華航工程材料及材料成型技術基礎,看完不掛科_第1頁
華航工程材料及材料成型技術基礎,看完不掛科_第2頁
華航工程材料及材料成型技術基礎,看完不掛科_第3頁
華航工程材料及材料成型技術基礎,看完不掛科_第4頁
華航工程材料及材料成型技術基礎,看完不掛科_第5頁
已閱讀5頁,還剩134頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權,請進行舉報或認領

文檔簡介

1、1工程材料及材料成型技術基礎234高壓容器高壓容器5緒論 材料 毛坯的三大類成型方法: 鑄造 焊接 鍛造6緒論緒論第一篇第一篇 工程材料工程材料第二篇第二篇 材料成形技術材料成形技術目 錄7工 程 材 料8 緒緒 論論 第一章第一章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能 第二章第二章 金屬材料的凝固與固態(tài)相變 第四章第四章 金屬材料熱處理 第五章第五章 金屬材料表面改性 第六章第六章 金屬材料本篇內(nèi)容9緒論緒論一、材料的發(fā)展史一、材料的發(fā)展史 材料材料(metals) 是人類用來制作各種產(chǎn)品的物質(zhì),是是人類用來制作各種產(chǎn)品的物質(zhì),是先于人類存在的,是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎。先于人類存在的,是人類生活和生產(chǎn)的

2、物質(zhì)基礎。反映人類社會文明的水平。反映人類社會文明的水平。1 . 石器時代石器時代 :古猿到原始人的漫長進化過程。原料:古猿到原始人的漫長進化過程。原料:燧石和石英石。燧石和石英石。2. 新石器時代新石器時代:原始社會末期開始用火燒制陶器原始社會末期開始用火燒制陶器。3. 青銅器時代:青銅器時代:夏夏(公元前公元前2140年始年始)以前就開始了以前就開始了4. 鐵器時代:鐵器時代:春秋戰(zhàn)國時期春秋戰(zhàn)國時期(公元前公元前770221年年)開始開始大量使用鐵器大量使用鐵器105. 鋼鐵新時代鋼鐵新時代 十八世紀前人們對材料的認識十八世紀前人們對材料的認識是非理性是非理性的的,只停留只停留在工匠和藝

3、人的水平上在工匠和藝人的水平上 。而其后西歐和俄國工業(yè)。而其后西歐和俄國工業(yè)迅速發(fā)展,鋼鐵需求急劇增加,推動發(fā)展出一門迅速發(fā)展,鋼鐵需求急劇增加,推動發(fā)展出一門新學科新學科金屬學金屬學。人們才開始理性的認識。人們才開始理性的認識材料材料。6. 二十世紀以來的現(xiàn)代二十世紀以來的現(xiàn)代 支撐人類文明大廈的四大支柱技術:支撐人類文明大廈的四大支柱技術: 材料科學與技術、材料科學與技術、生物科學與技術生物科學與技術 能源科學與技術、信息科學與技術能源科學與技術、信息科學與技術 二十世紀五、六十年代鋼鐵基本達到鼎盛時期二十世紀五、六十年代鋼鐵基本達到鼎盛時期,其它新材料快速發(fā)展。有機合成材料、復合材料、其

4、它新材料快速發(fā)展。有機合成材料、復合材料、陶瓷材料、功能材料等等。出現(xiàn)了很多新材料學陶瓷材料、功能材料等等。出現(xiàn)了很多新材料學科???。11 材料的品種、數(shù)量和質(zhì)量已成為衡量一個國家技術和國防力量的重要標志之一。 據(jù)粗略估計,目前世界的材料達36萬多種,今后每年還將以5的增長率增加。12二、工程材料學的任務二、工程材料學的任務工程材料:工程材料: 制造工程結(jié)構(gòu)和機器零件使用的材料制造工程結(jié)構(gòu)和機器零件使用的材料工程材料學工程材料學: 是材料學的實用部分是材料學的實用部分,主要闡述結(jié)構(gòu)材料的成主要闡述結(jié)構(gòu)材料的成分、組織、性能及應用等方面的一般規(guī)律。分、組織、性能及應用等方面的一般規(guī)律。13學習學

5、習工程材料工程材料課程基本要求(教學目標):課程基本要求(教學目標):1. 了解常用工程材料的成分、結(jié)構(gòu)、組織和性能了解常用工程材料的成分、結(jié)構(gòu)、組織和性能的關系及變化規(guī)律。的關系及變化規(guī)律。2. 掌握常用工程材料的種類、牌號、性能及用途。掌握常用工程材料的種類、牌號、性能及用途。對典型的機器零件和工具等會合理正確地選用對典型的機器零件和工具等會合理正確地選用工程材料。工程材料。3. 具有正確選擇一般零件熱處理工藝方法及確定具有正確選擇一般零件熱處理工藝方法及確定熱處理工序位置的初步能力。熱處理工序位置的初步能力。4. 對不同材料零件的失效,具有一定的分析問題對不同材料零件的失效,具有一定的分

