武汉理工工程材料课后总结

1、2022/9/171一、课程主线结 晶塑性变形工业用钢工艺性能使用性能合 金纯金属热处理有色金属铸 铁加工工艺组织结构化学成分性 能2022/9/172二、主要内容工程材料基本理论常用材料零件的选材2022/9/1731. 基本理论热处理铸铁的热处理塑变与再结晶基本理论金属学材料的性能材料的结构材料的结晶相图及铁碳相图钢的热处理2022/9/1741.1 材料性能焊接性能硬度HB HRC材料性能强 度塑 性锻造性能力学性能工艺性能切削加工性能铸造性能韧性k ,k1c热处理工艺性2022/9/175 条件屈服强度0.2残余塑变为0.2%时的应力。 疲劳强度-1无数次交变应力作用下不发生破坏的最大

2、应力。 塑性：材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标为、。 硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力（HB、HRC）。（HRA、HRB、HRC） 冲击韧性：材料抵抗冲击破坏的能力。 指标为k材料的使用温度应在冷脆转变温度以上。 断裂韧性：材料抵抗内部裂纹扩展的能力。指标为K1C。1、力学性能 刚度：材料抵抗弹性变形的能力。 指标为弹性模量E：E=/ 强度：材料抵抗变形和破坏的能力。指标： 抗拉强度b材料断裂前承受的最大应力。 屈服强度s材料产生微量塑性变形时的应力。1.1.1 使用性能表面淬火钢宜用HRA硬度指标铝合金成品宜用HRB硬度指标整体淬火钢宜用HRC硬度指标2022/9/1761、铸造性能：

3、液态金属的流动性、填充性、收缩率、偏析倾向。2、锻造性能：成型性与变形抗力。3、切削性能：对刀具的磨损、断屑能力及导热性.4、焊接性能：产生焊接缺陷的倾向。5、热处理性能：淬透性、抗回火性、二次硬化、回火脆性。1.1.2 工艺性能2、化学性能（1） 耐蚀性：材料在介质中抵抗腐蚀的能力。（2）抗氧化性：材料在高温下抵抗氧化作用的能力。（3）耐磨性：材料抵抗磨损的能力。1）切削加工性:（1）中碳钢高碳钢（2）含碳量相同的钢中，球状珠光体片状珠光体2）焊接性能: 中碳钢高碳钢3）流动性和偏析 用共晶相图说明（共晶体最多的成分点）4）淬透性 Vk-C曲线的位置过冷A的稳定性A晶粒大小A中的成分均匀性第

4、二相化学成分加热状态碳合金元素5）残余奥氏体（1）A中CMs MfA%（2）A中MeMs MfA%2022/9/1771.2 材料的结构（金属的晶体结构）1.2.1三种典型金属的晶体结构体心立方BCC面心立方FCC密排六方HCP晶格常数aaa、c原子半径原子个数246配位数81212致密度0.680.740.74滑移面1106111 4六方底面1滑移方向 2 3底面对角3滑移系12123常见金属-Fe、Cr、W-Fe、Ni、AlMg、Zn晶体结构空间点阵 晶体点阵（理想晶体）晶体的结构基元(分子、原子、离子、原子集团)依靠一定的结合键结合后，在三维空间作有规律的周期性的重复排列方式。 抽象的空

5、间几何模型（非物质性）7个晶系14种晶胞类型 把空间点阵的结点作为物质质点的中心位置，忽略原子的热振动和晶体缺陷，将单纯的几何图形变成具有物质性的点阵，称其为晶体点阵（物质性的）。 若阵点用直线通过中心连接起来晶格 2022/9/1781.2.2金属的实际结构与晶体缺陷1 多晶体（由多晶粒组成的晶体结构）2 晶体缺陷（晶格不完整的部位）2）线缺陷（刃型位错、螺型位错）3）面缺陷（晶界、亚晶界）1）点缺陷（空位、间隙原子、置换原子）理论值退火态位错密度强度金属材料强化方法:（1）固溶强化（2）细晶强化（4）加工硬化（3）第二相强化（弥散强化）1）晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体。 2

