金属材料及热处理经典培训PPT课件

. 1，金属材料及热处理工艺概述，2015年4月，培训课件，2，目录，第一单元：金属材料概念，分类，发展过程第二单元：金属材料性能第三单元：金属晶体结构和晶体第四单元：铁碳合金相图第五单元：金属热处理，3，第一单元，金属材料，概念，分类，发展过程， 历史地位、发展热点、应用情况、4、金属材料是具有金属元素或以金属元素为主要材料的金属特性的工程材料。 金属材料的基本概念，5，金属材料的分类，黑色金属，有色金属，金属材料，铸铁，钢，合金钢，非合金钢，合金钢，铝合金，钛合金，纯金属，合金，其他有色合金，6，金属材料的历史地位，1，材料发展与社会进步有着密切的关系，它是衡量人类社会文明程度的指标之一，金属材料是现代文明的基础。 石器时代青铜器时代铁器时代2，现在人类还处于金属器时代。 无机非金属材料、高分子材料的用量日益增加，但在可预见的时期这种情况没有改变。 7、金属材料的发展过程，1 .公元前3800年，出现了人工冶炼的铜器，我国在公元前3000年出现了锡青铜甘肃东乡马家窑文化的青铜刀(含6%10%Sn )。 商，周期是中国青铜器的鼎盛时期。 2 .从公元前12世纪开始，铁器在地中海东岸地区使用日广。 到公元前10世纪为止，铁工具比青铜工具被广泛使用。 从公元前8世纪到公元前7世纪，北非和欧洲相继进入铁器时代。 3、中国古代钢铁和有色金属的生产技术和热处理技术，详见明末科学家宋应星所天工开物。 4 .现代冶金技术的发展始于19世纪中叶的转炉炼钢和平炉炼钢。 19世纪末电弧炉炼钢和20世纪中叶的氧吹转炉炼钢和炉外精炼技术使钢铁工业现代化了。 5 .在有色金属冶金方面，19世纪80年代的发电机发明，实现了用电解法精制铜的工业方法，开拓了电冶金的新领域，同时，用熔盐电解法将氧化铝加入熔融冰晶石中，电解廉价的铝，使铝成为仅次于铁的第二金属，1960年代， 以镁为还原剂从四氯化钛制备纯钛，使真空熔炼加工等技术成熟后，实现了钛和钛合金的广泛应用。 同时，其他有色金属也相继实现工业化生产。 6.19世纪末出现了新型合金钢，如高速工具钢、高锰钢、镍钢和铬不锈钢，20世纪发展成门类较多的合金钢系统。 同时，铝合金、镁合金、铜合金、钛合金和高熔点金属和合金等也以工业规模生产。 7.20世纪中叶，新金属材料的研究发展迅速。 例如非晶合金、金属系复合材料、金属间化合物构成材料、金属纳米材料等. 8、金属结构材料的应用情况，1 .从总产量来看，钢铁材料产量占绝对优势，占世界金属总产量的95%，且性能良好，能满足多种条件下的应用，价格便宜。 2 .在世界金属矿储量中，铁矿资源比较丰富集中，但在世界地壳中金属矿物储量方面，铁只占5.1%，非铁金属中铝占8.8%。 镁为2.1%，钛为0.6%。 3、有色金属冶炼困难，能耗大，生产成本高，限制了生产总量的增长。 4 .有色金属价值高，且具有钢铁所没有的特殊性能。 例如，由于比强度高，耐低温、耐腐蚀等，有色金属的产量仍在急速增加。 9、金属材料发展的热点，1 .持续重视高性能的新型金属材料具有高强度、高韧性、耐高温度、耐腐蚀性等性能。 2 .非晶(准稳定)材料越来越受到非晶或准稳定合金材料、金属纳米材料的重视。 3、特殊条件下应用金属材料的低温、高压、高温、外场及辐射条件材料结构、组织和性能研究。4、材料的设计和选择科学化按照指定的性能进行材料的结构、成分的科学设计。 10、金属材料的性能、力学性能、物理性能、化学性能、过程性能、第二单元、11、力学性能、力学性能是指金属在力的作用下所显示的与弹性和非弹性的反应有关的性能或者与应力-应变关系有关的性能，例如弹性、强度、硬度、塑性、韧性等，12、 强度和塑性材料拉伸曲线1，oe段：直线，弹性变性2，es段：曲线，弹性变形塑性变形3，ss段：水平线(稍微变动)明显的塑性变形屈服现象，作用力几乎没有变化，试样连续延伸。 4、sb曲线：弹性变形均匀的塑性变形。 5、b点：缩颈现象，即试样局部截面明显变小，试样负荷能力降低，拉力达到最大值，试样快要断裂。13、强度是指材料抵抗塑性变形和破坏的能力。 强度指标，2，拉伸强度，试样断裂前受到的最大拉伸应力。 其物理意义是反映最大均匀变形的阻力。 1、屈服点，Rm=Fm/S0，材料内部应力RRm时，材料被破坏。 Rm常用作脆性材料的选材和设计依据。 