先进材料成形技术及理论.ppt

先进材料成形技术及理论 刘 芳 课 程 简 介 一、课程性质：专业和专业前沿 二、主要内容： 金属材料及热处理； 铸造成型技术； 压力加工成型技术； 焊接成型技术； 粉末冶金及其成型； 高分子材料及其成型； 工业陶瓷及其成型； 复合材料及其成型； 快速成型技术简介； 成型材料与方法选择 课 程 简 介 三、教材 1、指定用书 1材料成型工艺基础，刘建华，西安电子科技大学出版社， 2007. 2、参考书 1材料成形技术，毛萍莉，机械工业出版社，2007 2金属材料成形与加工，毛卫民，清华大学出版社，2008 3先进材料成形技术及理论，樊自田，化学工业出版社，2006 四、考核方式 重要的线：固相线;液相线; 包晶反应线; 共晶反应线; 共析反应线（A1）; A3; Acm 相：L :液相;:高温铁素体; (F):铁素体; (A):奥氏体; Fe3C:渗碳体 包晶点J ： 共晶点C： (Le) 共析点S： (P) 组元：Fe，Fe3C 1.3 铁碳平衡相图 1.3 铁碳相图 铁碳平衡相图 工业纯铁的平衡结晶过程 组织组成物：F，（Fe3C） 工业纯铁的室温平衡结晶组织 共析钢的平衡结晶过程 组织组成物：P 组成相：F，Fe3C 共析钢的室温平衡结晶组织 层片状P：窄条Fe3C，宽条F 亚共析钢的平衡结晶过程 组织组成物：F，P 组成相：F，Fe3C 亚共析钢的室温平衡结晶组织 白色块状的F，层片状的P（黑色块状）；白色网状F包围P 过共析钢的平衡结晶过程 组织组成物：Fe3C，P 组成相：F，Fe3C 网状Fe3C分布在层片状P周围 过共析钢的室温平衡结晶组织 共晶白口铸铁的平衡结晶过程 组织组成物：Le（P+Fe3CFe3C ） 共晶白口铸铁的室温平衡结晶组织 白色的Fe3C基体上分布着黑色条状或粒状的P 亚共晶白口铸铁的平衡结晶过程 组织组成物：P+ Fe3C +Le（P+Fe3CFe3C ） 亚共晶白口铸铁的室温平衡结晶组织 Fe3C分布在粗大块状的P的周围； Fe3C基体上分布着条状或粒状的P 过共晶白口铸铁的平衡结晶过程 组织组成物：Fe3C +Le（P+Fe3CFe3C） 过共晶白口铸铁的室温平衡结晶组织 长条状Fe3C分布在Le上 1.4 金属材料热处理 v定义：将金属或合金在固态范围内采用适当的方式进行加热、保温 盒冷却，以改变其组织，从而获得所需要性能的一种工艺方法。 1.4.1 钢在加热时的组织转变 奥氏体形核 奥氏体长大 剩余渗碳体的溶解 奥氏体成分均匀化 1.4.2 钢在冷却时的组织转变 温度 时间 加 热 保温 临界点 实线：连续冷却 虚线：等温冷却 1.4.2 钢在冷却时的组织转变 1、等温冷却 q过冷奥氏体等温转 变曲线 (TTT曲线、 C曲线） q孕育期：鼻子处最 短 共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线 1.4.2 钢在冷却时的组织转变 （1）珠光体转变高温转变 A1550 扩散型转变 层片状（P，S，T） 片间距越小，综合性能越好 （2）贝氏体转变中温转变 550Ms；半扩散型转变，上贝氏体（上B）：羽毛状；性能 差； 550350 ；下贝氏体（下B)：350 MS ；黑色针状；综 合性能好 1.4.2 钢在冷却时的组织转变 （3）马氏体转变低温转变 q Ms-Mf q 无扩散型转变；晶格重组；C过饱和，晶格畸变，固溶 强化 q 无孕育期 q 在一定温度范围内进行。转变量只取决于转变温度，而 与保温时间无关 q 残留奥氏体；与含碳量有关 q 体积膨胀，内应力 1.4.2 钢在冷却时的组织转变 亚共析钢、过共析钢等温转变曲线 1.4.2 钢在冷却时的组织转变 2、连续冷却 （1）共析钢的连续冷却 uCCT曲线 u临界冷却速度 u无贝氏体转变 亚共析钢、过共析钢的连续冷却转变 1.4.3 钢的热处理工艺 热处理 普通热处理 退火 正火 淬火 回火 表面热处理 表面淬火 化学热处理 火焰加热表面淬火 感应加热表面淬火 渗碳 渗氮 碳氮共渗 渗金属等 1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理 1.退火 v 加热到适当的温度，保温一定时间后，随炉缓慢冷却随炉缓慢冷却以 获得近于平衡状态组织的热处理工艺 vAC3以上2030 ，保温，炉冷 v细化晶粒、均匀组织、降低硬度、改善切削加工性能 v亚共析钢 （1）完全退火 （2）等温退火 vAC3以上，保温，急冷至珠光体区， v等温转变，缓冷 1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理 （3）球化退火 v使碳化物球化，获得粒状珠光体 v加热略高于AC1，保温较长时间，炉冷至600度后空冷 v共析钢、过共析钢、合金工具钢 v降低硬度、改善切削加工性能，为淬火作准备 （4）扩散退火 q熔点以下100200 ，保温1015h，缓冷 q均匀组织 q完全退火代替 （5）去应力退火 q 低于AC1（500650 ），保温（与工件的截面尺寸有关），炉冷 q 消除残余应力 1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理 1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理 2. 正火 vAC3和ACcm以上3050，保温，空冷 v亚共析钢：F+S；共析钢：S；过共析钢SFe3C v用途： （1）最终热处理：细化晶粒、均匀组织，提高强度、硬 度和韧性 （2）预先热处理 （3）改善切削加工性能（低碳钢） 1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理 3.淬火：加热、保温、急冷 淬火温度： n亚共析钢：AC3以上3050； 提高硬度 n共析钢、过共析钢：AC1以上30 50 ；提高硬度和强度；改 善马氏体形态，降低脆性；减少 残余奥氏体 1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理 4. 回火 n将钢加热到AC1以下某一温度，保温一定时间，冷却到室 温 n目的 a. 消除淬火应力，降低脆性 b. 稳定工件尺寸（M、残余A不稳定） c. 获得要求的强度、硬度、塑性、韧性 1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理 （1）低温回火 v温度：150-250 v组织：回火M残余奥氏体 v作用： （a）降低应力、提高韧性 （b）保持高硬度、耐磨性 v用途：刀具、模具、滚动轴承、渗碳件、表面淬火件 1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理 （2）中温回火 u温度：350-500 u组织：回火T u作用： （a）较高的强度、硬度，良好的塑性和韧性 （b）高的弹性极限 u用途：弹簧、热锻模具 （3）高温回火 u温度：500-650 u组织：回火S u作用：优良的综合机械性能 调质处理：淬火高温回火 u用途：冲击和交变载荷 1.4.3 钢的热处理工艺-表面热处理 v仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处