）建立坐標系，確定方向；（2）求任一點坐標值；（3）坐標值最小化，加上方括號。代表晶面：[100]、[110]、[111](動畫）原子排列方向平行的一組晶向用<>表示一族。晶向原子密度：單位長度上的原子數。

返回晶向和晶面晶向：幾個原子確定的方向，用晶向指數表示。135晶體的實際結構晶體缺陷分三類，缺陷造成晶格發生畸變。（1）點缺陷：三維尺度上尺寸在幾個原子范圍內的缺陷.空位、間隙原子、置換原子（動畫1，2）.（2）線缺陷：一個方向上尺寸較大，另兩個方向上尺寸較小的缺陷。主要為位錯。分為刃型位錯（動畫1，2）和螺型位錯（動畫1，2）。（3）面缺陷：三維方向上尺寸都較大的缺陷。主要為晶界和亞晶界（動畫1，2）。

返回晶體的實際結構晶體缺陷分三類，缺陷造成晶格發生畸變。136結晶1、結晶：晶體由液體變為固體的過程。結晶必要條件：過冷度ΔG2、形核長大：結晶過程的實質。液態下原子能量高→結構起伏與相起伏→溫度下降原子能量降低→晶胚形成→過冷度出現形成晶核→晶核生長，原子整齊排列→散熱方向影響形成枝晶→枝晶生長，液態變為固態→結晶結束

返回結晶1、結晶：晶體由液體變為固體的過程。137結晶影響因素（1）過冷度ΔT：形核率N，成長率G，驅動力ΔF，原子運動能力DΔT=0，即T=T0，不形核N=G=0ΔT↑，ΔF↑，N、G↑（2）雜質變質處理、細晶強化。

返回結晶影響因素（1）過冷度ΔT：138鑄錠1、鑄錠結構：一般分為三部分（1）表面細晶區：晶粒細小，組織致密，性能好，較薄。（2）柱狀晶區：晶粒界面平直，組織致密，存在方向性，有缺陷。（3）等軸晶區：晶粒大小均勻，粗大，致密性差，存在缺陷。2、鑄錠缺陷：縮孔，氣孔，夾雜等。

返回鑄錠1、鑄錠結構：一般分為三部分139塑性變形1、塑性變形2、單晶體的塑性變形（1）切應力作用（條件）（2）晶面和晶向（方向）（3）產生臺階（宏觀）（4）晶粒轉動（微觀）（5）位錯運動（實質）3、多晶體的塑性變形（1）界面影響（2）變形過程（3）變形特點不同時性、相互協調性，不均勻性。

返回塑性變形1、塑性變形3、多晶體的塑性變形140塑性變形的影響1、顯微組織：方向性，纖維組織2、亞結構：晶粒細化，加工硬化3、形變織構：絲織構、板織構4、殘余應力：（1）宏觀內應力（2）微觀內應力（3）第三類內應力

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塑性變形的影響1、顯微組織：方向性，纖維組織141回復與再結晶1、加熱時變形金屬的變化（1）回復：去除應力，（2）再結晶：重新形核長大，消除加工硬化（3）晶粒長大：二次再結晶2、再結晶影響因素：變形度、純度、加熱速度、時間3、熱加工（1）冷、熱加工（2）熱加工對組織、性能的影響

a.改善鑄錠組織

b.產生纖維組織

c.產生帶狀組織返回

回復與再結晶1、加熱時變形金屬的變化142相結構相：金屬或合金中成分、結構相同，與其它部分有界面分開的均勻組成部分1、固溶體：合金結晶時所形成的固相的晶格結構與合金中某一組成元素的晶格結構相同（1）分類：置換、間隙；有序、無序；有限，無限（2）影響因素：原子尺寸、負電性、晶體結構、電子濃度等（3）性能：提高強度、硬度；塑性、韌性有所下降固溶強化

相結構相：金屬或合金中成分、結構相同，與其它部分有界面分開的143相結構2、金屬間化合物：晶格結構不同于合金中任一組成元素，具有相當程度的金屬鍵和金屬性質（1）正常價化合物：直接發生反應形成。（2）電子化合物：服從電子濃度規律。（3）間隙化合物：原子尺寸較大的過渡族元素占據結點位置，尺寸較小的非金屬原子有規則的嵌入晶格空隙

a間隙相：原子比例小于0.59，有簡單的晶體結構。

b復雜結構的間隙化合物：原子比例大于0.59，形成復雜的晶體結構。

返回相結構2、金屬間化合物：晶格結構不同于合金中任一組成元素，具144合金相圖組元、合金系、相圖、建立方法（熱分析法）1、勻晶相圖：兩組元在液態和固態下均無限固溶的二元合金相圖。如Ni-Cu、Cu-Au、Fe-Ni等。杠桿定律、偏析。2、共晶相圖：兩組元液態時無限固溶、固態時有限固溶，并發生共晶轉變的二元合金相圖。3、包晶相圖：兩組元液態時無限固溶、固態時有限固溶，并發生包晶轉變的二元合金相圖。

返回合金相圖組元、合金系、相圖、建立方法（熱分析法）145鐵碳相圖1、鐵碳合金基本組元（1）碳：以Fe3C和石墨形式存在。（2）Fe：重結晶（同素異構轉變）:α-Fe（<912℃）

δ-Fe（>1394℃）,γ-Fe（912℃-1394℃）2、基本組織：（1）鐵素體（F、α）：碳溶于α-Fe的間隙固溶體，塑