6、）晶界：晶粒之间的交界面。2022/9/1791.3 材料的结晶3、纯金属中的固态转变1）同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。2）固态转变的特点 1）形核部位特殊（晶界、位错处等） 2）过冷倾向大 3）伴随着体积变化1、结晶过程 1） 两个条件（1）能量条件 必须过冷 过冷度T=T0-Tn（2）结构条件1.3.1纯金属的结晶2）基本规律 形核（自发形核、非自发形核）长大（平面长大，树枝状长大）2、细化晶粒的途径 1）增大过冷度 2）变质处理 3）振动和搅拌2022/9/1710化合物间隙化合物合金的相固溶体间隙固溶体置换固溶体其它化合物间隙相1、合金在固态下的基本相结构1

7、.3.2 合金的结晶相:金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。合金：由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。2022/9/1711 间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体。 为过渡族金属元素与原子半径小的非金属元素组成。 铁素体：碳在-Fe中的固溶体。 奥氏体：碳在-Fe中的固溶体。 马氏体：碳在-Fe中的过饱和固溶体。 固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高的现象。 马氏体的硬度主要取决于其含碳量，并随含碳量增加而提高。 2）金属化合物：与组成元素晶体结构均不相同的固相. （1）正常价化合物 如Mg2Si （2）电子化合物 如Cu

8、3Sn （3）间隙化合物：由过渡族元素与C、N、H、B等小原子半径的非金属元素组成。 分为结构简单的间隙相和复杂结构的间隙化合物。1）固溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相. 置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格结点位置形成的固溶体。 大多为金属元素之间形成的固溶体。2022/9/17124）金属化合物形态对性能的影响 （1）基体、晶界网状：强韧性低 （2）晶内片状：强硬度提高，塑韧性降低 （3）颗粒状： 弥散强化：第二相颗粒越细，数量越多，分布越均匀,合金的强度、硬度越高，塑韧性略有下降的现象。 5）固溶体与化合物的区别：结构；性能；表达方式 强碳化物形成元素：Ti、Nb、V 如TiC、VC

9、 中碳化物形成元素：W、Mo、Cr 如Cr23C6 弱碳化物形成元素：Mn、Fe 如Fe3C3） 性能比较 强度：固溶体纯金属 硬度：化合物固溶体纯金属 塑性：化合物固溶体纯金属2022/9/17132、合金的组织转变 1）一般转变过程 （1） 满足三个起伏（条件） 能量起伏（必须过冷）；结构起伏； 成分起伏（2）基本规律 形核及核长大（固态转变有晶界、相界形核理论） 2）相图 匀晶L 共晶L+ 共析 + 包晶L+ （1）杠杆定律：只适用于两相区。 （2）枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。 3）合金中的固态相变 （1）固溶体转变：AF （2）共析转变：AP(F+Fe3

10、C) （3）二次相析出：AFe3C （4）奥氏体化 （5）过冷奥氏体转变 （6）固溶处理+时效2022/9/17143、铁碳合金相图1 默画简化的铁碳合金相图2 相与机械混合物 A、F、Fe3C与P、Ld3 两个基本反应式4 结晶过程分析（冷速曲线表达）5 杠桿定律的应用6 热处理加热温度的表达ACDGS1148727LAL+AL+ Fe3CFA+FA+ Fe3CKEPFQC%Fe3CFeF+ Fe3C4.30.772.116.69注意：1 组织组成物和相组成物的分析；2 同一种钢在不同的加热条件下对组织、成分及HT分析。 哪个温度加热淬火后马氏体晶粒粗大？ 哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多

