作者：姜雁雁
出版社：电子工业出版社
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汽车机械基础(第2版)试读：
前言
为了更好地适应课程综合化和模块化教学的需要，本书在第1版的基础上认真听取了读者、专家的建议并进行了修订，增加了液压传动部分知识的讲解。另外，金属材料部分的图表由原来的通用表改成了各种材料在汽车上的应用表，同时，对制图部分做了一定的删减，机械传动部分的齿轮机构进行了修改，轮系的行星部分改动较大。总之，修改后的教材，更加注重了以汽车为主题，力求文字、图例、思考、训练等符合主体的要求，充分反映了汽车类专业对机械基础知识的基本要求。
本教材在组织教学中，共需160学时，教学计划分配如下（仅供参考）。另书中加“*”内容可选学。
本书由高幸绪总体策划，姜雁雁主编，王永担任副主编，戚海舰、姜丽萍、宫春青等参与编写，丁业立主审。在编写本书过程中，参考了有关书籍的部分内容，威海市交通学校龙雪梅、姜志红、邹美娜等老师提供了许多宝贵建议，并得到了电子工业出版社杨宏利编辑的大力支持，在此一并表示感谢。
由于编者水平有限，书中错误在所难免，恳请读者批评指正。
编者
2010年8月第1章 金属的基本知识
制造一辆汽车，需要使用大量的各种工程材料，其中以金属材料为主。作为一名汽车专业的学员，今后要经常接触汽车上的各种材料，因此，要掌握有关金属材料与热处理的基本知识，为以后的工作打下基础。1.1 材料的分类
材料可分为金属材料和非金属材料两大类，其中使用最广泛的是金属材料。非金属材料又可分为塑料、橡胶、陶瓷及复合材料等。
金属是指具有良好的导电性和导热性、有一定的强度和塑性、并具有光泽的物质，如铁、铝和铜等。金属材料是由金属元素或以金属元素为主要材料组成的，并具有金属特性的工程材料。它包括纯金属和合金。金属材料，尤其是钢铁材料在国民经济及其他方面都有重要作用，这是由于它具有比其他材料优越的性能，如物理性能、化学性能、力学性能和工艺性能。它能够适应生产和科学技术发展的需要。金属（或金属材料）通常分为黑色金属和有色金属两大类：
·黑色金属：以铁或以铁为主而形成的物质称为黑色金属，如钢和铸铁等。
·有色金属：除黑色金属以外的其他金属，称为有色金属，如铜、铝和镁等。
·在机械制造工业中，常用的金属材料如图1-1所示。图1-1 常用的金属材料1.2 金属材料的性能
金属材料是现代汽车制造业的基本材料，如发动机、变速器、减速差速器、车架等主要总成都需要用金属材料来制造。金属材料之所以在汽车制造业中获得广泛的应用，是因为它具有许多优良的性能。金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料在使用过程中所表现出来的特性，它包括力学性能、物理性能、化学性能等；工艺性能是指金属材料在加工制造过程中所表现出来的特性，金属材料的工艺性能主要有锻造性能、铸造性能、焊接性能、切削性能、热处理性能及冷变形性能等。1.2.1 金属材料的物理和化学性能
1.物理性能
金属的物理性能是指金属固有的属性，包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。（1）密度
某种物质单位体积的质量称为该物质的密度。金属的密度是单位体积金属的质量。在体积相同的情况下，金属材料的密度越大，其质量也越大。（2）熔点
金属或合金从固态向液态转变时的温度称为熔点。熔点高的金属称为难熔金属，可用来制造耐高温零件。熔点低的金属称为易熔金属，可用来制造熔断丝和防火安全阀等零件。（3）导热性
金属材料传导热量的性能称为导热性。金属的导热能力以银为最好，铜、铝次之。导热性是金属材料的重要性能之一，在制定焊接、铸造和热处理工艺时必须考虑材料的导热性，防止金属材料在加热或冷却过程中形成过大的内应力，以免金属材料变形或开裂。导热性好的金属散热也好，因此在制造冷却系统的散热器、空调暖风系统的热交换器与活塞等零件时要选用导热性好的金属材料。（4）导电性