6、析問題和解決問題的能力。和解決問題的能力。14 三材料的分類材料的分類 1、金屬材料、金屬材料 黑色金屬黑色金屬鐵和以鐵為基的合金鐵和以鐵為基的合金(鋼、鑄鐵等鋼、鑄鐵等) 有色金屬有色金屬黑色金屬以外的所有金屬及其合金。黑色金屬以外的所有金屬及其合金。 2、高分子材料、高分子材料 塑料塑料主要指工程塑料。又分熱塑性和熱固性塑主要指工程塑料。又分熱塑性和熱固性塑料。料。 合成纖維合成纖維由單體聚合而成再經(jīng)過機械處理成纖由單體聚合而成再經(jīng)過機械處理成纖維材料。維材料。 橡膠橡膠經(jīng)硫化處理,彈性優(yōu)良的聚合物。經(jīng)硫化處理,彈性優(yōu)良的聚合物。 分通用分通用和特種橡膠和特種橡膠 膠粘劑膠粘劑分樹脂型、橡

7、膠型和混合型。分樹脂型、橡膠型和混合型。153陶瓷材料陶瓷材料 普通陶瓷普通陶瓷主要為硅、鋁氧化物的硅酸鹽材料主要為硅、鋁氧化物的硅酸鹽材料. 特種陶瓷特種陶瓷高熔點的氧化物、碳化物、氮化物高熔點的氧化物、碳化物、氮化物 等燒結(jié)材料。等燒結(jié)材料。 金屬陶瓷金屬陶瓷用生產(chǎn)陶瓷的工藝來制取的金屬與用生產(chǎn)陶瓷的工藝來制取的金屬與 碳化物或其它化合物的粉末制品。碳化物或其它化合物的粉末制品。4復合材料復合材料是由兩種或兩種以上的材料組合而成的材料。是由兩種或兩種以上的材料組合而成的材料。按基體相種類分:聚合物基、金屬基、按基體相種類分:聚合物基、金屬基、 陶瓷基、陶瓷基、 石墨基等。石墨基等。按用途分

8、:結(jié)構(gòu)、功能、智能復合材料。按用途分:結(jié)構(gòu)、功能、智能復合材料。16本部分重點1)工程材料的概念 制造工程結(jié)構(gòu)和機器零件使用的材料制造工程結(jié)構(gòu)和機器零件使用的材料2)工程材料的分類 金屬材料金屬材料 鋼鐵材料 有色金屬及其合金 有機高分子材料有機高分子材料塑料橡膠等 陶瓷材料陶瓷材料 復合材料復合材料17第一章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能1-1 材料原子(或分子)的相互作用 當大量原子當大量原子(或分子或分子)處于聚集狀態(tài)時,處于聚集狀態(tài)時,它們之間以鍵合方式相互作用。由于組成它們之間以鍵合方式相互作用。由于組成不同物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)各不相同,原子間的不同物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)各不相同,原子間的結(jié)合鍵性質(zhì)和狀態(tài)

9、存在很大區(qū)別。結(jié)合鍵性質(zhì)和狀態(tài)存在很大區(qū)別。 181-1 材料原子(或分子)的相互作用 1、離子鍵、離子鍵 當正電性金屬原子與負電性非金屬當正電性金屬原子與負電性非金屬原子形成化合物時,通過外層電子的重原子形成化合物時,通過外層電子的重新分布和正、負離子間的靜電作用而相新分布和正、負離子間的靜電作用而相互結(jié)合,故稱這種結(jié)合鍵為離子鍵?;ソY(jié)合,故稱這種結(jié)合鍵為離子鍵。 離子晶體硬度高,強度大,脆性大。離子晶體硬度高,強度大,脆性大。如氯化鈉,陶瓷。如氯化鈉,陶瓷。 192、共價鍵、共價鍵 當兩個相同的原子或性質(zhì)相差不大的當兩個相同的原子或性質(zhì)相差不大的原子相互接近時,它們的原子間不會有電原子相互

10、接近時,它們的原子間不會有電子轉(zhuǎn)移。此時原子間借共用電子對所產(chǎn)生子轉(zhuǎn)移。此時原子間借共用電子對所產(chǎn)生的力而結(jié)合,這種結(jié)合方式稱為共價鍵。的力而結(jié)合,這種結(jié)合方式稱為共價鍵。 結(jié)合力很大,硬度高,強度大,脆性結(jié)合力很大,硬度高,強度大,脆性大,熔點高,沸點高,揮發(fā)性低。如金剛大,熔點高,沸點高,揮發(fā)性低。如金剛石、石、SiC、BN等等20 3、金屬鍵、金屬鍵 金屬自由原子結(jié)構(gòu)的特點是具有較少金屬自由原子結(jié)構(gòu)的特點是具有較少的外層電子,并且電離能很小。這就決定的外層電子,并且電離能很小。這就決定了它們與其它元素結(jié)合時,易失去外層價了它們與其它元素結(jié)合時,易失去外層價電子而成為陽離子的傾向較大。金屬

11、正離電子而成為陽離子的傾向較大。金屬正離子與自由電子間的靜電作用,使金屬原子子與自由電子間的靜電作用,使金屬原子結(jié)合起來形成金屬整體,這種結(jié)合方式稱結(jié)合起來形成金屬整體,這種結(jié)合方式稱為金屬鍵。為金屬鍵。 有良好的導電性和導熱性,正的電阻溫有良好的導電性和導熱性,正的電阻溫度系數(shù),不透明,有特有的金屬光澤,有度系數(shù),不透明,有特有的金屬光澤,有良好的塑性變形能力,強韌性好良好的塑性變形能力,強韌性好。214、分子鍵、分子鍵 自由原子狀態(tài)已經(jīng)形成穩(wěn)定電子殼層自由原子狀態(tài)已經(jīng)形成穩(wěn)定電子殼層的惰性氣體的惰性氣體He、Ne、Ar等和分子狀態(tài)的等和分子狀態(tài)的H2、N2、02等在低溫時都能結(jié)合成液態(tài)或等

