第一章-工程材料导论

1、于美杰于美杰山东大学材料学院山东大学材料学院 绪 论v课程性质和特点课程性质和特点n是研究金属材料及其加工方法的一门科学；是研究金属材料及其加工方法的一门科学；n是高等院校机械类、材料类等工科专业必修的技术是高等院校机械类、材料类等工科专业必修的技术基础课。基础课。n特点：特点：内容广泛内容广泛、知识点多知识点多、实用性强实用性强v 学习目的和任务学习目的和任务n熟悉常用金属材料的组织、性能、应用和选用原则；熟悉常用金属材料的组织、性能、应用和选用原则； n掌握各种主要加工方法的基本原理和工艺特点；掌握各种主要加工方法的基本原理和工艺特点；n熟悉零件结构设计的工艺性要求；熟悉零件结构设计的工艺

2、性要求；n了解与本课程有关的新技术、新材料、新工艺。了解与本课程有关的新技术、新材料、新工艺。 Introduction绪 论v主要内容主要内容n 工程材料导论工程材料导论n 金属的凝固成形铸造金属的凝固成形铸造n 金属的塑性成形锻压金属的塑性成形锻压n 金属的焊接成形焊接金属的焊接成形焊接n 切削加工成形机加工切削加工成形机加工v 材料：材料：Q460EQ460E、Q345DQ345D和和Q345GJD Q345GJD 低合金高强度低合金高强度结构钢结构钢 v 力学性能：屈服强度、力学性能：屈服强度、抗拉强度、塑性、冲击抗拉强度、塑性、冲击韧性韧性v 工艺：工艺： 铸造铸造 轧制轧制 焊接焊

3、接第一章 工程材料导论v 第一节第一节 材料的力学性能材料的力学性能v 第二节第二节 材料的微观结构基础材料的微观结构基础v 第三节第三节 铁碳合金相图铁碳合金相图v 第四节第四节 常用钢铁材料常用钢铁材料v 第五节第五节 钢的热处理钢的热处理v 第六节第六节 常用有色金属及其合金常用有色金属及其合金v 第七节第七节 金属材料的微观检验金属材料的微观检验第一章 工程材料导论n掌握金属材料的主要力学性能掌握金属材料的主要力学性能 n能画出铁碳合金相图，并运用相图判断铁碳合金的成能画出铁碳合金相图，并运用相图判断铁碳合金的成分、组织与性能。分、组织与性能。 n熟悉热处理熟悉热处理“四把火四把火”，

4、工艺特点和应用。，工艺特点和应用。 n掌握常用钢铁和有色金属合金的种类、牌号、性能及掌握常用钢铁和有色金属合金的种类、牌号、性能及应用。应用。 本章基本要求本章基本要求第一节 材料的力学性能 常用力学性能指标：常用力学性能指标：第一章第一章 工程材料导论工程材料导论MechanicalProperties静静 载载强度强度抗拉抗拉抗压抗压抗弯抗弯硬度硬度塑性塑性韧性韧性动载动载冲击韧度冲击韧度疲劳强度疲劳强度v1.1 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能 第一节 材料的力学性能MechanicalProperties第一章第一章 工程材料导论工程材料导论图1.1 拉伸试样(a) 拉断前

5、 (b)拉断后强度强度：材料在外力作用下抵抗：材料在外力作用下抵抗变形变形和和断裂断裂的能力。的能力。抗拉强度抗拉强度测试实验测试实验图1.2 低碳钢拉伸实验第一节 材料的力学性能MechanicalProperties第一章第一章 工程材料导论工程材料导论工程应力：工程应力：=F/A0工程应变：工程应变：=(L-L0)/L0图1.1 低碳钢应力-应变曲线esbesbk0低碳钢的应力-应变曲线e最大弹性变形点最大弹性变形点s 屈服点屈服点b 最大外力点最大外力点k 断裂点断裂点e弹性极限s屈服极限b抗拉强度第一节 材料的力学性能n 四个阶段四个阶段 1. 弹性变形阶段弹性变形阶段 变形可逆变形

6、可逆 变形量变形量N 晶粒粗大；当T较大时，NG 晶粒细小；当T过大时，N和G降低难以形核Microstructure第二节 材料的微观结构基础n晶粒细化晶粒细化的作用和途径的作用和途径n作用：提高材料的强度、硬度、塑性、韧性作用：提高材料的强度、硬度、塑性、韧性n途径：途径： 1）增加过冷度增加过冷度：冷却速度愈大，过冷度愈大，形：冷却速度愈大，过冷度愈大，形核数量愈多，晶粒愈细。核数量愈多，晶粒愈细。 2）变质处理变质处理：在实际生产中，通过向金属液中加：在实际生产中，通过向金属液中加入某些物质（称为变质剂），在金属液中形成大入某些物质（称为变质剂），在金属液中形成大量分散的人工的非自发晶