金属材料传导电流的性能称为导电性。金属的导电性以银为最好，铜、铝次之。导电性好的金属，如纯铜、纯铝适于做导电材料，导电性差的金属如铁铬铝合金适于做电热元件。（5）热膨胀性
金属材料随温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。一般来说，金属受热时膨胀而体积增大，冷却时收缩而体积缩小。在实际工作中考虑热膨胀性的地方很多，例如，轴与轴瓦之间要根据热膨胀性来控制其间隙尺寸，在制定焊接、热处理、铸造等工艺时，必须考虑材料热膨胀的影响，以减少工件的变形和开裂；测量工件的尺寸时也要注意热膨胀的影响，以减少测量误差。（6）磁性
金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁性。根据金属材料在磁场中受到磁化程度不同，可分为铁磁性材料（如铁、钴等）、顺磁性材料（如锰、铬等）、抗磁性材料（如铜、锌等）三类。铁磁性材料在外磁场中能强烈地被磁化；顺磁性材料在外磁场中，只能微弱地被磁化；抗磁性材料能抗拒或削弱外磁场对材料本身的磁化作用。工程上使用的强磁性材料是铁磁性材料。铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。抗磁性材料则可用做要求避免电磁场干扰的零件和结构材料。铁磁性材料当温度升高到一定数值时，磁畴被破坏，变为顺磁体，这个转变温度称为居里点，如铁的居里点是770ºC。
2.化学性能
金属的化学性能是指金属在化学作用下所表现出的性能，如耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。（1）耐腐蚀性
金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏作用的能力称为耐腐蚀性。腐蚀对金属材料的危害很大。它不仅使金属材料本身受到损伤，严重时还会使金属构件遭到破坏，引起重大的伤亡事故。因此，提高金属材料的耐蚀性能，对于节约金属、延长金属材料的使用寿命，具有现实的经济意义。（2）抗氧化性
金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力称为抗氧化性。金属材料的氧化随温度的升高而加速，例如，钢材在铸造、锻造、热处理、焊接等热加工过程中，氧化比较严重。这不仅会造成材料过量的损耗，也可形成各种缺陷。为此，常在工件的周围造成一种保护气氛，避免金属材料的氧化。（3）化学稳定性
化学稳定性是金属材料的耐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。在高温条件下工作的零部件，需要选择热稳定性好的材料来制造。1.2.2 金属材料的工艺性能
工艺性能直接影响零件加工后的工艺质量，是选材和制定零件加工工艺路线时必须考虑的因素之一。
1.铸造性能
金属材料利用铸造的方法获得完好铸件的能力称为铸造性能，其优劣表现在以下三个方面。（1）流动性
流动性是铸造金属在浇注时本身的流动能力或充填铸型的能力。它主要受金属化学成分和浇注温度等的影响。流动性好的金属液体能浇铸出外形完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件。（2）收缩性
收缩性是指金属液在铸型内的全部冷却过程中，其体积和尺寸减少的现象。铸件收缩不仅影响尺寸，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开裂等缺陷。故用于铸造的金属其收缩率越小越好。（3）偏析
偏析是液态金属凝固后化学成分不均匀的现象。偏析严重时可使铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低了铸件的质量。
