武漢理工大學工程材料總復習課件

1、復習總結(jié)復習總結(jié)武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|課程主線課程主線1結(jié) 晶鐵碳合金相圖碳鋼工藝性能使用性能熱處理合金鋼組織結(jié)構(gòu)化學成分性 能武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|主要內(nèi)容主要內(nèi)容工程材料基本理論常用材料零件的選材武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1. 1. 基本理論基本理論熱處理基基本本理理論論金屬學材料的性能材料的結(jié)構(gòu)材料的結(jié)晶相圖及鐵碳相圖普通熱處理表面熱處理武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.1 1.1 材料性能材料性能焊接性能硬度HB HRC材料性能強 度塑 性鍛造性能力學性能工藝性能切削加工性能鑄造性能韌性k熱處理

2、工藝性疲勞強度-1武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.1.1 1.1.1 使用性能使用性能（1） 強度：材料抵抗變形和破壞的能力。 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。 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。（2） 塑性：材料斷裂前承受最大塑性變形的能力。指標為 、 。（3） 硬度：材料抵抗局部塑性變形的能力（HB、HRC，應(yīng)用范圍）。（4） 沖擊韌性：材料抵抗沖擊破壞的能力。 指標為k材料的使用溫度應(yīng)在冷脆轉(zhuǎn)變溫度以上。武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.2 1.2 材料的結(jié)構(gòu)（金屬）材料的結(jié)構(gòu)（

3、金屬）晶體結(jié)構(gòu)空間點陣 晶格（理想晶體）晶體的結(jié)構(gòu)基元(分子、原子、離子、原子集團)依靠一定的結(jié)合鍵結(jié)合后，在三維空間中有規(guī)律的周期性的重復排列。 抽象的空間幾何模型（非物質(zhì)性）7個晶系14種晶胞類型 把空間點陣的結(jié)點作為物質(zhì)質(zhì)點的中心位置，忽略原子的熱振動和晶體缺陷，將單純的幾何圖形變成具有物質(zhì)性的點陣，稱其為晶體點陣（物質(zhì)性的）。 若陣點用直線通過中心連接起來晶格 。武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)與缺陷金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)與缺陷1 多晶體（由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)） 1）晶粒：組成金屬的方位不同、外形不規(guī)則的小晶體。 2）晶界：晶粒之間的交界面。2 晶體缺陷

4、（晶格不完整的部位） 1）點缺陷（空位、間隙原子、置換原子） 2）線缺陷（刃型位錯、螺型位錯） 3）面缺陷（晶界、亞晶界）理論值退火態(tài)位錯密度強度b286/1010cm21211/1010cm金屬材料強化方法:（1）固溶強化（2）細晶強化（3）第二相強化（彌散強化）（4）加工硬化武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.3 1.3 材料的結(jié)晶材料的結(jié)晶- -純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶1、結(jié)晶過程 1） 兩個條件 （1）能量條件 必須過冷 過冷度T=T0-Tn （2）結(jié)構(gòu)條件2）基本規(guī)律 形核（自發(fā)形核、非自發(fā)形核） 核長大（樹枝狀長大）2、細化晶粒的途徑 1）增大過冷度 2）變質(zhì)處理

5、3）振動和攪拌武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.3 1.3 材料的結(jié)晶材料的結(jié)晶- -純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶3、純金屬中的固態(tài)轉(zhuǎn)變1）同素異晶轉(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。2）固態(tài)轉(zhuǎn)變的特點 形核部位特殊（晶界、位錯處等） 過冷傾向大 伴隨著體積變化 - Fe - Fe - Fe1394 912 bccbccfcc武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.3 1.3 材料的結(jié)晶材料的結(jié)晶- -合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶化合物化合物電子價化電子價化合物合物合金的相合金的相固溶體固溶體間隙固溶體間隙固溶體置換固溶體置換固溶體間隙化間隙化合物合物正常價化合

6、物正常價化合物合金：由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。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、合金在固態(tài)下的基本相結(jié)構(gòu)TiCFe3C武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.3 1.3 材料的結(jié)晶材料的結(jié)晶- -合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶1）固溶體：與組成元素之一的晶體結(jié)構(gòu)相同的固相. 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。 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。 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

7、的強度、硬度提高的現(xiàn)象。武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.3 1.3 材料的結(jié)晶材料的結(jié)晶- -合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 2）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Mg2Si （2）電子化合物 如Cu3Sn （3）間隙化合物：分為結(jié)構(gòu)簡單的間隙相和復雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物。 TiC、VC：高硬度、高熔點，強化相Fe3C：硬度、熔點略低武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.3 1.3 材料的結(jié)晶材料的結(jié)晶- -合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 2、合金的組織轉(zhuǎn)變 1）相圖 勻晶L 共晶L+ 共析 + （1）杠桿定律：只適用于兩相區(qū)。（2）枝晶偏析：在一