12、在低溫時都能結(jié)合成液態(tài)或固態(tài),在此結(jié)合過程中,并不給出或接受固態(tài),在此結(jié)合過程中,并不給出或接受電子。這種存在于中性的原子或分子之間電子。這種存在于中性的原子或分子之間的結(jié)合力稱為分子鍵。的結(jié)合力稱為分子鍵。 硬度低,熔點低,良好的絕緣性。如硬度低,熔點低,良好的絕緣性。如高分子材料塑料。高分子材料塑料。225、氫鍵、氫鍵 氫鍵是一種特殊的分子間作用力。當氫鍵是一種特殊的分子間作用力。當兩種負電性大而原子半徑較小的原子與氫兩種負電性大而原子半徑較小的原子與氫原子結(jié)合時,氫原子與一種原子之間形成原子結(jié)合時,氫原子與一種原子之間形成共價鍵,與另一種原子之間形成氫鍵。如共價鍵,與另一種原子之間形成氫

13、鍵。如FHF,OHO,NHO等。氫等。氫鍵的本質(zhì)是靜電吸引力,具有飽和性和方鍵的本質(zhì)是靜電吸引力,具有飽和性和方向性。向性。23 晶體結(jié)合的強度用晶體結(jié)合的強度用結(jié)合能結(jié)合能表示,是指晶表示,是指晶體分解為單個原子體分解為單個原子(或分子或分子)所作的功,或單所作的功,或單個原子凝聚形成晶體所放出的能量,用個原子凝聚形成晶體所放出的能量,用Jmol表示。表示。 共價鍵晶體和離子鍵晶體的結(jié)合能約為共價鍵晶體和離子鍵晶體的結(jié)合能約為10 5(Jmol)數(shù)量級;金屬鍵晶體的結(jié)合能約數(shù)量級;金屬鍵晶體的結(jié)合能約為為104(Jmol)數(shù)量級;分子鍵晶體的結(jié)合能數(shù)量級;分子鍵晶體的結(jié)合能約為約為103(J

14、mol)數(shù)量級。數(shù)量級。 因此,共價鍵晶體和離子鍵晶體結(jié)合最因此,共價鍵晶體和離子鍵晶體結(jié)合最強,金屬鍵晶體次之,分子鍵晶體最弱。強,金屬鍵晶體次之,分子鍵晶體最弱。24晶體晶體 材料中的原子(離子、分子)在三維空材料中的原子(離子、分子)在三維空間呈規(guī)則、周期性排列。間呈規(guī)則、周期性排列。非晶體非晶體 原子無規(guī)則堆積,也稱為原子無規(guī)則堆積,也稱為 “過冷液體過冷液體”。非晶體非晶體 : 蜂蠟、玻璃等。蜂蠟、玻璃等。晶體晶體金剛石、金剛石、NaClNaCl、冰等。、冰等。液體液體1-2 晶體材料的原子排列25121 金屬的晶體結(jié)構(gòu)1) 晶體(從宏觀上看) 晶體的特點:其原子在空間作有規(guī)律的排列

15、。 晶體的性能:具有一定的熔點和凝固點,呈各向異性。26原子(離子)的剛球模型原子(離子)的剛球模型原子中心位置原子中心位置 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)27晶胞晶胞點陣(晶格)模型點陣(晶格)模型28晶胞晶胞XYZabc晶格常數(shù)晶格常數(shù)a,b,c 29 金屬晶體中的晶面和晶向金屬晶體中的晶面和晶向XYZabc晶面晶面通過原子中心的平面通過原子中心的平面晶向晶向通過原子中心的直線所指的通過原子中心的直線所指的方向方向XYZabc302)晶格和晶胞(從微觀上看) 晶格:用些假想的幾何線條將晶體中原子的振動中心連接起來所構(gòu)成的空間格子 。 晶胞:晶格的一個基本單元。313)常見金屬晶格形式)常見金屬晶格形式體

16、心立方晶格體心立方晶格 特點:具有相當高的強度和較好的塑性。 這種晶格的金屬有:鉻、鉬、鎢、釩和鐵(0 912, Fe )等。32晶格常數(shù):晶格常數(shù):a=b=ca=b=c; = = = = =90=90 晶胞原子數(shù):晶胞原子數(shù):原子半徑:原子半徑:致密度:致密度:0.680.68致密度致密度=Va /Vc=Va /Vc,其中,其中Vc:Vc:晶胞體積晶胞體積a a3 3Va:Va:原子總體積原子總體積2 2 4 4 r r3 3/3/3XYZabc2r2raa2 233面心立方晶格面心立方晶格 特點:塑性良好。 這種晶格的金屬有:鋁、鋼、鎳和鐵(912 1394,F(xiàn)e)等。 34晶格常數(shù):晶格