2.焊接性能
焊接性能是指被焊接金属在一般的焊接工艺条件下，获得优质焊缝的能力。对碳钢和低合金钢，焊接性能主要与金属材料的化学成分有关，其中碳的影响最大，含碳量越高其焊接性越差。例如，低碳钢具有良好的焊接性能，高碳钢、铸铁的焊接性能较差。
3.锻造性能
金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为锻造性能，其优劣取决于金属材料的塑性和变形抗力。塑性好的金属变形时不易开裂；变形抗力小的金属，锻压时省力，而且工具、模具不易磨损。例如，碳钢在加热状态下锻造性能较好，铸铁则不能锻造。
4.切削加工性能
切削加工性能是指金属被切削加工时的难易程度。一般认为金属材料具有适当硬度（170～230HBS）和足够的脆性时，较易切削。所以灰铸铁比钢切削加工性能好，一般碳钢比高合金钢切削加工性能好。改变钢的化学成分和进行适当的热处理，是改善钢切削加工性能的重要途径。
5.冷变形工艺性能
各种钢板和各种管路在施工和安装中，有时需要进行各种冷变形，所以要求这些材料具有良好的冷变形工艺性能。
6.热处理性能
金属材料热处理性能的好坏，是根据其淬透性、淬硬性、晶粒长大倾向、回火脆性倾向等来评价的。1.2.3 金属材料的力学性能
金属材料在外力作用下所表现出来的特性称为力学性能或机械性能。力学性能包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。
金属材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。根据载荷作用性质的不同，它可以分为静载荷、冲击载荷及疲劳载荷三种：
① 静载荷是指大小不变或变动很慢的载荷；
② 冲击载荷是指突然增加的载荷；
③ 疲劳载荷是指所经受的周期性或非周期性的载荷（也称循环载荷）。
金属材料受不同载荷作用而发生的几何形状和尺寸的变化称为变形。变形一般分为弹性变形和塑性变形。金属材料在外力作用下而发生变形，当外力去除后，能够消失的变形叫弹性变形，不能消失的变形叫塑性变形，也叫残余变形。
金属受外力作用后，为保持其不变形，在材料内部产生与外力相对抗的力称为内力。单位截面积上的内力称为应力。将材料制作成拉伸试样，在专用拉伸试验机进行拉伸试验，可测得金属材料的强度和塑性。
1.强度
强度是金属材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力，衡量强度的指标主要是屈服强度和抗拉强度。（1）屈服强度（也叫屈服点或屈服极限）
材料开始发生塑性变形时的应力，叫屈服强度，以符号σ表示。s例如，45号钢的σ=360Mpa，当用45号钢制成的零件在工作时受的s应力低于360MPa，就不会发生塑性变形，高于360MPa就会发生塑性变形。
有些材料，如退火状态下的低碳钢，屈服强度的测定是比较容易的，但是工程上使用的多数金属材料，要想测定其屈服强度是很困难的。所以人为地规定：将试样的残余变形量相当于试样原始标距长的0.2%时的应力，称为条件屈服强度，并以符号σ表示。0.2
屈服强度代表材料抵抗微量塑性变形的能力。它是设计零件时选用材料的重要依据。例如，为了保证汽缸盖和汽缸体之间的密封性，缸盖螺栓是不允许发生塑性变形的，所以设计缸盖螺栓时就以屈服强度作为计算依据。（2）抗拉强度
材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σ表b示。例如45号钢的σ=610MPa，当用45号钢制成的零件在工作时受b的应力低于610MPa，就不会发生断裂，高于610MPa就会发生断裂，抗拉强度是机械零件设计和选材的主要依据之一。
2.塑性
金属材料在断裂前产生塑性变形的能力称为塑性。常用的塑性指标是伸长率和断面收缩率。（1）伸长率
