工程材料复习提纲课件.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,*,*,一、课程主线,结 晶,塑性变形,工业用钢,工艺性能,使用性能,合 金,纯金属,热处理,有色金属,铸 铁,加工工艺,组织结构,化学成分,性 能,10/25/2024,1,二、主要内容,工程材料,基本理论,常用材料,零件的选材,10/25/2024,2,1.基本理论,热处理,铸铁的热处理,塑变与再结晶,基本理论,金属学,材料的性能,材料的结构,材料的结晶,相图及,铁碳,相图,钢的热处理,10/25/2024,3,1.1 材料性能,焊接性能,硬度HB HRC,材料性能,强 度,塑 性,锻造性能,力学性能,工艺性能,切削加工性能,铸造性能,韧性,k,k,1c,热处理工艺性,10/25/2024,4,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（,HB、HRC）,HRA、HRB、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断裂韧性：材料抵抗内部裂纹扩展的能力指标为,K,1C,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：,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1.1.1,使用性能,表面淬火钢宜用HRA硬度指标,铝合金成品宜用HRB硬度指标,整体淬火钢宜用HRC硬度指标,10/25/2024,5,1、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、抗回火性、二次硬化、回火脆性1.1.2 工艺性能,2、化学性能,（1）耐蚀性：材料在介质中抵抗腐蚀的能力2）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1）切削加工性:,（1）中碳钢高碳钢,（2）含碳量相同的钢中，球状珠光体片状珠光体,2）焊接性能:,中碳钢高碳钢,3）流动性和偏析,用共晶相图说明（共晶体最多的成分点）,4）淬透性,Vk-C曲线的位置过冷A的稳定性,A晶粒大小,A中的成分均匀性,第二相,化学成分,加热状态,碳,合金元素,5）残余奥氏体(0.5%C判据),（1）A中CM,s,M,f,A%,（2）A中MeM,s,M,f,A%,10/25/2024,6,1.2 材料的结构（金属的晶体结构）,三种典型金属的晶体结构,体心立方,BCC,面心立方,FCC,密排六方,HCP,晶格常数,a,a,a、c,原子半径,原子个数,2,4,6,配位数,8,12,12,致密度,0.68,0.74,0.74,滑移面,1106,111 4,六方底面1,滑移方向,2,3,底面对角3,滑移系,12,12,3,常见金属,-Fe、Cr、W,-Fe、Ni、Al,Mg、Zn,晶体结构,空间点阵,晶体点阵（理想晶体）,晶体的,结构基元,(分子、原子、离子、原子集团)依靠一定的结合键结合后，在三维空间作有规律的周期性的重复排列方式。

抽象的空间几何模型（,非物质性,）7个晶系14种晶胞类型,把空间点阵的结点作为物质质点的中心位置，忽略原子的热振动和晶体缺陷，将单纯的几何图形变成具有物质性的点阵，称其为晶体点阵（,物质性的,）若阵点用直线通过中心连接起来,晶格,10/25/2024,7,1.2.2金属的实际结构与晶体缺陷,1 多晶体,（,由多晶粒组成的晶体结构）,2 晶体缺陷,（,晶格不完整的部位）,2）线缺陷（,刃型位错、螺型位错）,3）面缺陷（,晶界、亚晶界,）,1）点缺陷（,空位、间隙原子、置换原子,）,理论值,退火态,位错密度,强度,金属材料强化方法:,（1）固溶强化,（2）细晶强化,（4）加工硬化,（3）第二相强化（弥散强化）,1）晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体2）晶界：晶粒之间的交界面10/25/2024,8,1.3 材料的结晶,3、纯金属中的固态转变,1）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2）固态转变的特点,1）形核部位特殊（晶界、位错处等）,2）过冷倾向大,3）伴随着体积变化,1、结晶过程,1）两个条件,（1）能量条件 必须过冷 过冷度,T=T,0,-T,n,（2）结构条件,1.3.1纯金属的结晶,2）基本规律,形核（自发形核、非自发形核）长大（平面长大，,树枝状长大,）,2、细化晶粒的途径,1）增大过冷度,2）变质处理,3）振动和搅拌,10/25/2024,9,化合物,间隙化合物,合金的相,固溶体,间隙固溶体,置换固溶体,其它化合物,间隙相,1、合金在固态下的基本相结构,1.3.2 合金的结晶,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。

合金：,由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质10/25/2024,10,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原子半径小的非金属元素组成,铁素体：碳在,-Fe,中的间隙固溶体奥氏体：碳在,-Fe,中的间隙固溶体马氏体：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、硬度提高的现象马氏体的硬度主要取决于其含碳量，并随含碳量增加而提高2）金属化合物,：与组成元素晶体结构均不相同的固相.,（1）正常价化合物 如,Mg,2,Si,（2）电子化合物 如,Cu,3,Sn,（3）间隙化合物：由过渡族元素与,C、N、H、B,等小原子半径的非金属元素组成分为结构简单的间隙相和复杂结构的间隙化合物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大多为金属元素之间形成的固溶体,10/25/2024,11,4）金属化合物形态对性能的影响,（1）基体、晶界网状：强韧性低,（2）晶内片状：强硬度提高，塑韧性降低,（3）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。

