材料成型课件-上海大学

1,工程材料复习课,1,材料及成形技术,2,考试时间：5月27日（周二）8:1510:15考试地点：EJ103EJ104学号数07122028EJ103其余同学EJ104答疑时间：5月26日13:0021:00地点：HD208,2008年春季学期“材料与成形技术”考试通知,2,3,1、强度强度概念:材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力，如,弹性极限、屈服点、抗拉强度、疲劳极限、蠕变极限等比强度、比模量概念：单位密度上的强度、弹性模量,一、固体材料的性能,3,4,屈强比越小,构件万一超载时，产生塑性变形的时间越长，则离断裂的时间长，易发现和马上采取措施（如停机、换构件等），即时间裕度大，可靠性高。屈强比大，则屈服强度高，材料强度利用率高。屈强比增大，则材料塑性段距离减小，固将增加材料的脆性趋势。0.2概念：条件屈服强度弹性模量E概念E/,屈强比概念：s/b,4,5,金属材料表面抵抗其它硬物压入的能力。相互关系：HBS10HRCHVHB：HBS淬火钢球测定硬度值450以下的材料HBW硬质合金球测定硬度值650以下的材料HR：HRA适用硬质合金、表面淬火层、渗碳钢HRB适用有色金属、退火钢、正火钢HRC适用淬火钢、调质钢,2、硬度概念：,5,6,AkG（Hh）,3、冲击韧度,材料抵抗大能量冲击载荷能力的指标，试样缺口处单位面积所消耗的功。,冷脆概念,6,7,1、晶格、晶胞和晶格常数2、三种晶格类型,二、金属的结构,7,8,取有向线段上任一点的座标值化为最简整数，加以方括号，uvw即为晶向指数。,取晶面的三坐标截距值为倒数，并化为最简整数，依次计入圆括号（hkl）内，即为该晶面的晶面指数。,2、晶面晶向表示方法要求：会画图、改错。,8,9,4、晶格缺陷掌握：点缺陷、线缺陷、面缺陷4种缺陷,3、单晶体和多晶体概念结晶方位一致与否,9,10,1、理论结晶温度与实际结晶温度（过冷度概念）,2、纯金属的结晶过程,三、金属的结晶,10,11,1)晶粒度概念晶粒度表示晶粒大小，由平面截面单位面积内所包含晶粒个数来表示；晶粒度级别越高，晶粒越细；2）晶粒度对力学性能的影响晶粒越细，常温强度越高，塑性韧性有所改善，高温强度下降。3）细化晶粒的方法增加过冷度，变质处理，附加振动。,3、金属结晶后晶粒的大小,11,12,4）金属的同素异构转变（重结晶）,12,13,1、二元合金的晶体结构组元、相、固熔体、化合物概念在物质中，凡是成分相同，结构相同，并与其它部分以界面分开的均匀组成部分，称为相。合金结晶后可以是一种相，也可以是由若干种相所组成。一种或多种相按一定方式相互结合所构成的整体称为组织。相的相对数量、形状、尺寸和分布的不同，形成了不同的组织，不同的组织使合金具有不同的力学性能。例：铁碳相图中Fe3C；FPA；Fe3CFe3CFe3C,三、二元合金,13,14,溶质原子溶入金属溶剂中所组成的合金相称为固溶体。固溶体的点阵结构仍保持溶剂金属的结构，只引起晶格参数的改变。当两组元在固态无限溶解时，所形成的固溶体称为连续固溶体或无限固溶体；当两组元在固态部分溶解时，所形成的固溶体称为有限固溶体或端际固溶体。按照溶质原子在固溶体中所处的位置，固溶体又可分为间隙固溶体和置换固溶体。1）间隙固溶体当溶质原子直径与溶剂原子直径的比值小于0.59时，才能形成间隙固溶体。溶剂晶格的间隙是有限的，因此，间隙固溶体只能是有限固溶体。,2、固溶体,14,15,间隙固溶体的溶解度与溶质原子半径及溶剂的晶格类型有关。溶质原子半径愈小，溶解度愈大，溶剂晶格类型不同，具有的间隙大小不同，溶解度也不同。对于溶质和溶剂原子大小比较接近的元素，只能形成置换固溶体。置换固溶体中，溶质原子在溶剂晶格中的分布是任意的、无规律的。如果溶质原子在溶剂晶格中的溶解度有一定限度，则叫有限互溶，形成有限置换固溶体；置换固溶体中溶质原子与溶剂半径相差越小，则溶解度越大，若溶剂元素与溶质元素在周期表中位置靠近，且晶格类型相同，则可形成无限固溶体，合金组元可以以任何比例相互溶解，如Cu-Ni合金。,2）置换固溶体,15,16,相图是反映材料在平衡状态下相状态和成分及温度关系的图形。相图也称平衡图或状态图。