8、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。 L L 2）合金中的固態(tài)相變 （1）固溶體轉(zhuǎn)變：AF （2）共析轉(zhuǎn)變：AP(F+Fe3C) （3）二次相析出：AFe3C （4）奧氏體化 （5）過冷奧氏體轉(zhuǎn)變武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.3 1.3 材料的結(jié)晶材料的結(jié)晶- -鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖1 默畫簡化的鐵碳合金相圖（點、線、溫度、含碳量、相、組織）2 兩個基本反應(yīng)式3 結(jié)晶過程分析（冷速曲線表達）4 杠桿定律的應(yīng)用ACDGS1148727LAL+AL+ Fe3CFA+FA+ Fe3CKEPFQC%Fe3CFeF+ Fe3C4.30.772.116.69相（成分、結(jié)

9、構(gòu)相同且有界面分開的部分）組織（關(guān)注：形態(tài)、大小及分布）組織組成物是指組成合金顯微組織的獨立部分（形態(tài)）。相組成物是指組成合金中成分、結(jié)構(gòu)均勻一致的部分。金相試樣的制備步驟武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.4 1.4 鋼的熱處理鋼的熱處理- -熱處理原理熱處理原理1） 奧氏體化的四個階段 奧氏體晶核的形成 奧氏體晶核的長大 剩余滲碳體的溶解 奧氏體成分的均勻化2） 奧氏體晶粒度起始晶粒度 實際晶粒度 本質(zhì)晶粒度（本質(zhì)粗(細)晶粒鋼）1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.4 1.4 鋼的熱處理鋼的熱處理- -熱處理原理熱處理原理2 共析碳鋼等溫

10、轉(zhuǎn)變曲線及產(chǎn)物共析碳鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線及產(chǎn)物轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)MsMfA1溫度時間(s)3001021031041010800-1001005007000A A230550-50轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線過冷奧氏體區(qū)轉(zhuǎn)變進行區(qū)珠光體 P 5-25HRC 索氏體 S 25-35HRC 屈氏體 T 35-40HRC上貝氏體 B上 35-45HRC下貝氏體 B下 50-60HRC 馬氏體 M +A武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.4 1.4 鋼的熱處理鋼的熱處理- -熱處理原理熱處理原理3 亞亞/過過共析碳鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線及產(chǎn)物共析碳鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線及產(chǎn)物AFAFe3C先共析線AFAP溫度亞共析鋼的C曲

11、線 MsMfA1時間(s)3001021031041010800-1001005007000AA3MsMfA1溫度時間(s)3001021031041010800-1001005007000AAcm過共析鋼的C曲線 AFe3CAPP型+FP型+Fe3C武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.4 1.4 鋼的熱處理鋼的熱處理- -熱處理原理熱處理原理24 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變A1A溫度時間(s)3001021031041010800-1001005007000共析鋼PsPfK無貝氏體轉(zhuǎn)變！MsMf武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|41.4 1.4

12、 鋼的熱處理鋼的熱處理- -熱處理工藝熱處理工藝1、機械零件的加工工工藝路線預備熱處理機械粗加工最終熱處理機械精加工鍛造鑄造毛坯預備熱處理（退火、正火）最終熱處理（淬火+回火）武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.4 1.4 鋼的熱處理鋼的熱處理- -熱處理工藝熱處理工藝擴散退火去應(yīng)力退火完全退火球化退火正火1.4110010009008007006005000.20.40.60.81.01.2溫度C%A AF+Fe3CAc1Ac3Accm淬火2 退火、正火、淬火加熱溫度范圍退火、正火、淬火加熱溫度范圍武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.4 1.4 鋼的熱處理鋼的

13、熱處理- -熱處理工藝熱處理工藝P均勻A細AA1MSMf時間等溫退火PP完全退火(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+A150-250T回350-500S回500-6503 根據(jù)冷速曲線與根據(jù)冷速曲線與C曲線交點位置判斷轉(zhuǎn)變產(chǎn)物曲線交點位置判斷轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.4 1.4 鋼的熱處理鋼的熱處理- -三個判據(jù)三個判據(jù)1 實際生產(chǎn)中退火與正火的選擇鋼的含碳量C%0.50.5 0.770.77HT工藝正火完全退火球化退火組 織F+SF+PP球2 正火組織判斷鋼的含碳量C%0.60.6組 織F+SS3

14、組織中是否有殘余奧氏體A中含碳量C%0.50.5殘余奧氏體無有武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|1.4 1.4 鋼的熱處理鋼的熱處理工藝名稱目 的加 熱 溫 度獲 得 的 組 織退火1 調(diào)整硬度，便于機加工2 細化晶粒，消除應(yīng)力，改善組織3 為最終HT作好組織準備亞 Ac3+(3050)F+P共 Ac1+(3050)P過 Ac1+(2040)P球正火1 調(diào)整硬度，便于機加工2 細化晶粒，改善組織3 為最終HT作好組織準備4 消除網(wǎng)狀二次滲碳體亞 Ac3+(3050)0.6 F+S0.6 S共 Ac1+(3050)S過 Accm+(3050)S武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院