7、核，从而获得细小的铸量分散的人工的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，这种处理方法称为变质处理。造晶粒，这种处理方法称为变质处理。 3）振动振动：对正在结晶的金属施以机械振动、超声：对正在结晶的金属施以机械振动、超声波振动和电磁振动，均可使树枝晶尖端破碎而增波振动和电磁振动，均可使树枝晶尖端破碎而增加新的核心，提高形核率，使晶粒细化。加新的核心，提高形核率，使晶粒细化。 第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Microstructure第二节 材料的微观结构基础（2）同素异构转变同素异构转变 （如（如Fe、Co、Ti等）等）同一种元素在固态下由于温度变化而发生的晶体结构的变化。同一种元素在固态

8、下由于温度变化而发生的晶体结构的变化。 第一章第一章 工程材料导论工程材料导论纯铁的同素异构转变液态铁 L-Fe-Fe-F心立方体心立方面心立方面心立方体心立方体心立方Microstructure第二节 材料的微观结构基础v2.4 合金合金（1）基本概念）基本概念n合金：合金：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属组成的具有金属特性的物质，如钢、铁、黄铜组成的具有金属特性的物质，如钢、铁、黄铜(Cu-Zn)(Cu-Zn)。n组元：指组成合金的最基本的、能独立存在的物质，组元：指组成合金的最基本的、能独立存在的物质， 如化学元素

9、如化学元素 FeFe、C C。 n相相：指合金中：指合金中结构结构相同、相同、成分成分和和性能性能均一，并以均一，并以界面界面相互隔开的组成部分。相互隔开的组成部分。固溶体固溶体和和金属间化合物金属间化合物n组织：是合金中不同相的组合。组织：是合金中不同相的组合。第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Microstructure第二节 材料的微观结构基础n固溶体固溶体n溶质原子溶入溶剂中并且保持溶剂晶格类型的晶体。溶质原子溶入溶剂中并且保持溶剂晶格类型的晶体。n按溶质原子在溶剂晶格中所处位置不同，固溶体可分按溶质原子在溶剂晶格中所处位置不同，固溶体可分为为间隙固溶体间隙固溶体和和置换固溶体置换

10、固溶体。（原子半径、固溶度）。（原子半径、固溶度）固溶强化固溶强化：由于溶质与溶剂原子半径不同，使溶剂晶由于溶质与溶剂原子半径不同，使溶剂晶格产生畸变，导致材料的变形抗力、硬度和强度增加格产生畸变，导致材料的变形抗力、硬度和强度增加。n（细化晶粒强化、加工硬化）（细化晶粒强化、加工硬化）第一章第一章 工程材料导论工程材料导论置换固溶体间隙固溶体置换固溶体中的晶格畸变Microstructure第二节 材料的微观结构基础n金属间化合物金属间化合物n合金组元发生相互作用而形成的一种新相，它的晶体合金组元发生相互作用而形成的一种新相，它的晶体结构类型和性能均不同于任一组元，具有金属性质。结构类型和性

11、能均不同于任一组元，具有金属性质。n特点：1）其晶格类型和性能不同于任一组元；）其晶格类型和性能不同于任一组元；2）一般具有复杂的晶体结构，熔点高，硬而脆；）一般具有复杂的晶体结构，熔点高，硬而脆；3）作强化相，能提高合金的强度、硬度和耐磨性，但）作强化相，能提高合金的强度、硬度和耐磨性，但降低合金的塑性。降低合金的塑性。n机械混合物机械混合物：固溶体+金属化合物 、固+固，综合性能好，如：P-Fe+Fe3C第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Microstructure第三节 铁碳合金相图3.1 铁碳合金的基本相和组织铁碳合金的基本相和组织n铁素体铁素体（F、 ）：）：碳溶解在碳溶解在-F

