1、幻灯片 1 机械工程材料机械工程材料 总 复 习幻灯片 2结晶塑性变形热处理工业用钢使用性能纯金属铸铁工艺性能有色金属及其合金合金幻灯片 3一、性能一、性能 使用性能 1、力学性能 刚度：材料抵抗弹性变形的能力。 指标为弹性模量：E=/ 强度：材料抵抗变形和破坏的能力。指标： 抗拉强度 b材料断裂前承受的最大应力。 屈服强度 s材料产生微量塑性变形时的应力。幻灯片 4 条件屈服强度 0.2残余塑变为 0.2%时的应力。 疲劳强度 -1无数次交变应力作用下不发生破坏的最大应力。 塑性：材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标为 、 。 硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为 HB、HRC。幻灯片
2、 5 冲击韧性：材料抵抗冲击破坏的能力。指标为 k.材料的使用温度应在冷脆转变温度以上。 断裂韧性：材料抵抗内部裂纹扩展的能力。指标为 K1C。 2、化学性能 耐蚀性：材料在介质中抵抗腐蚀的能力。 抗氧化性：材料在高温下抵抗氧化作用的能力。 3、耐磨性：材料抵抗磨损的能力。幻灯片 6 工艺性能 1、铸造性能：液态金属的流动性、填充性、收缩率、偏析倾向。 2、锻造性能：成型性与变形抗力。 3、切削性能：对刀具的磨损、断屑能力及导热性。 4、焊接性能：产生焊接缺陷的倾向。 5、热处理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。幻灯片 7二、晶体结构二、晶体结构 纯金属的晶体结构 1、理想金属 晶体
3、：原子呈规则排列的固体。 晶格：表示原子排列规律的空间格架。 晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元. 幻灯片 8 三种常见纯金属的晶体结构三种常见纯金属的晶体结构Mg、Zn-Fe、Ni、Al-Fe、Cr、W常见金属31212滑移系底面对角3 3 2滑移方向六方底面1111 41106滑移面0.740.740.68致密度12 128配位数6 42原子个数原子半径a、caa晶格常数密排六方面心立方体心立方 43221幻灯片 92、实际金属、实际金属 多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。 晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体. 晶界：晶粒之间的交界面。 晶体缺陷晶格不完整的部位 点缺陷
4、 空位：晶格中的空结点。 间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。 置换原子：取代原来原子位置的外来原子。 幻灯片 10 线缺陷位错 晶格中一部分晶体相对另一部分晶体沿某一晶面发生局部滑移, 滑移面上滑移区与未滑移区的交接线. 面缺陷晶界和亚晶界 亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶块。亚晶界：亚晶粒之间的交界面。 晶界的特点： 原子排列不规则；阻碍位错运动；熔点低；耐蚀性低；产生内吸附；是相变的优先形核部位。幻灯片 11 金属的晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使得金属塑性变形的抗力越高。 晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目越多,变形越均匀，
5、在断裂前将发生较大塑性变形。强度和塑性同时增加，在断裂前消耗的功大，因而韧性也好. 细晶强化：通过细化晶粒来提高强度、硬度和塑性、韧性的方法。幻灯片 12 合金的晶体结构 合金：由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。如碳钢、合金钢、铸铁、有色合金。 相：金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。 1、固溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相. 置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格结点位置形成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。 幻灯片 13 间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体。 为过渡族金属元素与小原子半径非金属元素组成。 铁素体：碳在-
6、Fe 中的固溶体。 奥氏体：碳在-Fe 中的固溶体。 马氏体：碳在-Fe 中的过饱和固溶体。 固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。幻灯片 14 马氏体的硬度主要取决于其含碳量，并随含碳量增加而提高。 金属化合物：与组成元素晶体结构均不相同的固相. 正常价化合物 如 Mg2Si 电子化合物 如 Cu3Sn 间隙化合物：由过度族元素与 C、N、H、B 等小原子半径的非金属元素组成。 分为结构简单的间隙相和复杂结构的间隙化合物。幻灯片 15 强碳化物形成元素：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：M
7、n、Fe 如 Fe3C 性能比较：强度：固溶体 纯金属 硬度：化合物 固溶体 纯金属 塑性：化合物 固溶体 纯金属幻灯片 16 金属化合物形态对性能的影响 基体、晶界网状：强韧性低 晶内片状：强硬度提高，塑韧性降低 颗粒状： 弥散强化：第二相颗粒越细，数量越多，分布越均匀,合金的强度、硬度越高，塑韧性略有下降的现象。 固溶体与化合物的区别：结构；性能；表达方式幻灯片 17 合金元素在钢中的作用 1、强化铁素体； 2、形成化合物第二相强化 3、扩大（C,Mn,Ni,Co）或缩小（Cr,Si,W,Mo）A 相区 4、使 S、E 点左移 5、影响 A化 6、溶于 A(除 Co外), 使 C曲线右移,
