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金属材料及热处理

金属材料及热处理. 第一章 金属材料的力学性能. 第 1 节 金属材料的力学性能. 金属材料的机械性能 ( 力学性能 ) ——— 金属抵抗外力而引起的变形和断裂的能力 1.1 强度和塑性 强度 —— 金属材料在静载荷的作用下抵抗永久变形和断裂的能力（ σ ） 塑性 —— 金属材料在静载荷的作用下产生塑性变形而不破坏的能力（ δ 、 Ψ ） 1. 屈服强度 () （用拉伸法测试） 一、拉伸曲线 二、刚度、弹性 —— 材料抵抗弹性变形的 能力称为刚度. (1) 屈服强度 ( σ S ) (2) 抗拉强度 ( σ b ).

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Presentation Transcript

  1. 金属材料及热处理

  2. 第一章金属材料的力学性能

  3. 第1节 金属材料的力学性能 金属材料的机械性能(力学性能)———金属抵抗外力而引起的变形和断裂的能力 1.1 强度和塑性 强度——金属材料在静载荷的作用下抵抗永久变形和断裂的能力（ σ） 塑性——金属材料在静载荷的作用下产生塑性变形而不破坏的能力（δ、 Ψ） 1.屈服强度() （用拉伸法测试） 一、拉伸曲线 二、刚度、弹性——材料抵抗弹性变形的 能力称为刚度

  4. (1)屈服强度(σS)(2)抗拉强度(σb) 加载荷 弹性变形 屈服 塑性变型形 断裂 σS==Fs/S0 σb==Fb/S0

  5. (3)伸长率(δ)δ=Lk－L0/L0 ×100 ％ ( 4 )断面收缩率(Ψ) Ψ =S0－Sk/s0 ×100 ％

  6. 1.2 硬度------金属材料抵抗其他物体压入其表面的能力 布氏硬度-----HBS(适用测量硬度值小于450的材料) -----HBW(适用测量硬度值小于650的材料) 洛氏硬度------HR(A,B,C) P.8 表1.1 维氏硬度------HV(极薄层的硬度)

  7. 1.3 冲击韧度——金属材料在快速冲击载荷作用下抵抗破坏的能力（aK）

  8. 1.4 疲劳强度（σ-1）------材料经 无数次交变载荷而不断裂的最大应力值 疲劳失效过程——零件（齿轮、轴等）在工作时受到大小方向周期性变动载荷作用下（交变或重复应力）,产生疲劳裂纹→裂纹扩展→瞬时断裂 材料产生疲劳断裂的原因——P.11

  9. 第2节 金属的晶体构造和结晶 2.1 金属的晶体结构 金属中常见的晶格类型------ （体心、面心和密排六方） 1.体心立方晶格 如:α-Fe铁,铬(Cr),钼(Mo), 钨(W),钒(V)等 2.面心立方晶格 如:γ-Fe铁,铝(Al),铜(Cu), 镍(Ni),铅(Pb)等 3.密排六方晶格 如:镁(Mg),锌(Zn),

  10. 常用金属的晶体结构 1、体心立方晶格： (BCC; Body-Centered Cubic) 2、面心立方格： (FCC; Face-Centered Cubic) 3、密排六方格： (HCP; Hexagonal Close-packed)

  11. 原子排列及晶格、晶胞

  12. 实际金属的晶体结构 (1)多晶体——单晶体(各向异性)和多晶体 (各向同性) (2)晶体的缺陷 a.点缺陷——空位、间隙 b. 线缺陷——位错 c.面缺陷——晶界、亚晶界

  13. 2.2 金属的结晶过程及同素异构转变 结晶——原子从液态无序排列到固态的有序列 排列 (1)金属的冷却曲线和过冷现象(图2.7) (2)金属 的结晶过程——形核、长大(图2.8) (3)金属结晶后的晶粒大小 (4)细化晶粒的方法(增加过冷度,变质处理,振动） (5)金属的同素异构转变——金属在固态下，晶格随温度变化而发生变化. 图2.11:体心立方→面心立方→体心立方