12、e-Fe中形成的间隙中形成的间隙固固溶体溶体。由于。由于-Fe-Fe晶粒的间隙小，溶解碳量极微，其晶粒的间隙小，溶解碳量极微，其最大溶碳量只有最大溶碳量只有0.0218%0.0218%（727727），所以是几乎不含），所以是几乎不含碳的纯铁。碳的纯铁。 HB: HB: 6060n奥氏体奥氏体（A A、 ）：）：碳溶解在碳溶解在-Fe中形成的间隙中形成的间隙固溶固溶体体。-Fe的溶碳能力较高，最大为的溶碳能力较高，最大为2.11%（1148）。）。显微镜观察，奥氏体呈现外形不规则的颗粒状结构，显微镜观察，奥氏体呈现外形不规则的颗粒状结构，并有明显的界限。具有良好的塑性和低的变形抗力。并有明显的

13、界限。具有良好的塑性和低的变形抗力。是绝大多数钢种在高温进行压力加工所需的组织。是绝大多数钢种在高温进行压力加工所需的组织。 HB：170210第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagram第三节 铁碳合金相图n渗碳体渗碳体（Fe3C）：）：铁与碳形成的稳定铁与碳形成的稳定化合物化合物。含碳。含碳量为量为6.69%，硬度很高，脆性极大，是钢中的强化相。，硬度很高，脆性极大，是钢中的强化相。HRC65（或（或HB800）网状、针状、层状）网状、针状、层状n珠光体珠光体（P）：由）：由铁素体铁素体F和渗碳体和渗碳体Fe3C组成的组成的机械机械混合物混合物。平均含碳量为。平

14、均含碳量为0.77%，在，在727以下温度范以下温度范围内存在。多呈层片状特征，表面具有珍珠光泽。片围内存在。多呈层片状特征，表面具有珍珠光泽。片层愈密，强度愈高。层愈密，强度愈高。HB：160260n莱氏体莱氏体（Ld）：）：由由奥氏体奥氏体A和渗碳体和渗碳体Fe3C组成的组成的机械机械混合物混合物。铁碳合金中含碳量为铁碳合金中含碳量为4.3%的液体冷却到的液体冷却到1148时发生共晶转变，生成时发生共晶转变，生成高温莱氏体高温莱氏体。合金继。合金继续冷却到续冷却到727时，其中的奥氏体转变为珠光体，故时，其中的奥氏体转变为珠光体，故室温时由室温时由珠光体珠光体P和渗碳体和渗碳体Fe3C组成

15、，叫组成，叫低温莱氏体低温莱氏体。统称莱氏体。特点：硬、脆；高温统称莱氏体。特点：硬、脆；高温Ld的硬度的硬度HB700第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagram第三节 铁碳合金相图v3.2 合金相图合金相图 （平衡条件下，成分温度相平衡条件下，成分温度相）（1）合金相图的建立：配制合金）合金相图的建立：配制合金冷却曲线冷却曲线相同意相同意义点连线义点连线第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagram相图建立过程示意图(a) 冷却曲线； (b) Cu-Ni合金相图温度温度成分成分相变点相变点液相线液相线固相线固相线合金冷却过程中，随温度的

16、降低，液相和固相的成分都在不断变化第三节 铁碳合金相图（2）匀晶相图和共晶相图）匀晶相图和共晶相图n匀晶相图：匀晶相图：凡是在液态和固态都能完全互溶，固态下凡是在液态和固态都能完全互溶，固态下形成无限固溶体的二元合金，均形成二元匀晶相图。形成无限固溶体的二元合金，均形成二元匀晶相图。如如Cu-NiCu-Ni、Ag-AuAg-Au，Fe-NiFe-Ni等。等。n匀晶转变匀晶转变：从液相结晶出：从液相结晶出单相单相固溶体固溶体n共晶相图：两组元在液态时无限互溶，在固态下是有共晶相图：两组元在液态时无限互溶，在固态下是有限固溶并能够发生共晶转变，产生共晶组织的合金构限固溶并能够发生共晶转变，产生共晶

17、组织的合金构成的相图。如成的相图。如Ag-CuAg-Cu、Fe-CFe-C等。等。n共晶转变共晶转变：在一定的温度下，由一定成分的液相中在一定的温度下，由一定成分的液相中同同时结晶出两种时结晶出两种成分不同的成分不同的固相固相的过程。的过程。第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagramLSLS1S2第三节 铁碳合金相图第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagram共晶线：共晶线：MEN共晶点：共晶点：E固溶度线：固溶度线：MF、NG亚共晶合金：成分在亚共晶合金：成分在M-E之间之间过共晶合金：成分在过共晶合金：成分在E-N之间之间Pb-Sn