17、常數(shù):a=b=ca=b=c; = = = = =90=90 晶胞原子數(shù):晶胞原子數(shù):原子半徑:原子半徑:致密度:致密度:0.740.74XYZabc密排方向密排方向4 435密排六方晶格密排六方晶格 屬于密排六方晶格的金屬有C(石墨)(石墨) Be、Mg、Zn、Cd、-Co、Ti等。36晶格常數(shù):晶格常數(shù): 底面邊長底面邊長a a 底面間距底面間距c c 側(cè)面間角側(cè)面間角120120 側(cè)面與底面夾角側(cè)面與底面夾角9090 晶胞原子數(shù):晶胞原子數(shù):6 6原子半徑:原子半徑:a/2致密度:致密度:0. 740. 74371.2.2 實際晶體結(jié)構(gòu)1)單晶體和多晶體 單晶體結(jié)晶方位完全一致的晶體,如單

18、晶如單晶Si半導體。半導體。多晶體由許多外形不規(guī)則的晶體顆粒 (簡稱晶粒)所組成。這些晶粒內(nèi)仍保持整齊的晶胞堆積。各晶粒之間的界面晶界。38 晶粒的大小與金屬的制造及處理方法有關,其直徑一般在10.001mm之間。 在多晶體中,由于各晶粒的位向不同,使其各向異性受到了抵消,造成各向性能接近相同的現(xiàn)象,稱為各向同性 晶粒體積越大,強度、韌性等綜合力學性能越差。 晶粒體積越小,強度、韌性等綜合力學性能越好。392)晶體缺陷 (1)點缺陷 是一種在三維空間各個方向上尺寸都很小,尺寸范圍約為一個或幾個原子間距的缺陷。 空位 包括:間隙原子 置換原子等40 (2)線缺陷 是指在三維空間兩維方向的尺寸較小

19、,在另一維方向的尺寸相對較大的缺陷。屬于這類缺陷的主要是各種類型的位錯。 位錯是在晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。 位錯最基本的形式有: 刃型位錯 螺型位錯41(3)面缺陷 是指在三維空間一維方向上尺寸很小,另外兩維方向上尺寸較大的缺陷。 最常見的面缺陷是金屬中的晶界和亞晶界。 42實際金屬中的缺陷對材料力學性能的影響: 點缺陷的存在,提高了材料的硬度和強度,降低了材料的塑性和韌性,增加位錯密度可提高金屬強度,但塑性隨之降低; 面缺陷能提高金屬材料的強度和塑性; 細化晶粒是改善金屬力學性能的有效手段;43本節(jié)重點 晶體、晶格和晶胞 三種典型晶格類型 晶粒大小和性能的關系 晶

20、體缺陷類型441-4 合金的晶體結(jié)構(gòu) 合金由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素通過熔煉、燒結(jié)或其他結(jié)合生成的具有金屬特性的物質(zhì)。 如:鐵碳合金、銅合金、鋁合金等。45 合金除具備純金屬的基本特性外,還可以擁有純金屬所不能達到的一系列機械特性與理化特性,如高強度、高硬度、高耐磨性、 強磁性、耐蝕性等。 組成合金的元素或穩(wěn)定化合物組元。 由幾種元素構(gòu)成即為幾元合金46 相具有相同化學成分、 相同晶體結(jié)構(gòu),并由明顯分界面隔開的各個均勻組成部分。1.4.1 合金的相、組織及其關系 組織用金相顯微鏡觀察法,在金屬及合金內(nèi)部看到的涉及各相(晶體或晶粒)大小、方向、形狀排列狀況等組成關系和構(gòu)造情況的

21、微觀形貌的微觀形貌。47 合金的組織是由數(shù)量、大小、形狀和分布合金的組織是由數(shù)量、大小、形狀和分布方式不同的各種相所組成的。方式不同的各種相所組成的。 不同組織具有不同的性能。不同組織具有不同的性能。 由不同組織構(gòu)成的材料具有不同的性能。由不同組織構(gòu)成的材料具有不同的性能。 同一種鋼經(jīng)過不同的熱處理可以獲得不同同一種鋼經(jīng)過不同的熱處理可以獲得不同的組織,從而獲得不同的性能。的組織,從而獲得不同的性能。48 1.4.2 固溶體固溶體分類 置換固溶體 間隙固溶體 固溶體有些合金組元在凝固后溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格而形成的單一均勻的晶體49 溶質(zhì)與溶劑以任何比例都能互溶,溶質(zhì)與溶劑以任何比例都能互溶,固

22、溶度達固溶度達100,則稱為,則稱為無限固溶體無限固溶體,否則為否則為有限固溶體有限固溶體。 溶質(zhì)原子有規(guī)則地占據(jù)溶劑結(jié)構(gòu)溶質(zhì)原子有規(guī)則地占據(jù)溶劑結(jié)構(gòu)中的固定位置,溶質(zhì)與溶劑原子數(shù)之中的固定位置,溶質(zhì)與溶劑原子數(shù)之比為一定值時,所形成的固溶體稱為比為一定值時,所形成的固溶體稱為有序固溶體有序固溶體。否則為。否則為無序固溶體無序固溶體。-1850間隙固溶間隙固溶體體溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑之溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑之比應小于比應小于059方可。方可。直徑較大的原子所組成的晶格,直徑較大的原子所組成的晶格,其空隙的尺寸也較大。其空隙的尺寸也較大。過渡族元素過渡族元素(溶劑溶劑)與尺寸較小的元素與尺寸較