材料拉断后，单位长度上产生的塑性变形量称为伸长率，用符号δ表示。用长、短试样测得的伸长率分别用符号δ和δ表示。习惯上105δ也常写成δ。10（2）断面收缩率
材料拉断后，单位横截面积上产生的塑性变形量称为断面收缩率，用符号ψ表示。
金属材料的伸长率（δ）和断面收缩率（ψ）数值越大，表示材料的塑性越好。工程上常按伸长率的大小把材料分为两大类：δ＞5%的材料称为塑性材料，如钢、铝和铜等；δ＜5%的材料称为脆性材料，如铸铁等。具有良好塑性的材料，可使冷加工成形工艺如冷拉、冷变形等顺利进行。
3.硬度
硬度是金属表面抵抗局部塑性变形（压陷、划痕、摩擦、切削等）的能力。或者说是衡量金属软硬程度的指标。常用的硬度测定方法是压入硬度测验法。（1）布氏硬度
布氏硬度是用一定直径的球体（钢球或硬质合金球），以相应的试验力压入试样表面，经规定的保持时间后卸除试验力，用测量表面压痕深度来计算硬度的一种压痕硬度试验方法。压痕越深，被测材料就越软，反之被测材料就越硬。
布氏硬度用HB表示。当压头为钢球时其硬度符号表示为HBS，当压头为硬质合金球时，其硬度符号用HBW表示。布氏硬度试验的优点是测定的数据准确、稳定、数据重复性强，常用于测定灰口铸铁、结构钢、有色金属等材料的硬度。其缺点是压痕较大，易损坏成品的表面，也不能检验薄片材料。（2）洛氏硬度
洛氏硬度试验，是用顶角为120°的金刚石圆锥压头或直径为1.588mm的淬火钢球做压头，在先后施加两个载荷（初载荷和主载荷）的作用下，压入金属表面，测量其压痕深度来确定硬度的一种试验方法。洛氏硬度用HR表示。为了便于洛氏硬度计测定从软到硬较大范围的材料硬度，可采用不同的压头和载荷，组成各种不同的洛氏硬度标度，每种标度用一字母在HR字样后加以注明，以做区别，如HRA、HRB、HRC等，其中HRA与HRC是用顶角为120°的金刚石圆锥体为压头，采用的总载荷分别为600N与1500N，而HRB值的测定则采用直径为1.588mm的钢球为压头，总载荷为1000N。
洛氏硬度试验方法的优点是操作迅速、简便、压痕小，不损伤试样表面，硬度值的测量范围也较大，故应用范围很广，可用于测定从很软到很硬的材料。其缺点是由于压痕小，其准确性也不如布氏硬度高，所测硬度值的重复性差，也易受试样微小区域的影响。（3）维氏硬度
维氏硬度的试验原理与布氏硬度相同，只是采用顶角为136°的金刚石正四棱锥体做压头，且所加负荷较小，用符号HV表示。维氏硬度法较布氏、洛氏硬度法精确，压入深度浅，适用于测定很薄工件或经表面处理的零件表面层的硬度。此法操作较麻烦。
4.韧性
以很快的速度作用于零件上的载荷称为冲击载荷。许多机械零件，往往要受到冲击载荷的作用，如活塞销、连杆等。制造这类零件所用的材料其性能指标不能单纯用静载荷作用下的指标来衡量，而必须考虑材料抵抗冲击载荷的能力。金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力称为冲击韧性，简称韧性，用冲击试验方法测定。
韧性大小用冲击韧度表示，符号为a ，有时也用冲击吸收功表k示，符号为 A。实践证明，在小能量多次冲击条件下，其冲击抗力K主要取决于材料的强度和塑性。
某些材料的a值还与温度有关，随温度的降低，a值会显著降低。kk例如，低碳钢在-40℃以上，a值较高，而在-40℃以下时，a值显著kk降低。这种现象称为脆性转变。使a值明显降低的温度称为脆性转变k温度。在脆性转变温度以下，材料由韧性状态变成脆性状态，材料的脆性转变温度越低，说明低温韧性越好。
5.疲劳强度
在静载荷作用下，零件所受的外力小于σ时，材料是不会断裂的。b但是，当零件在工作中受到方向与大小呈周期性交变的载荷作用时，在周期性交变应力作用下，零件会在小于σ的情况下发生突然断裂，s这种现象称为疲劳。金属因疲劳而产生的断裂，称为疲劳断裂。在机件断裂事故中，疲劳断裂约占断裂事故的80%～90%。疲劳断裂与在静载荷作用下的断裂不同，不论是脆性材料还是塑性材料，疲劳断裂都是突然断裂的，断裂前没有明显的塑性变形先兆，事前很难觉察到。因此具有很大的危险性，常常造成严重的后果。