18、的二元共晶相图第三节 铁碳合金相图v3.3 铁碳合金相图铁碳合金相图n重点内容重点内容（1）画图）画图（2）特征点对应的温度、含碳量及其含义）特征点对应的温度、含碳量及其含义（3）特征线对应的温度、含碳量及其含义）特征线对应的温度、含碳量及其含义（4）各相区对应的显微组织性能）各相区对应的显微组织性能（5）结晶过程分析）结晶过程分析（6）相图的应用）相图的应用第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagram第三节 铁碳合金相图（1）Fe-Fe3C合金相图合金相图 简称简称FeC合金相图合金相图第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagram铁碳合

19、金相图第三节 铁碳合金相图n（2）特征点）特征点第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagram铁碳合金相图中的特征点第三节 铁碳合金相图n（3）特征线）特征线第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagramA1线线铁碳合金相图中的特征线第三节 铁碳合金相图（4）相图分析）相图分析n 铁碳合金分类铁碳合金分类a. 工业纯铁工业纯铁b. 亚共析钢亚共析钢c. 共析钢共析钢d. 过共析钢过共析钢e. 亚共晶白口铁亚共晶白口铁f.共晶白口铁共晶白口铁g. 过共晶白口铁过共晶白口铁第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagram钢

20、钢铸铁铸铁亚共析亚共析过共析过共析亚共晶亚共晶过共晶过共晶纯铁纯铁不同的组织是通过怎样的结晶不同的组织是通过怎样的结晶过程得到的？过程得到的？第三节 铁碳合金相图n共析钢共析钢第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagram123共析转变共析转变AF+F3CP第三节 铁碳合金相图n亚共析钢亚共析钢第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagram12 34PF5第三节 铁碳合金相图n过共析钢过共析钢第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagram1234网状Fe3CPn共晶白口铁共晶白口铁第三节 铁碳合金相图第一章第一章 工

21、程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagram12共析转变共析转变共晶转变共晶转变LA+F3CAF+F3C白亮色Fe3C基体点状、短条状P+Fe3C第三节 铁碳合金相图n亚共晶白口铁亚共晶白口铁第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagram123块状P一圈白亮色Fe3CLd基体第三节 铁碳合金相图n过共晶白口铁过共晶白口铁第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagram123Ld粗大的Fe3C第三节 铁碳合金相图（6）相图的应用）相图的应用n含碳量对钢铁组织和性能的影响含碳量对钢铁组织和性能的影响n合理选材合理选材n制定热处理工艺的依

22、据制定热处理工艺的依据 铸造生产：铸造生产：共晶点附近铸造性能好；共晶点附近铸造性能好； 锻造工艺：锻造工艺：确定锻造温度及确定锻造温度及区间；区间； 焊接工艺：研究焊缝区及近缝区组织和性能变化焊接工艺：研究焊缝区及近缝区组织和性能变化的理论依据，的理论依据，焊接缺陷用热处理改善；焊接缺陷用热处理改善； 热处理工艺：热处理工艺：根据状态图制定热处理工艺。根据状态图制定热处理工艺。第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Fe-C PhaseDiagram第四节 常用钢铁材料v4.1 钢的分类钢的分类n按化学成分分：碳素钢、合金钢按化学成分分：碳素钢、合金钢n按用途分：按用途分：结构钢、工具钢、特殊

23、性能钢结构钢、工具钢、特殊性能钢n按质量分：普通钢、优质钢、高级优质钢按质量分：普通钢、优质钢、高级优质钢n碳素钢碳素钢 低碳钢：低碳钢：Wc0.3% 中碳钢：中碳钢：0.3%Wc0.6%n杂质元素：杂质元素： S、 Pn合金元素：合金元素： Mn、Si、Cr、Ni、Mo、 W、 V 、Ti 第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Common SteelMaterials冷脆：P引起的低温脆性增加热脆：S引起的高温轧制时钢破裂第四节 常用钢铁材料n普通碳素结构钢普通碳素结构钢 Q235A Q：屈服点：屈服点 235：屈服强度，：屈服强度，MPa A：质量等级：质量等级n优质碳素结构钢优质碳素结