5）固溶体与化合物的区别,：结构；性能；表达方式,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Cr,23,C,6,弱碳化物形成元素：Mn、Fe 如Fe,3,C,3）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,10/25/2024,12,2、合金的组织转变,1）一般转变过程,（1）满足三个起伏（条件）,能量起伏（必须过冷）；结构起伏；成分起伏,（2）基本规律,形核及核长大（固态转变有晶界、相界形核理论）,2）相图,匀晶L,共晶L+共析+包晶L+,（1）杠杆定律：只适用于两相区2）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3）合金中的固态相变,（1）固溶体转变：,AF,（2）共析转变：,AP(F+Fe,3,C),（3）二次相析出：,AFe,3,C,（4）奥氏体化,（5）过冷奥氏体转变,（6）固溶处理+时效,10/25/2024,13,3、铁碳合金相图,1 默画简化的铁碳合金相图,2 相与机械混合物 A、F、Fe3C与P、Ld,3 两个基本反应式,4 结晶过程分析（冷速曲线表达）,5 杠桿定律的应用,6 热处理加热温度的表达,A,C,D,G,S,1148,727,L,A,L+A,L+Fe3C,F,A+F,A+,Fe3C,K,E,P,F,Q,C%,Fe3C,Fe,F+,Fe3C,4.3,0.77,2.11,6.69,注意：,1 组织组成物和相组成物的分析；,2 同一种钢在不同的加热条件下对组织、成分及HT分析。

3 偏析、流动性、反应等1,2,1,2,3,4,相,（成分、结构相同且有界面分开的部分）,机械混合物,（相与相的构成状态）,组织,（关注：形态、大小及分布）,组织可以由单相构成；A,组织可以由机械混合物构成；P,A 站在不同的角度可称为相、组织；,P 站在不同的角度可称为机械混合物、组织组织组成物,是指组成合金显微组织的独立部分（形态）相组成物,是指组成合金中成分、结构均匀一致的部分10/25/2024,14,1.4 钢的热处理,1）奥氏体化的四个阶段,奥氏体晶核的形成,奥氏体晶核的长大,剩余渗碳体的溶解,奥氏体成分的均匀化,2）奥氏体晶粒度,实际晶粒度 本质晶粒度（本质粗(细)晶粒钢）,1 钢在加热时的转变,钢的热处理原理,10/25/2024,15,扩散退火,去应力退火,各种退火（正火）的加热温度范围,完全退火,球化退火,正火,1.4,1100,1000,900,800,700,600,500,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,温度,C%,A,F+Fe,3,C,10/25/2024,16,650,600,550,350,A,1,M,S,M,f,时间,P,S,T,B,上,B,下,M,M+A,A,P,A,S,A,T,A,B,上,A,B,下,A,M,过冷,A,过冷,A,过冷,A,过冷,A,过冷,A,2、钢在冷却时的转变,共析碳钢等温转变曲线及产物,10/25/2024,17,用C曲线定性说明连续冷却转变产物（共析碳钢为例）,根据冷速曲线与C曲线交点位置判断转变产物,P,均匀A,细A,A,1,M,S,M,f,时间,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,+A,150-250,T,回,350-500,S,回,500-650,?,?,?,?,P,T+S,回,S,T+B,下,+M+A,10/25/2024,18,A,c3,A,c1,V,1,V,2,V,3,V,4,V,5,时间,温,度,M,s,例题：（65钢）,3、淬火钢在回火时的转变,1）碳钢：马氏体的分解；残余奥氏体分解；,-碳化物转变为Fe,3,C；Fe,3,C聚集长大和铁素体多边形化。

2）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,它包含了多种基本强化方法10/25/2024,19,钢的热处理工艺,1,、机械零件的加工工工艺路线,预备热处理,机械粗加工,最终热处理,机械精加工,锻造,铸造,毛坯,预备热处理（退火与正火）,最终热处理（淬火+回火）,10/25/2024,20,2、三个判据,1）实际生产中退火与正火的选择,钢的含碳量C%,0.5,0.5,0.77,0.77,HT工艺,正火,完全退火,球化退火,组 织,F+S,F+P,P,球,2）正火组织判断,钢的含碳量C%,0.6,0.6,组 织,F+S,S,3）组织中是否有残余奥氏体,A中含碳量C%,表面淬火后的性能2）渗碳件通常可以替代表面淬火件，反之不可分析）,（3）淬透性与淬火缺陷（分析）,（4）锉刀材料T12搞错（45），用T12的工艺，可行吗？,淬火后发现硬度不足，可能的原因：,1)未淬上火；,2)加热时工件表面脱碳10/25/2024,23,2.常用材料,复合材料,无机非金属材料,有色金属及合金,常用材料,金属材料,工业用钢,铸 铁,高分子材料,非金属材料,10/25/2024,24,2.1工业用钢,钢种,C%,典型牌号,合金元素作用,热处理,使用状态下组织,性能,用途,碳素结构钢,0.4,Q195,Q235,。