机械工程材料教案.doc

孝感职业技术学院机电工程系科目：机械工程材料授课班级：02241、02242时间：2003.92004.1第一、二讲【课题】金属的力学性能【授课方法】讲授【目的要求】了解本课程所讲授内容及目的和任务。熟悉金属的力学性能及作用。理解力学性能的判据及定义。掌握力学性能的试验方式及应用【重点难点】强度和硬度【课时分布】绪论25分钟强度与塑性35分钟硬度40分钟韧性与疲劳强度40分钟小结20分钟讨论及答疑40分钟【教学过程】绪论课程性质：技术基础课。目的和任务：使学生获得常用工程材料的基础知识，为学习其它有关课程和将来从事生产技术工作奠定必要的基础。内容：金属的力学性能、金属基本知识、钢的热处理、常用金属材料、非金属材料、复合材料，以及工程材料的选用。应达到的要求：1. 熟悉常用机械工程材料的成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系及变化规律。2. 掌握常用机械工程材料的性能与应用，具有选用常用机械工程材料和改变材料性能方法的初步能力。3. 了解与本课程有关的新材料、新技术、新工艺及其发展概况。第一章 金属的力学性能金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能：在使用过程中所表现出来的性能，主要有力学性能、物理性能、化学性能。工艺性能：加工过程中所表现出来的性能。铸造、锻造、焊接、热处理和切削加工性能。选材时，以力学性能为主要依据。力学性能：金属在外力作用下所表现出来的特性（金属在力作用下，显示与弹性和非弹性反应相关或涉及应力应变关系的性能）。强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度。第一节 强度与塑性强度：金属抵抗塑性变形和断裂的能力。通过拉伸试验测得。塑性变形：在外力作用下，发生不能恢复原状的变形。也叫永久变形。一、 强度1. 拉伸试验标准试样：图1-1长度样：l0=10d0;短试样：l0=10d0拉伸力F/N伸长量l/拉伸试验得到拉伸图。FbB KFs SFe E OO到Fe：弹性变形阶段Fe到Fs：塑性变形S：屈服，水平线，此时力到Fs，不增加力但长度增加。Fs到Fb：局部收缩，产生缩颈。2. 强度的主要判据金属材料的强度用应力度量（单位截面上的内力），所谓内力是内部产生阻止变形的抗力。1） 弹性极限试样产生完全弹性变形时所能承受的最大应力。ee=Fe/A0（MP）2） 屈服点试样在拉伸过程中，力不增加仍能继续伸长时的应力。s=Fs/A0对有些材料无明显的屈服现象，规定：去掉拉伸力后，其标距部分的残余伸长量达到规定原始标距长度0.2%时的应力，为该材料的屈服点r0.23） 抗拉强度试样被拉断前所能承受的最大拉应力，bb=Fb/A0 b表征材料对最大均匀塑性变形的抗力。s与b的比值称为屈强比，屈强比越小，零件工作时的可靠性越高，因为若超载也不会立即断裂。但太小则降低材料强度的有效利用率。二、 塑性塑性是断裂前材料发生不可逆塑性变形的能力。1. 断后伸长率试样被拉断后，标距伸长量与原始标距的百分比。=(lk-l0)/l0100%长试样用10表示，通常写成；短试样用5表示。2. 断面收缩率试样被拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。(A0-Ak)/A0100%一般或值越大，材料塑性越好。塑性好的材料可用轧制、锻造、冲压等方法加工成形。另超载时也可避免突然断裂，提高工作安全性。第二节 硬度硬度是材料抵抗局部变形，尤其是塑性变形、压痕或划痕的能力。是衡量金属软硬程度的判据。一定程度上反映了材料的综合力学性能，应用广泛，常作为技术条件标注在图上或工艺文件中。一、 布氏硬度布氏硬度试验原理如图1-3。