工程材料以及其成形技術(shù)基礎(chǔ)章

1、關(guān)于工程材料及其成形技術(shù)基礎(chǔ)章第一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月復(fù)合材料非金屬材料金屬材料機(jī)械工程材料工程材料： 用于機(jī)械、電子、建筑、 化工和航空航天 等領(lǐng)域的材料統(tǒng)稱為工程材料。機(jī)械工程材料： 用來制造各種機(jī)電產(chǎn)品的材料統(tǒng)稱為機(jī)械工程材料。概 述第二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月概 述材料的發(fā)展過程 石斧青銅鼎神舟飛船 滄州鐵獅子石器時(shí)代銅器時(shí)代鐵器時(shí)代復(fù)合材料第三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月概 述工程材料的發(fā)展過程40-50年代:材料的發(fā)展主要圍繞著機(jī)械制造業(yè)，因此，主要發(fā)展以一般力學(xué)性能為主的金屬材料50-60年代:壓力容器向高強(qiáng)度方向

2、發(fā)展更快，發(fā)展了高強(qiáng)度低合金鋼60年代以后:由于航空、空間機(jī)械和動力機(jī)的發(fā)展對材料提出了更苛刻的要求。如高溫、高壓、高的比強(qiáng)度和比模量。 20世紀(jì)后期：新材料特別是非金屬人工合成材料如陶瓷材料、高分子材料及復(fù)合材料快速發(fā)展。高功能化、超高性能化復(fù)合輕量化、智能化第四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第一章 零件對材料的性能要求化學(xué)成分分類金屬材料有機(jī)高分子材料復(fù)合材料 陶瓷材料黑色金屬 有色金屬輕有色金屬 重有色金屬稀有金屬 鑄鐵碳鋼合金鋼 塑料合成橡膠 合成纖維 有機(jī)膠粘劑及涂料硅酸鹽材料 新型陶瓷 非金屬基復(fù)合材料 金屬基復(fù)合材料 機(jī)械工程材料 第五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)

3、作于2022年6月功能分類功能材料：用于制造實(shí)現(xiàn)其他功能的零件的材料 結(jié)構(gòu)材料：用于制造實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和傳遞動力的零件 機(jī)械工程材料金屬材料：具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、在具有較高的強(qiáng)度 的同時(shí)，具有良好的塑性成形性、鑄造性、切削 加工和電加工性等加工性能；通過熱處理及表面 改性可以大幅度(成倍）改變其性能； 1.2 工程材料的特征第六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月有機(jī)高分子材料：密度小、強(qiáng)度低（比強(qiáng)度高，高于鋼鐵） 較高的彈性，良好的電絕緣性能，優(yōu)良的 減摩、耐磨和自潤滑性能，優(yōu)良的耐腐蝕 性能（超過不銹鋼），優(yōu)良的透光性和隔 熱、隔音性，加工性好，成本低，但是易老化。注：老化作用：

4、高分子材料在加工、貯存和使用過程中，由于受各種環(huán)境因素的作用而導(dǎo)致性能逐漸變壞，以致喪失使用價(jià)值的現(xiàn)象?！据喬グl(fā)生的龜裂、玻璃纖維（起毛）】第七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月陶瓷材料：是無機(jī)非金屬材料，是有一種或多種金屬或非金屬元素 形成的具有強(qiáng)離子鍵或共價(jià)鍵的化合物。 優(yōu)點(diǎn)：熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性高，彈性模量大，具有 耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、絕緣、熱膨脹系數(shù)小； 缺點(diǎn)：但是抗壓不抗拉，脆性大，不易加工成形；復(fù)合材料：能充分發(fā)揮其組成材料的各自長處，同時(shí)在一定程度上 克服它們的弱點(diǎn)；第八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.3 金屬材料的主要性能 機(jī)械零件在使用

5、過程中，要受到力學(xué)負(fù)荷諸如拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切以及熱負(fù)荷諸如高溫蠕變、熱應(yīng)力產(chǎn)生的熱疲勞和環(huán)境介質(zhì)的作用諸如腐蝕、摩擦損失，并且還要傳遞力和能。 因此，作為構(gòu)成機(jī)械零件的金屬材料，應(yīng)具備良好的力學(xué)性能、物理性能、和化學(xué)性能以防止零件早期失效，同時(shí)還要有良好的工藝性能 。第九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.3.1 金屬的力學(xué)性能 金屬的力學(xué)性能：材料在外力作用下表現(xiàn)出來的特性，如彈性、塑性、強(qiáng)度、硬度和韌性等。 表征和判定金屬力學(xué)性能所用的指標(biāo)和依據(jù)稱為金屬力學(xué)性能的判據(jù)。高溫蠕變疲勞強(qiáng)度低應(yīng)力脆斷彈性強(qiáng)度韌性硬度剛度塑性金屬力學(xué)性能第十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于

