金属材料与热处理(最全)

1、精品课程，金属材料与热处理，1，工程材料，金属材料，非金属材料，黑色金属材料：钢与铸铁，有色金属材料，高分子材料，铜与铜合金，滑动轴承合金，陶瓷材料，复合材料，铝与铝合金，工程材料分类，2，当今社会科学技术突飞猛进，新材料层出不穷金属材料性能，使用性能，加工工艺性能，机械性能：强度，硬度，塑性，韧性，铸造性能：流动性，收缩性，锻造性能：冲压成型性，切削性能：切削车削、铣削、刨削和磨削，物理性能：导电性、热传导性、电磁性、膨胀性等。热处理性能：淬透性、回火稳定性等。3.概述，1。在实际工业中，广泛使用的不是上述的单组分材料，而是由两种或多种组分组成的多组分材料。随着多组分的加入，材料的固化过程和

2、固化产物趋于复杂，这使得材料性能的可变性和选择成为可能。2.二元体系相图是在热力学平衡条件下研究二元体系相、温度和组成之间关系的工具，广泛应用于金属、陶瓷和高分子材料。4、第3章铁碳合金和铁碳相图，5、本章的要求，通过讲授铁碳合金相图，使学生掌握合金相图是一种显示不同成分的铁碳合金在不同温度下极慢冷却(或加热)时的结构或状态的图形。碳钢和铸铁的成分(碳含量)、显微组织和性能之间的关系是可以理解的。它不仅是选材和判断热加工工艺的依据，也是钢和铸铁热处理的理论依据。6、铁碳合金和铁碳相图、3.1铁碳合金中的成分和基本相、3.2铁-Fe3C相图、3.3典型铁碳合金的平衡结晶过程和微观结构、3.4铁碳

3、合金的成分、结构和性能之间的关系、3.5铁碳相图在工业中的应用、7、工业纯铁：塑性好、强度低、铁磁性，很少用于一般机械制造铁碳合金铁氧体(f):一种碳溶于铁的间隙固溶体，具有相同的结构奥氏体(a):碳溶于-Fe的间隙固溶体，具有面心立方晶体结构，塑性好，抗变形能力小，易锻造成形，铁-碳合金中的成分和基本相，8，碳化物：铁和碳的金属化合物(即Fe3C)属于复杂结构的间隙化合物，坚硬易碎，强度低，耐磨性好。它是一种亚稳态化合物，在一定温度下可以分解成铁和石墨。9、珠光体(P):铁素体和渗碳体的机械混合物，其为层状结构，即，另一种珠光体可通过热处理AHNA-固溶区()获得；NJESGN-奥氏体区(a

4、)；GPQ-铁素体区(f)；DFKL-渗碳体区(Fe-Fe3C)有七个两相区(在两个相邻的单相区之间):L，l a，l Fe3C，A，f a，a Fe3C，f Fe3C，Fe-Fe3C相图，11，恒温转变线，包晶反应：HJB水平线LBH(1495) AJ结果，形成了奥氏体。共晶反应：AeFe3C (1148) Lc在ECF水平线的共晶反应可以在碳含量为2.116.69的铁碳合金中形成奥氏体和渗碳体的共晶混合物，称为莱氏体。C点为共晶点，碳含量为4.3，温度为1148，共析反应：共析铁素体和渗碳体以及渗碳体的共析混合物形成，称为珠光体(P)。根据杠杆定律，铁素体和渗碳体的相对重量可计算如下：f(

5、)(6.69-0.77)6.69 10088 f3c()(18812，14，主转变线，15，GS线，不同碳含量的合金，当奥氏体开始沉淀铁素体(当它是冷的)或铁素体完全溶解在奥氏体中(当它是热的)时。通常使用A cm来表示从1147碳含量大于0.77的铁-碳合金中渗碳体从奥氏体中沉淀出来当铁-碳合金从727冷却到室温时，渗碳体从铁素体中析出，称为第三渗碳体，16、典型铁-碳合金的平衡结晶过程和微观结构，1。纯铁(0 . 2。钢(0.0218% 2.11%碳)、亚共析钢(0.0218% 0.77%碳)、共析钢(0.77%碳)、过共析钢(0.77%碳2.11%碳)、过共析白(4.3% 6.69%)