用直径为D的淬火钢球或硬质合金球做压头，以相应的试验力F将压头压入试件表面，经规定的保持时间后，去除试验力，在试件表面得到一直径为d的压痕。用试验力除以压痕表面积A，所得值即为布氏硬度值。HB。淬火钢球为压头时为HBS；硬质合金球为压头时，HBW。实际实验时布氏硬度不需要计算，由d查表得值。表示方法：120HBS10/1000/30：直径为10的淬火钢球做压头，1000kgf力作用下，保持30s，测得的布氏硬度值为120。特点：压痕面积大，测量结果准确、稳定，但操作不够简便，压痕大不宜测试薄件或成品。HBS适于测量硬度值小于450的材料；HBW适于测量硬度值小于650的材料。目前用的较多的是淬火钢球为压头，用来测定灰铸铁，有色金属及退火、正火和调质的钢材。二、 洛氏硬度原理图如图1-4用顶角为120金刚石圆锥体或直径为1.588mm淬火钢球为压头，在初试验力和总试验力先后作用下，将压头压入度件表面，经规定保持时间后，去除主试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验法。洛氏硬度常用的有三种HRA、HRB、HRC（最广），表1-2。特点：操作简便、迅速，测量硬度范围大，压痕小，无损于试件表面，可直接测量成品或较薄工件。测量结果不够准确，故常在试样的不同部位测定三点取平均值。第三节 韧性和疲劳强度一、 韧性韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力，它表示了金属材料抗冲击的能力。判据是通过冲击试验确定的。常用方法是摆锤式一次冲击试验法。试样见图1-6，原理见图1-7。冲击吸收功越大，材料韧性越好。冲击韧度不能真正代表材料的韧性，国标规定采用冲击吸收功AK作为材料韧性的判据。二、 疲劳强度许多零件如轴、齿轮、连杆、弹簧等是在循环应力作用下工作的。按循环应力大小和方向不同，零件承受的应力分为交变应力和重复应力两种。零件在循环应力作用下，在一处或几处产生局部永久生累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程，称为疲劳（疲劳断裂）。疲劳断裂前无明显塑性变形，因此危险性很大，常造成严重事故。金属能承受的交变应力与断裂前应力循环基数N有一定的关系，当低于某一值时，曲线与横坐标平行，表示材料可经无数次循环应力作用而不断，这一应力就是疲劳强度。-1一般，交变应力越小，断裂前所能承受的循环次数越多；交变应力越大，循环次数越少。工程上用的疲劳强度，是指在一定的循环基数下不发生断裂的最大应力，通常规定钢铁材料的循环基数为107，有色金属为108材料存在气孔、微裂纹、夹杂物等缺陷，材料表面划痕、局部应力集中等因素，均可加快疲劳断裂。减小表面粗糙度值和进行表面淬火、喷丸处理、表面滚压等方法均可提高材料的疲劳强度。【本章小结】1. 力学性能的定义及内容。2. 强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度的意义及判据。3. 各判据的意义及使用。【课后作业】P10：T1、T2、T3、T4、T5、T6、T10【课后记载】第三讲【课题】纯金属与合金的晶体结构【授课方法】讲授【目的要求】了解金属的晶体结构形式。熟悉几种常用金属的晶体结构。理解晶体结晶常用名词的含义及相的意义。掌握晶格的类型、晶体中的缺陷、化合物的性能。【重点难点】晶体的缺陷、合金的结构【课时分布】复习5分钟纯金属的晶体结构25分钟纯金属的实际晶体结构30分钟合金的晶体结构20分钟小结10分钟答疑10分钟【教学过程】复习强度、塑性、硬度、韧性的意义及判据。按内部原子聚集状态不同有晶体和非晶体，固态金属与合金基本上都是晶体物质。第一节 纯金属的晶体结构一、 晶体结构的基本知识1. 