6、2022年6月1 彈性： 即物體在外力作用下改變其形狀和尺寸，當(dāng)外力卸除后物體又回復(fù)到原始形狀和尺寸的特性。彈性的判據(jù)可通過拉伸試驗(yàn)來測定。圖11 拉伸曲線及拉伸試樣 拉伸試驗(yàn):即靜拉伸力對試樣軸向拉伸,測量力和相應(yīng)的伸長,一般拉至斷裂以測定其力學(xué)性能的試驗(yàn)。 第十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月圖12 低碳鋼拉伸曲線 彈性極限：即金屬材料不產(chǎn)生塑性變形時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。拉伸曲線p點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力p為彈性極限： p= Fp/So 式中 p 彈性極限（MPa）； Fp 試樣產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)的最大外力（N）； So 試樣原始橫截面積（mm2）。第十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作

7、于2022年6月 2 剛度：即材料抵抗彈性變形的能力。 剛度的大小以彈性模量來衡量，彈性模量在拉伸曲線上表現(xiàn)為oe段的斜率，即： E=/ 式中 E彈性模量（MPa）； 應(yīng)力（MPa）； 應(yīng)變。第十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3 強(qiáng)度：即金屬抵抗永久變形和斷裂的能力。 （1）屈服點(diǎn) 屈服點(diǎn)：即試樣在拉伸過程中力不斷增加（保持恒定）仍能繼續(xù)伸長（變形）時(shí)的應(yīng)力。在拉伸曲線上s點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力為屈服點(diǎn)。 s=Fs/S0 式中 s屈服點(diǎn)（ MPa ）； Fs試樣開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的（N）； S0試樣原始橫截面積（ mm2）。第十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 抗

8、拉強(qiáng)度：即試樣拉斷前承受的最大標(biāo)稱拉應(yīng)力。 如圖1-2所示，拉伸曲線上b點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力為抗拉強(qiáng)度。 b=Fb/S0 式中 b抗拉強(qiáng)度（MPa）； Fb試樣斷裂前所能承受的最大拉（N）； S0試樣原始橫截面積（mm2 ）。第十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4 塑性 即斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力。 常用的塑性判據(jù)是伸長率和斷面收縮率。第十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）伸長率 即試樣拉斷后標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距的百分比。 =(L1 - L0)/ L0 100% 式中 伸長率（%）； L1試樣拉斷后標(biāo)距（mm)； L0 試樣原始標(biāo)距（mm)。第十七張，PP

9、T共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 （2） 斷面收縮率：即試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始的橫截面積的百分比。 =（S0-S1）/S0100%式中 斷面收縮率（%）； S1試樣的原始截面積（ mm2） S0試樣拉斷后縮頸處的最小橫截面積（mm2 )。第十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月5 硬度 即材料抵抗局部變形的能力。 硬度是材料抵抗塑性變形、壓痕的能力，是衡量金屬軟硬的判據(jù)，也是表征力學(xué)性能的一項(xiàng)綜合指標(biāo)。第十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）布氏硬度試驗(yàn) 動畫演示第二十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）洛氏硬度試驗(yàn)（動

10、畫演示) 即在初始試驗(yàn)力及總試驗(yàn)力先后作用下，將壓頭壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用測量的殘余壓痕深度增量計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)。第二十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月6 韌性 即金屬在斷裂前吸收變形能量的能力。常采用夏比沖擊試驗(yàn)來測定材料的韌性。 (h1-h2)/A 式中 沖擊韌度（J/cm2） 試樣的沖擊吸收功（J) 缺口底部橫截面積(mm2 ) 擺錘重量(Kg) h1擺錘舉起高度(m) h2擊斷試樣后升起高度(m)圖3 夏比沖擊試驗(yàn)第二十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 金屬材料的物理、化學(xué)性能包括密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、磁性、熱膨脹性

11、、耐熱性和耐蝕性、光學(xué)性能等。 機(jī)械零件的用途不同，對材料的物理、化學(xué)性能要求也不同 。光學(xué)性能耐腐蝕導(dǎo)熱性磁性耐熱性熱膨脹性導(dǎo)電性熔點(diǎn)密度金屬的理化性能1.3.2 金屬材料的物理、化學(xué)性能第二十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月金屬的工藝性能：即金屬材料對加工工藝的適應(yīng)性。 按加工方法不同，可分為鑄造性能、塑性成形性、焊接性、切削加工性、熱處理工藝性等。 金屬的各種工藝性能將在以后的有關(guān)章節(jié)中作詳細(xì)介紹。鑄造性塑性成形性焊接性金屬的工藝性能1.3.3 金屬材料的工藝性能第二十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.常用的力學(xué)性能判據(jù)各用什么符號表示？它們的物 理含義