11、？哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？哪个温度为正常的淬火加热温度？121234相（成分、结构相同且有界面分开的部分）机械混合物（相与相的构成状态）组织（关注：形态、大小及分布）组织可以由单相构成； A组织可以由机械混合物构成； PA 站在不同的角度可称为相、组织；P 站在不同的角度可称为机械混合物、组织。组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分（形态）。相组成物是指组成合金中成分、结构均匀一致的部分。2022/9/17151.4 钢的热处理1） 奥氏体化的四个阶段奥氏体晶核的形成奥氏体晶核的长大剩余渗碳体的溶解奥氏体成分的均匀化2） 奥氏体晶粒度实际晶粒度 本

12、质晶粒度（本质粗(细)晶粒钢）1 钢在加热时的转变1.4.1钢的热处理原理2022/9/1716扩散退火去应力退火各种退火（正火）的加热温度范围完全退火球化退火正火1.4110010009008007006005000.20.40.60.81.01.2温度C%AF+Fe3C2022/9/1717650600550350A1MSMf时间PSTB上B下MM+AAPASATAB上AB下AM过冷A过冷A过冷A过冷A过冷A2、钢在冷却时的转变 共析碳钢等温转变曲线及产物2022/9/1718 用C曲线定性说明连续冷却转变产物（共析碳钢为例）根据冷速曲线与C曲线交点位置判断转变产物 P均匀A细AA1MSM

13、f时间等温退火PP退火(炉冷)正火(空冷)S淬火(油冷)T+M+A等温淬火B下M+A分级淬火M+A淬火(水冷)M回+A150-250T回350-500S回500-650?PT+S回ST+B下+M+A2022/9/1719AcmAc1V1V2V3V4V5时间温度Ms例题：（T12钢） 3、淬火钢在回火时的转变 1）碳钢：马氏体的分解 ；残余奥氏体分解 ；-碳化物转变为Fe3C ；Fe3C聚集长大和铁素体多边形化 。 2）W18Cr4V钢： 560三次回火。析出W、Mo、V的碳化物，产生二次硬化。回火冷却时，A转变为M。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。 强化钢铁材料最经济有效的热处理工艺是

14、淬火+回火,它包含了多种基本强化方法。 2022/9/17201.4.2钢的热处理工艺1、机械零件的加工工工艺路线预备热处理机械粗加工最终热处理机械精加工锻造铸造毛坯预备热处理（退火与正火）最终热处理（淬火+回火）2022/9/17212、三个判据1）实际生产中退火与正火的选择钢的含碳量C%0.50.5 0.770.77HT工艺正火完全退火球化退火组 织F+SF+PP球2）正火组织判断钢的含碳量C%0.60.6组 织F+SS3）组织中是否有残余奥氏体A中含碳量C%表面淬火后的性能。 （2）渗碳件通常可以替代表面淬火件，反之不可。（分析） （3）淬透性与淬火缺陷（分析） （4）锉刀材料T12搞错

15、（45），用T12的工艺，可行吗？淬火后发现硬度不足，可能的原因：1)未淬上火；2)加热时工件表面脱碳。 2022/9/17242.常用材料复合材料无机非金属材料有色金属及合金常用材料金属材料工业用钢铸 铁高分子材料非金属材料2022/9/17252.1工业用钢钢种C%典型牌号合金元素作用热处理使用状态下组织性能用途碳素结构钢0.4Q195Q235热轧状态F+P塑性,焊接性好建筑结构低合金高强度钢0.2Q345(16Mn)Mn:强化F,增加P,降低脆转温度热轧空冷F+P塑性,焊接性好桥梁,船舶, 容器渗碳钢0.10.252020Cr20CrMnTiCr,Mn:提高淬透性,强化F,Ti:细化晶粒