符号： Re材料发生屈服现象时的最小应力，Re=Fs/S0，Fs :试样屈服时受到的拉伸力(N)S0:试样的原始截面积(mm )、14，塑性指标，塑性是材料在静载荷下不发生塑性变形而破坏的能力。 评价指标是断裂后的伸长率和断面收缩率。 1、断裂后的伸长率a、2、截面收缩率z是指试料断裂后的标准间距离的伸长量和原标准间距离的长度的百分比。 是指样品被撕碎后的收缩项中截面积的最大减少量和原来的截面积的百分比。 A=(Lu-Lo)/Lox100%、Lu:拉伸试样对接后测定的间距长度Lo:拉伸试样的原始间距、Z=(So-Su)/Sox100%、So:拉伸试样的原始截面积。 Su:拉伸试样截面积，15，硬度，引言：1，定义：材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。 这是测量材料硬度的指标，其物理意义与试验方法有关。 2、硬度的测定方法：布氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度、16、1、布氏硬度试验(布氏硬度计)，原理：是用一定直径的球体(淬火钢球或硬质合金球)对测定对象材料的表面施加压力，保持规定时间，达到稳定状态后，解除试验力，测定材料表面的压痕直径，计算硬度的压力2、布氏硬度值用施加在球面压痕的单位面积上的平均压力来表示。 例如120HBS500HBW，4，测量范围用于灰铸铁、结构钢、有色金属和非金属材料等的测量，布氏硬度，3，优点和缺点(1)的测量值准确，重现性好，可测量组织的不均匀材料(铸铁) (2)可测量的硬度值不高，(3)如果不测量产品和薄板(4)的测量费用， 使用效率差的17、1、洛氏硬度试验(洛氏硬度计)原理：金刚石圆锥或淬火钢球，用试验力按压试样表面，经过规定时间后解除试验力，用测量的残留压痕深度的增量计算硬度的压痕硬度试验。 2、洛氏硬度的值用测量的其馀压痕深度表示。 可以直接从表盘上读取。 例如，50HRC、4、测定范围用于测定淬火钢、硬质合金等材料，洛氏硬度、3、优点和缺点(1)试验简单、方便、迅速(2)压痕小，能够测定产品，薄的(3)的数据不准确，必须测定平均值(4)，铸铁等组织不均匀、18、1、维氏硬度试验、原理：为角度136的金刚石四棱锥压头，以微小的试验力F(49.03-980.07N )压入试样表面，测量压痕的对角线长度d。 2、维氏硬度值用凹坑对角线的长度表示。 例： 640HV。 4、测定范围常用于测定片、镀层、化学热处理后的表层等。 维氏硬度，3，优点和缺点(1)测量准确，应用范围广(硬度非常柔软，非常硬) (2)可测产品和薄(3)样品表面要求高，费工夫。. 19、韧性、金属材料抵抗冲击载荷不破坏的能力称为冲击韧性。 测量常用夏比冲击弯曲、金属材料的冲击韧性。 冲击样品的冲击样品原理和方法：冲击韧性越大，表明材料的冲击韧性越好。 小能经过多次冲击试验，20、疲劳强度、疲劳概念：在交变应力的作用下，零件受到的应力低于材料的屈服点，但经过长时间的工作会产生裂纹或突然完全破坏的现象称为金属疲劳。21、疲劳破坏时无明显宏观朔性变形，破坏前无前兆，突然破坏的引起疲劳破坏的应力低，常低于材料屈服点的疲劳破坏的宏观切口由两部分组成。 疲劳破坏特点22、疲劳曲线是交变应力与循环次数的关系曲线。 疲劳曲线和疲劳极限，23，物理性能，密度熔点热传导性热膨胀性磁性，24，化学性能，耐腐蚀性耐氧化性化学稳定性，25，金属工艺性能，工艺性能是指金属材料对不同工艺方法的应对能力。 26、金属(材料)和合金在铸造工艺中获得优异铸件的能力称为铸造性能。 1、流动性：熔融金属的流动能力称为流动性。 主要受金属化学成分和浇注温度等影响。 2、收缩性：铸件在凝固和冷却过程中体积和尺寸减小的现象称为收缩性。 3、偏析倾向：金属凝固后，内部化学成分和组织不均匀现象称为偏析。 铸造性能：金属的技术性能。 锻造性能：用锻压成形方法得到优良锻造品的难易度称为锻造性能。 铸铁不能锻压。 焊接性能：大量接合性能是指金属材料对焊接加工的适应性。 切削加工性能：切削加工(性能)金属材料难易度称为切削加工性能. 金属的工艺性能，28，第三单元，金属晶体，晶体结构，晶体过程，同素异构化，合金相结构，29，晶体和非晶质：在物质内部，原子无序堆积的情况称为非晶质。 例如普通玻璃、松香、树脂等。 晶体：所有原子呈有序，规则排列的物质，金属固体，金刚石，氧化铝晶体等。 性能：晶体具有一定的熔融、沸点，呈各向异性，非晶质没有一定的熔点，且呈各向同性。 