8、 Vk 减小, 淬透性提高. 7、除 Co、Al 外，使 Ms、Mf 点下降。幻灯片 18 8、提高耐回火性（淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力） 9、产生二次硬化(含高 W、Mo、Cr、V 钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时 A转变为 M回，使硬度不仅不下降，反而升高的现象) 10、防止第二类回火脆性：W、Mo (回火脆性 ：淬火钢在某些温度范围内回火时，出现的冲击韧性下降的现象。)幻灯片 19三、组织 纯金属的组织 1、结晶：金属由液态转变为晶体的过程 结晶的条件过冷：在理论结晶温度以下发生结晶的现象。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差。 结晶的基本过程晶核形
9、成与晶核长大 形核自发形核与非自发形核 长大均匀长大与树枝状长大幻灯片 20 结晶晶粒度控制方法：增加过冷度；变质处理；机械振动、搅拌 2、纯金属中的固态转变 同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。 固态转变的特点：形核部位特殊；过冷倾向大;伴随着体积变化。1394 912 铁的同素异构转变：-Fe -Fe -Fe幻灯片 21 合金的组织 1、相图 匀晶 L 共晶 L+ 共析 + 包晶 L+ 杠杆定律：只适用于两相区。 枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。 2、合金中的固态相变 固溶体转变：AF 共析转变：AP(F+Fe3C) 二次析出：AFe3C幻
10、灯片 22 奥氏体化 过冷奥氏体转变 固溶处理+时效： 固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。 时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。 幻灯片 23A 1538HJB 14953、铁碳合金相图 D 1227ECF 1148 点：符号、成分、温度N 1394PSK 727线：液固相线、水平线、固溶线、固溶体转变线G 912L+ ABLHJDN温度A+ L+AC相区标注L+ Fe3CFEAA+ Fe3C组织组成物标注GLe复相组织组成物：A+ Fe3CSA+ Fe3C+LeLe+ Fe3CA+FKFP珠光体 P(F
11、+ Fe3C)F+ Fe3CPLe莱氏体 Le(A+ Fe3C) Le(P+Fe3C)P+ Fe3CP+FLe+ Fe3CP+ Fe3C+LeQFe Fe3CF+ Fe3CC%幻灯片 24典型合金的结晶过程（以共析钢为例）温度时间幻灯片 25四、钢的热处理 热处理原理 1、加热时的转变 奥氏体化步骤：A 形核；A 晶核长大；残余渗碳体溶解；A 成分均匀化。 奥氏体化后的晶粒度： 初始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度。 实际晶粒度：给定温度下奥氏体的晶粒度。 本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大倾向。 幻灯片 262、冷却时的转变 等温转变曲线及产物 A1MSMf时间P过冷 AAP650SAS过冷
12、 A600TAT过冷 A550B 上AB 上过冷 A350B 下AB 下过冷 AM+AAMM幻灯片 27 用 C曲线定性说明连续冷却转变产物 根据与 C曲线交点位置判断转变产物 均匀 A细 AA1MSMf时间等温退火退火(炉冷)正火500-650(空冷)?S 回淬火T+S回350-500?(油冷)ST 回等温淬火分级淬火淬火150-250P(水冷)P?M 回SPM+AB 下M+AT+B 下 +M+AT+M+AP幻灯片 28 3、回火时的转变 碳钢：马氏体的分解 ；残余奥氏体分解 ；- 碳化物转变为 Fe3C ；Fe3C 聚集长大和铁素体多边形化 。 W18Cr4V钢： 560三次回火。析出 W
13、、Mo、V 的碳化物，产生二次硬化。回火冷却时，A转变为 M。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。 强化钢铁材料最经济有效的热处理工艺是淬火+回火,它包含了四种基本强化方法。 幻灯片 29 热处理工艺工艺 目的 加热温度 组织退火 1.调整硬度,便于切削加工。2.细化晶粒,为最终热处理作组织准备。亚共析钢Ac3+3050共析钢 Ac1+3050过共析钢Ac1+3050F+PPP 球正火 1.低中碳钢同退火。2.过工析钢：消除网状二次渗碳体。3.普通件最终热处理亚共析钢Ac3+3050共析钢 Ac1+3050过共析钢Accm+30500.5%C, M+AM+AM+A+粒状 Fe3C幻灯片 3
14、0热处理工艺（续）工艺 目的 加热温度 组织回火 1.消除内应力，减少变形。2.获得所需要的性能。低温回火150250中温回火 350500高温回火 500650(调质)亚共析,共析钢：M回过共析钢:M 回 +A(少)+ 粒状 Fe3CT 回S 回表面淬火 表面获得马氏体组织，并获得表硬里韧的性能。预备热处理：调质或正火适用于中碳钢 0.40.5%C表面：M 回心部： S 回(调质) 或 F+S(正火)渗碳 提高表面含碳量，获 渗碳温度: 适用于低碳钢 得表硬里韧的性能。 900950淬火温度：表面 Ac1+3050心部 Ac3+30500.10.25%C表面：M 回+A(少)+颗粒状 Fe3
15、C心部：M 回+FM 回幻灯片 31五、工业用金属材料 工业用钢钢种 C% 典型牌号 合金元素作用热处理 使用状态下组织性能 用途碳素结构钢0.4 Q195Q235热轧空冷 F+P 塑性,焊接性好建筑结构低合金高强度钢0.2 Q345(16Mn)Mn:强化F,增加P,降低脆转温度热轧空冷 F+P 塑性,焊接性好桥梁,船舶, 容器渗碳钢 0.10.252020Cr20CrMnTiCr,Mn:提高淬透性,强化F,Ti:细化晶粒渗碳+淬火+低温回火表面：M 回+ A (少量)+颗粒状 Fe3C心部：M 回+F表硬里韧 轴、齿轮调质钢 0.40.54540Cr40CrNiMoCr,Ni:提高淬透性,强化 F,Mo:防止第二类回火脆性调质 S 回 良好综合力学性能轴、齿轮弹簧钢 0.60.90.450.765Mn60Si2MnCr,Mn:提高淬透性,强化F；Si:提高屈强比淬火+中温回火T 回 高s/b高-1弹簧幻灯片 32工业用钢（续）钢种 C% 典型牌号 合金元素作用热处理 使用状态下组织性能 用途滚动轴承钢0.951.10 GCr15 Cr:提高淬透性,耐磨耐蚀球退+淬火+低温回火M 回+ A(少量)+颗粒状高耐磨高-1足够 ak滚动轴承