二元合金相图可用温度成分坐标系的平面图形来表示。二元相图是反映二元系统相的平衡状态与温度、成分关系的平面图形。1）匀晶相图两组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶，形成固溶体的二元相图称为二元匀晶相图。特点：晶格类型相同，结晶不在恒温下进行，在冷却较快的非平衡结晶条件下，会形成枝晶偏析。,3、二元合金相图,16,17,固溶体的非平衡结晶：,匀晶相图中冷却时的成分变化,17,18,两组元在液态无限互溶，固态有限溶解，通过共晶反应形成两相机械混合物的二元合金称为二元共晶相图。共晶反应是液相在冷却过程中同时结晶出两个结构不同的固相的过程。,2）共晶相图,18,19,两组元在液态无限互溶，固态下有限溶解，发生包晶反应的相图称为二元包晶相图。包晶反应是一个液相与一个固相相互作用，生成一个新的固相的过程。,3）二元包晶相图,19,20,从一个固相同时结晶出两个固相的恒温转变，称为共析转变，发生共析反应形成两相机械混合物的二元合金相图称为共析相图。,共析反应的产物为共析物。由于共析反应在固态进行，所以共析组织比共晶组织要细得多。共析相图是铁碳相图中的一个重要组成部分，需好好掌握。反应过程：d+e,4)共析相图,20,21,1)二元相图的分析步骤若有稳定化合物，则将其看作一独立组元，把相图分成几个部分分析。相区接触法则：二元相图中，相邻相区中的相数只相差一个（点接触除外）。分析时首先熟悉单相区中的相，再根据相区接触法则辨别其它相区。找出与三相共存水平线点接触的三个单相区，确定三相平衡转变的性质和反应式。在两相平衡区，可应用杠杆定律求出各相的相对量。,4、二元相图的分析与应用,21,22,6、杠杆定律不同条件下相的成分及其相对量可用杠杆定理求得。(1）确定两平衡相的成分如图（a）所示，水平线与液相线L的交点即为液相的成分。(2）确定两平衡相的相对量设试验合金重量为1，液、固相重量分别为QL、QS，则QL+QS=1；,设液、固相含Ni浓度分别为x1、x2，x为试验合金中的平均含Ni量(%)，则,FC（组元）-P(相数）1,5、相律,22,23,例题：将20kg纯铜与30kg纯镍熔化后缓慢冷却到如图1-80所示温度T1，求此时：（1）两相的成分；（2）两相的质量比；（3）各相的相对重量（4）各相的重量。,例题：,23,24,10某合金如图1-81所示：,（1）标出-区域中存在的相；（2）标出、区域中的组织；(3)相图中包括哪几种转变？写出它们的反应式。,动画：习题10,9,LL+L+匀晶转变+共析共析转变+脱溶转变(5)+脱溶转变,24,25,11.今有两个形状相同的铜镍合金铸件，一个含Ni90，一个含Ni50，铸后自然冷却，问凝固后哪个铸件的偏析较为严重？,动画：习题11,25,26,12.按下面所设条件，示意地绘出合金的相图，并填出各区域的相组分和组织组分，以及画出合金的力学性能与该相图的关系曲线。设C、D两组元在液态时能互相溶解，D组元熔点是C组元的4/5，在固态时能形成共晶，共晶温度是C组元熔点的2/5，共晶成分为wD30；C组元在D组元中有限固溶，形成固溶体。溶解度在共晶温度时为wC25，室温时wC10，D组元在C组元中不能溶解；C组元的硬度比D组元高。计算wD40合金刚完成共晶转变时，组织组成物及其百分含量。,题12,26,27,动画：习题12,27,28,L(wB=75%)(wB=15%)+(wB=95%)(1)求wB=50%的合金结晶刚结束时的各组织组分和各相组分的相对量。(2)若显微组织中初晶与共晶(+)各占50，求该合金的成分,补充习题1.一个二元共晶转变如下：,(1)组织组成：w=(75-50)/(75-15)=41.7%w(+)=(50-15)/(75-15)=58.3%相组成：w=(9550)/(95-15)=56.3%w=(50-15)/(95-15)=43.7%,(2)w=(x-75)/(95-75)=50%解得x=85w(+)=(95-x)/(95-75)=50%解得x=85,28,29,1）铁碳合金相图三条水平线（平衡）；六种成分；各转折点的相变化、成分变化；组织变化及力学性能变化规律。