金属材料的晶体结构，30，晶格和单位晶格：表示原子排列在晶体中的规则的空间晶格架称为晶格。 能够完全反映格子特征的最小几何单元称为单位格子。 晶面和晶体方向：晶体中由一系列原子构成的平面称为晶面。 穿过两个或更多原子中心的直线表示晶格空间阵列的一定方向，称为晶体取向和晶体结构概念，31，体心立方晶格：其单位晶格为立方体，原子位于立方体的8个顶角和立方体的中心。 例如铬(Cr )、钒(v )、钨(w )、钼(Mo )和-Fe面心立方晶格：其单位晶格也是立方体，原子位于立方体8个顶角和立方体6个面的中心. 例如铝(Al )、铜(Cu )、铅(Pb )、镍(Ni )和-Fe密集排列六方晶格：其单位晶格为正六棱柱体，原子排列在柱体的各顶角和上下底面的中心，另外三个原子排列在柱体内. 属于该格子型的金属有镁(Mg )、铍(Be )、镉(Cd )、锌(Zn )等。 金属晶格类型、32、金属材料的实际晶体结构点缺陷晶体中的点状缺陷、即在三维空间上尺寸小的晶体缺陷线缺陷三维空间的两个方向上尺寸小的晶体缺陷面缺陷在二维方向上尺寸大，在第三个方向上尺寸小，分布成面状的缺陷、33、金属从原子不规则排列的液体原子规则地排列纯金属的冷却曲线和过冷度。采用热分析法控制纯金属的冷却曲线(理论)纯金属的冷却曲线(实际)、纯金属的结晶、34、纯金属的结晶过程、35、晶粒大小对金属材料力学性能的影响的方法(1)加快液态金属材料的冷却速度(2)变质处理(3)采用机械振动、超声波振动、电磁振动等， 金属材料结晶后晶粒的控制，36，金属的同位素转移，金属为固体，由于温度变化某晶格转移到另一晶格的现象称为同位素转移。 具有同素异构化的金属有铁、钴、钛、锡、锰等。 同一金属的同位素晶体是稳定存在的温度，从低温到高温依次用希腊文字、等表示，37、同位素转变是在核的形成和核的生长的基本过程中完成的，新晶核存在在原晶界生成同位素转变的过冷却(过热)现象， 转变时在具有较大过冷度的同位素转变过程中产生相变潜热，冷却曲线中出现水平线段，但该转变是以固体进行的，与液体晶体相比，不同同位素的转变常常由金属材料体积的变化、金属同位素的转变、38、合金的相结构、1合金(1)合金： 2种以上的金属或者金属与非金属以一定的方法合成(2)单元：构成合金的最基本物质。 (一元、二元、三元合金等)元素也可以是化合物. (3)合金系：规定合金以不同比例合成的一系列不同成分合金的总称。 例如Fe-C、Fe-Cr等。 基本概念，39，2相(1)相：材料中结构相同，成分和性能均匀的构成部分。 (2)组织：由不同形态、大小、数量和分布相组成的综合体。 例如单相、二相、多相合金. 金属和合金的组织只能通过显微镜看到，所以大多被称为显微镜组织。 合金的相结构、40、(2)相在分类合金中的相按结构分为固溶体和金属化合物。 固溶体：合金的构成元素通过熔化形成成分和性能均匀、与构成元素之一相同的固相。 溶质原子在溶剂晶格中的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体2种。 固溶体性能固溶体的强度和硬度高于纯单元，塑性低。 固溶强化：晶格应变增大了位错运动的阻力，使金属的滑动变形更加困难，提高了合金的强度和硬度。 通过形成该固溶体，提高金属强度和硬度的现象称为固溶强化。 固溶强化是金属强化的重要形式。 溶质含量适宜时，可以显着提高材料的强度和硬度，但塑性和韧性不明显降低。 合金的相结构、41、固溶体、间隙固溶体、置换固溶体、42、金属化合物(中间相):金属与金属或者在金属与类金属元素之间形成的化合物一般是复杂的且具有金属特性。 包括正常价化合物、电子化合物(电子相)、间隙化合物. 金属化合物特性(1)力学性能：高硬度、低塑性，即硬且脆. 合金中含有金属化合物后，强度、硬度、耐磨性提高，塑性和韧性降低。 金属化合物是工具钢、高速钢等钢中的重要组成相。 (2)物化性能：具有电、磁、声性质等，可用于半导体材料、形状记忆材料、贮氢材料等。三、金属间化合物、43、铁碳合金、结构性能、相图分析、平衡结晶、相图应用、第四单元、44、铁碳合金：目前使用最广的钢铁材料，基本单元为铁和碳，统称铁碳合金。 铁碳合金可以形成铁素体(符号f )、奥氏体(符号a )、渗碳体(符号Fe3C )、珠光体(符号p )、光源(符号Ld )、铁碳合金的基本组织和性能，铁素体可以形成碳溶解于-Fe的间隙固溶体、体心立方晶格等5种基本