24、构钢 45，0825，3055，6070 2位数字表示：含碳量万分之几（位数字表示：含碳量万分之几（45/10000，即，即0.45%)n碳素工具钢碳素工具钢 （含碳量较高）（含碳量较高） T7、T8、T10A T：工具钢：工具钢Tool 8：含碳量千分之几（：含碳量千分之几（8/1000，即，即0.8%） A：高级优质，含：高级优质，含S、P量量0.03第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Common SteelMaterials 低碳钢塑性好（冲击件、焊接）低碳钢塑性好（冲击件、焊接）中碳钢强韧好（轴类、齿轮）中碳钢强韧好（轴类、齿轮）高碳钢弹性好（弹簧、垫片）高碳钢弹性好（弹簧、垫片）

25、第四节 常用钢铁材料n合金结构钢合金结构钢 60Si2Mn、16Mn、20CrMnTi、40Cr、GCr15 首二位数：含碳量万分之几，如首二位数：含碳量万分之几，如60即即0.6% 合金元素后的数：含该元素量百分之几，如合金元素后的数：含该元素量百分之几，如2 合金元素后没有数：含该元素量合金元素后没有数：含该元素量1.5% G：滚动轴承钢，：滚动轴承钢，C1.0%，Cr1.5%n合金工具钢合金工具钢 （含碳量较高）（含碳量较高） 9SiCr 、5CrMnMo、CrWMn 、 W18Cr4V 首位数：含碳量千分之几，如首位数：含碳量千分之几，如0.9% 高速工具钢高速工具钢 首位没有数：含碳

26、量首位没有数：含碳量1，特例：含碳量特例：含碳量1% 合金元素后的数合金元素后的数：含该元素量百分之几，如含该元素量百分之几，如18 合金元素后没有数：含该元素量合金元素后没有数：含该元素量1.5%n特殊性能钢特殊性能钢：不锈钢：不锈钢1Cr18Ni9Ti、耐热钢、耐磨钢、耐热钢、耐磨钢第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Common SteelMaterials第四节 常用钢铁材料v4.2 铸铁铸铁 （碳在铸铁中的存在形态不同）（碳在铸铁中的存在形态不同）n白口铸铁：白口铸铁：Fe3C n灰口铸铁：石墨灰口铸铁：石墨 灰铸铁片状石墨灰铸铁片状石墨 球墨铸铁球状石墨球墨铸铁球状石墨 可锻铸铁

27、团絮状石墨可锻铸铁团絮状石墨 蠕墨铸铁蠕虫状石墨蠕墨铸铁蠕虫状石墨n石墨化石墨化：影响铸铁中石墨化的因素主要有化学成分和：影响铸铁中石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度。冷却速度。 第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Common SteelMaterials第四节 常用钢铁材料n灰口铸铁的显微组织灰口铸铁的显微组织第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Common SteelMaterials灰铸铁灰铸铁球墨铸铁球墨铸铁可锻铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁第四节 常用钢铁材料v灰口铸铁牌号灰口铸铁牌号nHT150 HT：灰铸铁：灰铸铁 150：抗拉强度，：抗拉强度，150MPanQT600-3

28、 QT：球墨铸铁：球墨铸铁 600：抗拉强度，：抗拉强度，600MPa 3：伸长率，：伸长率，3nRuT300、RuT420、RuT380 RuT：蠕墨铸铁：蠕墨铸铁 300：抗拉强度，：抗拉强度，300MPa第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Common SteelMaterials第四节 常用钢铁材料v灰口铸铁牌号灰口铸铁牌号nKTH330-08、KTZ450-06 KTH: 黑心可锻铸铁，黑心可锻铸铁，F基体基体 KTZ：珠光铁可锻铸铁，：珠光铁可锻铸铁，P基体基体 330、450：抗拉强度：抗拉强度330MPa、450MPa 08、06：伸长率：伸长率8、6第一章第一章 工程材料导

29、论工程材料导论Common SteelMaterials第四节 常用钢铁材料v铸铁的性能及应用铸铁的性能及应用n白口铸铁：白口铸铁：简称为白口铁，按照简称为白口铁，按照Fe-Fe3C 相图进行结相图进行结晶而得到的铸铁。其中碳全部以渗碳体晶而得到的铸铁。其中碳全部以渗碳体(Fe3C)形式存形式存在，断口呈银白色。由于存在有大量硬而脆的在，断口呈银白色。由于存在有大量硬而脆的Fe3C，硬度高，脆性大，很难切削加工。很少用来直接制造硬度高，脆性大，很难切削加工。很少用来直接制造机器，主要用于机器，主要用于炼钢原料炼钢原料或制造可锻铸铁的毛坯。或制造可锻铸铁的毛坯。 n灰口铸铁：化学成分灰口铸铁：化