6、3.3.1共析钢、3.3.2亚共析钢、3.3.3过共析钢、3.3.4共晶白口铁、3 . 3 . 3 . 4亚共析钢的组织由铁素体和珠光体组成，并且随着碳含量的增加。显微组织中珠光体含量增加，强度和硬度增加，塑性和韧性下降。2.过共析钢的显微组织由珠光体和网状次生渗碳体组成。随着钢中碳含量的增加，显微组织中珠光体的数量减少，而网状二次渗碳体的数量相对增加。由于强度和硬度的增加，塑性和韧性值降低。然而，当钢中的碳化钨为Wc0.9时，二次渗碳体将沿晶界形成完整的网状。此时，虽然硬度继续增加，但钢的强度将迅速降低，因为网状二次渗碳体会分裂基体。塑性和韧性随着碳含量的增加而降低。碳含量对机械性能的影响。

7、22、3.5铁碳相图在工业中的应用。1.在选材中的应用：根据零件的不同性能要求合理选择材料。2.在铸造生产中的应用：钢的浇注温度可以通过参考铁-碳相图来确定，铁-碳相图通常高于液相线5060。纯铁和共晶白口铸铁的铸造性能最好。3.在锻造生产中的应用：锻造温度控制在单相奥氏体区。4.在热处理生产中的应用：根据铁碳相图确定热处理过程的加热温度。第4章金属和合金的塑性变形和再结晶4.2塑性变形对金属组织和性能的影响4.3金属和合金的恢复和再结晶4.4金属的热加工，金属和合金的塑性变形和再结晶26，金属和合金的塑性变形，金属和三个阶段：e:弹性变形阶段sb:(均匀)塑性变形阶段b:非均匀塑性变形阶段(

8、断裂阶段)，27， 力学性能指标：E弹性极限S屈服极限B强度极限，断裂模式：根据塑性变形阶段的长度：脆性断裂，韧性断裂根据断裂路径：沿晶断裂，穿晶断裂，28，单晶金属的塑性变形，1)单晶的塑性变形主要是通过滑动实现的，29，(1)滑动的概念，原子面在剪切应力下相对位移一个原子距离，30，(2)滑移线和滑带留下的痕迹， (3)滑移面数与滑移系滑移方向数的乘积：晶体滑移总是沿着晶面和原子排列最密集的方向进行。不同晶体结构中排列最密集的晶面和取向是不同的： BCC: (110)滑移系数6212fcc3360是(111) 4312 HCP: (0001) 133滑移系统越多，晶体越容易变形。滑动方向越

9、多，就越容易变形。(4)当滑动面上的剪切应力足够大时，临界剪切应力外力会滑动=fcos/(a/cos)=(f/a)cos cos=cos cos只有在即将发生滑动时才会滑动。(5)晶体旋转时的滑移，32、(6)滑移是由位错运动引起的，33、孪晶，在剪切应力的作用下，孪晶在黄铜中塑性变形，34、多晶，1)与单晶塑性变形的异同：它们主要依靠滑移的差异：有差异；它需要相互协调。2)塑性变形过程：软取向晶粒先滑移，位错塞在晶界，导致应力集中。相邻晶粒的滑移系统越多，塑性变形越好。3)晶粒细化：强度和塑性韧性，35、晶界原子排列不规则，阻碍位错运动，增加形位阻力。晶界小，抗变形能力大，强度高，硬度大(细

10、晶强化)，晶粒变形和弥散小，应力集中时塑性小，延性晶粒尺寸与屈服强度的关系：s=1 kyd(-1/2)_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _霍尔匹配公式，36、合金的塑性变形，1)单相固溶体合金：类似于纯金属，固溶强化，2层合；粒状37合金1的塑性变形。单相固溶体的塑性变形：溶质原子溶解引起晶格畸变，导致固相容量增强。两相合金的塑性变形：1)脆性相在塑性相界面上的分布导致合金的强度和塑性降低；(网状次生渗碳体)2)脆性相以层状分布在塑性相基体上，导致合金强化(珠光体)；3)脆性相以颗粒形式分散在塑性相基体上，导致合金强化。38、4.2塑性变形对金属组织和性能的影响，对组织结构的