晶体与非晶体晶体：原子按一定几何形状作有规则地重复排列。金刚石、石墨及固态金属与合金。非晶体：无规则排列。沥青、玻璃、松香。无固定熔点，各向同性。2. 晶格与晶胞晶格：将原子看成一个点，用假想的线条将原子中心连接起来，形成的一个空间格子。晶格中直线的交点称为结点。晶格是由一些最基本的几何单元周期重复排列而成的，这种最基本的几何单元称为晶胞。晶胞大小和形状可用晶胞的三条棱边长a,b,c（晶格常数）和棱边夹角，来描述。各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同而呈现出不同的物理、化学及力学性能。二、 常见的晶格类型1. 体心立方晶格特点：立方体，八个顶角及中心各有一个原子，a=b=c，铁，铬（Cr）、钨(W)、钼(Mo)、钒(V)。图2-22. 面心立方晶格特点：立方体，八个顶角及六个面的中心各有一个原子，铁，铝（Al）、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银（Ag）。图2-33. 密排六方晶格特点：六方柱体，十二个顶角和上、下面中心各有一个原子，在上、下面之间还有三个原子。镁(Mg)、锌(Zn)、铍(Be)、-Ti。晶格类型不同，原子排列的致密度不同，晶格类型发生变化就会引起体积和性能的变化。第二节 纯金属的实际晶体结构一、 多晶体结构单晶体：晶体内部晶格位向（原子排列方向）完全一致的晶体。具有各向异性。实际金属材料由许多小晶体组成，这些小晶体外形不规则，呈颗粒状，故称为晶粒。每个晶粒内的晶格位向一致，但各个晶料之间彼此位向都不相同。一般金属材料都是多晶体。多晶体由许多晶粒组成，多晶体材料中相邻晶粒的界面为晶界。多晶体是由许多位向不同的晶粒组成，其性能是位向不同晶粒的平均性能，故可认为金属是各向同性的。在显微镜下观察到的各种晶粒的形态、大小和分布等情况称为显微组织或金相组织。有色金属的晶粒比钢铁的大。二、 纯金属的实际晶体结构实际上，晶体的原子的排列并不像理想晶体那样规则和完整。由许多因素影响，使某些区域的原子排列受到干扰和破坏，这种区域称为晶体缺陷。1. 点缺陷三个方向上的尺寸都很小，最常见的是晶格空位和间隙原子。点缺陷可使周围原子发生靠拢或撑开，造成晶格畸变。2. 线缺陷一个方向上较大，另两个较小。在晶体中呈线状分布。常见的是各种类型的位错。“刃型位错”是一种简单的位错。3. 面缺陷两个方向上尺寸很大，第三个方向上尺寸很小。常见的是晶界和亚晶界。以上各种缺陷处及其附近晶格均处于畸变状态，直接影响到金属的力学性能，使金属的强度、硬度有所提高。第三节 合金的晶体结构生产实际上使用的金属材料大多是合金。一、 合金的基本概念合金是指由两种或两种以上的金属元素（或金属与非金属元素）组成的，具有金属特性的新物质。组成合金最基本的、独立的物质称为组元（元）。通常组元就是指组成合金的元素。如黄铜的组元是铜和锌，铁碳合金的组元是铁和碳。按数目有二元合金、三元合金和多元合金。由给定组元按不同比例配制出一系列不同成分的合金，构成一个合金系。相：在纯金属或合金中，具有相同化学成分、晶体结构和相同物理性能的组分。如固相、液相。组织：用金相观察方法看到的由形态，尺寸不同和分布方式不同的一种或多种相构成的总体。二、 合金的相结构按合金组元间相互作用不同，合金在固态下的相结构分为固溶体和金属化合物。1. 固溶体固溶体是指合金在固态下，组元间能相互溶解而形成的均匀相。与固溶体晶格类型相同的组元为溶剂，其它为溶质。1） 置换固溶体溶质原子占据了部分溶剂晶格结点位置而形成的固溶体。无限固溶体：铜镍合金，铜原子和镍原子可按任意比例相互溶解。有限固溶体：铜锌合金中锌含量在39%以下时可全部溶入铜，高了则形成金属化合物。溶解度取决于组元的晶格类型，原子半径及温度。