12、各是什么？2.測定下列材料或零件的硬度宜采用何種硬度指標(biāo)？ 熱軋鋼坯 青銅鑄件 淬硬鋼齒輪 薄鋁板 灰鑄鐵思 考 題3第二十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月金屬材料高分子材料復(fù)合材料陶瓷材料固體材料第二章 材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組織與性能本章主要講解 金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組織與性能2.1 固體材料的分類第二十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 按原子排列的特征，可將固體金屬物質(zhì)分為 晶體 和非晶體兩大類。晶體： 物質(zhì)內(nèi)部的原子是按一定的次序有規(guī)律排列的。如金剛石、石墨等，固態(tài)金屬一般屬于晶體。非晶體：非晶體內(nèi)部的原子則是無規(guī)則排列的，如玻璃、

13、松香和瀝青等。第二十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月晶體的特點(diǎn)：具有固定熔點(diǎn)，各向異性（單晶）特 征；非晶體的特點(diǎn)：無固定熔點(diǎn)，其是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)熔化，各方向上原子聚集密度大致相同，所以表現(xiàn)各向同性；晶體與非晶體在一定條件下互相轉(zhuǎn)化。第二十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2.1 金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶格：為了便于理解和描述晶體中原子排列的規(guī)律，可以近似地將晶體中每一個(gè)原子看成是一個(gè)點(diǎn)，并將各點(diǎn)用假想的線連接起來，就得到一個(gè)空間骨架，簡稱晶格，如圖1-4(b)所示。晶胞：即晶格中最小的幾何單元。圖4 晶體結(jié)構(gòu)示意圖晶體結(jié)構(gòu)晶格晶胞第二十九張，PPT共一百八十八頁，

14、創(chuàng)作于2022年6月常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格等三種類型。.體心立方晶格 體心立方的晶格是一個(gè)立方體，其中心和八個(gè)角上各有一個(gè)原子，如圖15所示。 屬于這類晶格的金屬有-Fe、Cr、W、V等。它們都具有較好的塑性和較大的強(qiáng)度。圖5 體心立方球體模型及其晶格第三十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.面心立方晶格 面心立方晶格的晶胞也是一個(gè)立方體，其六個(gè)面中心和八個(gè)角上各有一個(gè)原子，如圖15所示。屬于這類晶格的金屬有 -Fe 、Cu、Al、Ni等。它們都具有較好的塑性。 圖16 面心立方球體模型及其晶胞第三十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022

15、年6月.密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞是一個(gè)六方柱體，其上下底面的中心和十二個(gè)角上各有一個(gè)原子，且在六方柱體的中間還有三個(gè)原子，如圖17所示。屬于這類晶格的金屬有g(shù) 、n 、d 、e等。 這類金屬塑性較差。圖17 密排六方球體模型及其晶胞第三十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 實(shí)際金屬結(jié)構(gòu)并不像晶體那樣規(guī)律和完整，存在晶體缺陷?？瘴弧㈤g隙原子和置換原子（點(diǎn)缺陷）: 導(dǎo)致金屬的強(qiáng)度、電阻等增加，塑性下降， 是固溶強(qiáng)化的主要原因。錯(cuò)位（線缺陷）：高密度的線缺陷是導(dǎo)致加工硬化 的主要原因之一； 無數(shù)的位錯(cuò)滑動導(dǎo)致晶體產(chǎn)生 宏觀塑性變形。晶界（面缺陷）：晶界處的能量較高，穩(wěn)定性差，熔

16、點(diǎn)低，易受腐蝕；在常溫下晶界對位錯(cuò)的移動有阻礙作用。晶粒越細(xì)（晶粒細(xì)化），晶界對塑性變形的抗力越大，同時(shí)晶粒的變形越均勻，致使強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越好；在高溫下的穩(wěn)定性差，晶粒越細(xì)，高溫性能就越差。實(shí)際金屬結(jié)構(gòu)第三十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2.2 金屬的結(jié)晶過程、金屬的結(jié)晶 即液態(tài)金屬凝固時(shí)原子占據(jù)晶格的規(guī)定位置形成晶體的過程。 純金屬的結(jié)晶過程可通過熱分析實(shí)驗(yàn)法得到的溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線，即冷卻曲線來表示，如圖1-8所示。第三十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月圖1-8 純金屬的冷卻曲線T0 理論結(jié)晶溫度Tn實(shí)際結(jié)晶溫度T過冷度T溫度T0Tn時(shí)

17、間第三十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2、過冷：即熔融金屬冷卻到平衡的凝固點(diǎn)以下而沒有發(fā)生凝固,而是必須冷卻至理論結(jié)晶溫度以下的某個(gè)溫度開始結(jié)晶的現(xiàn)象。 過冷度: 理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差值稱為過冷度。 即： T=T0-Tn式中 T過冷度（）； T0 金屬的理論結(jié)晶溫度（）； Tn 金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度（）。 每一種純金屬的理論結(jié)晶溫度是恒定的。金屬的過冷度不是恒定值，它與冷卻速度有關(guān)。冷卻速度越快，過冷度也越大。第三十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 3、金屬的結(jié)晶過程 動畫演示金屬的結(jié)晶過程包括形核和晶核長大兩個(gè)階段，并持續(xù)到液相全部轉(zhuǎn)變成固相為止。金

