金属材料及其热处理.ppt

2004金工教研室 机械制造基础 机械制造基础 金工教研室制造科学与工程学院2007年春季学期 第一讲金属材料及其热处理 2004金工教研室 机械制造基础 第一讲金属材料及其热处理 现代机器以金属材料为基础性能决定工艺性好很少用纯金属 多用合金材料性能决定了解金属材料 有助于理解工艺方法的实质合理选择零件材料及其生产工艺 2004金工教研室 机械制造基础 第一讲金属材料及其热处理 工程材料是人类社会赖以生存和发展重要物质基础工程材料的分类金属材料 非金属材料 复合材料现代机器以金属材料为基础使用性能满足大多数要求工艺性好很少用纯金属 多用合金材料 性能决定了解金属材料 有助于理解工艺方法的实质合理选择零件材料及其生产工艺材料的性能 以金属材料的性能为例 2004金工教研室 机械制造基础 汽车上的材料 2004金工教研室 机械制造基础 2004金工教研室 机械制造基础 2004金工教研室 机械制造基础 2004金工教研室 机械制造基础 2004金工教研室 机械制造基础 工程材料 金属材料 非金属材料 黑色金属 有色金属 无机材料 有机材料 轻金属 重金属 复合材料 2004金工教研室 机械制造基础 一 金属材料的主要性能 力学性能强度与塑性硬度韧性疲劳强度其它性能物理 化学及工艺性能 2004金工教研室 机械制造基础 力学性能 拉伸实验 2004金工教研室 机械制造基础 塑性材料和脆性材料 塑性材料 脆性材料 2004金工教研室 机械制造基础 力学性能 强度金属材料抵抗外力引起的塑性变形和断裂的能力屈服点 s抗拉强度 b塑性金属材料产生塑性变形而不破坏的能力延长率 断面收缩率 2004金工教研室 机械制造基础 力学性能 硬度 抵抗外力不产生局部塑性变形 压痕 的能力衡量金属软硬程度影响耐磨性 切削加工性度量方法布氏硬度 HB 洛氏硬度 HR 维氏硬度 HV 金刚石10000为标准度量 2004金工教研室 机械制造基础 布氏硬度 HB 稳定可靠仅用于测量HB450以内的材料不用于成品硬质合金压头 HBS 金刚石压头 HBW 2004金工教研室 机械制造基础 洛氏硬度 HR 2004金工教研室 机械制造基础 维氏硬度 HV HV F P F 2004金工教研室 机械制造基础 力学性能 韧性金属材料断裂前吸收的能量冲击韧性影响因素太多 仅作参考 2004金工教研室 机械制造基础 力学性能 疲劳强度周期性 非周期性动载荷下断裂破坏应力远低于强度极限原因杂质表面划痕微裂纹缺陷扩展 2004金工教研室 机械制造基础 其它性能 物理性能密度 熔点 热膨胀 导热 导电 磁性对工艺性有影响化学性能常温 高温下抵抗介质腐蚀的能力耐酸 耐碱 抗氧化性能工艺性能 非常重要热处理 铸造 锻造 焊接 切削加工性能 2004金工教研室 机械制造基础 二 铁碳合金 制造机器设备的主要金属材料 钢 铸铁铁 Fe 碳 C 铁含量 95 但是决定性能的是碳我们学习 纯铁的晶体结构铁碳合金组织常用钢材及其选用原则 铸铁稍后介绍 2004金工教研室 机械制造基础 发表意见 你见过哪些晶体材料 晶体有哪些特别的现象 金属是晶体吗 2004金工教研室 机械制造基础 纯铁的晶体结构 金属结晶过程 晶核形成与成长过冷冷却速度晶核自发外来晶粒细力学性能好晶核多则细快冷则细孕育处理 结晶过程演示 2004金工教研室 机械制造基础 晶格 2004金工教研室 机械制造基础 晶胞 2004金工教研室 机械制造基础 纯铁的晶体结构 体心立方晶胞 2004金工教研室 机械制造基础 纯铁的晶体结构 面心立方晶胞 2004金工教研室 机械制造基础 还有一种晶胞结构 2004金工教研室 机械制造基础 纯铁的同素异构转变 1538 液态 固态 Fe1394 固态 固态 Fe912 固态 固态 Fe二次结晶 重结晶 固态下的结晶过程与固液结晶规律相同 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金的基本组织 合金 两种或两种以上金属非金属元素熔和 构成具有金属特性的物质强度硬度较高 成本低通过成分和热处理在很大范围内调整其性能组元 构成合金的元素铁 碳 Fe3C 稳定的化合物也是组元 相 晶格相同 有界面分开 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金相图中的相 铁素体 珠光体 渗碳体 莱氏体 钢铁分界线 2004金工教研室 机械制造基础 相图的建立 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合状态图的建立 2004金工教研室 机械制造基础 固溶体 2004金工教研室 机械制造基础 间隙固溶体的晶格畸变固溶体与固溶强化 2004金工教研室 机械制造基础 晶体的四种点缺陷 空位 同类原子的间隙原子 异类原子的间隙原子 异类原子的置换原子 2004金工教研室 机械制造基础 关于合金强度的认识 晶粒粗细影响强度越细强度硬度越高细化晶粒是冶金和热处理的目标固溶强化晶格中混入杂质 增加变形抗力位错强化位错是晶体内部的一种缺陷增加变形抗力 2004金工教研室 