2） 间隙固溶体溶质原子溶入溶济晶格的间隙而成的固溶体。晶格产生畸变，使强度、硬度提高。这种通过溶入溶质元素，使固溶体强度和硬度提高的现象称为固溶强化。是提高力学性能的重要途径之一。2. 金属化合物金属化合物是合金组元间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相，可用分子式表示。正常价化合物：严格遵守原子价规律的化合物。电子化合物：不遵守原子价规律，但有一定的电子浓度（总电价电子数与总原子数之比）的化合物。间隙化合物：由过渡族金属元素与原子半径较小的碳、氮、氢、硼等非金属元素形成的化合物。有间隙相(TiC、WC、VC)和复杂晶体结构的间隙化合物（Fe3C）。金属化合物一般熔点高、硬而脆，很少使用单相金属化合物的合金。但当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使合金强度、硬度和耐磨性明显提高，这一现象称弥散强化。故金属化合物主要用来作碳钢、低合金钢、硬质合金及有色金属的重要组成相及强化相。【本章小结】1. 几个常用的名词术语及其意义。2. 缺陷的意义。3. 相。【课后作业】P17T2T3T6【课后记载】第四讲【课题】纯金属与合金的结晶【授课方法】讲授【目的要求】了解合金相图的形成。熟悉细化晶粒的方法。理解过冷现象和过冷度。掌握金属的结晶过程。【重点难点】细化晶粒的方法。结晶过程。【课时分布】复习5分钟冷却曲线与过冷度10分钟纯金属的结晶过程15分钟金属晶粒大小与控制10分钟铸锭的组织10分钟合金的结晶20分钟合金性能与相图的关系10分钟小结10分钟答疑10分钟【教学过程】复习几个常用的名词术语及其意义。缺陷的意义。相。第二章 纯金属与合金的结晶纯金属或合金由液态转变为固态晶体的过程称为结晶。结晶所形成的组织直接影响到纯金属与合金的性能。第一节 纯金属的结晶一、 冷却曲线与过冷度开始结晶结晶过程可用冷却曲线来描述。金属液缓慢冷却到T0，开始结晶。结晶完毕结晶热补偿散失热，使冷却曲线上出现一水平线段，这就是理论结晶温度。实际上冷却速度都很快，因此，实际结晶温度T0总是低于理论结晶温度T1，这就是过冷现象。TT0-T1，称为过冷度。过冷度的大小与冷却速度、金属的性质和纯度有关。冷却速度越快，过冷度越大。实际上，金属都是在过冷情况下结晶的，过冷是金属结晶的必要条件。二、 纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程是晶核形成和长大的过程。如图3-2。冷却到结晶温度时，液体中会形成有规则地排列的小晶体，这就是晶核，也称自发晶核。晶核周围的原子按固有规律向晶核聚集，使晶核长大。在晶核不断长大的同时，又有新的晶核产生、长大，直到结晶完毕。因此，一般金属是由许多外形不规则，位向不同的小晶体所组成的多晶体。金属中含有的杂质质点能促进晶核在其表面上形成，这种依附于杂质而形成的晶核称为非自发晶核。自发晶核和非自发晶核同时存在于金属液中，但非自发晶核往往比自发晶核更为重要，起优先和主导作用。结晶过程中，晶核各部位的长大速度不同，晶核的棱角处散热条件好，故以较快的速度生成晶体的主干（一次晶轴）。在主干长大过程中，又不断生出分枝（二次、三次晶轴），此形态如同树枝，因此称为枝晶。图3-3。三、 金属晶粒大小与控制一般，晶粒越细小，金属的强度、塑性和韧性越高。晶粒的大小主要取决于形核速率N（单位时间内在单位体积中产生的晶核数）和长大速率G（单位时间内晶核长大的线速度）。凡能促进形核率，抑制长大率的因素都能细化晶粒。1. 增大过冷度图3-42. 变质处理在浇注前，人为地加入一定量的难溶金属或合金元素（变质剂），增加非自发晶核，以增加形核率3. 附加振动四、 铸锭的组织凡影响冷却速度的因素均影响金属结晶后晶粒的大小、形态和分布。