疲劳破坏的原因是材料内部应力分布不均匀，在零件内部有缺陷或有缺口的地方应力特别高。当该处应力超过材料的强度极限时，就形成微裂纹。这种微裂纹在交变应力作用下逐渐扩大，使裂纹两边的表面在一张一合的过程中互相摩擦，逐渐磨光。而当裂纹发展到相当深度，其中心的连接部分的截面缩小到一定程度后，在经受不住外载荷的作用时，便发生突然断裂，因此，最后断裂的部位是粗糙的断口。
机器零件在使用过程中，不允许产生疲劳破坏，因此，在交变载7荷作用下工作的零件，应能在无数次交变载荷（钢常以10周次为基数）作用下不致断裂。金属材料在无限次交变载荷作用下，不致引起疲劳断裂的最大应力叫疲劳极限或疲劳强度。光滑试样的对称弯曲疲劳强度用σ表示。-1
影响疲劳极限的因素很多，可通过改善零件结构形状、避免应力集中、给表面一定的残余压应力、降低零件表面粗糙度值，以及采取各种表面强化的方法来提高材料的疲劳强度。
6.高温下金属的机械性能
很多零件是长期在高温条件下工作的，如发动机的进、排气阀等，对这类零件，室温下的机械性能是不能满足高温条件下长期工作要求的。金属零件长时间在高温和恒应力作用下，即使应力小于σ，也会s缓慢地产生塑性变形，这种现象称为蠕变。蠕变发展到最后也能导致断裂，造成设备的重大事故。金属在高温下的机械性能指标，主要有热强度和热硬性。（1）热强度
热强度的指标有蠕变极限和持久强度。
① 蠕变极限。
蠕变极限是金属长期在高温和载荷作用下对塑性变形的抗力。蠕变极限用表示，单位为MPa。其中，T为材料的工作温度（℃），δ为变形量（%），t为零件工作时间（h）。例如，国内外多用1Cr13制作汽轮机叶片，该材料的蠕变极限，即零件在500℃温度下，工作10000h，产生0.1%变形量时的应力值为57MPa。
② 持久强度。
持久强度是金属材料在高温和载荷作用下抵抗断裂的能力，持久强度与 σ相似，用表示，单位为MPa。T为材料的工作温度b（℃），t为零件工作时间（h）。例如，1Cr13的持久强度，即在500℃温度下，工作100000h，发生断裂时的强度为190MPa。（2）热硬性
金属材料在高温下的硬度是高温轴承、高速切削刀具、热作模具材料和某些机器零件材料的重要指标。例如，机械加工中对于切削刀具不仅要在室温下有较高的硬度，而且因高速切削温度升高，在刀具刃部达600℃或更高时，仍能保持高的硬度。材料在高温下具有较高硬度的性能，称为热硬性，又称红硬性。1.3*金属的晶体结构及结晶
金属材料所具有的各种不同的机械性能、工艺性能、理化性能，除与金属材料的化学成分有关外，还与金属材料的内部构造有关。1.3.1 晶体结构的概念
物质的原子（或离子）有规则排列时，这样的物质称为晶体，在通常的情况下，处于固态的一切金属都是晶体。为了便于理解，把原子看成是一个个小球，则金属晶体就是由这些小球有规律地堆积而成的，如图1-2所示。
为了形象地表示晶体中原子排列的规律，可以将原子简化成一个点，用假想的线将这些点连接起来，就构成了有规律性的空间格子，这种表示原子在晶体中排列规律的空间格架叫晶格，如图1-3所示。通常取晶格中一个最基本的、能代表其结构特点的单元，即晶胞来描述晶体结构。图1-2 晶体中金属原子的排列图1-3 晶格和晶胞示意图
1.金属的晶格类型
金属的晶格类型很多，但绝大多数（占85%）金属属于下面三种晶格类型。（1）体心立方晶格
它的晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶角上和立方体的中心，如图1-4所示。图1-4 体心立方晶格
属于这种晶格类型的金属有铬（Cr）、钒（V）、钨（W）、钼（M）、及δ-铁（δ-Fe）等金属。o（2）面心立方晶格
