材料成型复习资料.pdf

材料的强度材料的强度材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力 屈服强度 屈服强度 s s s s 材料开始明显塑性变形的抗力 是设计和选材的主要依据之一 抗拉强度抗拉强度材料被拉断前所承受的最大应力值 材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值 疲劳强度 疲劳强度 1 1 1 1 承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化 交变应力作用下 往往在远小于强度极限 甚 至小于屈服极限的应力下发生断裂 疲劳极限 1 1 1 1 材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值 塑性塑性 plasticity plasticity plasticity plasticity 材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力 弹性 材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力 弹性 elasticityelasticityelasticityelasticity 材料不产生塑性变形的情况下 所能承受的最大应力 冲击韧性冲击韧性 notchnotchnotchnotch toughnesstoughnesstoughnesstoughness 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力 抵抗外物压入的能力 称为硬度 综合性能指标 晶体 材料的原子 离子 分子 在三维空间呈规则 周期性排列 非晶体 材料的原子 离子 分子 无规则堆积 和液体相似 亦称为 晶体 材料的原子 离子 分子 在三维空间呈规则 周期性排列 非晶体 材料的原子 离子 分子 无规则堆积 和液体相似 亦称为 过冷液体过冷液体 或或 无定形体无定形体 是否具有 周期性 对称性 b 是否长程有序 c 是否有确定的熔点 d 是否各向异性 1 1 1 1 晶体缺陷 晶体缺陷 crystalcrystalcrystalcrystal defectdefectdefectdefect 实际晶体中存在着偏离 破坏 晶格周期性和规则性的部分 实际晶体中存在着偏离 破坏 晶格周期性和规则性的部分 1 1 1 1 固溶体 固溶体 组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的 且结构与组元之一相同的固相称为固溶体 A B A 溶剂 B 溶质 固溶强化由于溶质原子溶入溶剂晶格产生晶格畸度而造成材料硬度升高 塑性和韧性没有明显降低 2 2 2 2 金属间化合物 金属间化合物金属间化合物是合金的组元相互作用而形成的具有金属特性 而晶格类型和特性又完全不 同于任一组元的化合物一中间相 三 组织化学成分 工艺 热处理 三 组织化学成分 工艺 热处理 用肉眼或显微镜的观察到的材料的微观形貌 它可以是单相的 也可以是由一定数量 形态 大小和 分布方式的多种相组成 结晶 结晶 一种原子排列状态 晶态或非晶态晶态或非晶态 过渡为另一种原子规则排列状态 晶态晶态 的转变过程 or 物质中 的原子由近程有序列向长有序排列的过程 一次结晶 物质中 的原子由近程有序列向长有序排列的过程 一次结晶 L S 晶态二次结晶二次结晶 S S 晶态 过冷度与冷却速度的关系过冷度与冷却速度的关系 冷速越快 过冷度越大 冷速越快 过冷度越大 1 1 1 1 晶粒度 晶粒度单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度 或直径 表示 形核速度大 长大速率慢 晶粒总数目多 晶粒细小 3 3 3 3 控制晶粒度的因素 控制晶粒度的因素 提高过冷度 过冷度 T N G N G 增大 晶粒细化 变质处理 在液态金属中加入孕育剂或变质剂作为非自发晶核的核心 以细化晶粒和改善组织 振动 搅拌等 相图 相图 描述平衡条件平衡条件下 相和相变与温度 成份 压力之间的关系图称为相图 平衡图 1 1 1 1 