  14. 2.3 合金的晶体结构和相图 1,合金------二个或二个以上的金属元素 熔合在一起(Fe+C=铁碳合金,Cu+Zn=黄铜) 2,组元------组成合金的独立单元 (Fe, Cu, C, Fe3C) 3,合金系--------(铁碳合金,铝硅合金等) 4,相-------结构相同,化学成分相同(液相,固相等) 5,组织-------反映相的大小,形态及分布情况.在显微镜下能观察到的金属的微观形态和面貌.又称金相组织.

  15. 合金中的常见相(组织)结构 • 固溶体-----(置换,间隙2种)图2.12 2.13 • 金属化合物-----新的复杂晶格,硬,脆 • 机械混合物------保持各自原有的晶格类型

  16. 二元匀晶相图

  17. 作业: P.19 1, 2,4,7,8,

  18. 第3节 铁碳合金相图 碳钢——Fe+C 2个基本组元 合金钢——Fe+C +其它元素，如 （Cr、Ni、Mn、Mo）等金属元素 3.1 铁碳合金中的基本组织 (1)铁素体（F）——碳溶于α-Fe中的间隙固溶体，体心立方晶格(照片) (2)奥氏体（A）——碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，面心立方晶格(910℃以上)

  19. (3)渗碳体（Fe3C）——复杂晶格的金属 化合物 (4)珠光体(P) ——Fe+Fe3C的机械混合物 (5)莱氏体(L´d) ——Fe3C+P的机械混合物

  20. 3.2 铁—渗碳体相图(P.26) 1, 特性点(表3.1) 2, 特性线 ES(Acm) ------奥氏体(A)→渗碳体(Fe3C) GS(A3) --------奥氏体(A →铁素体(F) PSK(A1)---------奥氏体(A)→珠光体(P) 3, 特性区(12个) 4, 3条垂直线(虚线) S--------共析点 产生珠光体(P) C-------- 共晶点 产生莱氏体 (L´d)

  21. 典型铁碳合金的结晶过程 1, 共析钢（Ⅰ）冷却曲线（P） 2, 亚共析钢（ Ⅱ ）冷却曲线（F+P） 3, 过共析钢（ Ⅲ ）冷却曲线（P+Fe3C Ⅱ ） 4, 共晶白口铁（Ⅰ）冷却曲线（Ld） 5, 亚共晶白口铁（ Ⅱ ）冷却曲线 （ P+Fe3C Ⅱ + L´d） 6, 过共晶白口铁（ Ⅲ ）冷却曲线 （Fe3C Ⅰ + L´d）

  22. 3.3含碳量对铁碳合金组织与性能的影响 1,含碳量对铁碳合金组织的影响 2,含碳量与力学性能间的影响(图3.10) 3.4 铁碳相图的在生产中应用 1,选材 2,铸造 3,锻造 4,热处理 作业:P.26 1, 2,3

  23. 铁碳合金成分、组织、性能关系

  24. 连接到第二章金属的性能，牌号及用途

  25. 第二章 金属材料牌号,性能,用途 • 常存元素对钢性能的影响 在冶炼过程中带入的（Si、Mn、S、P） 1, Mn的影响——有益，WMn<1%，影响不大 2, Si的影响——有益，WSi<0.5%，影响不大 3, S的影响——以FeS形式存在 不利：FeS塑性差；FeS+Fe共晶体，低熔点985℃，分布在晶界上，1200 ℃时沿晶界融化，形成热脆。 有利：形成MnS，起断屑作用 4, P的影响——σb、HRC↑，δ、AK明显↓ 特别在低温下，形成材料的冷脆

