金属材料与热处理课件

金属材料与热处理本课程将深入探讨金属材料的特性、热处理工艺以及应用。金属的结构原子排列金属的结构主要由原子组成，这些原子以规则的晶格排列，形成晶体结构。晶格类型常见的晶格类型包括面心立方、体心立方、密排六方等。晶体缺陷晶格中存在一些缺陷，例如空位、间隙原子等，这些缺陷会影响金属的性能。金属晶体结构面心立方结构铝、铜、银、金等金属都属于面心立方结构。体心立方结构铁、铬、钨等金属都属于体心立方结构。密排六方结构镁、锌、镉等金属都属于密排六方结构。晶体缺陷空位缺陷:晶格中缺少原子。间隙原子:原子位于晶格点之间的间隙位置。位错:晶格中原子排列的局部不规则。金属的相变1固态相变金属在固态下，由于温度、压力或成分的变化，其晶体结构会发生改变。2液态相变金属从固态转变为液态，或从液态转变为固态的过程。3气态相变金属从液态转变为气态，或从气态转变为液态的过程。铁碳合金相图铁碳合金相图是研究和分析铁碳合金的组织结构、性能以及热处理工艺的基础，它展现了不同温度下铁和碳的合金成分及其对应的相态关系。相图中包含了各种相的平衡结构，如奥氏体、珠光体、铁素体、渗碳体等。通过分析相图，可以预测不同温度下的合金组织，指导合金的成分设计以及热处理工艺的选择。铁素体低碳钢铁素体是低碳钢的主要成分。它具有较低的硬度和强度，但具有良好的延展性和韧性。抗腐蚀性铁素体对腐蚀性环境具有较好的抵抗能力。它是一种重要的耐腐蚀材料。磁性铁素体是具有磁性的材料。它在电机、发电机和磁性材料领域有着广泛的应用。铸铁的组织石墨铸铁中的石墨形态决定了其性能。不同形态石墨对铸铁的力学性能有很大影响。基体铸铁基体主要是铁素体和珠光体，其中铁素体具有良好的塑性和韧性，珠光体具有较高的强度和硬度。碳化物铸铁中可能存在一些碳化物，例如渗碳体，它们会影响铸铁的硬度和耐磨性。钢的组织铁素体铁素体是钢中的一种基本组织，具有较高的强度和塑性。珠光体珠光体是由铁素体和渗碳体组成的层状混合物，具有较高的强度和硬度。奥氏体奥氏体是一种固溶体，具有良好的韧性和可焊性。金属热处理概述热处理是利用加热和冷却来改变金属材料内部组织结构，从而改变其性能的一种工艺。正火1细化晶粒提高强度和韧性2消除应力改善加工性能3均匀组织为后续热处理奠定基础退火1加热将金属材料加热到一定温度，使其晶粒长大、组织均匀化。2保温在该温度下保温一段时间，使金属材料的组织结构发生改变。3缓慢冷却缓慢冷却至室温，使金属材料的组织结构得到改善。淬火加热将钢件加热到高于其淬火临界温度的温度，使其全部或部分奥氏体化。保温在该温度下保温一段时间，使奥氏体组织充分形成。冷却将钢件迅速冷却到室温或更低温度，使奥氏体转变为马氏体或其他相。回火降低硬度回火降低了淬火后的硬度，使材料更具韧性，不易断裂。提高韧性提高材料的韧性，使其不易变形或断裂。改善加工性能回火可以使材料更易于加工，提高加工效率。渗碳1扩散在高温下，碳原子从渗碳介质中扩散到钢铁表面的过程。2渗碳层碳原子在钢铁表面的扩散，形成了高碳含量的渗碳层。3硬化渗碳层的高碳含量使得钢铁表面硬度提高，耐磨性增强。渗氮1表面硬化提高耐磨性、耐疲劳性2改善耐腐蚀性提高抗氧化性3提高抗高温性能提高零件的使用寿命浸渍1定义将金属工件置于熔融的金属盐浴中，使金属盐渗入工件表面，形成合金化层，从而改善工件的性能。