18、屬的結(jié)晶過程動畫演示了金屬從形核、晶體長大直至結(jié)晶完畢整個(gè)過程。第三十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）形核：又稱成核，是過冷金屬液中生成晶核的過程，是結(jié)晶的初始階段。形核包括均質(zhì)形核和非均質(zhì)形核兩種方式。 1）均質(zhì)形核：又稱自發(fā)形核，是熔融金屬內(nèi)僅因過冷而產(chǎn)生晶核的過程。在一定過冷度下，金屬液中的一些原子自發(fā)聚集在一起，按晶體的固有規(guī)律排列起來形成晶核。 2）非均質(zhì)形核：又稱非自發(fā)形核，是以熔融金屬內(nèi)原有的或加入的異質(zhì)點(diǎn)作為晶核或晶核襯底的形核過程。形核第三十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）晶核長大：即金屬結(jié)晶時(shí)，晶粒長大成為晶體的過程。結(jié)晶過程中，

19、已經(jīng)形成的晶核不斷長大，同時(shí)液態(tài)金屬中又會不斷地產(chǎn)生新的晶核并不斷長大，直至液態(tài)金屬全部消失、長大的晶體互相接觸為止。 晶粒：多晶體材料內(nèi)，晶體學(xué)位向（即原子排列的位向）基本相同的小晶體稱為晶粒。 晶界：相鄰晶粒之間的界面稱為晶界。第三十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4、晶粒度及其控制 晶粒度：指多晶體內(nèi)晶粒的大小，可用晶粒號、晶粒平均直徑、單位面積或單位體積的晶粒數(shù)目來定量表征。（1）晶粒度對金屬力學(xué)性能的影響 通常，金屬的晶粒越細(xì)，力學(xué)性能越好。晶粒細(xì)，晶界就多，晶粒間犬牙交錯(cuò)，相互楔合，從而加強(qiáng)了金屬內(nèi)部的結(jié)合力。（2）細(xì)化晶粒的方法 生產(chǎn)中常采用加入形核劑、增大過冷度

20、 、動力學(xué)法等來細(xì)化晶粒，以改善金屬材料性能。第四十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1)加入形核劑 加入金屬液中能作為晶核，或雖未能成為晶核但能與液態(tài)金屬中某些元 素相互作用產(chǎn)生晶核或有效形核質(zhì)點(diǎn)的添加劑。2）增大過冷度 形核率和晶核長大速度都隨著過冷度的增大而增大，但形核率的增長比長大速率的增加要快，過冷度T越大，單位體積中晶核的數(shù)目越多，故能使晶粒細(xì)化。冷卻速度越大，過冷度也就越大，故可通過增加冷卻速度的方法來使晶粒細(xì)化。第四十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月）動力學(xué)法通過機(jī)械振動、電磁攪拌等方式使金屬中產(chǎn)生對流，從而使生長中的晶核折斷而增加晶核數(shù)目，細(xì)化晶粒

21、。）其它方法 熱處理、塑性變形等方法也能使金屬細(xì)化。第四十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2.3 金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：金屬在固態(tài)下隨溫度的變化改變其晶格類型的過程稱為金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。如純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。二次結(jié)晶:金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程與液態(tài)金屬的結(jié)晶過程很相似，也有一定的轉(zhuǎn)變溫度和過冷度，同樣包括晶核的形成和晶核的長大兩個(gè)過程，故常稱為重結(jié)晶或二次結(jié)晶。第四十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2.4 合金的晶體結(jié)構(gòu)合金：是兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬與非金屬元素所組成的 金屬材料。組元：組成合金的最基本的、獨(dú)立的單元稱為組元。按照組元

22、的數(shù) 目，合金可以分為二元合金、三元合金。 合金的晶體結(jié)構(gòu)比純金屬復(fù)雜，根據(jù)組成合金的組元相互之間作用方式不同，可以形成固溶體、金屬化合物和機(jī)械混合物三種結(jié)構(gòu)。組元1組元2組元3合 金 第四十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.固溶體 (1)固容體的類型間隙固溶體：當(dāng)溶質(zhì)原子很小時(shí)，只能處于溶劑原子的間隙中，稱為間隙固溶體。 如圖1-10a所示。如C、H、O等 原子易形成間隙固溶體。置換固溶體：當(dāng)溶質(zhì)和溶劑的原子直徑較接近時(shí)，只能替代一部分溶劑原子而占據(jù)溶劑晶格中的某些結(jié)點(diǎn)位置，稱為置換固溶體。 如圖1-10b 所示。如Fe-Ni、Cu-Ni等。圖1-10a 間隙固溶體圖1-1

