金属材料及其热处理PPT课件

2004金工教研室,.,1,机械制造基础,金工教研室制造科学与工程学院,第一讲金属材料及其热处理,2004金工教研室,.,2,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,.,3,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,.,4,汽车上的材料,2004金工教研室,.,5,2004金工教研室,.,6,2004金工教研室,.,7,2004金工教研室,.,8,2004金工教研室,.,9,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,.,10,一、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,.,11,力学性能,拉伸实验,2004金工教研室,.,12,塑性材料和脆性材料,塑性材料,脆性材料,2004金工教研室,.,13,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,.,14,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,.,15,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,.,16,洛氏硬度（HR）,2004金工教研室,.,17,维氏硬度（HV）,HV=,F,P,F,2004金工教研室,.,18,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,.,19,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,.,20,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,.,21,二、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,.,22,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,.,23,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,.,24,晶格,2004金工教研室,.,25,晶胞,2004金工教研室,.,26,纯铁的晶体结构,体心立方晶胞,2004金工教研室,.,27,纯铁的晶体结构,面心立方晶胞,2004金工教研室,.,28,还有一种晶胞结构,2004金工教研室,.,29,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,.,30,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,.,31,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,.,32,相图的建立,2004金工教研室,.,33,铁碳合状态图的建立,2004金工教研室,.,34,固溶体,2004金工教研室,.,35,间隙固溶体的晶格畸变固溶体与固溶强化,2004金工教研室,.,36,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,.,37,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,.,38,位错强化示意图,2004金工教研室,.,39,两种线缺陷位错,刃型位错的形成过程,2004金工教研室,.,40,面缺陷,2004金工教研室,.,41,铁碳合金中的固溶体,铁素体Fe中溶碳6000.006%7270.021%强度硬度低250MPa80HBS塑性好4550与纯铁近似,2004金工教研室,.,42,铁碳合金中的固溶体,奥氏体Fe中溶碳11482.11%7270.77%强度硬度不高塑性优良4050易于塑性变形压力加工时加热形成奥氏体,2004金工教研室,.,43,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：Fe3C3FeC石墨,2004金工教研室,.,44,铁碳合金中的机械混合物,珠光体（PF+Fe3C）铁素体渗碳体C0.77b750MPa180HBS2025呈片状,2004金工教研室,.,45,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LdA+Fe3C存在于727以上LdP+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,.,46,高温莱氏体,2004金工教研室,.,47,低温莱氏体,2004金工教研室,.,48,铁碳合金相图,2004金工教研室,.,49,状态图分析,ACDEFGSPQ的意义,2004金工教研室,.,50,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,.,51,钢和铁的分界：C%=2.11,钢：C%0.77%：过共析钢铸铁：C%【2.116.69%】C%4.3%：过共晶铸铁,2004金工教研室,.,52,共析钢的组织转变（S）,2004金工教研室,.,53,共析钢显微组织（珠光体）,2004金工教研室,.,54,亚共析钢的组织转变,2004金工教研室,.,55,亚共析钢显微组织（C0.2%）,2004金工教研室,.,56,过共析钢的组织转变,2004金工教研室,.,57,过共析钢的显微组织,2004金工教研室,.,58,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,.,59,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,.,60,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,.,61,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-AFQ235（A3）最常用,2004金工教研室,.,62,优质碳素结构钢,(P/S)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,.,64,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,.,65,零件选材的一般原则,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,.,66,三、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,.,67,热处理工艺,2004金工教研室,.,68,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,.,69,工艺原理,2004金工教研室,.,70,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,.,71,退火加热温度范围,2004金工教研室,.,72,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,.,73,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,.,74,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,.,75,铁碳合金相图：随手画,11487274.32.110.7791215381227两个Y字当中立,0.77,4.3,2.11,912,1538,727,1148,1227,2004金工教研室,.,76,这是什么“体”,铁素体,2004金工教研室,.,77,这是什么“体”,奥氏体,2004金工教研室,.,78,这是什么“体”,珠光体,2004金工教研室,.,79,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,.,80,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,.,81,作业！,作业：（1）习题集：一判断题，1，2，21（2）教材p9（45题），26（18题），32（56题）思考：（1）教材p9（13题），32（14，7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,.,82,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,.,83,铁碳合金相图（全图2）,2004金工教研室,.,84,铁碳合金相图（全图3）,2004金工教研室,.,85,铁碳合金相图（全图4）,ACD液相线,2004金工教研室,.,86,铁碳合金相图（全图5）,AECF：固相线,ECF共晶线,2004金工教研室,.,87,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,.,88,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,.,89,铁碳合金相图（全图8）,PSK（A1）：共析线,2004金工教研室,.,90,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,.,91,铁碳合金相图（全图2）,均匀、没有明显晶界,2004金工教研室,.,92,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,.,93,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,.,94,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,.,95,纳米材料的常识,2004金工教研室,.,96,碳纳米管制作的纳米齿轮模型,2004金工教研室,.,97,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,.,98,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、航天及机械建筑领域航天器、卫星、飞船、汽车、船舶、桥