15、機電學院|1.4 1.4 鋼的熱處理鋼的熱處理淬火1 實現(xiàn)馬氏體強化2 通過淬火后的回火，達到使用性能的要求亞 Ac3+(3050)0.5 M0.5 M+A共 Ac1+(3050)M+A過 Ac1+(3050)M+A+Fe3C?；鼗? 消除應(yīng)力，減少變形2 降低脆性3 穩(wěn)定工作尺寸低回（150250） 0.5 M回 0.5 M回+A中回（350500） T回高回（500650） S回共、過共析鋼僅適應(yīng)淬火+低溫回火 M回+A M回+A+Fe3C粒武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|61.4 1.4 鋼的熱處理鋼的熱處理表面淬火表面獲得馬氏體組織，并獲得表硬里韌的性能。預備熱處理：調(diào)

16、質(zhì)或正火適用于中碳鋼 0.40.5%C表面：M回心部： S回(調(diào)質(zhì)) 或F+S(正火)滲碳提高表面含碳量，獲得表硬里韌的性能。滲碳溫度:900950淬火溫度：表面Ac1+3050心部Ac3+3050適用于低碳鋼 0.10.25%C表面：M回+A(少)+顆粒狀Fe3C(K)心部：M回+F 武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|2 2 常用材料常用材料7復合材料有色金屬及合金常用材料金屬材料工業(yè)用鋼鑄 鐵有機高分子材料無機非金屬材料武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|2.1 工業(yè)用鋼鋼種C%典型牌號合金元素作用熱處理使用狀態(tài)下組織性能用途碳素結(jié)構(gòu)鋼0.4Q195Q235熱軋狀

17、態(tài)F+P塑性,焊接性好建筑結(jié)構(gòu)低合金高強度鋼0.2Q345Mn:強化F,增加P,降低脆轉(zhuǎn)溫度熱軋空冷F+P塑性,焊接性好橋梁,船舶, 容器滲碳鋼0.10.252020Cr20CrMnTiCr,Mn:提高淬透性,強化F,Ti:細化晶粒滲碳+淬火+低溫回火表面：M回+ A (少量)+顆粒狀Fe3C心部：M回+F表硬里韌軸、齒輪武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|2.1 工業(yè)用鋼鋼種C%典型牌號合金元素作用熱處理使用狀態(tài)下組織性能用途調(diào)質(zhì)鋼0.30.54540Cr40CrNiMoCr,Ni:提高淬透性,強化F,Mo:防止第二類回火脆性調(diào)質(zhì)S回良好綜合力學性能軸、齒輪彈簧鋼0.60.90.

18、450.765Mn60Si2MnCr,Mn:提高淬透性,強化F；Si:提高屈強比淬火+中溫回火T回高 s/ b高 -1彈簧武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|2.1 工業(yè)用鋼鋼種C%典型牌號合金元素作用熱處理使用狀態(tài)下組織性能用途滾動軸承鋼0.951.10GCr15Cr:提高淬透性,耐磨耐蝕性球退+淬火+低溫回火M回+ A(少量)+顆粒狀Fe3C高耐磨高 -1足夠ak滾動軸承耐磨鋼1.01.3ZGMn13Mn:形成A組織水韌處理表：M+碳化物心：A高耐磨耐沖擊鏟齒，履帶板碳素工具鋼0.651.35T7T13球退+淬火+低溫回火M回+ A(少量)+顆粒狀Fe3C高硬度高耐磨沖子、絲錐

19、、銼刀武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|2.1 工業(yè)用鋼鋼種C%典型牌號合金元素作用熱處理使用狀態(tài)下組織性能用途低合金工具鋼0.751.59SiCrSi、Cr：提高淬透性球退+淬火+低溫回火M回+ A(少量)+顆粒狀Fe3C高硬度高耐磨低速刃具高速鋼0.71.5W18Cr4VCr:提高淬透性；W、V：提高熱硬、耐磨性鍛、退火、淬火+三次回火M回+ A(少量)+顆粒狀碳化物高熱硬高硬度高耐磨高速刃具武漢理工大學武漢理工大學 | 機電學院機電學院|2.1 工業(yè)用鋼鋼鋼種種C%典型牌號典型牌號合金元素合金元素作用作用熱處理熱處理使用狀態(tài)下使用狀態(tài)下組織組織性能性能用途用途冷冷作作模模具具鋼鋼1.42.3Cr12Cr12MoVCr:提高淬提高淬透性。透性。MoV:提高提高耐磨性耐磨性鍛，退，鍛，退，淬火淬火+低溫回低溫回火火M回回+ A(少少量量) +顆粒狀顆粒狀碳化物碳化物高硬高硬度高度高耐磨耐磨冷沖模冷沖模擠壓模擠壓模熱熱鍛鍛模模鋼鋼0.50.65CrNiMo5CrMnMo合金元素合金元素作用同調(diào)作用同調(diào)質(zhì)鋼質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)S回回抗熱抗