工程材料總復(fù)習(xí)課件

使用性能工藝性能純金屬合金工業(yè)用鋼鑄鐵結(jié)晶塑性變形熱處理使用性能工藝性能純金屬合金工業(yè)用鋼鑄鐵結(jié)晶塑性變形熱處理1一、性能㈠使用性能1、力學(xué)性能⑴剛度：材料抵抗彈性變形的能力。指標為彈性模量：E=/⑵強度：材料抵抗變形和破壞的能力。指標：抗拉強度b—材料斷裂前承受的最大應(yīng)力。屈服強度s—材料產(chǎn)生微量塑性變形時的應(yīng)力。一、性能㈠使用性能2條件屈服強度0.2—殘余塑變?yōu)?.2%時的應(yīng)力。疲勞強度-1—無數(shù)次交變應(yīng)力作用下不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力。⑶塑性：材料斷裂前承受最大塑性變形的能力。指標為、。⑷硬度：材料抵抗局部塑性變形的能力。指標為HB、HRC。條件屈服強度0.2—殘余塑變?yōu)?.2%時的應(yīng)力。3⑸沖擊韌性：材料抵抗沖擊破壞的能力。指標為αk.材料的使用溫度應(yīng)在冷脆轉(zhuǎn)變溫度以上。⑹斷裂韌性：材料抵抗內(nèi)部裂紋擴展的能力。指標為K1C。2、化學(xué)性能⑴耐蝕性：材料在介質(zhì)中抵抗腐蝕的能力。⑵抗氧化性：材料在高溫下抵抗氧化作用的能力。3、耐磨性：材料抵抗磨損的能力。⑸沖擊韌性：材料抵抗沖擊破壞的能力。指標為αk.材料的使用4㈡工藝性能1、鑄造性能：液態(tài)金屬的流動性、填充性、收縮率、偏析傾向。2、鍛造性能：成型性與變形抗力。3、切削性能：對刀具的磨損、斷屑能力及導(dǎo)熱性。4、焊接性能：產(chǎn)生焊接缺陷的傾向。5、熱處理性能：淬透性、回火穩(wěn)定性、二次硬化、回火脆性。㈡工藝性能5二、晶體結(jié)構(gòu)㈠純金屬的晶體結(jié)構(gòu)1、理想金屬⑴

晶體：原子呈規(guī)則排列的固體。

晶格：表示原子排列規(guī)律的空間格架。

晶胞：晶格中代表原子排列規(guī)律的最小幾何單元。

二、晶體結(jié)構(gòu)㈠純金屬的晶體結(jié)構(gòu)6⑵三種常見純金屬的晶體結(jié)構(gòu)Mg、Zn-Fe、Ni、Al-Fe、Cr、W常見金屬31212滑移系底面對角×3<110>×3<111>×2滑移方向六方底面×1{111}×4{110}×6滑移面0.740.740.68致密度12128配位數(shù)642原子個數(shù)原子半徑a、caa晶格常數(shù)密排六方面心立方體心立方⑵三種常見純金屬的晶體結(jié)構(gòu)Mg、Zn-Fe、Ni、Al72、實際金屬

⑴多晶體結(jié)構(gòu)：由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。

晶粒：組成金屬的方位不同、外形不規(guī)則的小晶體.

晶界：晶粒之間的交界面。⑵晶體缺陷—晶格不完整的部位①點缺陷

空位：晶格中的空結(jié)點。

間隙原子：擠進晶格間隙中的原子。

置換原子：取代原來原子位置的外來原子。2、實際金屬⑴多晶體結(jié)構(gòu)：由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。8②線缺陷——位錯晶格中一部分晶體相對另一部分晶體沿某一晶面發(fā)生局部滑移,滑移面上滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交接線.③面缺陷——晶界和亞晶界

亞晶粒：組成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶塊。亞晶界：亞晶粒之間的交界面。④晶界的特點：原子排列不規(guī)則；阻礙位錯運動；熔點低；耐蝕性低；產(chǎn)生內(nèi)吸附；是相變的優(yōu)先形核部位。②線缺陷——位錯9金屬的晶粒越細，晶界總面積越大，位錯障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，使得金屬塑性變形的抗力越高。晶粒越細，單位體積內(nèi)同時參與變形的晶粒數(shù)目越多,變形越均勻，在斷裂前將發(fā)生較大塑性變形。強度和塑性同時增加，在斷裂前消耗的功大，因而韌性也好.細晶強化：通過細化晶粒來提高強度、硬度和塑性、韌性的方法。金屬的晶粒越細，晶界總面積越大，位錯障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有10㈡合金的晶體結(jié)構(gòu)合金：由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。如碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色合金。相：金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其他部分有界面分開的均勻組成部分。1、固溶體：與組成元素之一的晶體結(jié)構(gòu)相同的固相。⑴置換固溶體：溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格結(jié)點位置形成的固溶體。多為金屬元素之間形成的固溶體。