2优点提高工件的耐磨性、耐腐蚀性、硬度和抗氧化性。3应用用于汽车、航空航天、机械加工等行业。表面淬火1加热将工件表面加热到淬火温度。2冷却迅速冷却表面，使其快速冷却至室温。3回火对表面进行回火处理，以降低硬度和提高韧性。喷焊和焊接喷焊喷焊是一种金属表面处理技术，通过使用喷枪将金属粉末或丝材喷涂到金属表面，形成一层新的金属涂层，可以提高金属表面的耐磨性、耐腐蚀性、耐热性等。焊接焊接是一种将两个或多个金属部件通过加热熔化并结合在一起的连接方法，焊接技术可以实现金属部件的连接，并提高金属部件的强度和刚度。焊接缺陷裂纹焊接过程中产生的裂纹，是由于焊接热应力和残余应力所致。气孔焊接过程中气体不能及时逸出，形成气泡，影响焊缝强度。咬边焊接时熔池金属未与母材完全熔合，形成凹陷，影响焊缝强度。焊接后热处理1消除应力焊接过程中产生的内应力，可能导致焊接接头变形、开裂，影响结构的强度和稳定性。2改善组织焊接热影响区可能出现组织粗化、硬化等缺陷，需要通过热处理进行改善。3提高强度焊接接头的强度和韧性需要通过热处理进行强化，确保其符合设计要求。铸造工艺熔化将金属材料加热到熔点以上，使其成为液态。浇注将熔化的金属液倒入预先准备好的铸型中。凝固金属液在铸型中冷却凝固，形成固态的铸件。清理将铸件从铸型中取出，并进行清理工作，去除浇口、冒口等。铸造缺陷气孔熔融金属凝固过程中，气体来不及逸出而形成的气孔。缩孔熔融金属凝固时，体积收缩，由于金属液流动性差，来不及补充，而形成的缩孔。冷隔熔融金属浇注过程中，金属液流动性差，冷却速度快，无法填满型腔而形成的冷隔。砂眼熔融金属浇注时，型砂中的水分蒸发，形成的小气孔。铸造热处理1消除内应力降低残余应力，提高零件的尺寸稳定性。2细化晶粒改善机械性能，提高强度和韧性。3改善组织调整组织结构，获得理想的性能。锻造工艺塑性加工通过外力使金属材料发生塑性变形，从而改变其形状和尺寸，提升机械性能。锻造方法自由锻、模锻、冲压锻等，根据产品形状和尺寸选择合适的锻造方法。锻造设备锤头、压力机等设备，根据锻造工艺和产品尺寸选择合适的设备。锻造热处理1正火提高塑性2退火消除内应力3淬火提高硬度4回火改善韧性热处理设备炉体热处理炉体是整个设备的核心部分，用于容纳待处理的金属材料。加热系统加热系统负责将金属材料加热到所需的温度，并确保温度的均匀分布。冷却系统冷却系统用于控制金属材料的冷却速度，以实现预期的热处理效果。控制系统控制系统负责对整个热处理过程进行监控和控制，以确保工艺参数的精确度。热处理工艺参数控制1温度温度是热处理中最关键的参数之一，直接影响着金属组织的转变和性能。2时间时间决定了热处理过程中金属组织转变的程度，时间越长，组织转变越充分。3气氛热处理气氛会影响金属表面氧化、脱碳或氮化等现象，需要根据材料和工艺要求选择合适的保护气氛。4冷却速度冷却速度对淬火效果影响很大，冷却速度快，淬硬层深度大，但容易产生裂纹。热处理质量保证金相检验对热处理后的金属材料进行金相显微镜观察，检查组织结构和性能指标。硬度测试利用硬度计测量材料的硬度，评估热处理效果和材料的耐磨性。拉伸试验通过拉伸试验机测定材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率等性能指标。热处理工艺选择材料类型材料的化学成分、组织结