图3-5。1. 表层细晶粒区在铸锭表层形成细小、致密、均匀的等轴晶粒。2. 柱状晶粒区垂直模壁方向散热最快，其它方向有抵触。3. 中心粗大等轴晶粒区散热无明显方向性，过冷度小。第二节 合金的结晶也遵循形核与长大的规律。但因有两个以上组元，结晶过程比较复杂。合金相图又称为合金状态图或合金平衡图。它是表示在平衡条件下合金状态、成分和温度之间关系的图形。根据相图可以了解合金系中不同成分合金在不同温度时的组成相，相变规律，在生产中，相图可作为正确制定铸造、锻压、焊接及热处理工艺的重要依据。一、 二元合金相图1. 相图的表示方法纵坐标表示温度，横坐标表示成分。图3-62. 二元合金相图的建立通过实验方法建立1） 配制一系列不同成分的合金2） 用热分析法测出合金的冷却曲线3） 将各个合金的相变点标注在温度-成分坐标图中，连续相应点。二、 二元合金相图的基本类型（自学）1. 匀晶相图2. 共晶相图第三节 合金性能与相图的关系合金的性能取决于合金的成分和组织，合金的某些工艺性能还与合金的结晶特点有关。相图表明了合金成分与组织间的关系，也表明了合金的结晶特点。一、 合金力学性能与相图的关系图3-17形成单相固容体的合金具有较好的综合力学性能，但达到的强度、硬度有限。形成复合相的合金，在两相区内，合金的强度和硬度随成分呈直线变化，大致是算术平均值。二、 合金铸造性能与相图的关系铸造性能主要是指液态合金的流动性及产生缩孔的倾向性等。图3-18液相线与固相线之间的距离越宽，合金的流动性越差，缩孔倾向及偏析越大，铸造性能越差。因此铸造合金的成分常取共晶成分或在其附近的合金。【本次小结】1. 过冷度2. 结晶过程3. 晶粒细化的方法4. 相图的形成【课后作业】P29T1T2T4T5T9【课后记载】第五讲【课题】金属塑性变形与再结晶【授课方法】讲授【目的要求】了解金属塑性变形的原理熟悉金属在加热时组织和性能的变化理解冷塑性变形对金属组织和性能的影响掌握再结晶的意义【重点难点】冷变形强化、再结晶【课时分布】复习5分钟金属的塑性变形25分钟冷塑性变形对金属组织和性能的影响20分钟加热时组织和性能的变化30分钟热变形加工10分钟小结5分钟答疑5分钟【教学过程】复习过冷度、结晶过程、晶粒细化的方法、相图的形成第四章金属的塑性变形与再结晶塑性变形是压力加工的基础，大多数钢和有色金属及其合金都有一定的塑性，均可在热态或冷态下进行压力加工。塑性变形可引起金属内部组织与结构变化，改善性能。第一节 金属的塑性变形一、 单晶体的塑性变形单晶体塑性变形的基本方式是滑移和孪生。1 滑移在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面发生相对的滑动。是塑性变形的主要方式。图4-1，图4-22 孪生在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）产生剪切变形。孪生与滑移的主要区别是：孪生变形时，孪生带中相邻原子面的相对位移为原子间距的分数值，且晶体位向发生变化，与未变形部分形成对称；而滑移变形时，滑移的距离是原子间距的整数倍，晶体的位向不发生变化。孪生变形所需的临界切应力比滑移变形的大得多，因此，只有当滑移很难进行时，晶体才发生孪生。二、 多晶体的塑性变形仍然是滑移和孪生。多晶体塑性变形过程比单晶体复杂得多，它不仅有晶内滑移，而且还有晶间的相对滑移。在多晶体中滑移抗力比单晶体大，即多晶体金属强度高。在室温下晶粒间结合力较强，比晶粒本身的强度大。因此金属的塑性变形和断裂多发生在晶粒本身，而不是晶界上。晶粒越细小，晶界越多，变形阻力越大，强度越高。第二节 冷塑性变形对金属组织和性能的影响一、 形成纤维组织，性能趋于各向异性金属在外力作用下产生塑性变形时，随着金属外形被拉长，其晶粒也相应地被拉长。