11、影响，1)微观结构：晶粒变形如图所示(可能出现各向异性)，39、2)亚结构：位错密度增加，位错胞形成(加工硬化)，变形织构(可能出现各向异性)，40、右微观内应力；晶格畸变能3)残余内应力对性能的影响：一般有害：变形、开裂、应力腐蚀有利方面：畸变能强度、表面残余压应力接触疲劳寿命，41、对性能的影响，1)加工硬化：有利方面：强化手段；提高塑性成形性(冷拉)；提高安全性的缺点：使进一步加工变得困难(很大的阻力和开裂)；2)各向异性：优点和缺点；3)物理和化学性质：抗力增加，抗腐蚀性降低；42.金属和合金的回收和再结晶；加热时变形金属的结构转变：43.恢复；1)特征：低温，不变的光学显微结构和亚结

12、构三个阶段2)性质：力学变化不明显(强度和硬度降低到高温回复阶段，但并不大)，内应力部分消除，电导率增加，44，再结晶，1)特征：温度高于回复(纯金属：TR0.4Tm)，再成核生长，无畸变的新晶粒完全取代旧晶粒2)性质：强度和硬度显著降低，塑性和韧性提高3)结晶驱动力：塑性变形储存的能量4)再结晶温度：取决于材料、合金成分、变形程度、加热速度等。45、晶粒长大，机理：界面能量减少是驱动力类型：均匀生长和异常生长(二次再结晶)性能：强度和硬度进一步降低，塑性韧性提高，但如果严重粗化，控制会降低：通过控制变形程度、温度和时间防止过度生长；47、恢复退火和再结晶退火；1)温度2)目的3)控制再结晶退

13、火晶粒尺寸；加热温度和保温时间；冷变形程度。一般：变形程度的变形不能细化太多或太小，48，金属的热加工，热加工的概念1)定义：再结晶温度是热加工和冷加工的分界点，热加工是指在再结晶温度以上的变形过程，注意冷热的概念：W:1000，Sn:20 2)现象：硬化和软化同时存在，动态硬化和动态软化，热加工消除了因再结晶而导致的加工硬化。3)应用，49，以及热加工对金属结构和性能的影响。1)改善铸态组织和力学性能：焊接气孔和气孔；破碎柱状晶体和粗碳化物；细晶粒2)可能出现纤维结构：夹杂物、第二相和偏析沿变形方向拉长分布，有利有弊。3)可能出现带状组织，50、热处理金属的晶粒组织控制，1)温度范围：初锻：

14、固相线以下100-200:终锻：0.6Tm以上，2)变形量3)锻造后冷却，51、第5章钢的热处理，52、热处理概念5.1钢在加热过程中的转变5.2钢在冷却过程中的转变5.3钢的普通热处理5.4钢的表面热处理5.5钢的化学热处理，钢的热处理，53、一个过程，54，5.1钢在加热过程中的转变，临界温度平衡：A1，A3，Acm加热；Ac1、Ac3、Accm冷却：Ar1、Ar3、Arcm、55、1奥氏体形成、Fe、C原子扩散和晶格变化过程。当共析钢被加热到Ac1以上时，共析钢中的Fe3 C在-相变过程中发生形核、长大、完全溶解和碳的均匀化。钢的亚(过)分析，首先是共析氟或Fe3C溶解。56、影响A转变速度的因素、加热温度和速度变化快、C%或Fe3 C板间距界面、形核变化快、合金元素A转变速度或、A晶粒尺寸：初始晶粒尺寸、实际晶粒尺寸、固有晶粒尺寸、加热温度、保温时间、晶粒尺寸、合金碳化物、C%晶粒尺寸、57、5.2钢在冷却过程中的转变：1过冷的等温转变A 2过冷的连续冷却A .等温转变曲线(TTT或C曲线)， 共析钢的c曲线，高温转变，A1 550过冷a p型组织的中温转变，550 MS过冷a贝氏体(b)的低温转变，MS Mf过冷a马氏体(M)、59