23、小的元素C 、N、H、B等易形成間隙固溶體。等易形成間隙固溶體。溶質(zhì)原子在間隙固溶體中的溶解度一般很溶質(zhì)原子在間隙固溶體中的溶解度一般很小小,所以間隙固溶體都是所以間隙固溶體都是有限固溶體。有限固溶體。溶質(zhì)原子將使間隙固溶體發(fā)生畸變,溶質(zhì)原子將使間隙固溶體發(fā)生畸變,其濃度越大,畸變越大。其濃度越大,畸變越大。間隙固溶體都是間隙固溶體都是無無序固溶體序固溶體。51置換置換固溶體固溶體無限固溶體和有序固溶體一定是置換固溶體。無限固溶體和有序固溶體一定是置換固溶體。置換固溶體也可以是有限固溶體和無序固溶體。置換固溶體也可以是有限固溶體和無序固溶體。兩組元晶體結(jié)構(gòu)相同,原子半徑和電化兩組元晶體結(jié)構(gòu)相同

24、,原子半徑和電化學特性接近,則容易形成置換固溶體。學特性接近,則容易形成置換固溶體。無限固無限固溶體形溶體形成條件成條件兩組元晶體結(jié)構(gòu)相同是必要條件兩組元晶體結(jié)構(gòu)相同是必要條件。溶劑原子半徑溶劑原子半徑rA與溶質(zhì)原子半徑與溶質(zhì)原子半徑rB的的相對差相對差(rArB)rA小于小于8%左右時。左右時。兩元素間的電負性兩元素間的電負性相差越小越好。相差越小越好。521.4.3 金屬化合物金屬化合物合金各組元相互化合而形成的一種新的物質(zhì)。 性能特點:性能特點:具有明顯的金屬的性質(zhì)。具有自己特殊的晶格,與各組元不同。具有較高的熔點、較大的脆性和較高的硬度。531.4.4 合金性能1、固溶強化 溶劑的晶格

25、發(fā)生畸變,使固溶體的強度和硬度升高的現(xiàn)象稱為固溶強化。固溶強化是提高合金力學性能的重要途徑之一。2、第二相強化 化合物作為第二相可以提高合金材料強度的現(xiàn)象。 性能特點:性能特點:取決于化合物的數(shù)量、形狀、大小與分布狀況等。54本節(jié)重點 合金、相、組織的基本概念。合金、相、組織的基本概念。 固溶體和金屬化合物的概念及其類型。固溶體和金屬化合物的概念及其類型。 固溶體和金屬化合物對合金性能的影響。固溶體和金屬化合物對合金性能的影響。 固溶強化概念及其強化原理。固溶強化概念及其強化原理。551-5 高聚物的結(jié)構(gòu) 高聚物分子中含原子數(shù)很多、分子量很大的物質(zhì)。是由一種或幾種簡單的低分子聚合而成的大分子鏈

26、結(jié)構(gòu)。又稱高分子化合物。 在長鏈中結(jié)構(gòu)相同的重復單元鏈節(jié) 如:在聚乙烯中,CH2CH2即為一個鏈節(jié)。 鏈節(jié)的重復數(shù)量稱為聚合度聚合度。 由若干個鏈節(jié)所組成的具有獨立運動能力的最小運動單元鏈段鏈段。561.5.1 大分子鏈的形態(tài) 高聚物的結(jié)構(gòu)形式,按其大分子鏈的幾何形狀,可分為: 線型結(jié)構(gòu)是由許多鏈節(jié)聯(lián)成一條長鏈。 體型結(jié)構(gòu)是分子鏈與分子鏈之間有許多鏈節(jié)相互交聯(lián)在一起,形成網(wǎng)狀或立體結(jié)構(gòu)。 571.5.2 大分子鏈的構(gòu)象及柔順性 由于單鍵內(nèi)旋引起的原子在空間占據(jù)不同位置所構(gòu)成的分子鏈的各種形象,稱為大分子鏈的構(gòu)象。 由于大分子鏈構(gòu)象的頻繁變化,使得大分子鏈既可擴張伸長,又可卷曲收縮。大分子這種能

27、由構(gòu)象變化獲得不同卷曲程度的特性稱為大分子鏈的柔順性。 影響大分子鏈柔順性的因素主要有主鏈結(jié)構(gòu)和取代基兩個方面。581.5.3 高聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 是指高分子材料內(nèi)部大分子鏈之間的幾何排列和堆砌結(jié)構(gòu),也稱為超分子結(jié)構(gòu)。 高聚物按照大分子排列是否有序,分為結(jié)晶型和無定型兩類。 結(jié)晶型高聚物的分子排列規(guī)整有序,無定型高聚物的分子排列雜亂不規(guī)則。591-6 陶瓷的結(jié)構(gòu) 陶瓷是由金屬和非金屬的無機化合物所構(gòu)成的多晶固體物質(zhì)。它實際上是各種無機非金屬材料的統(tǒng)稱。 在室溫下,陶瓷的典型組織是由: 晶相 組成 玻璃相 氣相 各相的結(jié)構(gòu)、數(shù)量、形狀與分布,都對陶瓷的性能有直接的影響。 601-7 工程材料的性