30、学成分C、Si、Mn、S、P；抗拉强度抗拉强度低、塑韧性差低、塑韧性差，几乎没有延伸率，抗压强度远大于抗，几乎没有延伸率，抗压强度远大于抗拉强度；拉强度；抗压、耐磨、减振抗压、耐磨、减振；不能锻造或冲压，；不能锻造或冲压，焊接焊接性差，性差，但具有但具有优良的铸造性能和切削性能优良的铸造性能和切削性能；缺口敏感；缺口敏感性小。性小。常见的铸铁件多数是灰口铸铁，如机床床身、常见的铸铁件多数是灰口铸铁，如机床床身、箱体、底座等箱体、底座等 。第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Common SteelMaterials第四节 常用钢铁材料v铸铁的性能及应用铸铁的性能及应用n为了改善灰口铸铁的组织

31、和力学性能，生产中常采用为了改善灰口铸铁的组织和力学性能，生产中常采用孕育处理孕育处理的方法：的方法：使石墨细小、分散，减轻割裂作用使石墨细小、分散，减轻割裂作用。 n可锻铸铁：又称玛铁或玛钢，由一定成分的白口铸铁可锻铸铁：又称玛铁或玛钢，由一定成分的白口铸铁经石墨化退火处理时渗碳体分解而获得经石墨化退火处理时渗碳体分解而获得团絮状石墨团絮状石墨的的铸铁。由于具有较灰口铸铁高得多的塑性和铸铁。由于具有较灰口铸铁高得多的塑性和韧性韧性，习，习惯上称为可锻铸铁，惯上称为可锻铸铁，实际上并不可锻实际上并不可锻。适用于适用于对机械性能要求较高，对机械性能要求较高，承受冲击负荷承受冲击负荷的薄壁、形状复

32、的薄壁、形状复杂的小型铸件，如各种管接头、阀门及汽车上的一些杂的小型铸件，如各种管接头、阀门及汽车上的一些小零件。生产周期长，小零件。生产周期长，工艺复杂，成本较高工艺复杂，成本较高。 第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Common SteelMaterialsn球墨铸铁：铁水在浇注前经球墨铸铁：铁水在浇注前经球化处理球化处理，其中碳大部分，其中碳大部分或全部以或全部以球状石墨形式球状石墨形式存在，减少了石墨对基体的割存在，减少了石墨对基体的割裂作用，裂作用，抗拉强度不亚于碳钢，塑性和韧性比其他铸抗拉强度不亚于碳钢，塑性和韧性比其他铸铁好铁好。良好的铸造性能、切削加工性能、减磨减振性。良好

33、的铸造性能、切削加工性能、减磨减振性能。生产工艺比可锻铸铁简单，近年来日益得到广泛能。生产工艺比可锻铸铁简单，近年来日益得到广泛的应用。的应用。n蠕墨铸铁：在出铁时往铁水中加入蠕墨铸铁：在出铁时往铁水中加入蠕化剂蠕化剂，进行蠕化，进行蠕化处理，然后加入孕育剂作孕育处理而得到。其机械性处理，然后加入孕育剂作孕育处理而得到。其机械性能介于普通灰铸铁和球铁之间，能介于普通灰铸铁和球铁之间，热疲劳性能好热疲劳性能好。具有。具有接近灰口铸铁的优良的铸造性能。它主要应用于一些接近灰口铸铁的优良的铸造性能。它主要应用于一些经受热循环载荷，要求组织致密、结构复杂、强度高经受热循环载荷，要求组织致密、结构复杂、

34、强度高的铸件，如汽缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。的铸件，如汽缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。 第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Heat Treatmentof Iron第四节 常用钢铁材料第五节 钢的热处理v 钢的热处理钢的热处理n在固态下将钢在固态下将钢加热加热到一定温度，进行必要的到一定温度，进行必要的保温保温，以，以适当的适当的冷却冷却速度冷至室温，速度冷至室温，改变钢的组织结构和性能改变钢的组织结构和性能的工艺方法。的工艺方法。n热处理目的：热处理目的： 提高金属材料的力学性能，延长零件使用寿命。提高金属材料的力学性能，延长零件使用寿命。 消除毛坯中的缺陷，改善工艺性能