匀晶相图 匀晶相图两组元在液态无限互溶液态无限互溶 在固态也无限互溶固态也无限互溶 冷却时发生匀晶转变的合金系 匀晶相图 L Cu Ni Fe Cr Au Ag e e e e 枝晶偏析枝晶偏析冷速快 原子扩散不充分 成分不均 扩散退火消除扩散退火消除 2 2 2 2 共晶转变 共晶转变 两组元在液态无限互溶液态无限互溶 在固态有限互溶固态有限互溶的结晶转变 共晶转变的合金系构成共晶相图 Pb Sn Al Si Ag Cu 同素异构转变 金属在固态下随温度的改变 从一种晶格转变成另外一种晶构的现象 属二次结晶或重结晶 铁 钢 热处理的基础 铁素体相 铁素体相 FerriteFerriteFerriteFerrite 碳溶于 碳溶于 FeFeFeFe 中形成的中形成的间隙固溶体 2 2 2 2 Fe Fe Fe Fe 奥氏体相奥氏体相 碳溶于 碳溶于 Fe Fe Fe Fe 中形成的间隙固溶体 珠光体 中形成的间隙固溶体 珠光体 P P P P PearitePearitePearitePearite 双相组织 铁素体和渗碳体组成的机械混合物 双相组织 铁素体和渗碳体组成的机械混合物 莱氏体莱氏体 LdLdLdLd LedeburiteLedeburiteLedeburiteLedeburite 双相组织 奥氏体和渗碳体组成的机械混合物 双相组织 奥氏体和渗碳体组成的机械混合物 塑性变形方式 滑移 w w w z h i n a n ch e co m 在外加切应力作用下 晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面 滑移面 上的一定方向 滑移方向 发 生相对的滑动 形变织构 在外加切应力作用下 晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面 滑移面 上的一定方向 滑移方向 发 生相对的滑动 形变织构 金属塑性变形到很大程度 70 时 由于晶粒发生转动 使各晶粒的位向趋于一致 形成 特殊的择优取向 这种有序化的结构叫做形变织构 加工硬化加工硬化 金属在冷态下进行塑性变形时 随着变形度的增加 其强度 硬度提高 塑性 韧性下降 残余内应力 性能 金属在冷态下进行塑性变形时 随着变形度的增加 其强度 硬度提高 塑性 韧性下降 残余内应力 性能 去除外力后残留于且平衡于金属内部的应力 去除外力后残留于且平衡于金属内部的应力 1 1 1 1 回复 回复 原子扩散能力较小 物理化学性能恢复 内应力显著降低 强度和硬度略有降低 去应力退火 2 2 2 2 再结晶 再结晶新的形核一长大过程 无新相生成 加工硬化消除 力学性能恢复 显微组织发生显著变化 等轴晶粒 强度大大下降 再结晶退火 消除加 工硬化的热处理工艺 驱动力 金属变形储存能 晶格畸变能 冷加工冷加工 TR 再结晶温度 以下的加工 热加工 热加工 TR 以上加工 不引起加工硬化 提高金属致密度 消除枝晶偏析 打碎柱状晶 树枝晶 流 线分布 退火退火 Annealing Annealing Annealing Annealing 将钢件加热到适当温度 保温一定时间 然后缓慢冷却将钢件加热到适当温度 保温一定时间 然后缓慢冷却的热处理工艺 二 的热处理工艺 二 目的目的 消除应力消除应力 降低硬度降低硬度 细化晶粒细化晶粒 均匀成分均匀成分 为最终热处理作好组织准备 为最终热处理作好组织准备 1 1 1 1 完全退火 完全退火 加热温度 Ac3 以上 20 30 度组织 P F 目的 细化 均匀化粗大 不均匀组织 接近平衡组织 消除内应力 应用范围 亚共折钢 共析钢 不适用于过共析钢 2 2 2 2 球化退火 不完全退火 球化退火 不完全退火 加热温度 Ac1 以上 20 40 度 应用范围 过共析钢 共析钢 组织 球状 P F 球状 Cem 目的 使 Cem 球化 HRC 韧性 切削性 为淬火作准备 3 3 3 3 扩散退火 均匀化退火 扩散退火 均匀化退火 1050 1150 10 20h P F 或 P Fe3CII II II II 目的 消除偏析后果 粗大晶粒 应用完全退火消除 4 4 4 4 再结晶退火 再结晶退火 加热温度 Ac1 以下 50 150 度 或 T 再再 30 50 度 目的 消除加工硬化 