金属材料及热处理(一)ppt课件VIP

Copyright2015GMCC&Welling,金属材料及热处理(上),工装设计及标准化,课程背景,课程目标,主要内容,金属的结构与结晶,金属的塑性变形与再结晶,金属材料的性能,钢铁材料,4,1,2,3,绪论,金属学,热处理,金属材料,绪论,金属学,热处理,金属材料,了解金属和组织结构、结晶过程、塑性变形与再结晶以以及二元合金相图,了解钢铁材料的热处理基本原理和工艺，以及热处理工艺在零件加工过程中的地位和作用，以便能根据零件的技术条件正确选择热处理加工方法，合理安排工艺路线；,掌握常用的碳钢、铸铁、合金钢、铝合金、轴承合金等金属材料的成分、组织、性能和用途的基本知识，合理选用金属材料。,金属的结构与结晶,金属的晶体结构,晶体其原子（离子）具有规则排列的物体,晶格通过各原子中心的一些假想联线建成三维空间里的几何排列形式描绘出来（空间格子）,晶胞组成晶格的这种最基本的几何单元,晶体的概念,金属的结构与结晶,金属的晶体结构,密排六方晶格,三种常见的金属晶格,面心立方晶格,该类晶格的金属铝、铜、镍等,该类晶格的金属铍、镁、锌等,体心立方晶格,该类晶格的金属铁、铬、钼、钨、钒等,金属的结构与结晶,金属的晶体结构,晶体中各种方位上的原子面叫晶面,晶体的各向异性,由于晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，因而在不同方向的性能差异，晶体这种“各向异性”的特点是它区别于非金晶体的重要指标之一。,晶体中各种方位上的原子面叫晶向,晶体的各向异性主要表现：物理、化学或机械性能、电阻、导磁率、线胀系数等。如硅钢片在100晶向上磁化最强,金属的结构与结晶,单晶体如果一块晶体,其内部的晶格方位完全一致,称之为单晶体。多晶体金属实际是多晶体结构，一块晶体包含多个小晶体，每个小晶体为单晶体。小晶体间方位不同。晶粒这种小晶体珠外形不规则的颗粒状称晶粒。晶粒之间的界面叫晶界,钢铁晶粒尺寸：0.10.001mm,金属的实际结构和晶体缺陷,金属的结构与结晶,金属的实际结构和晶体缺陷,晶体缺陷1、点缺陷晶格空位及间隙原子（热振动的偶然偏差）2、线缺陷晶格中的“位错线”。可视为晶格中一部分晶体相对另一部分晶体的局部滑移而造成的结果，滑移与未滑移交界线为错位线3、面缺陷面缺陷即晶界和亚晶界（因晶体中不同区域之间的晶格方位过渡所至）,错位密度愈大，金属的强度愈高！,金属的结构与结晶,金属的结晶与铸锭,结晶：如果一切物质从液态到固态的转变过程称为凝固。通过凝固能形成晶体结构，则可称为“结晶”,平衡结晶温度,自由能平衡点,金属的结构与结晶,金属的结晶与铸锭,结晶时晶核的形成和成长：经X射线和中子衍射，液体的结构从高温冷却到结晶温度的过程，随时不断产生多类似晶体中原子排列的小集团（晶胚），这些能成长的晶胚便叫晶核。,晶体棱角处散热快，枝晶成长快,金属的结构与结晶,金属的结晶与铸锭,金属铸锭的组织1、表面细晶粒层：模壁温度较低，过冷较大；2、柱状晶粒层：随着模壁温度升高，过冷有所降低；3、中心等轴晶粒层：模壁向外散热越来越慢，中心温差越来越小；同时未溶杂质推至铸锭中心，枝晶冲断，形成较粗大的等轴晶粒区。,柱状晶组织塑性差，常采用振动浇注或变质处理等方法来改善,金属的塑性变形与再结晶,金属的塑性变形,弹性极限e遵守“虎克定律”,屈服极限s弹性和塑性变形,强度极限b韧性和脆性断裂,金属的塑性变形与再结晶,塑变对组织和性能影响,晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性变形量很大时，晶粒被拉长或压扁成细条状或纤维状，性能也会明显改变，纵向强度或塑性远大于横向。其组织特性为“纤维组织”,金属的塑性变形与再结晶,塑变对组织和性能影响,晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化随着变形的增加，位错交互作用产生缠结，随着这种位错缠结发展，会使各晶粒破碎成为细碎的亚晶粒。