35、，为其他工艺消除毛坯中的缺陷，改善工艺性能，为其他工艺处理（如锻造、焊接、切削等）做组织准备。处理（如锻造、焊接、切削等）做组织准备。n热处理方法热处理方法 普通热处理普通热处理 表面热处理表面热处理第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Heat Treatmentof Steels提高强提高强度、硬度、硬度度增加塑性、降低硬度正火正火淬火淬火回火回火退火退火区别在于区别在于加热温度加热温度冷却方式冷却方式第五节 钢的热处理v 5.1 钢在加热和冷却时的组织结构转变钢在加热和冷却时的组织结构转变n组织转变的组织转变的 临界温度临界温度第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Heat Treatm

36、entof Steels（1）平衡条件下）平衡条件下 A3、Acm、A1（2）实际生产中）实际生产中加热：加热：Ac3、Accm、Ac1冷却：冷却：Ar3、Arcm、Ar1加热和冷却速度越大，加热和冷却速度越大，相相变温度变温度偏离平衡临界点的偏离平衡临界点的程度也越大，即过热度和程度也越大，即过热度和过冷度越大。过冷度越大。 钢的固态相变第五节 钢的热处理v （1）钢在加热时的组织结构转变）钢在加热时的组织结构转变n大多数热处理工艺都是将钢加热至临界温度以上，奥大多数热处理工艺都是将钢加热至临界温度以上，奥氏体区域，使其室温组织转变为均匀奥氏体，即氏体区域，使其室温组织转变为均匀奥氏体，即“

37、奥奥氏体化氏体化”。n 以共析钢为例以共析钢为例 奥氏体形核奥氏体形核 奥氏体长大奥氏体长大 A成分均匀化成分均匀化第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Heat Treatmentof SteelsP（FFe3C）A体心立方复杂结构面心立方奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程第五节 钢的热处理v 第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Heat Treatmentof Steels(a)(a)A A形核形核：晶核易于在：晶核易于在F F和和FeFe3 3C C相界面形成，由于位错、空位相界面形成，由于位错、空位 密度高。影响因素：密度高。影响因素：T T、C%C%、P P粗细粗细( (b)Ab)A

38、长大长大： FA （先完成）；（先完成）； FeFe3 3C C溶解。溶解。 影响因素：影响因素：T T、t t、合金元素、合金元素TiTi、CrCr(c)(c)残余残余FeFe3 3C C溶解溶解：残余：残余FeFe3 3C C溶入溶入A A( (d)Ad)A均匀化均匀化：保温，：保温，碳扩散使碳扩散使A A的的含含C C量趋于均匀。量趋于均匀。 第五节 钢的热处理v 4.2 钢的基本热处理方法钢的基本热处理方法n退火：将钢加热到一定温度，保温一定时间，随后在退火：将钢加热到一定温度，保温一定时间，随后在炉中缓慢冷却炉中缓慢冷却，以获得近于平衡组织的一种热处理方，以获得近于平衡组织的一种热处

39、理方法。法。n正火：将钢加热到正火：将钢加热到Ac3线（亚共析钢）、线（亚共析钢）、 Ac1线（共线（共析钢）、析钢）、 Accm线线(过共析钢）以上过共析钢）以上3050，保温一，保温一定时间后，出炉定时间后，出炉在空气中冷却在空气中冷却的热处理方法。的热处理方法。n淬火：将钢加热到淬火：将钢加热到Ac3线（亚共析钢）、线（亚共析钢）、 Ac1线（共线（共析钢和过共析钢）以上析钢和过共析钢）以上30 50，保温后，保温后在水或油在水或油中迅速冷却中迅速冷却的热处理方法。的热处理方法。n回火：回火：将淬火后的钢重新加热将淬火后的钢重新加热至至Ac1线线以下以下的某一温的某一温度，保温后度，保温

40、后在空气中冷却在空气中冷却的一种热处理方法。的一种热处理方法。n注意：注意：淬火淬火与与回火回火成对使用。成对使用。第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Heat Treatmentof Steels第五节 钢的热处理v （1）退火）退火 （A均匀化）均匀化）n目的：降低硬度，以利于切削加工；目的：降低硬度，以利于切削加工； 细化晶粒，均匀组织、改善性能；细化晶粒，均匀组织、改善性能； 增加塑性和韧性，消除内应力；增加塑性和韧性，消除内应力； 为淬火作好组织准备。为淬火作好组织准备。p 完全退火完全退火n用于亚共析钢用于亚共析钢n加热到加热到Ac3线以上线以上3050 p 球化退火球化退火（不

41、完全退火）（不完全退火）n用于共析、过共析钢和用于共析、过共析钢和铸铁件铸铁件n加热到加热到Ac1线以上线以上1020 第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Heat Treatmentof Steelsp 去应力退火去应力退火n加热到加热到Ac1以下以下某一温某一温度度 (约约500650) 保温保温后缓冷后缓冷完全完全A化化未发生相变未发生相变第五节 钢的热处理v （2）正火）正火n目的：目的：提高硬度、改善切削加工性提高硬度、改善切削加工性对重要件：为淬火作准备对重要件：为淬火作准备n与退火的区别与退火的区别 ：a.组织不同组织不同（SP）b.硬度略高，切削性能好硬度略高，切削性能好c.