,P中F和Fe3C的相对量：,四、铁碳合金,29,30,亚共析钢结晶过程的基本反应为匀晶反应+包晶反应+固溶体转变反应+共析反应，室温组织为铁素体+珠光体，显微组织如图所示。过共析钢结晶过程的基本反应为匀晶反应+二次析出反应+共析反应，室温组织为珠光体+二次渗碳体，显微组织如图所示。,共亚析和过共析钢,30,31,共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的结晶过程分析碳含量大于2.11的三种白口铸铁均发生共晶转变。共晶产物莱氏体冷却至共析线后转变为低温莱氏体，反应式为：Ld（AE+Fe3C共晶）Ld（P+Fe3C+Fe3C共晶）其实质是共晶奥氏体析出二次渗碳体，并在727时转变为珠光体。组织中的铁素体、渗碳体、珠光体和低温莱氏体一旦形成，在随后的冷却过程中不再发生相变。,铸铁,31,32,说明,举例,形状复杂的需要采用铸造成形的钢质零件（参见GB11352-89,ZG230-450、ZG270500、ZG310-570、ZG340-640,表示屈服强度为200MPa、抗拉强度为400MPa的碳素铸钢,ZG200-400,一般工程铸造碳钢,制造需较高硬度、耐磨性、又能承受一定冲击的工具，如手锤、冲头等（参见GB1298-86）,T7、T8Mn、T9、T10、T11、T12、T13,表示平均Wc为千分之8的碳素工具钢，A表示高级优质,T8T8A,碳素工具钢,用于制造曲轴、传动轴、齿轮、连杆等重要零件（参见GB699-88）,08F、10、20、35、40、50、60、65,表示平均Wc为万分之45的优质碳素结构钢,45,优质碳素结构钢,一般以型材供应的工程结构件，制造不太重要的机械零件及焊接件（参见GB700-88）,Q195、Q215A，Q235B、Q255A、Q255B、Q275等,屈服点为235MPa、质量为A级的沸腾钢,Q235-AF,碳素结构钢,用途,常用牌号,编号方法,分类,1、碳钢的分类表162、碳钢的牌号表17,五、碳钢,32,33,2、按用途分类1)结构钢:主要用于制造各种工程构件及机器零件。用于制造机器零件的结构钢可分为：调质钢:如45、40Cr、35SiMn等。渗碳钢:如20、20Cr、20CrMnTi等。弹簧钢:如65、65Mn、50CrV等。2)工具钢:主要用于制造各种工具，如刃具、模具、量具等。3)特殊性能钢:指具有不锈、耐热、抗磨等特殊性能的钢。3、合金钢的分类WmeAc1A3(2)Ar1A1Ac1A3(4)A3Ac1342)S：13243）E：13244）：3241,3284,85,2.现用屈服强度为575MPa的铝合金公路防护杆来代替屈服强度为690MPa的钢制公路防护杆（铝的密度为2.7g/cm3,钢的密度为7.8g/cm3），若要求承受同样的外力而不发生塑性变形，试问：(1)新防护杆横截面积较原来大多少倍？(2)新防护杆比强度是原来多少倍？（5分）答：SAlFS/A0AlSSt=FS/A0StFS=SAlA0Al=SStA0St575A0Al=690A0StA0Al/A0St=690/575=1.2(SAl/2.7)/(SSt/7.8)=(575/2.7)/(690/7.8)=212.96/88.46=2.41,85,86,3.有A、B两元合金，在液态下能无限互溶，在固态中也能无限互溶而形成均匀固溶体，A组元熔点1090，B组元熔点1450。在1200时，WB为30%的试样液态质量分数WL为52.63%，固态质量分数WS为47.37%，固态的浓度为WB=40。而WB=70%，温度为1360时，液相成分为WB=64%，固相成分为WB=76%。请：1）说明该合金相图为何类相图？2）绘出该二元合金相图，其中相界线上必须有六个点的位置正确。（10分）解：,86,87,4.现有45号钢材料，请1）根据铁碳合金相图，画出合金从液态冷却到室温的温度时间曲线，并写出各个阶段的组织转变过程；2）如果大批或小批生产小轴零件，请分别选择两种合适的热处理方案；3）在C曲线上画出这两种热处理方案的工艺曲线，并分别标出其室温时的组织状态；,解：2）大批生产小轴零件，采用正火热处理方案；小批采用调质热处理方案。3）V1为正火热处理方案，其室温组织为F+SV2为调质热处理中的淬