造型材料与工艺金属材料教学课件PPT.ppt

第二章 金属材料,金属材料的简单介绍 金属是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。金属的上述特性都跟金属晶体内含有自由电子有关。 金属材料是广泛应用的一种材料。,第一节 金属材料的基本知识,一、金属材料的主要性能 1、机械性能 弹性 刚度 塑性 强度 硬度,动载荷、冲击特性 交变载荷 轴、齿轮、弹簧、连杆,2、物理与化学性能 物理性能：比重、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等,化学性能：抗蚀性、抗氧化性,3、工艺性能 材料适应加工和工艺处理要求的能力。 铸造性能 锻造性能,焊接性能,切削加工性能,二、金属及合金的结构和结晶,为什么不同的金属有不同的性质？ 比较 纯铁f 纯铝l3 纯铜t2 45钢 ly11 h62 为什么含碳量的高低可以改变钢材的性能？ 20钢 45钢 t8工具钢 为什么钢材经过热处理会有不同的特性？ 退火、调质、淬火、渗碳,1、金属的内部结构,决定金属性质的因素是金属的内部结构金属的晶体靠金属键结合，使金属原子按一定次序排列作有规律的排列。从而形成晶格。按晶格结构的不同形式，可以分为：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。,（1）体心立方晶格 特点：硬，不易变形，延展性差铬、钼、钨、钒 （2）面心立方晶格 特点：软，易变形，塑性大铝、铜、镍、铅,（3） 密排六方晶格 特点：软，易变形铍，镁，锌，镉 绝大多数的金属晶体具有上述三种晶格，但是有金属在不同的温度下，会有不同的晶格，如铁、锰、锡、钛、铝等，这就是同素异构转变。,2、金属的结晶过程,1、金属的结晶过程 （1） 结晶的概念：液态金属固态晶体的过程 原子的聚集状态从不规则排列到按一定几何形状作有序排列的过程。 （2） 结晶的过程 温度低原子活动弱聚集成晶核吸附周围原子成长形成晶粒液体消失,晶粒内部结构规则排列， 两个晶粒之间不规则 晶粒的大小与冷却速度（过冷度）有关， 晶粒的粗细影响 晶粒越细，强度越高等综合性能好。,3、同素异构转变,固态范围内，因温度的变化，金属原子重排，晶格结构改变 15350c 13900c 9100c l-fe -fe - fe -fe 液态 体心立方 面心立方 体心立方,伴随着同素异构的转变，金属的能量变化，体积变化，内部应力发生 晶格的同素异构转变的作用，主要用于热处理，以改善钢材的性能,4、合金的概念,纯金属的缺点：品种少，提炼困难，机械性能不能满足需求，所以要合金来补充。 合金的基本概念 一种金属加入另外一种或几种金属或非金属，经过熔合而组成，具有金属特性的材料。 元：组成合金的最基本物质 纯元素 稳定的化合物 碳钢 fe 和c 或 fe3c 硬铝合金 al、cu和mg,相：具有统一化学成分和晶格结构的均匀部分 单相和多相合金,5、合金的结构,合金中存在多种原子，所以结构复杂，原子之间相互作用，生成不同的相。按合金相结构的不同分为三种类型：固溶体、金属化合物、机械混合物 固溶体 各组元之间相互溶解而形成的一种成分和性质均匀的新晶体。如铁素体f (c, -fe ) 含碳量为0.02%,金属化合物 各组元之间相互作用而形成的一种具有特殊晶格和明显金属特性的物质。如渗碳体 fe3c含碳量为6.67% 机械混合物 两种以上的相在一起，既不溶解也不形成化合物，只是按一定比例相互混合型成的新物质 如珠光体p (铁素体与渗碳体的混合),渗碳体,铁素体,铁碳合金的基本组织,铁碳合金由铁和碳两种元素组成合金碳钢和铸铁 基本组织：固溶体，金属化合物，机械混合三种形式 1、铁素体（f） (c,-fe ) 2、奥氏体（a） (c, -fe ) 3、渗碳体（ fe3c ）,铁索体,渗碳体,4、珠光体（p） (f+ fe3c) 5、莱氏体（ld） (a + fe3c) 6、马氏体（a） (c, -fe ) 过饱和,低温莱氏体,马氏体,莱氏体,珠光体,马氏体,合金相图,来历： 在平衡状态下，不同的含碳量在冷却时会产生的不同的冷却线，把各临界点连接起来而形成的图。,金相图中的各条线是内部组织发生转变时界线，所以，也称为相线。 金相图的作用：直观的了解不同温度和成分下合金的平衡相或组织的组成情况，知道温度或成分发生变化时，合金的组成相或组织的变化过程和规律。,六种典型合金的结晶过程分析 关键点：0.02% 0.8% 2.06% 4.3% 共析钢（含碳量0.8% ） 亚共析钢（含碳量0.02% 0.8% 2.o6%）,共晶白口铁（含碳量4.3% ） 亚共晶白口铁（含碳量2.06% 4.3% ）,亚共晶白口铁,钢的热处理,热处理的定义和目的 钢的热处理时将各种不同成分的钢，在固态下通过适当的加热、保温和冷却，以改变其内部组织结构，从而获得所需性能的一种加工工艺。热处理不仅可改进钢的加工工艺性能，更重要的是它可以显著地提高钢的机械性能，增加机器零件的寿命。 钢的热处理原理 1、钢的临界温度 在非平衡条件下，临界温度有滞后现象。