23、0b 置換固溶體第四十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(2)固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化：通過溶入某種溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象。如圖1-10c、1-10d所示。1-10c 間隙固溶體晶格畸變1-10d 置換固溶體晶格畸變第四十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2、金屬化合物：即由兩組元的原子按一定的數(shù)量比相互化合而形成的一種新的具有金屬特性的物質(zhì)。 金屬化合物具有與各組元完全不同的復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)，通常具有較高的熔點(diǎn)和硬度，且脆性較大。碳鋼中的FeC、合金鋼中的TiC、WC、VC等均屬于金屬化合物。 FeC的晶格如圖1-11b所示。圖1-11a 石墨的晶格

24、圖1-11b 滲碳體的晶格第四十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3、機(jī)械混合物：即由純金屬、固溶體或化合物按一定的重量比組成的物質(zhì)。 機(jī)械混物各組成物的原子仍然按自己原來的晶格形式結(jié)合成晶體，在顯微鏡下可明顯區(qū)別出各組成物的晶粒。 機(jī)械混合物的力學(xué)性能通常介于各組成物之間，并取決于各組成物的含量、性能、分布和形態(tài)。如碳鋼中的珠光體就是由化合物（滲碳體）和固溶體（鐵素體）組成的機(jī)械混合物，其力學(xué)性能介于二者之間。第四十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月思考題1.何謂金屬結(jié)晶？純金屬結(jié)晶有哪些基本規(guī)律？2.生產(chǎn)中常用那些方法細(xì)化晶粒？各類方法使晶粒 細(xì)化的機(jī)理是什么？

25、3.試分析純鐵的結(jié)晶過程，并指出金屬的同素異構(gòu) 轉(zhuǎn)變與液態(tài)結(jié)晶的異同點(diǎn)。第四十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二元合金結(jié)晶圖（自學(xué)）相圖（狀態(tài)圖或平衡圖）：用圖解的方法表示不同溫度、壓力及成分下合金系中各相的平衡關(guān)系。 合金在極其緩慢冷卻的條件下的結(jié)晶過程，可以看做平衡的結(jié)晶過程。狀態(tài)取決于溫度和成分。 1、二元相圖的建立：合金的加入使其結(jié)晶溫度變?yōu)橐粋€(gè)范圍。 2、二元均晶相圖：凡二元系中的兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均能無限互溶時(shí)，其所構(gòu)成的相圖； 3、二元共晶相圖：當(dāng)兩個(gè)組元液態(tài)能無限互溶，但固態(tài)只能有限互溶并且發(fā)生共晶反應(yīng)時(shí)，其所構(gòu)成的相圖； 4、二元包晶相圖：若兩組元在液態(tài)時(shí)無

26、限互溶，在固態(tài)時(shí)形成有限固溶體而且發(fā)生包晶反應(yīng)，其所構(gòu)成的相圖。3第五十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 鐵碳合金 鐵碳合金：以鐵為基體，有不同碳含量的合金，稱為鐵碳合金。碳主要影響鐵碳合金性能的成分。（鐵-碳合金的含碳量最高不超過5%）； 鐵碳合金是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的合金。第五十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3.1 鐵碳合金的基本組織（1）鐵碳合金中，固態(tài)時(shí)可形成固溶體、化合物、機(jī)械混合物（2）鐵碳合金的基本組織有鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體。（3）純鐵：熔點(diǎn)1538，有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；（4）碳：在鐵碳合金中的存在形式有固溶體、金屬化合物、石

27、墨。奧氏體珠光體萊氏體滲碳體鐵素體鐵碳合金第五十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.鐵素體 鐵素體 ：即- Fe鐵中溶入碳元素構(gòu)成的固溶體，用符號 F或 表示。它仍保持溶劑- Fe的的體心立方晶格結(jié)構(gòu)。 由于- Fe內(nèi)原子間的空隙比較小，故溶碳能力極小，在727時(shí)溶碳能力達(dá)到最大，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%。隨著溫度下降，溶碳量逐步減少，在室溫時(shí)只能溶解微量。 力學(xué)性能：強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好。第五十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.奧氏體 奧氏體：即(- Fe)中溶入碳元素構(gòu)成的固溶體，用符號 A 或 表示。它仍保持- Fe的晶體結(jié)構(gòu)。由于- Fe內(nèi)原

28、子間的空隙比- Fe大，故溶碳能力也較大，在1148時(shí)的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)2.11%。 力學(xué)性能：具有一定的強(qiáng)度，塑性很好。易鍛壓成形。第五十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 滲碳體 滲碳體 :化學(xué)式為Fe3C的金屬化合物。滲碳體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.69%,晶格結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 滲碳體在鋼和鑄鐵中，一般以片狀、網(wǎng)狀或球狀存在。它的形狀和分布對鋼的性能影響很大，是鐵碳合金的重要強(qiáng)化物。力學(xué)性能：硬度很高 (HV=9501050)；而脆性大，塑性極差，不能單獨(dú)應(yīng)用；在鐵碳合金中起強(qiáng)化作用。 圖1-12 滲碳體晶格第五十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4.珠光體 (金相組