28、能金屬材料的性能包括: 力學性能 物理性能 化學性能 工藝性能如強度、硬度、彈性、塑性、韌性等。如密度、熔點、熱膨脹性、導熱性、導電性和磁性等。如耐酸性、耐堿性、抗氧化性等。如鑄造性、鍛壓性、焊接性、熱處理性和切削加工性等。 611.7.1 力學性能 力學性能 指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的特性。 作用:材料檢驗、零件設計計算、材料選擇、評定工藝質(zhì)量的重要依據(jù)。 內(nèi)容:強度、硬度、彈性、塑性、韌性等。621、強度1)強度的概念 指金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。2)強度的分類: 抗拉強度、抗壓強度和抗彎強度等。3)強度測定方法 拉伸試驗4)試驗設備安裝拉伸試棒繪制拉伸曲線63

29、5)標準試樣GB22887 試樣形狀(圓、板、管) 試樣標距6)拉伸曲線647)常用的強度指標(1)彈性極限 材料能保持彈性變形的最大應力 ePe/Fo (MPa) Pe試樣保持彈性變形的最大拉力,N; Fo 試樣的最初截面積,mm2 。65 (2)屈服點 材料開始產(chǎn)生屈服時的應力 sPs/Fo (MPa) Ps試樣產(chǎn)生屈服時的拉力,N; Fo 試樣的最初截面積,mm2 。 屈服強度0.2 大多數(shù)金屬材料沒有明顯的屈服點,規(guī)定以產(chǎn)生02塑性變形時的應力作為屈服點。 脆性材料的情況 拉伸時幾乎不發(fā)生塑性變形,無屈服現(xiàn)象。66(3)抗拉強度 材料能承受最大載荷時的應力 b Pb /Fo (MPa)

30、 Pb試樣在拉斷前的最大拉力,N。 頸縮現(xiàn)象67 8)疲勞強度 概念 材料在無數(shù)次交變應力作用下不發(fā)生疲勞斷裂所能承受的最大應力。用-1表示 材料規(guī)定應力循環(huán)基數(shù)鋼鐵材料,應力循環(huán)次數(shù)為106107有色金屬,應力循環(huán)次數(shù)為107 108682、塑性 1)概念 塑性是指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。2)塑性指標 延伸率(伸長率) 端面收縮率 69伸長率(伸長率( )l1-l0l0100%=l1試樣拉斷后的標距試樣拉斷后的標距,mm;l0試樣的原始標距試樣的原始標距,mm。70斷面收縮率(斷面收縮率( )S0-S1S0=100%S0試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積,mm2;S1頸縮處

31、的橫截面積頸縮處的橫截面積,mm2 。713、硬度 1)概念 材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。 衡量金屬材料軟硬程度的指標。2)常用方法 布氏硬度法 洛氏硬度法 維氏硬度法3)試驗方法原理 壓痕法72(1)布氏硬度 布氏硬度試驗機 硬度表示方法以符號HB表示 測量特點: 先測得壓痕的直徑d,根據(jù)d查表確定HB的值。 HBS壓頭為淬火鋼球,適用于布氏硬度值在450以下的材料。 HBW壓頭為硬質(zhì)合金球,適用于布氏硬度值在650以下的材料。73 特點測出硬度值準確、可靠;壓痕大,不宜成品檢驗;測量過程速度慢。 布氏硬度值與抗拉強度的關系(低碳鋼) b 3.53HBS74 (2)洛氏硬度 洛氏硬度試驗

32、機 洛氏硬度三種標尺 表示方法60HRC 特點試驗簡便、方便。壓痕小,適用成檢。測出硬度值不很準確。數(shù)字:硬度值HR:洛氏硬度C:標尺75(3)維氏硬度 為了從軟到硬的各種金屬材料有一個連續(xù)一致的硬度標度,因而制定了維氏硬度試驗法。 測定維氏硬度的原理基本上和布氏硬度相同,區(qū)別在于壓頭采用錐面夾角為1360的金剛石正四棱錐體,壓痕是四方錐形 。76 特點:所用載荷小,壓痕深度淺,適用于測量零件薄的表面硬化層、表面鍍層及薄片金屬的硬度。對軟、硬材料均適用,測定范圍01000HV。77兩點結(jié)論 三種硬度值不能直接進行比較,但可以采用特制的表格進行換算。 硬度也是材料重要的力學性能指標,它影響到材料

33、的耐磨性。一般說來,硬度高,耐磨性也好。784、沖擊韌度(韌性)1)概念 材料抵抗沖擊載荷的能力。2)試驗方法一次性擺錘彎曲沖擊試驗。3)沖擊韌度指標 以材料受沖擊斷裂時單位面積上所消耗的能量來表示的。 ak Ak /F (J/mm2 )ak值越小,表明材料的韌性越低,脆性越大。791.7.2 物理性能和化學性能 物理性能 有密度、熔點、熱膨脹性、導熱性、導電性和磁性等。 機械零件用途不同,對其物理性能的要求也有所不同。 化學性能 指在室溫或高溫時抵抗各種化學作用的能力。 主要有耐酸性、耐堿性、抗氧化性等。801.7.3 工藝性能 工藝性能 是指金屬材料適應這些加工工藝要求的能力。 內(nèi)容 鑄造