它的晶胞也是一个立方体，原子位于立方体的八个顶角上和立方体六个面的中心，如图1-5所示。属于这种晶格类型的金属有铝（Al）、铜（Cu）、铅（Pb）、镍（Ni）及r-铁（r-Fe）等金属。（3）密排六方晶格
它的晶胞是一个正六棱柱体，原子排列在柱体的每个顶角上和上、下底面的中心，另外三个原子排列在柱体内，如图1-6所示。属于这种晶格类型的金属有镁（Mg）、铍（Be）、镉（Gr）及锌等金属。图1-5 面心立方晶格图1-6 密排六方晶格
2.金属晶体结构缺陷
在实际使用的金属材料中，由于加进了其他种类的外来原子及材料，在冶炼后的凝固过程中受到各种因素的影响，使本来该有规律的原子排列方式受到干扰，不像理想晶体那样规则。晶体中出现的各种不规则的原子堆积现象称为晶体缺陷。常见的晶体缺陷有空位和间隙原子、位错、晶界和亚晶界，它们都会对力学性能产生影响。1.3.2 金属的结晶
金属材料大部分都是经冶炼得到的，即经由液态转变为固态的过程，通常称为金属的结晶过程。铸造和焊接工艺都与金属的结晶过程有关。
金属的结晶过程，就其内部原子排列情况来说，是从不规则排列状态（液态）转变为规则排列状态（固态）。将金属熔化，然后使之充分缓慢冷却，把温度随时间的变化情况进行严格测定并记录下来，便得到如图1-7所示的冷却曲线。图1-7 纯金属结晶时的冷却曲线
图1-7（a）所示为理想情况，当液态金属冷却到温度T时，开始n结晶，放出潜热，维持温度不变，出现了“平台”曲线。这时的温度T称为理论结晶温度。图1-7（b）所示为金属的实际冷却曲线，当液n态金属冷却到T时，才开始结晶。结晶时同样放出潜热而出现“平台”s曲线。温度T为实际结晶温度。T与T之差ΔT称为过冷度，即snsΔT=T-T，金属的冷却速度越大，引起的过冷度也越大。ns
当液态金属快速冷却到T以下某一温度，首先在液态金属中出现s一些极微小的晶体，称为晶核，接着液态金属中其他原子向晶核靠拢并规则排列起来，使这批晶核不断地长大。此后液态金属中又产生新的晶核并且长大。如此发展下去，每个晶核都长大，便形成一晶体或晶粒，直到每一个晶核都长大到相互接触为止。因此，结晶过程就是形成晶核及晶核长大的过程。
对金属的常温机械性能来说，一般是晶粒越细小，则强度和硬度越高，同时塑性和韧性也越好。常用的细化晶粒的方法有提高金属的过冷度、进行变质处理、振动处理等。1.3.3 金属的同素异构转变
有些金属，固态时在不同的温度范围内，会由一种晶格转变为另一种晶格，这种变化称为金属的同素异构转变。例如，铁、钴、钛等金属在不同温度时就能以几种不同的晶格类型存在。金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程相类似，也有晶核的形成与长大两个过程，一般称为重结晶或二次结晶。
图1-8是纯铁的冷却曲线。由图可知，液态纯铁在1538℃进行结晶，得到具有体心立方晶格的δ-Fe，继续冷却到1394℃时，发生同素异构转变，δ-Fe转变为面心立方晶格的r-Fe，再冷却到912℃时又发生同素异构转变，r-Fe转变为体心立方晶格的α-Fe，如再继续冷却到室温，晶格的类型不再发生变化，可用下式表示：（体心立方晶格）（面心立方晶格）（体心立方晶格）
同素异构转变是铁的一个重要特性。钢和铸铁之所以能通过热处理显著地改变其性能，是与铁的同素异构转变有着密切联系的。图1-8 纯铁的冷却曲线1.4*铁碳合金
合金是一种金属元素与其他金属元素或非金属元素，通过熔炼或其他方法结合成的具有金属特性的物质。例如，碳素钢就是由铁和碳组成的合金，纯金属虽然得到一定的应用，但它的强度、硬度一般都较低，而且冶炼困难，价格较高，因此工业上应用较少。实际上现代工业中广泛使用的是合金，尤其是铁碳合金。1.4.1 铁碳合金的组织
如果糖水结成冰，便得到糖在水中的固溶体。在合金中也有类似的情况。组成合金的元素，在固态下互相溶解形成均匀的固相，这类固相即称固溶体，铁碳合金有下列几种组织。