29、織)珠光體 :鐵素體薄層(片)與滲碳薄層(片)交替重疊組成的共析組織,用符號 P 表示,其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.77。珠光體通常是由奧氏體中同時(shí)析出鐵素體和滲碳體形成的。力學(xué)性能：介于鐵素體和滲碳體之間, 強(qiáng)度較高,塑性較差。第五十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月5.萊氏體 (金相組織)萊氏體 :即鑄鐵或高碳高合金鋼中由奧氏體(或其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物)與滲碳體組成的共晶組織，屬于機(jī)械混合物，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3%。 萊氏體通常在高溫下由奧氏體和滲碳體組成，727以下由珠光體和滲碳體組成,分別用符號Ld和Ld表示。力學(xué)性能：與滲碳體相似，硬度很高，塑性極差。第五十七張，PPT共一百八十八頁，

30、創(chuàng)作于2022年6月第五十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3.2 鐵碳相圖鐵碳相圖：是用縱坐標(biāo)表示溫度,橫坐標(biāo)表示碳的量分?jǐn)?shù)的鐵碳合金不同相的平衡圖,如圖1 -13 所示。用途： 鐵碳相圖是用實(shí)驗(yàn)方法作出的,是研究鋼和鑄鐵的成分、溫度與組織之間關(guān)系的重要工具，是選材和制定鋼鐵材料鑄造、鍛造和熱處等熱加工工藝的基本依據(jù)。第五十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月圖1-13 鐵碳相圖1.鐵碳相圖及其各成分組織示意圖第六十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月符號溫度含碳量%(重量)特性A15380純鐵的熔點(diǎn)C11484.3共晶反應(yīng)點(diǎn)D12276.69滲碳體的

31、熔點(diǎn)E11482.11碳在-Fe中的最大溶解度F11486.69滲碳體G9120-Fe與-Fe同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)K7276.69滲碳體N13940-Fe與-Fe同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)P7270.0218碳在-Fe中的最大溶解度S7270.77共析反應(yīng)點(diǎn)Q6000.008600時(shí)碳在-Fe中的最大溶度 表11 相圖中主要特性點(diǎn)的含義第六十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.鐵碳合金的分類及室溫組織（）工業(yè)純鐵 即w(C) 0.0218%的鐵碳合金。室溫組織： 為鐵素體和極少量的三次滲碳體。鋼白口鑄鐵工業(yè)純鐵鐵碳合金（按質(zhì)量分?jǐn)?shù)）第六十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 鋼

32、鋼：即0.0218%w(C)2.11% 的鐵碳合金。 按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，鋼可分為共析鋼、亞共析鋼和過共析鋼三類。過共析鋼亞共析鋼共析鋼鋼第六十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 1)共析鋼 即W(C)=0.77%,室溫組織為珠光體。 2)亞共析鋼 即W(C)0.77%,室溫組織為珠光體和二次滲碳體。 第六十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(3)白口鑄鐵 即2.11%w (C)6.69%的鐵碳合金。 按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，白口鑄鐵可分為共晶白口鑄鐵、亞共晶白口鑄鐵和過共晶白口鑄鐵三類。亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵白口鑄鐵1）共晶白口鑄鐵 W (C)4.3

33、%，室溫組織為萊氏體（d）。第六十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2）亞共晶白口鑄鐵 W(C)4.3%，室溫組織為萊氏體（d）和一次滲碳體。第六十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.典型鐵碳合金的結(jié)晶過程(1)共析鋼結(jié)晶過程 動畫演示 L L+A A P（F+Fe3C）第六十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(2)亞共析鋼結(jié)晶過程 動畫演示 L L+A A A+F P+F第六十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(3)過共析鋼結(jié)晶過程 動畫演示 L L+A A A+ Fe3C P+Fe3C第六十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022

34、年6月(4)共晶白口鑄鐵結(jié)晶過程 動畫演示L Ld（A+Fe3C） Ld（A+Fe3C+Fe3C） Ld（P+ Fe3C+Fe3C）第七十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(5)亞共晶白口鑄鐵結(jié)晶過程 動畫演示 L L+A Ld+A Ld+A+Fe3C Ld+P+Fe3C第七十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(6)過共晶白口鑄鐵 結(jié)晶過程 動畫演示 L L+ Fe3C Ld+ Fe3C Ld+ Fe3C第七十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3.3 碳對鐵碳合金組織和性能的影響（1）當(dāng)w(c)0.9%時(shí)，隨著碳含量的不斷增加，鋼的硬度仍不斷升高，但