机械制造基础 位错强化示意图 2004金工教研室 机械制造基础 两种线缺陷 位错 刃型位错的形成过程 2004金工教研室 机械制造基础 面缺陷 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金中的固溶体 铁素体 Fe中溶碳600 0 006 727 0 021 强度硬度低250MPa80HBS塑性好45 50 与纯铁近似 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金中的固溶体 奥氏体 Fe中溶碳1148 2 11 727 0 77 强度硬度不高塑性优良40 50 易于塑性变形压力加工时加热形成奥氏体 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金中的化合物 金属化合物与非金属化合物金属化合物具有复杂晶格 硬而脆FeS MnS 非金属杂质渗碳体 Fe3C 铁碳合金中的强化相硬度高 800HBW 塑性韧性很低呈片状 球状 网状可分解 Fe3C 3Fe C石墨 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金中的机械混合物 珠光体 P F Fe3C 铁素体 渗碳体C 0 77 b 750MPa180HBS 20 25 呈片状 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金中的机械混合物 莱氏体 Ld C 4 3 与渗碳体性能相近 硬而脆Ld A Fe3C存在于727 以上Ld P Fe3C727 以下转变为珠光体与渗碳体的机械混合物 2004金工教研室 机械制造基础 高温莱氏体 2004金工教研室 机械制造基础 低温莱氏体 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金相图 2004金工教研室 机械制造基础 状态图分析 ACDEFGSPQ的意义 2004金工教研室 机械制造基础 状态图分析 ACD 液相线AECF 固相线 ECF 共晶线 GS A3 奥氏体中析出铁素体ES Acm 奥氏体中析出渗碳体 II PSK A1 共析线PQ 铁素体中析出渗碳体 III 查看铁碳合金相图 查看 查看 查看铁碳合金相图 查看 查看 查看 2004金工教研室 机械制造基础 钢和铁的分界 C 2 11 钢 C 0 77 过共析钢铸铁 C 2 11 6 69 C 4 3 过共晶铸铁 2004金工教研室 机械制造基础 共析钢的组织转变 S 2004金工教研室 机械制造基础 共析钢显微组织 珠光体 2004金工教研室 机械制造基础 亚共析钢的组织转变 2004金工教研室 机械制造基础 亚共析钢显微组织 C 0 2 2004金工教研室 机械制造基础 过共析钢的组织转变 2004金工教研室 机械制造基础 过共析钢的显微组织 2004金工教研室 机械制造基础 工业用钢 按化学成分碳素钢 合金钢按用途结构钢 工具钢 特殊性能钢按质量普通钢 优质钢 高级优质钢按脱氧程度镇静钢 沸腾钢 2004金工教研室 机械制造基础 工业用钢种类汇总 碳素钢 碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢 合金钢 合金结构钢 特殊性能钢 合金工具钢 低合金结构钢 渗碳钢 调质钢 弹簧钢 滚动轴承钢 刃具钢 模具钢 量具钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢 其它 2004金工教研室 机械制造基础 碳素钢 C 1 5 C的影响如图P冷脆性0 045 以下S热脆性0 05 以下P S衡量质量Si Mn有益 2004金工教研室 机械制造基础 碳素结构钢 C 0 38 0 25 以下常用 GB700 88规定Q215 Q235 Q255 屈服极限215 235 255MpaA 普通 B C D 优质 含P S较少未完全脱氧 F 沸腾钢 完全脱氧 Z 镇静钢 Q215 A FQ235 A3 最常用 2004金工教研室 机械制造基础 优质碳素结构钢 P S 0 035 用于重要机件GB699 88规定20 C 0 20 20F 沸腾钢08 25 低碳钢30 55 中碳钢 淬火后强度硬度较高60 75 高碳钢 淬火后可作弹簧 从火花分辨低 中 高碳钢 2004金工教研室 机械制造基础 碳素工具钢 C 0 7 1 35 淬火硬度 60HRC淬透性 热硬性很差国标规定T8A 含碳0 8 A 含PS很少的优质钢T8 T10 T10A T12常用 2004金工教研室 机械制造基础 合金钢 合金结构钢含碳量的万分数 元素符号 百分数合金含量 1 5 不标高级优质钢 A16Mn20Cr40Mn230CrMnSi38CrMoAlA合金工具钢含碳量含碳量的千分数 元素符号 百分数含碳量 1 不标 9Cr2CrWMn9SiCrW18Cr4V特殊性能钢 不锈钢 2Cr13 1Cr18Ni9 2004金工教研室 机械制造基础 零件选材的一般原则 满足工作要求满足工艺性能要求重视经济性 