34、性 鍛壓性 焊接性 熱處理性 和切削加工性等 良好的工藝性能有利于保證質(zhì)量和降低成本。81第二章 金屬材料的凝固與固態(tài)相變2.1純金屬的結(jié)晶2.1.1 凝固的基本概念 一切物質(zhì)從液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變過程 1、晶體的結(jié)晶 通過凝固能形成晶體結(jié)構(gòu) 1)平衡結(jié)晶溫度平衡結(jié)晶溫度 822)過冷與過冷度 必須冷卻到低于Tm以下的某一個溫度T1才能結(jié)晶。這種現(xiàn)象稱為過冷。 理論結(jié)晶溫度Tm與實際結(jié)晶溫度T1之差稱為過冷度。83冷卻速度越大,則過冷度越大。冷卻速度越大,則過冷度越大。842、非晶體的凝固 在非晶體的凝固中熔體實質(zhì)是粘滯系數(shù)連續(xù)加大的過程,非晶固態(tài)可以看作粘滯系數(shù)很大的“熔體”。所以,非晶體的凝固

35、是在個溫度范圍內(nèi)逐漸完成的。 852.1.2 純金屬的結(jié)晶 1、結(jié)晶及結(jié)晶過程 結(jié)晶 金屬從液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變成晶體狀態(tài)(固態(tài))的過程。 結(jié)晶過程 分為兩個階段: 晶核(結(jié)晶核心)的形成 晶核的成長86液態(tài)金屬液態(tài)金屬形核形核晶核長大晶核長大完全結(jié)晶完全結(jié)晶形核形核和和晶核長大晶核長大的過程的過程87(1 1)形核過程)形核過程自發(fā)形核自發(fā)形核由液體金屬內(nèi)部原子聚集尺寸超過由液體金屬內(nèi)部原子聚集尺寸超過臨界晶核尺寸后形成的結(jié)晶核心。臨界晶核尺寸后形成的結(jié)晶核心。非自發(fā)形核非自發(fā)形核 是依附于外來雜質(zhì)上生成的是依附于外來雜質(zhì)上生成的晶核。晶核。88(2 2)晶核長大過程)晶核長大過程兩種長大方式 平面

36、生長 樹枝狀生長。平面生長樹枝狀生長892、影響形核和長大的因素 (1)過冷度的影響(2)難熔雜質(zhì)的影響 903、晶粒大小及控制 (1)晶粒度的概念 晶粒度是晶粒大小的量度,用單位體積中晶粒的數(shù)目Z?;騿挝幻娣e上晶粒的數(shù)目ZJ表示。也可以用晶粒的平均線長度(或直徑)表示。 91晶粒度分晶粒度分8 8級級晶粒度晶粒度12345678單位面積晶粒數(shù)單位面積晶粒數(shù)(個(個/mm/mm2 2)16326412825651210242048晶粒平均直徑晶粒平均直徑(mm)2501771258862443122細晶強化細晶強化 晶粒細化使金屬機械性能提高的現(xiàn)象晶粒細化使金屬機械性能提高的現(xiàn)象比較:比較:

37、細晶強化細晶強化-強度、硬度、塑性、韌性強度、硬度、塑性、韌性 固溶強化固溶強化-強度、硬度強度、硬度,塑性、韌性,塑性、韌性922)晶粒大小的控制(1)增大過冷度(2)變質(zhì)處理 變質(zhì)劑的作用變質(zhì)劑的作用:作為非自發(fā)形核的核心,:作為非自發(fā)形核的核心, 或阻礙晶粒長大?;蜃璧K晶粒長大。(3)振動,攪拌 機械振動、超聲振動,或電磁攪拌等。機械振動、超聲振動,或電磁攪拌等。 振動的作用振動的作用:使樹枝晶破碎,晶核數(shù)增加,:使樹枝晶破碎,晶核數(shù)增加, 晶粒細化。晶粒細化。932.1.3 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1)概念)概念 少數(shù)金屬由于溫度改變而晶格也改變的現(xiàn)象稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。純鐵的冷卻曲線 t01538

38、1394912768液體無磁性有磁性FeFeFe2)轉(zhuǎn)變過程)轉(zhuǎn)變過程 與液態(tài)金屬的結(jié)晶很相似。3)有關結(jié)論)有關結(jié)論 轉(zhuǎn)變時,體積也發(fā)生變化。 是鋼鐵材料能夠通過各種熱處理工藝改變其組織和性能的內(nèi)因和根據(jù)。94小結(jié)小結(jié) 重點要求重點要求 1. 過冷度的概念,晶粒度的影響因素。過冷度的概念,晶粒度的影響因素。 2. 晶粒大小的控制方法。晶粒大小的控制方法。 一般要求一般要求 1. 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。952.2 合金的凝固 2.2.1 二元合金相圖與凝固 相圖的概念 是表達溫度、成分和相之間的關系,表明合金系中不同合金在不同溫度下,由哪些相組成以及這些相之間平衡關系的圖形(又稱平衡圖或