㈡合金的晶體結(jié)構(gòu)11⑵間隙固溶體：溶質(zhì)原子處于溶劑晶格間隙所形成的固溶體。為過渡族金屬元素與小原子半徑非金屬元素組成。鐵素體：碳在

-Fe中的固溶體。奧氏體：碳在

-Fe中的固溶體。馬氏體：碳在

-Fe中的過飽和固溶體。固溶強化：隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。⑵間隙固溶體：溶質(zhì)原子處于溶劑晶格間隙所形成的固溶體。12馬氏體的硬度主要取決于其含碳量，并隨含碳量增加而提高。

⑵金屬化合物：與組成元素晶體結(jié)構(gòu)均不相同的固相.①正常價化合物如Mg2Si②電子化合物如Cu3Sn③間隙化合物：由過渡族元素與C、N、H、B等小原子半徑的非金屬元素組成。分為結(jié)構(gòu)簡單的間隙相和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量，并隨含碳量增加而提高。13強碳化物形成元素：Ti、Nb、V如TiC、VC中碳化物形成元素：W、Mo、Cr如Cr23C6弱碳化物形成元素：Mn、Fe如Fe3C⑶性能比較：強度：固溶體純金屬

硬度：化合物

固溶體純金屬塑性：化合物

固溶體純金屬強碳化物形成元素：Ti、Nb、V如TiC、VC14⑷金屬化合物形態(tài)對性能的影響①基體、晶界網(wǎng)狀：強韌性低②晶內(nèi)片狀：強硬度提高，塑韌性降低③顆粒狀：彌散強化：第二相顆粒越細，數(shù)量越多，分布越均勻,合金的強度、硬度越高，塑韌性略有下降的現(xiàn)象。⑸固溶體與化合物的區(qū)別：①結(jié)構(gòu)；②性能；③表達方式⑷金屬化合物形態(tài)對性能的影響15

合金元素在鋼中的作用1、強化鐵素體；2、形成化合物——第二相強化3、擴大（C,Mn,Ni,Co）或縮?。–r,Si,W,Mo）A相區(qū)4、使S、E點左移5、影響A化6、溶于A(除Co外),使C曲線右移,Vk減小,淬透性提高.7、除Co、Al外，使Ms、Mf點下降。合金元素在鋼中的作用1、強化鐵素體；168、提高回火穩(wěn)定性（淬火鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力）9、產(chǎn)生二次硬化(含高W、Mo、Cr、V鋼淬火后回火時，由于析出細小彌散的特殊碳化物及回火冷卻時A’轉(zhuǎn)變?yōu)镸回，使硬度不僅不下降，反而升高的現(xiàn)象)10、防止第二類回火脆性：W、Mo(回火脆性：淬火鋼在某些溫度范圍內(nèi)回火時，出現(xiàn)的沖擊韌性下降的現(xiàn)象。)8、提高回火穩(wěn)定性（淬火鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力）17三、組織㈠純金屬的組織1、結(jié)晶：金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的過程⑴結(jié)晶的條件——過冷：在理論結(jié)晶溫度以下發(fā)生結(jié)晶的現(xiàn)象。過冷度：理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度的差。⑵結(jié)晶的基本過程——晶核形成與晶核長大形核——自發(fā)形核與非自發(fā)形核長大——平面長大與樹枝狀長大三、組織㈠純金屬的組織18⑶結(jié)晶晶粒度控制方法：①增加過冷度；②變質(zhì)處理；③機械振動、攪拌2、純金屬中的固態(tài)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：物質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度而發(fā)生變化的現(xiàn)象。固態(tài)轉(zhuǎn)變的特點：①形核部位特殊；②過冷傾向大;③伴隨著體積變化。1394℃

912℃

鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：

-Fe?

-Fe?

-Fe⑶結(jié)晶晶粒度控制方法：①增加過冷度；②變質(zhì)處理；③機械振動193、再結(jié)晶⑴再結(jié)晶條件：冷塑性變形⑵加熱時的變化：回復(fù)→再結(jié)晶→晶粒長大再結(jié)晶：冷變形組織在加熱時重新徹底改組的過程。