35、強(qiáng)度和塑性不斷下降，這是由于網(wǎng)狀滲碳體明顯形成并不斷增多所致。（3）在白口鑄鐵部分，隨著含碳量增加，硬度不斷增加，強(qiáng)度不斷下降，而塑性則幾乎為零。這是由于萊 氏體或一次滲碳體等脆硬組織不斷增多所致。第七十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月思考題1.比較鐵碳合金各種基本組織的晶體結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。2.碳鋼與鑄鐵在成分與組織上有哪些區(qū)別？3.試分析W(C)分別為0.2%、0.77%、1.3%的鐵碳合 金自高溫緩慢冷卻至室溫的組織轉(zhuǎn)變過程。4第七十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 改變材料性能的主要途徑3.1.1 概述1）金屬熱處理： 采用適當(dāng)?shù)姆绞綄饘俨牧匣蚬ぜ?/p>

36、進(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得預(yù)期的組織、結(jié)構(gòu)與性能的工藝。 圖1-51所示溫度時(shí)間曲線描述了其基本過程。 圖1-51 熱處理工藝曲線示意圖3.1 金屬的熱處理第七十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2）金屬熱處理的目的：不改變工件的形狀，通過改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)來改變性能；消除毛坯缺陷，改善工藝性能，以利于進(jìn)行冷、熱加工；充分發(fā)揮材料的潛力，顯著提高其力學(xué)性能。3）應(yīng)用：機(jī)床工業(yè)中，有6070的零件需要熱處理；汽車、拖拉機(jī)工業(yè)中，有7080的零件需要熱處理；各類工具、模具幾乎都要進(jìn)行熱處理。第七十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4）金屬熱處理的前提條件： 金屬在固態(tài)

37、下可相變、溶解度可變，或處于不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)（諸如：整體熱處理、表面熱處理），或表面可滲入其它元素的材料（化學(xué)熱處理）。第七十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月普通熱處理表面熱處理退火正火淬火回火表面淬火化學(xué)熱處理火焰加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火滲碳滲氮碳氮共滲滲金屬(鋁、鉻等) 常用的熱處理方法5）分類第七十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1.2 鋼的普通熱處理1.退火 1）工藝：將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢地 冷卻到室溫 。 2）目的： 降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工； 細(xì)化晶粒，均勻鋼的組織及成分，改善鋼的性能或?yàn)橐院?

38、的熱處理作準(zhǔn)備； 消除鋼中的殘余內(nèi)應(yīng)力，以防止變形和開裂。 第七十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 完全退火 常用的退火方法 球化退火 去應(yīng)力退火圖1-52 碳鋼各種退火和正火工藝示意圖第八十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 （1）完全退火 工藝 ： 將鋼加熱到 Ac3以上2040，保溫一定時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻，這種退火方法稱為完全退火。目的：細(xì)化晶粒，降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。用途：主要用于亞共析鋼和共析鋼的鍛件、鑄件等。第八十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）球化退火 工藝： 將鋼加熱到 Ac1以上2030，保溫一定時(shí)間，以不大于50/h的冷

39、卻速度隨爐冷卻，獲得球狀碳化物的退火方法。目的： 使網(wǎng)狀滲碳體球化，降低硬度，提高韌性，并為淬火作準(zhǔn)備。用途： 用于共析鋼及過共析鋼。如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。 第八十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）去應(yīng)力退火(又稱低溫退火)工藝：將鋼加熱到略低于A1的溫度(500650)，經(jīng)保溫 后緩慢冷卻。特點(diǎn)：鋼的組織不發(fā)生變化，只是消除內(nèi)應(yīng)力。用途：用于鍛造、鑄造、焊接及切削加工后的工件。第八十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.正火工藝：將鋼加熱到Ac3或Accm以上3050，保溫一定時(shí)間后在空氣中冷卻。目的： （1) 細(xì)化晶粒(比退火更細(xì)）；（2）消

40、除網(wǎng)狀碳化物，為以后的 熱處理作準(zhǔn)備；（3）提高低、中碳鋼的硬度，改 善切削加工性，消除應(yīng)力。 1-正火 2-退火 3-球化退火圖1-53 退火和正火鋼的硬度值范圍比較第八十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.淬火工藝：將鋼加熱到臨界溫度( Ac3或Ac1)以上的適當(dāng)溫度以適當(dāng)方式冷卻，以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。 圖1-54 碳鋼的淬火加熱溫度范圍圖155 淬火第八十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月目的： 1）獲得馬氏體組織，提高鋼的硬度和耐磨性； 2）與回火配合，獲得不同強(qiáng)韌性的組織。 淬火介質(zhì)：是控制鋼件冷卻速度，保證淬火質(zhì)量的重要媒介物質(zhì)。 水

41、：價(jià)廉易得，冷卻速度在650550很快。 油：在300200時(shí)，冷卻很慢，應(yīng)力小。 第八十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4.回火（1）工藝： 將淬火后的鋼加熱到 Ac1以下的某一溫度， 保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。 （2）目的： 1）消除或減小淬火應(yīng)力， 2）穩(wěn)定工件尺寸，防止變形與開裂， 3）調(diào)整淬火件的性能。第八十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月低溫回火中溫回火高溫回火（3）回火種類1）低溫回火溫度：150250，目的：降低應(yīng)力、脆性，提高塑性、韌性。組織：M回+A殘（少量）。性能：基本保持M的高硬度（5862HRC）和耐磨性，內(nèi)應(yīng)力和 脆性

