《工程材料》总复习全解PPT学习课件

机械工程材料 复习 1 使用性能 工艺性能 纯金属 合金 工业用钢 有色金属及其合金 铸铁 结晶 塑性变形 热处理 2 一 性能 使用性能1 力学性能 刚度 材料抵抗弹性变形的能力 指标为弹性模量 E 强度 材料抵抗变形和破坏的能力 指标 抗拉强度 b 材料断裂前承受的最大应力 屈服强度 s 材料产生微量塑性变形时的应力 3 条件屈服强度 0 2 残余塑变为0 2 时的应力 疲劳强度 1 无数次交变应力作用下不发生破坏的最大应力 塑性 材料断裂前承受最大塑性变形的能力 指标为 硬度 材料抵抗局部塑性变形的能力 指标为HB HRC HV 4 冲击韧性 材料抵抗冲击破坏的能力 指标为 k 材料的使用温度应在冷脆转变温度以上 断裂韧性 材料抵抗内部裂纹扩展的能力 指标为K1C 2 化学性能 耐蚀性 材料在介质中抵抗腐蚀的能力 抗氧化性 材料在高温下抵抗氧化作用的能力 3 耐磨性 材料抵抗磨损的能力 5 工艺性能1 铸造性能 液态金属的流动性 填充性 收缩率 偏析倾向 2 锻造性能 成型性与变形抗力 3 切削性能 对刀具的磨损 断屑能力及导热性 4 焊接性能 产生焊接缺陷的倾向 5 热处理性能 淬透性 回火稳定性 二次硬化 回火脆性 6 强碳化物形成元素 Ti Nb V如TiC VC中碳化物形成元素 W Mo Cr如Cr23C6弱碳化物形成元素 Mn Fe如Fe3C性能比较 强度 固溶体 纯金属硬度 化合物 固溶体 纯金属塑性 化合物 固溶体 纯金属 二 成分 7 金属化合物形态对性能的影响 基体 晶界网状 强韧性低 晶内片状 强硬度提高 塑韧性降低 颗粒状 弥散强化 第二相颗粒越细 数量越多 分布越均匀 合金的强度 硬度越高 塑韧性略有下降的现象 8 合金元素在钢中的作用 1 强化铁素体 2 形成化合物 第二相强化3 扩大 C Mn Ni Co 或缩小 Cr Si W Mo A相区4 使S E点左移5 影响A化6 溶于A 除Co外 使C曲线右移 Vk减小 淬透性提高 7 除Co Al外 使Ms Mf点下降 9 8 提高回火稳定性 淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力 9 产生二次硬化 含高W Mo Cr V钢淬火后回火时 由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A 转变为M回 使硬度不仅不下降 反而升高的现象 10 防止第二类回火脆性 W Mo 回火脆性 淬火钢在某些温度范围内回火时 出现的冲击韧性下降的现象 10 三 组织 纯金属的组织1 结晶 金属由液态转变为晶体的过程 结晶的条件 过冷 在理论结晶温度以下发生结晶的现象 过冷度 理论结晶温度与实际结晶温度的差 T T0 T1实际液态金属的结晶总是在过冷的条件下进行过冷度大小与冷却速度有关 冷速越大 过冷度越大 11 结晶的基本过程 晶核形成与晶核长大形核 自发形核与非自发形核长大 均匀长大与树枝状长大 结晶晶粒度控制方法 增加过冷度 变质处理 机械振动 搅拌在一般情况下 晶粒愈小 其强度 塑性 韧性也愈高 铸锭 件 的宏观组织通常由三个区组成 表层细晶区 柱状晶区 中心粗等轴晶区 12 2 纯金属中的固态转变同素异构转变 物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象 固态转变的特点 形核部位特殊 过冷倾向大 伴随着体积变化 13 三 铁碳合金相图的分析 1 特征点 14 四 钢的热处理 热处理原理1 加热时的转变奥氏体化步骤 A形核 A晶核长大 残余渗碳体溶解 A成分均匀化 奥氏体化后的晶粒度 初始晶粒度 奥氏体化刚结束时的晶粒度 实际晶粒度 给定温度下奥氏体的晶粒度 本质晶粒度 加热时奥氏体晶粒的长大倾向 15 钢加热时的实际转变温度分别用Ac1 Ac3 Accm表示 冷却时的实际转变温度分别用Ar1 Ar3 Arcm表示 临界温度与实际转变温度铁碳相图中PSK GS ES线分别用A1 A3 Acm表示 由于实际加热或冷却时存在过冷或过热现象 因此 将 16 影响奥氏体晶粒长大的因素A 加热温度和保温时间 加热温度高 保温时间长 晶粒粗大 B 加热速度 加热速度越快 过热度越大 形核率越高 晶粒越细 C 合金元素 阻碍奥氏体晶粒长大的元素 Ti V Nb Ta Zr W Mo Cr Al等 多为碳化物和氮化物形成元素 促进奥氏体晶粒长大的元素 Mn P C N D 原始组织原始组织愈细 晶粒愈细 17 2 冷却时的转变过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变两种 五个区域 过冷奥氏体区 奥氏体转变产物区 过冷奥氏体 转变产物的混合区 在Ms Mf之间为马氏体区 在A1线以上是稳定的奥氏体区 18 C曲线分析转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期 孕育期越小 过冷奥氏体稳定性越小 孕育期最小处称C曲线的 鼻尖 碳钢鼻尖处的温度为550 19 等温转变曲线及产物 650 600 550 350 P S T B上 B下 M M A A P A S A T A B上 A B下 A M 过冷A 过冷A 过冷A 过冷A 过冷A 20 过冷奥氏体转变产物 共析钢 21 用C曲线定性说明连续冷却转变产物 根据与C曲线交点位置判断转变产物 P 均匀A 细A 等温退火 P P 退火 炉冷 正火 空冷 S 淬火 油冷 T M A 等温淬火 B下 M A 分级淬火 M A 淬火 水冷 M回 150 250 T回 350 500 S回 500 650 22 23 热处理工艺 24 热处理工艺 续 25 四钢的回火 回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺 一 回火的目的1 减少或消除淬火内应力 防止变形或开裂 2 获得所需要的力学性能 淬火钢一般硬度高 脆性大 回火可调整硬度 韧性 3 稳定尺寸 回火可使非平衡M与A 转变为平衡或接近平衡的组织 防止使用时变形 26 淬火钢的回火转变1 马氏体分解 100 350 马氏体中析出细片状 碳化物 马氏体转变为 相 过饱和的铁素体 回火马氏体 2 残留奥氏体分解 200 300 A 转变为B下 马氏体仍在继续分解 应力进一步降低 硬度无明显降低3 碳化物转变 250 400 碳化物转变为弥散分布的细小 粒状Fe3C 相转变为针状铁素体 4 渗碳体聚集长大 400 回火索氏体 S回 27 二 回火的种类 1 低温回火 150 250 回火马氏体M回目的是在保留淬火后高硬度高耐磨性的同时 降低内应力 提高韧性 工具 模具 轴承及经渗碳和表面淬火的工件 2 中温回火 250 500 获得回火托氏体 具有较高的弹性极限和屈服极限 并具有一定的韧性 硬度一般为35 45HRC 弹簧3 高温回火回火温度 500 650 获得回火索氏体 连杆 轴 齿轮 28 回火脆性1 第一类回火脆性 是指淬火钢在250 350 回火时出现的脆性 2 第二类回火脆性 是指淬火钢在500 650 范围内回火后缓冷时出现的脆性 回火后快冷不出现