1.铁素体
碳在α-Fe中形成的固溶体称为铁素体，用符号F表示。它仍保持α-Fe的体心立方晶格，铁素体在室温时的溶碳能力极低，随温度的升高，溶碳量略有增加，在727℃时溶碳量最大（为0.0218%）。因此，平时所说的纯铁，实际上是含碳量很低的铁素体。铁素体的强度和硬度较低，而塑性和韧性较好。
2.奥氏体
碳在r-Fe中形成的固溶体称为奥氏体，常用符号A表示。奥氏体仍保持面心立方晶格，其溶碳能力比铁素体高，在1148℃时溶碳量可达2.11%，随着温度的下降溶解度逐渐减小，在727℃时溶碳量为0.77%。奥氏体的强度和硬度不高，塑性良好，没有磁性。
3.渗碳体
铁与碳所形成的金属化合物称为渗碳体，含碳量为6.69%，常用符号FeC或Cm表示，晶格复杂，硬度很高，塑性很差，在钢中，渗3碳体以不同形态和大小的晶体出现于组织中，对钢的力学性能影响很大。在一定的条件下，渗碳体可分解成石墨状态的自由碳，这一过程对于铸铁具有重要意义。
4.珠光体
珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P来表示，其平均含碳量为0.77%。由于珠光体是硬而脆的渗碳体和软而韧的铁素体层片相间、交替排列而成的混合物，因此其性能介于铁素体和渗碳体之间，故珠光体的强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。1.4.2 铁碳合金的分类及成分对性能的影响
1.铁碳合金的分类
铁碳合金是由铁和碳组成的合金，根据含碳量不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和白口铸铁。
① C含量＜0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。
② C含量=0.0218%～2.11%的铁碳合金称为钢，根据其含碳量的不同，可分为：
● 亚共析钢0.0218%＜C含量＜0.77%；
● 共析钢 C含量=0.77%；
● 过共析钢0.77%＜C含量＜2.11%。
③ 含碳量大于2.11%的铁碳合金叫白口铸铁，根据含碳量的不同，可分为：
● 亚共晶白口铸铁 2.11%≤C含量＜4.3%；
● 共晶白口铸铁 C含量=4.3%；
● 过共晶白口铸铁 4.3%＜C含量＜6.69%。
2.含碳量对钢性能的影响
含碳量越高，钢的强度和硬度越高，而塑性和韧性越低。当含碳量超过0.9%时，随含碳量增加，强度也随之降低。所以生产中使用的碳钢含碳量一般不超过1.35%，含碳量大于2.11%的白口铸铁，具有很高的硬度和脆性，难以进行切削加工，很少单独使用。
模块知识小结
① 金属的物理、化学性能，工艺性能，机械性能，重点是机械性能。
② 金属的三种晶格类型、结晶、同素异构转变。
③ 铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体的性能和符号，含碳量对钢性能的影响。习题
1.选择题
1）脆性材料的延伸率为_____。
A.＞1%B.＜1%C.＞5%D.＜5%
2）塑性材料的延伸率一般为_________。
A.＞3%B.＞5%C.＞7%D.＞9%
3）下列塑性最好的材料是________。
A.铸铁 B.低碳钢 C.高碳钢 D.中碳钢
4）金属材料的塑性表示为________。
A.a和δ B.δ和ψ C.σ和σ D.HB和HRCksb
5）金属材料在常温下的机械性能包括硬度、强度、疲劳极限、冲击韧性和_____。
A.塑性 B.弹性 C.脆性 D.热硬性
6）高温下金属材料抵抗变形而不断裂的能力称为_________。
A.疲劳极限 B.蠕变极限 C.屈服极限 D.持久极限
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]