2004金工教研室 机械制造基础 三 钢的热处理 目的 强度 硬度 韧性 弹性 工艺性讨论 现代机器中的热处理机床中汽车中刃具 量具 磨具改变 外形 组织 2004金工教研室 机械制造基础 热处理工艺 2004金工教研室 机械制造基础 热处理工艺方法 普通热处理 四火 退火 正火 淬火 回火表面热处理表面淬火化学热处理渗碳 渗氮 碳氮共渗 2004金工教研室 机械制造基础 工艺原理 2004金工教研室 机械制造基础 退火和正火的加热温度范围 退火目的种类正火用途索氏体硬度强度比珠光体高韧性相同 2004金工教研室 机械制造基础 退火加热温度范围 2004金工教研室 机械制造基础 淬火与回火 马氏体 M C原子来不及从A中渗出过饱和C使晶格严重畸变硬度高低温回火中温回火高温回火 2004金工教研室 机械制造基础 表面淬火与化学热处理 表面耐磨 内部坚韧表面淬火工艺原理用途设备 感应线圈 火焰 激光化学热处理化学介质中加热保温表层渗碳 渗氮 坚韧的基体 坚硬的外壳 2004金工教研室 机械制造基础 总结 金属材料的性能铁碳合金组织选材原则钢的热处理 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金相图 随手画 1148 7274 3 2 11 0 77912 1538 1227两个Y字当中立 0 77 4 3 2 11 912 1538 727 1148 1227 2004金工教研室 机械制造基础 这是什么 体 铁素体 2004金工教研室 机械制造基础 这是什么 体 奥氏体 2004金工教研室 机械制造基础 这是什么 体 珠光体 2004金工教研室 机械制造基础 还有什么 体 莱氏体高温莱氏体 A Fe3C低温莱氏体 P Fe3C马氏体淬火组织奥氏体中的碳来不及跑出来索氏体正火组织细化的 片层更薄的珠光体 强度硬度更高 2004金工教研室 机械制造基础 锉刀 选材T12工艺过程 锻造 退火 机械加工 淬火 低温回火 热处理 热处理 热处理 2004金工教研室 机械制造基础 作业 作业 1 习题集 一判断题 1 2 21 2 教材p9 4 5题 26 1 8题 32 5 6题 思考 1 教材p9 1 3题 32 1 4 7题 2 含碳量分别为0 2 1 0 3 0 的钢铁在室温下的组织 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金相图 全图1 铁素体 珠光体 渗碳体 莱氏体 钢铁分界线 两个单相之间是混合相 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金相图 全图2 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金相图 全图3 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金相图 全图4 ACD 液相线 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金相图 全图5 AECF 固相线 ECF 共晶线 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金相图 全图6 GS A3 奥氏体中开始析出铁素体 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金相图 全图7 ES Acm 奥氏体中析出二次渗碳体 II 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金相图 全图8 PSK A1 共析线 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金相图 全图9 PQ 铁素体中析出三次渗碳体 III 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金相图 全图2 均匀 没有明显晶界 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金相图 全图2 珠光体外面有明显的铁素体相 2004金工教研室 机械制造基础 铁碳合金相图 全图2 珠光体外面有明显的网状渗碳体 2004金工教研室 机械制造基础 常用非金属材料简介 纳米材料复合材料功能材料超塑性合金超导材料 2004金工教研室 机械制造基础 纳米材料的常识 2004金工教研室 机械制造基础 碳纳米管制作的纳米齿轮模型 2004金工教研室 机械制造基础 纳米材料学 1nm 10 9m1nm 1M 相当于乒乓球与地球之比当材料的颗粒缩小到几到几十纳米时 材料的性质将发生意想不到的变化碳纳米管强度比钢高100倍 重量是钢的1 6 且导电性怪异化学性质稳定的材料会发生爆炸纳米陶瓷可弯曲180o在电场作用下发出各种颜色的光 2004金工教研室 机械制造基础 纳米材料的研究及应用领域 电子信息技术高密度信息储存CPU AMD的K8 Inter的P4和PM 90纳米制程 航空