16、渗碳+淬火+低温回火表面：M回+ A (少量)+颗粒状Fe3C心部：M回+F表硬里韧轴、齿轮调质钢0.30.54540Cr40CrNiMoCr,Ni:提高淬透性,强化F,Mo:防止第二类回火脆性调质S回良好综合力学性能轴、齿轮弹簧钢0.60.90.450.765Mn60Si2MnCr,Mn:提高淬透性,强化F；Si:提高屈强比淬火+中温回火T回高s/b高-1弹簧2022/9/1726钢种C%典型牌号合金元素作用热处理使用状态下组织性能用途滚动轴承钢0.951.10GCr15Cr:提高淬透性,耐磨耐蚀性球退+淬火+低温回火M回+ A(少量)+颗粒状Fe3C高耐磨高-1足够ak滚动轴承耐磨钢1.0

17、1.3ZGMn13Mn:形成A组织水韧处理表：M+碳化物心：A高耐磨耐冲击铲齿，履带板碳素工具钢0.651.35T7T13球退+淬火+低温回火M回+ A(少量)+颗粒状Fe3C高硬度高耐磨冲子、丝锥、锉刀低合金工具钢0.751.59SiCrSi、Cr：提高淬透性球退+淬火+低温回火M回+ A(少量)+颗粒状Fe3C高硬度高耐磨低速刃具高速钢0.71.5W18Cr4VCr:提高淬透性；W、V：提高热硬、耐磨性锻、退火、淬火+三次回火M回+ A(少量)+颗粒状碳化物高热硬高硬度高耐磨高速刃具2022/9/1727钢种C%典型牌号合金元素作用热处理使用状态下组织性能用途冷作模具钢1.42.3Cr12

18、Cr12MoVCr:提高淬透性。MoV:提高耐磨性锻，退，淬火+低温回火M回+ A(少量) +颗粒状碳化物高硬度高耐磨冷冲模挤压模热锻模钢0.50.65CrNiMo5CrMnMo合金元素作用同调质钢调质S回抗热疲劳热锻模压铸模钢0.30.63Cr2W8V合金元素作用同高速钢淬火+回火M回+ A(少量) +颗粒状碳化物抗热疲劳,耐磨压铸模不锈钢0.03-0.951Cr13,2Cr13Cr:提高耐蚀性；Ni:形成A；Ti:防止晶间腐蚀调质S回高耐蚀性(随C%增加,耐蚀性下降)汽轮机叶片3Cr13,4Cr13淬火+低温回火M回医疗器械0Cr13不能热处理F硝酸氮肥工业1Cr18Ni9Ti固溶处理A化

19、工管道耐热钢15CrMo,12Cr1MoVCr,Si:提高抗氧化性;Mo:提高T再；V,Ti:弥散强化; Ni:形成A组织正火F+P高热强性,高抗氧化性锅炉零件4Cr9Si2,1Cr11MoV调质S回气阀,叶片1Cr18Ni9Ti固溶A过热器管2022/9/17282.2 铸铁铸铁的组织状态=钢基石墨（G)铸铁名称牌号举例获得方法组织热处理用途灰铸铁 G片HT200(最低抗拉强度为200MPa)液态金属石墨化+孕育处理基体(F、P、F+P) +片状石墨去应力，消除白口，表面淬火机床床身可锻铸铁 G团絮KTZ450-06 (最低抗拉强度为450MPa,最低延伸率为6%)白口+石墨化退火基体(F、P) +团絮状石墨石墨化退火车轮壳，管接头球墨铸铁 G球QT500-7(最低抗拉强度为500MPa,最低延伸率为7%)液态金属石墨化+球化处理+孕育处理基体(F、P、F+P) +球状石墨可进行各种热处理柴油机曲轴2022/9/17292.3 有色金属及其合金合金牌号举例牌号含义性能用途铝合金LF55号防锈铝合金耐蚀、塑性好冷成型件LY1111号硬铝合金强硬度高冲压模锻件LC44号超硬铝合金高强受力大结构件LD77号锻铝合金可锻、耐温锻件ZL1022号Al-Si铸造合金耐蚀,铸造性好汽缸、活塞Z