先进材料成形技术及理论.ppt

1、先进材料成形技术及理论,刘 芳 ,课 程 简 介,一、课程性质：专业和专业前沿 二、主要内容： 金属材料及热处理； 铸造成型技术； 压力加工成型技术； 焊接成型技术； 粉末冶金及其成型； 高分子材料及其成型； 工业陶瓷及其成型； 复合材料及其成型； 快速成型技术简介； 成型材料与方法选择,课 程 简 介,三、教材 1、指定用书 1材料成型工艺基础，刘建华，西安电子科技大学出版社，2007. 2、参考书 1材料成形技术，毛萍莉，机械工业出版社，2007 2金属材料成形与加工，毛卫民，清华大学出版社，2008 3先进材料成形技术及理论，樊自田，化学工业出版社，2006 四、考核方式,重要的线：固相

2、线;液相线; 包晶反应线; 共晶反应线; 共析反应线（A1）; A3; Acm,相：L :液相;:高温铁素体; (F):铁素体; (A):奥氏体; Fe3C:渗碳体,组元：Fe，Fe3C,1.3 铁碳平衡相图,1.3 铁碳相图,铁碳平衡相图,工业纯铁的平衡结晶过程,组织组成物：F，（Fe3C）,工业纯铁的室温平衡结晶组织,共析钢的平衡结晶过程,组织组成物：P,组成相：F，Fe3C,共析钢的室温平衡结晶组织,层片状P：窄条Fe3C，宽条F,亚共析钢的平衡结晶过程,组织组成物：F，P,组成相：F，Fe3C,亚共析钢的室温平衡结晶组织,白色块状的F，层片状的P（黑色块状）；白色网状F包围P,过共析钢

3、的平衡结晶过程,组织组成物：Fe3C，P,组成相：F，Fe3C,网状Fe3C分布在层片状P周围,过共析钢的室温平衡结晶组织,共晶白口铸铁的平衡结晶过程,组织组成物：Le（P+Fe3CFe3C）,共晶白口铸铁的室温平衡结晶组织,白色的Fe3C基体上分布着黑色条状或粒状的P,亚共晶白口铸铁的平衡结晶过程,组织组成物：P+ Fe3C +Le（P+Fe3CFe3C）,亚共晶白口铸铁的室温平衡结晶组织,Fe3C分布在粗大块状的P的周围； Fe3C基体上分布着条状或粒状的P,过共晶白口铸铁的平衡结晶过程,组织组成物：Fe3C +Le（P+Fe3CFe3C）,过共晶白口铸铁的室温平衡结晶组织,长条状Fe3C

4、分布在Le上,1.4 金属材料热处理,定义：将金属或合金在固态范围内采用适当的方式进行加热、保温盒冷却，以改变其组织，从而获得所需要性能的一种工艺方法。,1.4.1 钢在加热时的组织转变,奥氏体形核 奥氏体长大 剩余渗碳体的溶解 奥氏体成分均匀化,1.4.2 钢在冷却时的组织转变,1.4.2 钢在冷却时的组织转变,1、等温冷却,过冷奥氏体等温转变曲线 (TTT曲线、C曲线） 孕育期：鼻子处最短,共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线,1.4.2 钢在冷却时的组织转变,（1）珠光体转变高温转变A1550扩散型转变层片状（P，S，T）片间距越小，综合性能越好（2）贝氏体转变中温转变550Ms；半扩散型转变

5、，上贝氏体（上B）：羽毛状；性能差；550350 ；下贝氏体（下B)：350 MS ；黑色针状；综合性能好,1.4.2 钢在冷却时的组织转变,（3）马氏体转变低温转变 Ms-Mf 无扩散型转变；晶格重组；C过饱和，晶格畸变，固溶强化 无孕育期 在一定温度范围内进行。转变量只取决于转变温度，而与保温时间无关 残留奥氏体；与含碳量有关 体积膨胀，内应力,1.4.2 钢在冷却时的组织转变,亚共析钢、过共析钢等温转变曲线,1.4.2 钢在冷却时的组织转变,2、连续冷却,（1）共析钢的连续冷却 CCT曲线 临界冷却速度 无贝氏体转变,亚共析钢、过共析钢的连续冷却转变,1.4.3 钢的热处理工艺,热处理,

6、1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理,1.退火 加热到适当的温度，保温一定时间后，随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺,AC3以上2030 ，保温，炉冷 细化晶粒、均匀组织、降低硬度、改善切削加工性能 亚共析钢,（1）完全退火,（2）等温退火,AC3以上，保温，急冷至珠光体区， 等温转变，缓冷,1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理,（3）球化退火,使碳化物球化，获得粒状珠光体 加热略高于AC1，保温较长时间，炉冷至600度后空冷 共析钢、过共析钢、合金工具钢 降低硬度、改善切削加工性能，为淬火作准备,（4）扩散退火,熔点以下100200 ，保温1015h，缓冷 均匀组织 完全退火

7、代替,（5）去应力退火,低于AC1（500650 ），保温（与工件的截面尺寸有关），炉冷 消除残余应力,1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理,1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理,2. 正火,AC3和ACcm以上3050，保温，空冷 亚共析钢：F+S；共析钢：S；过共析钢SFe3C 用途： （1）最终热处理：细化晶粒、均匀组织，提高强度、硬度和韧性 （2）预先热处理 （3）改善切削加工性能（低碳钢）,1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理,3.淬火：加热、保温、急冷,淬火温度： 亚共析钢：AC3以上3050；提高硬度 共析钢、过共析钢：AC1以上3050 ；提高硬度和强度；改善马氏体形态，

8、降低脆性；减少残余奥氏体,1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理,4. 回火,将钢加热到AC1以下某一温度，保温一定时间，冷却到室温 目的 a. 消除淬火应力，降低脆性 b. 稳定工件尺寸（M、残余A不稳定） c. 获得要求的强度、硬度、塑性、韧性,1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理,（1）低温回火,温度：150-250 组织：回火M残余奥氏体 作用： （a）降低应力、提高韧性 （b）保持高硬度、耐磨性 用途：刀具、模具、滚动轴承、渗碳件、表面淬火件,1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理,（2）中温回火,温度：350-500 组织：回火T 作用： （a）较高的强度、硬度，良好的塑性和韧性 （b）高的弹性极限 用途：弹簧、热锻模具,（3）高温回火,温度：500-650 组织：回火S 作用：优良的综合机械性能 调质处理：淬火高温回火 用途：冲击和交变载荷,1.4.3 钢的热处理工艺-表面热处理,仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