加热时临界温度比平衡图高一些，冷却时临界温度比平衡图低一些。钢的晶格在不同温度下，具有不同的结构，具有不同的性能。在室温下，碳钢中铁素体和渗碳体构成加热到相应温度以上时，使其组织转变为均匀的奥氏体，从而获得所需要的性能。,奥氏体晶核出现在铁素体与渗碳体片层的交界面上-成长-溶解铁素体和渗碳体-均匀奥氏体，其过程如图 影响因素： （1） 温度 （2） 原始组织 （3） 加热速度 奥化速快 （1） 高温 （2） 含碳量高 （3） 相界面的数量多 （4） 加热速度快 均匀晶粒，温度不宜过高，保温不宜过长。,1 普通热处理： （1） 退火，加热，保温，炉内冷却，接近平衡状态组织。a、完全退火ac320-600c。b、球化退火ac320-400c 。c、去应力退火、低温 （2）正火ac350-1000c。空气中冷却 （3）淬火ac350-1000c。油水、盐水、速冷马氏体 （4） 回火、淬火再加热，再降温。 2 表面热处理： （1） 表面淬火。 （2） 化学处理、渗碳、渗氮、碳氮共渗。,淬火 渗碳淬火 退火,第二节 钢铁材料,一、碳钢 1、钢的牌号 普通碳素结构钢 q195 q215 q235 q275屈服点 注明机械性能，不标化学成分，不进行热处理 不注明机械性能，标化学成分，进行热处理 特殊，既注明机械性能，又标化学成分 优质碳素钢 含碳量的万分数 碳素工具钢 含碳量的千分数,2、钢材的类别、品种表,型材,二、合金钢 原因 碳钢不能满足需要 编号 数字+合金符号+数字（小于1.5%的不标） 用途 结构、工具、特殊用途,三、铸铁 1.白口铁。铁素体有少量的碳。 2.灰口铸铁。 （1）特点。三个最 最便宜、最方便、最广泛 强度、现代化，但具有优良的铸造性能，耐磨性 切削加工性，减震性，低的缺口敏感性， （2）内因 石墨的分布 （3）标号ht250， 数字表示抗拉强度,3、球墨铸铁 特点 强度高，耐冲击，易铸造 原因 球状石墨团 qt70-2 前抗拉强度，后延展率 4、可锻铸铁 白口铁可锻化退火，形成絮状的石墨 kth50-4 ktz50-4前抗拉强度，后延展率 5、蠕墨铸铁,一、铝的生产 铝矿石 氧化铝 纯铝 二、纯铝 1、物理性质 银白色、比重小、导电性好、易钝化； 面心立方晶格，塑性好、收缩率大，铸造性能差。 2、铝的分类与编号 高纯铝 1axx 纯铝99.xx% 1a85 1a90 1a93 1a97 1a99 lg1 lg2 lg3 lg4 lg5 工业纯铝1axxa 1a70a 1a60a 1a50a l1 l2 l3,第二节 铝及铝合金,三、铝合金 1、特点：固溶体 2、铸造铝合金 zl101 铝硅合金1 活塞、气缸头、气缸套、扇叶 铝铜合金2 塑性好，变形铝合金 铝镁合金3 耐腐蚀的铸件 铝锌合金4 医疗器械、仪器仪表、日常用品,3、变形铝合金 可以冷热加工变形 防锈 3a21 5a02 5a05 5a06 硬铝 2a11 多元素，易热处理强化 超硬 锌铜镁多元素合金 锻铝 镁硅铜多元素合金 6a02 热锻、耐蚀性好 2a50 2a14 时效处理增强，不耐蚀可焊性差 2a70 2a80 2a90 是含有fe、ni的耐热锻铝,铝合金的牌号,铝合金的品种规格 板、棒、型、线、箔材,铝型材的用途 电料、电源插座的壳体、轨道灯、镇流器、座位的滑槽、骨架、原材料、装饰：门窗等 方便易用，并适合单体小批量生产，加工容易,铝合金型材的连接 塞角、角铝、自攻丝,第三节 其他金属材料,一、铜及铜合金 纯铜、紫铜 牌号，为t1,t2,t3,t4. 数字越大，纯度越低 2号铜就t2 性质：导电性极好，导热性 极好的塑性，铜丝、铜箔 铸造性能较差 洛阳铜加工厂，铝镁分厂，板带，管棒，熔铸,搜索结果,铜合金 黄铜 铜锌合金 h+数字，数字表示铜含量的百分数 良好的机械性能、耐蚀、工艺性好 用途：机械零件、装饰用品、电器元件等领域 特殊黄铜，铝铁硅锰铅锡 hsn62-1 含有1%的锡,青铜 铜锡合金或其他，al、si、be、mn、pb等。 5-7.sn%，面心，适合压力加工。10%，只能铸造，出现cu3sn8(体心)耐腐蚀，耐磨。轴瓦，轴套，蜗轮 铍青铜 适合做弹簧及弹性零件 铝青铜 强度高，耐磨，耐蚀 用途：齿轮，船舶用,白铜 铜、镍合金，具有较高的电阻，如电热器，电工用 在装饰中用的多为板、条 产品：板、管、棒 电器：条、丝、带、片,二、其他金属与合金 钛及钛合金 镁及镁合金 锡及锡合金,金属材料的一般选用原则 机械性能指标 计算应力与标注应力强度比差 实际材料变形的选用 硬度值与强度之间的关系 材料的工艺性能 铸造性能 锻造性能 焊接性能 机械加工性能 热处理工艺性,碳钢，锻、机、加好，热处理差，强度低。 合金钢，锻、机、加不好，热处理好，强度高。 材料的经济性 价格、规格统一、货源 使用环境,作业讲评 每人找20种不同的材料，介绍该材料的性能及应用。,实验课：自行车拆装,材料准备：每组备自行车一辆。 工具：为每组提供一套工具 每组6人 2人负责自行车的拆装， 2人负责记录拆装顺序及绘制零件草图， 2人负责分析