金属材料与热处理课程总复习课件（ppt）

金属材料与热处理,总 复 习,使用性能,工艺性能,纯金属,合金,工业用钢,有色金属及其合金,铸铁,结晶,塑性变形,热处理,一、性能, 使用性能 1、力学性能 刚度：材料抵抗弹性变形的能力。 指标为弹性模量：E=/ 强度：材料抵抗变形和破坏的能力。指标： 抗拉强度 b材料断裂前承受的最大应力。 屈服强度 s材料产生微量塑性变形时的应力。F/S0,条件屈服强度 0.2残余塑变为0.2%时的应力。 疲劳强度 -1无数次交变应力作用下不发生破坏的最大应力。 塑性：材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标为、。 硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为HB、HRC。, 冲击韧性：材料抵抗冲击破坏的能力。指标为k.材料的使用温度应在冷脆转变温度以上。2、化学性能 耐蚀性：材料在介质中抵抗腐蚀的能力。 抗氧化性：材料在高温下抵抗氧化作用的能力。 3、耐磨性：材料抵抗磨损的能力。, 工艺性能 1、铸造性能：液态金属的流动性、填充性、收缩率、偏析倾向。 2、锻造性能：成型性与变形抗力。 3、切削性能：对刀具的磨损、断屑能力及导热性。 4、焊接性能：产生焊接缺陷的倾向。 5、热处理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。,二、晶体结构, 纯金属的晶体结构 1、理想金属 晶体：原子呈规则排列的固体。晶格：表示原子排列规律的空间格架。晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元., 三种常见纯金属的晶体结构,2、实际金属, 多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体. 晶界：晶粒之间的交界面。 晶体缺陷晶格不完整的部位 点缺陷空位：晶格中的空结点。间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。置换原子：取代原来原子位置的外来原子。, 线缺陷位错 晶格中一部分晶体相对另一部分晶体沿某一晶面发生局部滑移, 滑移面上滑移区与未滑移区的交接线. 面缺陷晶界和亚晶界 亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶块。亚晶界：亚晶粒之间的交界面。 晶界的特点： 原子排列不规则；阻碍位错运动；熔点低；耐蚀性低；产生内吸附；是相变的优先形核部位。,金属的晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使得金属塑性变形的抗力越高。 晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目越多,变形越均匀，在断裂前将发生较大塑性变形。强度和塑性同时增加，在断裂前消耗的功大，因而韧性也好. 细晶强化：通过细化晶粒来提高强度、硬度和塑性、韧性的方法。, 合金的晶体结构 合金：由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。如碳钢、合金钢、铸铁、有色合金。 相：金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。 1、固溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相. 置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格结点位置形成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。, 间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体。 为过渡族金属元素与小原子半径非金属元素组成。 铁素体：碳在-Fe中的固溶体。 奥氏体：碳在-Fe中的固溶体。 马氏体：碳在-Fe中的过饱和固溶体。 固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。,马氏体硬度主要取决于含碳量并随含碳量增加而提高。 金属化合物：与组成元素晶体结构均不相同的固相. 强碳化物形成元素：Ti、Nb、V 如TiC、VC 中碳化物形成元素：W、Mo、Cr 如Cr23C6 弱碳化物形成元素：Mn、Fe 如Fe3C 性能比较：强度：固溶体纯金属硬度：化合物固溶体纯金属塑性：化合物固溶体纯金属, 金属化合物形态对性能的影响 基体、晶界网状：强韧性低 晶内片状：强硬度提高，塑韧性降低 颗粒状： 弥散强化：第二相颗粒越细，数量越多，分布越均匀,合金的强度、硬度越高，塑韧性略有下降的现象。