当变形量很大时，各晶粒将会被拉长成细条状或纤维状，晶界模糊不清，这就是纤维组织。图4-8二、 产生冷变形强化（加工硬化）变形量越大，晶粒破碎成细的亚晶粒，产生的亚晶界越多，位错密度越大。大量堆积的位错及相互干扰会阻碍位错的运动，使变形后抗力增大，强度和硬度显著提高。随着变形程度增加，金属强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象，称为冷变形强化或加工硬化。实际意义：A、强化金属，提高强度、硬度和耐磨性。对不能用热处理提高强度的金属更为重要。B、有利于金属进行均匀变形（因变形部分产生了变形强化，继续变形在未变形或变形小的部分进行。）C、提高构件在使用过程中的安全性。冷变形使金属塑性降低，给进一步变形带来困难。在加工过程中安排中间退火。三、 形成形变织构（或择优取向）金属发生塑性变形时，各晶粒的晶格位向会沿着变形方向发生转变。当变形量很大时，各晶粒的位向将与外力方向趋于一致，晶粒趋向于整齐排列，这种现象为择优取向，所形成的有序化结构称为形变织构。形变织构呈现明显的各向异性，对后续加工或使用不利很难消除。避免方法：较大变形量分为几次变形来完成，并进行中间退火。四、 产生残留应力去除外力后，残留在金属内部的内力。主要是由于金属在外力作用下内部变形不均匀造成的。消除和降低的方法：退火。合理控制和利用也可变为有利因素。第三节 冷塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化塑变后，金属内部能量较高而处于不稳定状态，总有恢复到能量较低、组织较稳定的倾向。加热时原子活动能力增强，可恢复，过程如下：一、 回复（恢复）当加热温度较低时（0.250.3）T熔，K原子活动能力较弱，只能回复到平等位置，显微组织没有明显变化，其力学性能变化不大，但残留应力显著降低，理化性能也基本恢复到变形前的情况，这一阶段为“回复”。生产中，利用回复现象可将已产生冷变形强化的金属在较低温度下加热，使其残留应力基本消除，而保留了其强化的力学性能，这就是低温去应力退火。二、 再结晶继续升温，原子活动能力增大，显微组织发生明显的变化，晶粒变为均匀细小的等轴晶粒，这一变化过程也是通过形核和晶核长大方式进行的，故称再结晶。没有相变过程。再结晶后，强度、硬度显著降低，塑性、韧性大大提高，冷变形强化消除。不是恒温过程，而是在一定温度范围内进行的。通常再结晶温度是指再结晶开始的温度（发生再结晶所需的最低温度），与金属的预先变形度及纯度有关。各种纯金属的最低再结晶温度与其熔点间的关系如下：T再0.4T溶微量杂质或合金元素会阻碍原子扩散和晶界迁移，从而显著提高再结晶温度。提高加热速度可使再结晶在较高的温度下发生；而延长保温时间，可使原子有充分的时间进行扩散，使再结晶过程能在较低的温度下完成。将冷塑性变形加工的工件加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使变形晶粒重新结晶为均匀的等轴晶粒，以消除变形强化和残留应力的退火工艺为再结晶退火。也常用作为冷变形加工过程中的中间退火，以恢复金属材料的塑性便于后续加工。三、 再结晶后的晶粒大小经再结晶退火后的晶粒大小，对力学性能有很大影响。与加热温度、保温时间和退火前的变形度有关。1. 加热温度与保温时间加热温度越高，原子的活动能力越强，越有利于晶界的迁移，得到的晶粒越粗大，保温时间越长，晶粒越粗大，但影响不如加热温度大。2. 变形度变形度很小，晶格畸变很小，不足以引起再结晶，晶粒大小没有变化。变形度在2%-10%时，因变形度不大，仅有部分晶粒变形，且很不均匀再结晶时形核数目很少，晶粒大小极不均匀，这称为临界变形度，生产中尽量避开。超过临界变形度后，晶粒变形趋于均匀，形核率高，晶粒细小均匀。