42、消除内应力不如退火彻底消除内应力不如退火彻底d.不占用设备不占用设备第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Heat Treatmentof Steels完全完全A化化亚共析：亚共析：Ac3共共 析：析：Ac1过共析：过共析：Accm3050第五节 钢的热处理第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Heat Treatmentof Steels第五节 钢的热处理v （3）淬火）淬火 （AM）n目的：目的：提高硬度提高硬度、耐磨性耐磨性n应用：工具、模具、量具、滚动轴承应用：工具、模具、量具、滚动轴承n马氏体马氏体（M）：碳在）：碳在-Fe-Fe中的过饱和固溶体。中的过饱和固溶体。n 第一章第一章

43、工程材料导论工程材料导论Heat Treatmentof Steels亚共析：亚共析：Ac3共共 析：析：Ac1过共析：过共析：Ac13050第五节 钢的热处理v （4）回火）回火（与淬火并用，重新加热至（与淬火并用，重新加热至Ac1以下）以下）n目的目的 消除淬火产生的内应力消除淬火产生的内应力 降低脆性、提高韧性降低脆性、提高韧性 调整硬度、防止开裂变形调整硬度、防止开裂变形n分类分类 低温回火：低温回火：150220，保持高硬度、耐磨性，保持高硬度、耐磨性 中温回火：中温回火：350500，降低脆性、提高弹性，降低脆性、提高弹性 高温回火：高温回火：500650，获得较好的强、硬、塑、，

44、获得较好的强、硬、塑、韧综合性能。韧综合性能。第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Heat Treatmentof Steels回火马氏体M回火托氏体T回火索氏体S第五节 钢的热处理v P、S、T的的 显微组织显微组织第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Heat Treatmentof SteelsPTS第六节 常用有色金属及其合金第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Non-ferrous Metals& their Alloysv 有色金属有色金属非铁金属非铁金属 Au、Ag、Cu、Al、Mg、Mo、Ti、Nin导电、耐腐蚀、质轻、耐高温导电、耐腐蚀、质轻、耐高温铝及铝合金铜及

45、铜合金变形铝合金铸造铝合金变形铜合金铸造铜合金黄铜青铜白铜第六节 常用有色金属及其合金第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Non-ferrous Metals& their Alloysv 6.1 铝及铝合金铝及铝合金n纯铝纯铝: 密度密度2.72g/cm3, 熔点熔点 660 面心立方，无同素异构转变面心立方，无同素异构转变 硬度低硬度低 抗拉强度低抗拉强度低 80100MPa 塑性成形性好塑性成形性好n铝合金：铝合金：通过合金化和热处理提高力学性能通过合金化和热处理提高力学性能 Al-Mg、Al-Si、Al-Cu、Al-Mn 变形铝合金变形铝合金 铸造铝合金铸造铝合金第六节 常用

46、有色金属及其合金第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Non-ferrous Metals& their Alloys1.1.变形铝合金变形铝合金：成分不超过：成分不超过极限溶解度极限溶解度D,D,以减小脆性相以减小脆性相的含量、保证良好塑性；的含量、保证良好塑性；2. 2. 铸造铝合金铸造铝合金：成分超过：成分超过D D点，共晶成分流动性好。点，共晶成分流动性好。但为维持塑性，也选但为维持塑性，也选D D稍左；稍左；3. S3. S点以左不能热处理强化；点以左不能热处理强化；以右可以。以右可以。第六节 常用有色金属及其合金第一章第一章 工程材料导论工程材料导论Non-ferrous Metals& their Alloysn 变形铝合金变形铝合金 塑性成形：轧制、拉拔、挤压塑性成形：轧制、拉拔、挤压 工序：熔炼工序：熔炼浇铸成锭浇铸成锭塑性成形塑性成形n铸造铝合金铸造铝合金 采用共晶成分（铸造流动性好）采用共晶成分（铸造流动性好） 熔炼后直接浇铸成型（砂型、金属型、压