二 正火 空冷 把零件加温到临界温度以上 二 正火 空冷 把零件加温到临界温度以上 30303030 50505050 保温一段时间保温一段时间 然后在空气中冷却 然后在空气中冷却 临界温度 Ac3Ac3Ac3Ac3 或或 Accm 30 50Accm 30 50Accm 30 50Accm 30 50 组织 组织 S S S S F F F F 或或 Fe3CFe3CFe3CFe3C 应用及目的 应用及目的 1 作最终热处理 普通结构钢零件 目的目的 a 细化 A 晶粒 组织均匀化 b 减少亚共析钢中 F P c P 细化 强度 韧性 硬度 2 预先热处理 a 消除不均匀组织 魏氏组织 带状组织 b 细化组织 为淬火 调质作准备 c 使过共析钢中 Fe3 3 3 3CII II II II 使其不形成连续网状 为球化作准备 3 改善切削加工性能 低碳钢 w w w z h i n a n ch e co m 正火 冷速快 材料组织细化 机械性能好正火 冷速快 材料组织细化 机械性能好 1 切削加工 低碳钢 正火 中高碳钢 完全退火 高碳钢 合金工具钢 正火 球化退火 2 作为最终热处理 正火 3 为最终热处理提供良好的组织状态 4 正火可替代完全退火以提高效率 一 淬火一 淬火 Quenching Quenching Quenching Quenching 加热到 加热到 AC3AC3AC3AC3 AC1AC1AC1AC1 相变温度以上 保温 快速冷却相变温度以上 保温 快速冷却 水冷水冷 M AM AM AM A 二 二 目的目的 为了获得马氏体组织 提高钢的硬度和耐磨性 为了获得马氏体组织 提高钢的硬度和耐磨性 1 淬硬性淬硬性 HardeningHardeningHardeningHardening ofofofof steelsteelsteelsteel 钢在淬火后获得硬度的能力 即钢在淬火后所能达到的最高硬度 影响钢的淬硬性的因素 取决于 M 中 C C 淬硬性 2 淬透性淬透性 HardenabilityHardenabilityHardenabilityHardenability ofofofof steelsteelsteelsteel 淬火条件下得到 M 组织的能力 取决于 VK 上临界冷却速度 通 过测定钢在淬火时所能得到的淬硬层 马氏体组织占 50 处 有硬度突变 的深度来确定 影响钢的淬透性的因素 主要是临界淬火冷却速度主要是临界淬火冷却速度VKVKVKVK的大小的大小 VKVKVKVK越大越大 钢的淬透性越小 合金元素 钢的淬透性越小 合金元素除 Co 以外 C 曲线右移 淬透性 三 回火三 回火 TemperingTemperingTemperingTempering ofofofof steelsteelsteelsteel 定义 把淬火后的零件重新加温到 A1 线以下某个温度 保温一段时间 然后冷却到窒温 回火目的 淬火组织的问题 回火目的 淬火组织的问题 a 消除淬火应力 降低脆性 b 稳定工件尺寸 由于 M 残余 A 不稳定 c 获得要求的强度 硬度 塑性 韧性 淬火淬火 高温回火高温回火 调质处理调质处理 a a a a 马氏体分解 200200200200 以下 以下 析出 Fe2 4C 碳化物 亚稳定 组织 回火马氏体 M 过饱和 固溶体十亚稳定 碳化物 极细的 作用 晶格畸变降低 淬火应力有所下降 b b b b 残余 A 分解 200 300200 300200 300200 300 A M 或 A B 下 组织 回火马氏体 M c c c c 回火屈氏体 T 形成 250 400 Fe3C F 维持 M 外形 组织 回火屈氏体 T F Fe3C d d d d 碳化物的聚集长大 铁素体的回复与再结晶 400400400400 组织 回火索氏体 S F 等轴晶 Fe3C 粒 1 1 1 1 低温回火 低温回火 150 250150 250150 250150 250 回火马氏体 回火马氏体 M 降低淬火应力 提高韧性 保证高硬度 HRC58 64 和耐磨性 高碳的工具 模具 滚动轴承 渗碳与表面淬火的零件 2 2 2 2 中温回火 中温回火 350 500350 500350 500350 500 回火屈氏体 回火屈氏体 T T T T 高