大于90%后，晶粒又可能急骤长大。四、 晶粒长大再结晶后，若继续升温或延长保温时间，均会使晶粒逐渐长大。第四节 金属的热变形加工一、 热变形加工的概念热加工：在再结晶温度以上进行的变形加工。会发生再结晶过程，冷变形强化随即被再结晶产生的软化所抵消。冷加工：在再结晶温度以下进行的变形加工。不发生再结晶。在实际的热变形加工中，因变形速度，软化过程来不及消除变形强化的影响，需要用提高加热温度的办法来加速再结晶过程。二、 热变形加工对金属组织和性能的影响1. 使金属中的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质顺着金属主要伸长方向呈带状分布，热锻后的组织有一定的方向性，通常称为锻造流线，也称流纹。沿流纹方向的强度、塑性和韧性明显大于垂直于流纹方向的相应性能。热变形加工时，力求使零件具有合理的流纹分布，使最大正应力与流纹方向平行，最大切应力与流纹方向垂直，流纹的分布应与零件外形轮廓相符而不被切断，以保证零件的使用性能。2. 能碎化铸态金属中的粗大晶粒，使晶粒细化，提高力学性能。3. 使缩松、气孔、微裂纹被焊合。通过热变形可使组织和性能得到明显改善。【本次小结】塑性变形实质；加工硬化；再结晶；冷、热加工及影响。【课后作业】P40T1T4T6T8T10T11【课后记载】第六讲【课题】铁碳合金的基本组织、相图【授课方法】讲授【目的要求】了解铁碳合金相图的组成。熟悉纯铁的同素异晶转变。理解铁碳合金相图的意义。掌握铁碳合金的基本相。【重点难点】铁碳合金相图、基本相【课时分布】复习5分钟纯铁的同素异晶转变10分钟铁碳合金的基本相20分钟相图的提出15分钟特性点15分钟特性线15分钟小结10分钟答疑10分钟【教学过程】复习塑性变形实质；加工硬化；再结晶；冷、热加工及影响第五章 铁碳合金相图与非合金钢钢和铸铁应用最广泛，形成钢和铸铁的主要元素是铁和碳，故又称铁碳合金。第一节 铁碳合金的基本组织一、 纯铁的同素异晶转变大多数金属结晶后晶格类型不再变化，但少数金属如铁、钛、钴等，其晶格类型随温度的改变而发生变化，这就是同素异晶（构）转变。同素异晶转变时，有结晶潜热产生，同时也遵循晶核形成和晶核长大的结晶规律，与液态金属的结晶相似，故又称重结晶。体心立方面心立方体心立方金属的同素异晶转变将导致金属的体积发生变化，并产生较大的应力。正因如此，钢铁才能通过不同的热处理改变组织和性能。二、 铁碳合金的基本相1. 铁素体-Fe中溶入一种或多种溶质元素构成的固溶体。F，体心立方晶格。600时，WC0.006%，727时，WC0.0218%。性能同纯铁相似，强度、硬度低，塑性和韧性好。显微组织：明亮的多边形晶粒，晶界曲折。图5-22. 奥氏体-Fe中溶入碳或其它元素构成的固溶体。A，面心立方晶格。727时，WC0.77%，1148时，WC2.11%。性能：强度、硬度低，因此常将工件加热到A状态锻造。显微组织：明亮的多边形晶粒，晶界平直。图5-33. 渗碳体是铁和碳形成的一种具有复杂晶格的金属化合物。Fe3C。WC6.69%，硬度很高，塑性、韧性几乎为零，极脆，熔点1227。Fe3C在铁碳合金中常以片状、球状、网状等形式与其他相共存，是主要的强化相，其形态、大小、数量和分布对钢的性能影响很大。4. P5. LdP和Ld是复相。不是基本相，是组织。第二节 铁碳合金相图平衡条件下（极其缓慢加热或冷却），不同成分的铁碳合金，在不同温度下所处状态或组织的图形。相图如下。1158122711489127276000.772.114.3一、 Fe-Fe3C相图分析纵坐标是温度，横坐标是成分。