⑶再結(jié)晶溫度：發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度。純金屬的最低再結(jié)晶溫度T再0.4T熔⑷影響再結(jié)晶晶粒度的因素：①加熱溫度和時間；②預(yù)先變形程度3、再結(jié)晶204、塑性變形：金屬塑性變形方式：滑移和孿生⑴滑移的特點：①只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生；②沿密排面和密排方向發(fā)生；③位移量是原子間距整數(shù)倍；④伴隨著轉(zhuǎn)動滑移的機理：通過位錯運動實現(xiàn)。4、塑性變形：21孿生特點：①孿生使晶格位向發(fā)生改變；②所需切應(yīng)力比滑移大得多，變形速度極快，接近于聲速；③孿生時相鄰原子面的相對位移量小于一個原子間距。⑵冷熱加工：以再結(jié)晶溫度劃分①冷加工組織：晶粒被拉長壓扁、亞結(jié)構(gòu)細化?？棙?gòu)：變形量大時，大部分晶粒的某一位向與外力趨于一致的現(xiàn)象。孿生特點：22加工硬化：

隨冷塑性變形量增加，金屬的強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。冷加工使內(nèi)應(yīng)力增加，耐蝕性下降，提高。②熱加工：形成纖維組織、帶狀組織纖維組織使熱加工金屬產(chǎn)生各向異性，加工零件時應(yīng)考慮使流線方向與拉應(yīng)力方向一致。加工硬化：隨冷塑性變形量增加，金屬的強度、硬度提高，塑性、23㈡合金的組織1、相圖勻晶L共晶L+共析+枝晶偏析：在一個枝晶范圍內(nèi)或一個晶粒范圍內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象。2、合金中的固態(tài)相變⑴固溶體轉(zhuǎn)變：AF⑵共析轉(zhuǎn)變：AP(F+Fe3C)⑶二次析出：AFe3CⅡ㈡合金的組織1、相圖24⑷奧氏體化⑸過冷奧氏體轉(zhuǎn)變⑹固溶處理+時效：固溶處理是指將合金加熱到固溶線以上，保溫并淬火后獲得過飽和的單相固溶體組織的處理。時效是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強化相的熱處理。

⑷奧氏體化253、鐵碳合金相圖

點：符號、成分、溫度萊氏體Le(A+Fe3C)

Le’(P+Fe3C)珠光體P(F+Fe3C)復(fù)相組織組成物：組織組成物標注相區(qū)標注線：液固相線、水平線、固溶線、固溶體轉(zhuǎn)變線D1227℃G912℃PSK727℃ECF1148℃3、鐵碳合金相圖點：符號、成分、溫度萊氏體Le(A+Fe26Fe-Fe3C

相圖ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+A4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe

Fe3C

T°LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FP0.77%CLd’K(P+Fe3C)P+Ld’+Fe3CⅡLd’+Fe3CⅠP+FP+Fe3CⅡ(F+Fe3C)A+Fe3CⅡL+Fe3CⅠ(A+Fe3C)Fe-Fe3C相圖ACDEFGSPQ1148℃727℃271.碳鋼的結(jié)晶過程分析1）共析鋼（T8鋼）1點以上L1～2L＋A2～3A

3點A→P3點以下P典型鐵碳合金的結(jié)晶過程及組織1.碳鋼的結(jié)晶過程分析1）共析鋼（T8鋼）典型鐵碳合金的結(jié)晶28四、鋼的熱處理㈠熱處理原理1、加熱時的轉(zhuǎn)變奧氏體化步驟：A形核；A晶核長大；殘余滲碳體溶解；A成分均勻化。奧氏體化后的晶粒度：初始晶粒度：奧氏體化剛結(jié)束時的晶粒度。實際晶粒度：給定溫度下奧氏體的晶粒度。本質(zhì)晶粒度：加熱時奧氏體晶粒的長大傾向。

四、鋼的熱處理㈠熱處理原理292、冷卻時的轉(zhuǎn)變⑴等溫轉(zhuǎn)變曲線及產(chǎn)物

650℃600℃550℃350℃A1MSMf時間PSTB上B下MM+A’A→PA→SA→TA→B上A→B下A→M過冷A過冷A過冷A過冷A過冷A2、冷卻時的轉(zhuǎn)變⑴等溫轉(zhuǎn)變曲線及產(chǎn)物650℃600℃5530⑵用C曲線定性說明連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物

根據(jù)與C曲線交點位置判斷轉(zhuǎn)變產(chǎn)物

P均勻A細AA1MSMf時間等溫退火PP退火(爐冷)正火(空冷)S淬火(油冷)T+M+A’等溫淬火B(yǎng)下M+A’分級淬火M+A’淬火(水冷)M回150-250℃T回350-500℃S回500-650℃????PT+S回ST+B下+M+A’⑵用C曲線定性說明連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物根據(jù)與C曲線交點位置判313、回火時的轉(zhuǎn)變碳鋼：馬氏體的分解；殘余奧氏體分解；

-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C；Fe3C聚集長大和鐵素體多邊形化。W18Cr4V鋼：560℃三次回火。析出W、Mo、V的碳化物，產(chǎn)生二次硬化。