,三、组织, 纯金属的组织 1、结晶：金属由液态转变为晶体的过程 结晶的条件过冷：在理论结晶温度以下发生结晶的现象。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差。 结晶的基本过程晶核形成与晶核长大 形核自发形核与非自发形核 长大均匀长大与树枝状长大, 结晶晶粒度控制方法：增加过冷度；变质处理；机械振动、搅拌 2、纯金属中的固态转变 同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。 固态转变的特点：形核部位特殊；过冷倾向大;伴随着体积变化。, 合金的组织,1、相图匀晶L 共晶L+ 共析 + 包晶L+杠杆定律：只适用于两相区。 枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。 2、合金中的固态相变 固溶体转变：AF 共析转变：AP(F+Fe3C) 二次析出：AFe3C, 奥氏体化 过冷奥氏体转变 固溶处理+时效： 固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。 时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。,3、铁碳合金相图,点：符号、成分、温度,S,Q,P,N,K,J,H,G,F,E,D,C,B,A,A+ Fe3C,A+F,L+A,A+ ,L+ ,F,A,L,L+ Fe3C,F+ Fe3C,A+ Fe3C,A+ Fe3C+Le,Le,Le+ Fe3C,Le+ Fe3C,Le,P+ Fe3C+Le,P+ Fe3C,P+F,P,F+ Fe3C,莱氏体Le(A+ Fe3C) Le(P+Fe3C),珠光体P(F+ Fe3C),复相组织组成物：,组织组成物标注,相区标注,线：液固相线、水平线、固溶线、固溶体转变线,C%,温度,典型合金的结晶过程（以共析钢为例）,时间,温度,四、钢的热处理, 热处理原理 1、加热时的转变 奥氏体化步骤：A形核（位置？）；A晶核长大；残余渗碳体溶解；A成分均匀化。 奥氏体化后的晶粒度： 初始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度。 实际晶粒度：给定温度下奥氏体的晶粒度。 本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大倾向。,2、冷却时的转变, C曲线及产物 （各种产物的组织形态及性能）,650,600,550,350,P,S,T,B上,B下,M,M+A,AP,AS,AT,AB上,AB下,AM,过冷A,过冷A,过冷A,过冷A,过冷A, 用C曲线定性说明连续冷却转变产物,根据与C曲线交点位置判断共析钢转变产物,P,均匀A,细A,等温退火,P,P,退火,(炉冷),正火,(空冷),S,淬火,(油冷),T+M+A,等温淬火,B下,M+A,分级淬火,M+A,淬火,(水冷),M回,150-250,T回,350-500,S回,500-650,?,?,?,?,P,T+S回,S,T+B下+M+A,3、回火时的转变 碳钢：马氏体的分解 ；残余奥氏体分解 ；-碳化物转变为Fe3C ；Fe3C聚集长大和铁素体多边形化 。 W18Cr4V钢： 560三次回火。析出W、Mo、V的碳化物，产生二次硬化。回火冷却时，A转变为M。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。 强化钢铁材料最经济有效的热处理工艺是淬火+回火,它包含了四种基本强化机理。, 热处理工艺（淬透性、淬硬性、淬火应力及缺陷）,热处理工艺（续）, 五、钢的合金化-合金元素在钢中的作用,1、强化铁素体；固溶强化 2、形成化合物第二相强化 3、扩大（C,Mn,Ni,Co）或缩小（Cr,Si,W,Mo）A相区 4、使S、E点左移 5、影响A化 6、溶于A(除Co外), 使C曲线右移, Vk减小, 淬透性提高. 7、除Co、Al外，使Ms、Mf点下降。,8、提高耐回火性？（淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力） 9、产生二次硬化？(含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A转变为M回，使硬度不仅不下降，反而升高的现象) 10、防止第二类回火脆性：W、Mo (回火脆性？ ：淬火钢在某些温度范围内回火时，出现的冲击韧性下降的现象。),六、工业用金属材料, 工业用钢,工业用钢（续）,工业用钢（续）, 铸铁,石墨化：铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程。, 有色金属及其合金（固溶处理+时效）,