变形量增大，晶粒破碎和位错密度的增加，金属的塑性韧性下降，硬度和强度显著升高，产生加工硬化,加工硬化优点：提升硬度、强度和耐磨性（热处理不能提升的金属材料）缺点：再加工难度加大，电阻增加，耐蚀性降低等,金属的塑性变形与再结晶,回复与再结晶,回复经过塑性变形后，金属在加热温度较低时，仅只因金属中的一些点缺陷和位错的迁移面所引起的某些晶内的变化,再结晶当温度加高到具有较高的原子活动能力时，新晶粒重新生核和成长，晶粒外形变，而晶格不变。,晶粒长大再结晶完成后，继续升高温度或延长加热时间，晶粒继续长大。晶界面积可减少（一晶粒吞并另一晶粒合成大晶粒）。,金属材料的性能,金属材料的性能,工艺性能,使用性能,力学性能,物理和化学性能,铸造性能,锻压性能,焊接性能,切削加工性能,热处理性能,金属材料的性能,工艺性能,锻压性能金属的可锻性（塑性与变形抗力的综合）抗氧化及氧化皮性质、冷镦性、锻后冷却要求,焊接性能形成冷裂或热裂的倾向、形成气孔的倾向,切削加工性能表面质量、可加工性,铸造性能流动性、收缩、偏析和吸气性等,热处理性能淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向、冷脆性,金属材料的性能,使用性能,物理和化学性能腐蚀性、氧化性、导电性、线膨胀系数、熔点导热率及比热容、密度、摩擦系数等,力学性能比例极限、弹性极限、硬度、伸长率、摩擦因数等等,钢铁材料,钢铁材料,铸钢,结构钢,工具钢,不锈钢和耐热钢,轴承钢,铸铁,钢,灰铸铁件,可锻铸铁件,球墨铸铁件,钢铁材料,铸钢,铸钢铸造合金，C0.15-0.60%。用于制造一些形状复杂，难以锻造或切削加工，而又要求较高的强度和塑性的零件。,工程用铸造碳钢件（ZG270500）,高锰钢铸件（ZGMn133）,铸钢,耐蚀钢铸件（ZG15Cr12）,高强度不锈钢铸件（ZG15Cr13）,耐热钢铸件（ZG30Cr7Si2）,钢铁材料,结构钢,碳素结构钢Q235A,C0.22%（销、轴）,优质碳素结构钢45、45Mn（调质）、20Mn、20CrMnTi（渗碳）,结构钢,低合金高强度结构钢Q345A（桥梁、船舶、锅炉）,合金结构钢40Cr、35SiMn（调质）、20CrMnTi（渗碳）38CrMoAl(氮化),弹簧钢657065Mn60Si2Mn,耐候结构钢Q235NH(添加Cu、Cr、P、Ni提高耐腐蚀性),易切削结构钢Y12(销钉、螺杆、手表零件),钢铁材料,工具钢,碳素工具钢T10A(铣刀、钻头)T8A（木材铣刀、弹性片）,合金工具钢,工具钢,高速工具钢W18Cr4V(普通HRC63)、W12Cr4V5Co5(高性HRC65),耐冲击工具用钢5CrW2Si(650度/HRC41,剪切模),量具刃具用钢9SiCr(板牙、丝锥)、9Cr2(冲头),无磁模具钢7Mn15Cr2AL3V2WMo,热作模具钢5CrMnMo(适用中小型热模锻),冷作模具钢Cr12Cr12MoVCrWMn9CrWMn,塑料模具钢3Cr2Mo(适用制造塑料模),钢铁材料,不锈钢和耐热钢,奥氏体不锈钢1Cr18Ni9：用于耐蚀性和强度不高的结构及焊接件；0Cr18Ni9(304)：耐蚀性优于1Cr18Ni9,不锈钢,铁素体不锈钢0Cr13AL:用于石油精制装置，压力容器衬里(空气可淬硬不适用的地方)。,马氏体不锈钢1Cr132Cr133Cr134Cr13,钢铁材料,轴承钢,高碳铬轴承钢GCr15：用于钢球、圆锥滚子等。主要特性：良好的耐磨性和高的接触疲劳寿命,轴承钢,高碳铬不锈轴承钢G102Cr18Mo(9Cr18Mo):高的接触疲劳寿命，优良的耐腐蚀性。用于防腐蚀的轴承滚圈滚动体等,渗碳轴承钢G20CrMo:低合金渗碳钢，适用制作耐冲击载荷的轴承及零部件