  26. 第1节 非合金钢(碳钢) 1.非合金钢(碳钢)的分类 ▲含碳量--------低碳钢(C＜0.25%) 中碳钢(0.25% ≤C ≤0.6%) 高碳钢(C ＞ 0.6%) ▲质量-------普通钢,优质钢,高级优质钢 ▲用途--------结构钢,工具钢等

  27. 2.非合金钢(碳钢)的牌号,性能和用途 • 表5.1(普通碳素结构钢) • 表5.2(优质碳素结构钢) • 表5.3(碳素工具钢) • 铸钢ZG230-450

  28. 第2节 低合金钢,合金钢 • 合金钢=碳钢+合金元素 • 合金元素在钢中的作用— • 改变组织,提高性能

  29. 1.合金元素对钢中基本相的影响 (1)形成合金铁素体（固溶强化） (2)形成合金碳化物（弥散强化） ⒈ 合金渗碳体（Fe3C、Mn3C等） ⒉ 特殊碳化物（WC、VC、TiC等） 图5.1 5.2

  30. (3)细化晶粒(特殊碳化物阻碍A晶粒长大) (4)增加淬透性(图5.3)C曲线向右移动 (5)提高红硬性-----材料在高温下还保持 高硬度 的能力 a.回火稳定性提高 b.二次硬化现象(图5.4) (6)增加了残余A的量(图5.5)

  31. 2.合金结构钢的种类及特点 1,低合金高强度结构钢(C≤0.2%,Me ≤03%) 表5.4 2,合金结构钢(数字+元素符号+数字)P.55 (1)合金渗碳钢(C≈0.2%) P.55 (2)合金调质钢(C≈0.4%) P.55 3,合金弹簧钢(C≈0.6%) P.55 4,滚动轴承钢(C≈1%, Cr=0.5~1.5%) P.56

  32. 第3节 合金工具钢(刃具钢,模具钢,量具钢) (1)刃具钢 ▲低合金工具钢(9SiCr,Cr2,9Mn2V,CrWMn) 含量特点: 碳素工具钢+5%合金元素 热处理特点:锻造→退火→机械加工→淬火→低温回火→ ▲高速钢(W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2) 含量特点: 碳素工具钢+大于10%合金元素 热处理特点:P.57图5.6

  33. (2) 模具钢 ▲冷作模具钢(Cr12, Cr12MoV) 含量特点: C=1.4~2.3%, Cr=11~13% 热处理特点: 高温淬火+低温回火 使用要求:高硬度,高耐磨,好的强度及韧性 ▲热作模具钢(5CrMoMn,5CrNiMo) 含量特点: C=0.5%+合金元素, 热处理特点: 淬火+中温回火 使用要求:在高温下具有强度及韧性,耐磨性和热疲劳抗力及较好的导热性

  34. (3)量具钢 (T10A,T12A, 9SiCr,CrWMn,GCr15) 含量特点: C=1%+合金元素 热处理特点: 淬火+冷处理+ 低温回火+时效(30h) 使用要求: 高耐磨,高耐磨,高精度,尺寸稳定性

  35. 4.特殊性能钢 (1) F不锈钢(Cr13,Cr17)-----耐热,耐腐蚀 含量:C＜0.15%,Cr=12~13% (2)M不锈钢(1Cr13~4Cr13)-------力学性能好及一定的耐腐蚀性,可热处理强化 含量:C＜0.1~0.4%,Cr=12~14%, (3)A不锈钢(18-8)-----更好的耐腐蚀性和高温抗氧化性,可冷变形强化 含量:Cr=17~19%,Ni=8~10% (4)高Mn钢 (ZGMn13-1,2,3.4)------P.59

  36. 5. 工程塑料 • 塑料------以合成树脂为主要成分的高分子有机化合物 • 1,特性P.66 • 2,分类------通用塑料、工程塑料、高温塑料, 热塑性及热固性塑料 • 3,应用--- (表6.1)

  37. 第三章 常用模具材料及热处理要求

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