1. Fe-Fe3C相图中的特性点A15380纯铁的熔点C11484.3共晶点D12276.69渗碳体的熔点E11482.11碳在G9120同素异晶转变点P7270.0218碳在-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点Q6000.006碳在-Fe中的溶解度2. Fe-Fe3C相图中的特性线Fe-Fe3C相图中的特性线是不同成分合金具有相同意义相变点的连接线。图中一次，二次、三次渗碳体的含碳量、晶体结构和性能均相同，但来源不同，分布、形态不同，对铁碳合金性能的影响出不同。表5-2，P44【本次小结】同素异晶转变，基本相，状态图，特性点和线【课后作业】P59T1T2T3【课后记载】第七讲【课题】铁碳合金相图分析【授课方法】讲授【目的要求】了解铁碳合金的冷却过程熟悉含碳量对铁碳合金平衡组织及性能的影响理解铁碳合金的分类掌握铁碳合金相图的应用【重点难点】分类、应用【课时分布】复习5分钟铁碳合金的分类10分钟碳合金的冷却过程35分钟含碳量对平衡组织及性能的影响15分钟铁碳合金相图的应用15分钟小结10分钟答疑10分钟【教学过程】复习同素异晶转变，基本相，状态图，特性点和线二、 典型铁碳合金的冷却过程及其组织1. 铁碳合金的分类（1） 工业纯铁含碳量在0.0218%以下，F（2） 钢0.02182.11% 共析钢0.77P 亚共析钢0.02180.77%，P+F 过共析钢0.772.11，P+Fe3C（3） 白口铸铁2.116.69 共晶白口铸铁4.3%Ld 亚共晶白口铸铁2.114.3%Ld+P+Fe3C 过共晶白口铸铁4.36.69%Ld+Fe3C2. 典型铁碳合金冷却过程分析（1） 共析钢冷却过程分析（2） 亚共析钢冷却过程分析（3） 过共析钢冷却过程分析（4） 共晶白口铸铁（5） 亚共晶白口铸铁（6） 过共晶白口铸铁三、 含碳量对铁碳合金平衡组织及性能的影响四、 铁碳合金相图的应用第八讲【课题】【授课方法】讲授【目的要求】了解熟悉理解掌握【重点难点】【课时分布】复习5分钟30分钟15分钟10分钟5分钟10分钟小结10分钟答疑15分钟【教学过程】第讲【课题】【授课方法】讲授【目的要求】了解熟悉理解掌握【重点难点】【课时分布】复习5分钟30分钟15分钟10分钟5分钟10分钟小结10分钟答疑15分钟【教学过程】第讲【课题】【授课方法】讲授【目的要求】了解熟悉理解掌握【重点难点】【课时分布】复习5分钟30分钟15分钟10分钟5分钟10分钟小结10分钟答疑15分钟【教学过程】第讲【课题】【授课方法】讲授【目的要求】了解熟悉理解掌握【重点难点】【课时分布】复习5分钟30分钟15分钟10分钟5分钟10分钟小结10分钟答疑15分钟【教学过程】第讲【课题】【授课方法】讲授【目的要求】了解熟悉理解掌握【重点难点】【课时分布】复习5分钟30分钟15分钟10分钟5分钟10分钟小结10分钟答疑15分钟【教学过程】第讲【课题】【授课方法】讲授【目的要求】了解熟悉理解掌握【重点难点】【课时分布】复习5分钟30分钟15分钟10分钟5分钟10分钟小结10分钟答疑15分钟【教学过程】第讲【课题】【授课方法】讲授【目的要求】了解熟悉理解掌握【重点难点】【课时分布】复习5分钟30分钟15分钟10分钟5分钟10分钟小结10分钟答疑15分钟【教学过程】第讲【课题】【授课方法】讲授【目的要求】了解熟悉理解掌握【重点难点】【课时分布】复习5分钟30分钟15分钟10分钟5分钟10分钟小结10分钟答疑15分钟【教学过程】第讲【课题】【授课方法】讲授【目的要求】了解熟悉理解掌握【重点难点】【课时分布】复习5分钟30分钟15分钟10分钟5分钟10分钟小结10分钟答疑15分钟【教学过程】第讲【课题】【授课方法】讲授【目的要求】了解熟悉理解掌握【重点难点】【课时分布】复习5分钟30分钟15分钟10分钟5分钟10分钟小结10分钟答疑15分钟【教学过程】第讲【课题】【授课方法】讲授【目的要求】了解熟悉理解掌握【重点难点】【课时分布】复习5分钟3