39、狀態(tài)圖)96(1)配置不同成分的CuNi合金(2)作出各合金的冷卻曲線,并找出各冷卻曲線上的臨界點(轉(zhuǎn)折點和平臺)的溫度值;(3)畫出溫度成分坐標系,在相應成分垂直線上標出臨界點溫度;(4)將物理意義相同的點連成曲線。971、勻晶相圖勻晶相圖 兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶時所構(gòu)成的相圖。(1)結(jié)晶過程98kXQXQQQaLaL1kXQXQQQaLaL1KXKXQQXXKXXXXKQXXKXXXKXQLaaL(2)杠桿定律991002 共晶相圖 共晶相圖 兩組元在液態(tài)無限互溶,在固態(tài)有限溶解,并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變時所構(gòu)成的相圖。 共晶轉(zhuǎn)變在一定溫度下,由一定成分的液相同時結(jié)晶出成分一定的兩個固相的過

40、程。 (1)相圖分析1013、共析相圖共析相圖是二元合金中具有固態(tài)轉(zhuǎn)變 的相圖,這種相圖可以看成是雙層相圖,上層為勻晶相圖,下層類似共晶相圖。 共析轉(zhuǎn)變在高溫時的某一成 分的單相固溶體在冷至某一溫 度時,又發(fā)生分解而形成兩個 與母相不同的固相,這種由某 一固相同時析出兩種新固相的 轉(zhuǎn)變,稱為共析轉(zhuǎn)變。102小結(jié)小結(jié) 重點要求重點要求 1. 相圖的總類及分析相圖的總類及分析 2. 杠桿定律及其應用。杠桿定律及其應用。 一般要求一般要求 1. 相圖的獲得。相圖的獲得。103作業(yè)P6324261042.3 鐵碳合金平衡態(tài)的相變基礎 鐵碳合金由鐵和碳兩種主要元素組成的合金。如:碳鋼、鑄鐵 231 Fe

41、-Fe3C相圖1051、鐵碳合金的基本組織與性能1)鐵素體 F碳溶于Fe中形成的間隙固溶體。 性能特點 性能近似于純鐵,即強度、硬度低(b=180280Mpa) ,塑性、韌性(=30%50%)好。1062) 奧氏體 A 碳溶于Fe 中形成的固溶體。 性能特點: 強度、硬度并不高,但塑性很好。1073)滲碳體 Fe3C 概念 鐵和碳結(jié)合成的化合物(具有復雜晶格)。 性能特點 滲碳體的硬度很高,為800HB,塑性、韌性很差,幾乎等于零,所以滲碳體的性能特點是硬而脆。硬度很高,很耐磨,但又很脆,塑性、韌性幾乎為零。1085)萊氏體Ld和低溫萊氏體 Ld 概念 奧氏體(珠光體)和滲碳體的機械混合物。

42、性能特點 含有大量硬而脆的滲碳體,所以硬度很高,但很脆。1092.3.4 Fe-Fe3C相圖的應用1、在選材上的應用2、在鑄造工藝制訂上的應用3、在塑性加工工藝制訂上的應用4、在熱處理工藝制訂上的應用110 改善金屬材料的性能的方法: 細晶強化 合金化 進行熱處理 冷變形強化1112.4.2奧氏體的形成過程及影響因素1、奧氏體的形成過程 共析鋼加熱到共析鋼加熱到Ac1 以上時,以上時, P A 共析鋼共析鋼A化過程化過程 形核形核 、長大、長大、 Fe3C 完全溶完全溶解、解、C的均勻化。的均勻化。112 亞(過)析鋼的亞(過)析鋼的A化化 : PA 后,先共后,先共析析 F 或或 Fe3C

43、溶解。溶解。 亞共析鋼加熱到Ac1以上時,組織中的珠光體先轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體,而組織中的鐵素體只有在加熱到Ac3以上時才能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。 同樣,過共析鋼只有加熱到Accm以上時才能得到均勻的單相奧氏體組織。 1132.4.3奧氏體晶粒的長大及影響因素奧氏體晶粒的長大及影響因素 加熱溫度,保溫時間加熱溫度,保溫時間 晶粒尺寸晶粒尺寸 合金元素除合金元素除Mn、P外外 晶粒尺寸晶粒尺寸 合金碳化物合金碳化物,C% 晶粒尺寸晶粒尺寸114奧氏體晶粒度起始晶粒度起始晶粒度實際晶粒度實際晶粒度本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度115 根據(jù)奧氏體晶粒在加熱時長大的傾向性不同,將鋼分為兩類一類是晶粒長大傾向小的鋼,稱本質(zhì)細

44、晶粒鋼另一類是晶粒長大傾向大的,稱本質(zhì)粗晶粒鋼1162.5 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變熱處理的冷卻方式可分為兩種熱處理的冷卻方式可分為兩種: 一種是將奧氏體迅速冷至Ar1以下某個溫度,等溫停留一段時間,再繼續(xù)冷卻,通常稱之為“等溫冷卻”,圖曲線1 另一種是將奧氏體以一定的速度冷卻,如水冷、油冷、空冷、爐冷等,稱為“連續(xù)冷卻”, 圖中曲線21172.5.1過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(C曲線)1)過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(TTT圖)的建立 共析碳鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線通常采用金相法金相法配合測量硬度硬度的方法建立,有時需用磁性法和膨脹法給予補充和校核。118(2)貝氏體類型的組織 貝氏體是鐵素體及其彌散分布著的碳化物所形成的亞穩(wěn)組織。 奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變屬半

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論