42、有所降低。應(yīng)用：各種工具、滾動軸承、滲碳件和表面淬火件等。 第八十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2）中溫回火溫度：250500。目的：提高鋼彈性極限，屈服強(qiáng)度及韌性。組織：回火屈氏體， T回性能：具有較高的彈性極限和屈服點(diǎn)，一定的韌性和硬度（3545HRC）。應(yīng)用：各種彈簧和模具等。 第八十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3）高溫回火 溫度：500650目的：提高材料綜合力學(xué)性能。組織：回火索氏體 S回。性能：具有強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性都較好的綜合力學(xué)性能， 硬度可達(dá)2535HRC。 應(yīng)用：各種重要結(jié)構(gòu)零件，如各種軸、齒輪、連桿等。 “調(diào)質(zhì)”=淬火+高溫回火。

43、復(fù)合熱處理。 組織： S回，滲碳體呈粒狀。第九十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1.3 鋼的表面熱處理與化學(xué)熱處理 機(jī)械設(shè)備中，有許多零件應(yīng)具有高的硬度和耐磨性，而心部應(yīng)具有足夠的塑性和韌性。故應(yīng)進(jìn)行表面熱處理。(如齒輪、活塞銷、曲軸等)。 常用的表面熱處理方法:1.表面淬火 工藝：把鋼的表面迅速加熱到淬火溫度，然后快速冷卻，使鋼表面至一定深度轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，而心部組織不變。 分類: 火焰淬火、感應(yīng)淬火 、激光淬火、接觸電阻淬火、電子束淬火等。 第九十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月圖1-56感應(yīng)加熱示意圖圖1-57火焰淬火示意圖1-工件 2-燒嘴 3-噴水

44、管 4-移動方向 5-淬硬層第九十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.鋼的化學(xué)熱處理 （1）化學(xué)熱處理： 將工件放在適當(dāng)?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱，使某些元素滲入工件表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理。（2）特點(diǎn)：不僅改變表層組織，同時(shí)也改變其化學(xué)成分。（3）基本過程： 1）化學(xué)介質(zhì)的分解； 2）活性原子被吸收和溶解； 3）形成擴(kuò)散層。（4）化學(xué)熱處理方法：滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲金屬等。 第九十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 圖1-58離子滲氮裝置示意圖1-密封橡皮棒 2-陰極 3-工件 4-觀察孔 5-真空室外殼 6-陽極圖1-59 氣體滲碳法示意圖第九十四

45、張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月思考題1.比較鋼的各類普通熱處理工藝的加熱溫度范圍、冷卻方式和目的。2.軸、彈簧、鋸條和扳手各需進(jìn)行何種熱處理？為什么？第九十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.2 金屬的合金化改性3.2.1 合金元素的存在形式固溶體：將合金元素溶于鋼中的鐵素體、奧氏體和馬氏體 中，形成合金鐵素體、合金奧氏體和合金馬氏體。 起固溶強(qiáng)化的作用?；衔铮汉辖鹪嘏c鋼中的碳、其它合金元素以及常存雜質(zhì) 元素之間形成碳化物、金屬間化合物和非金屬夾雜 物。游離態(tài)：有些元素難溶于鐵、也不易生成化合物，以游離狀 態(tài)存在；如碳在鋼中可以自由狀態(tài)（石墨）存在。第九十六

46、張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.2.2 合金元素的作用 1）形成固溶體，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化； 2）形成金屬化合物，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化或第二相強(qiáng)化； 3）溶入奧氏體，提高鋼的淬透性； 4）提高鋼的熱穩(wěn)定性，增強(qiáng)鋼在高溫下的強(qiáng)度、硬度 和耐磨性； 5）細(xì)化晶粒，產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)韌化； 6）形成鈍化保護(hù)膜； 7）對奧氏體和鐵素體存在范圍的影響； 8）其他作用。第九十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.3 金屬的形變強(qiáng)化 3.3.1 冷塑性變形對金屬組織與性能的影響 1）單晶體的塑性變形單晶體塑性變形的基本形式有滑移和孿生，其中滑移是主要的變形方式；實(shí)際晶體的滑移是通過滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)

47、動來實(shí)現(xiàn)，無數(shù)位錯(cuò)的滑移形成了晶體的宏觀塑性變形。 2) 多晶體的塑性變形 晶界和晶粒方位的影響； 多晶體塑性變形的特點(diǎn)。第九十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3） 冷塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的變化形成纖維組織；亞結(jié)構(gòu)細(xì)化；出現(xiàn)擇優(yōu)取向。4） 冷塑性變形對金屬性能的變化加工硬化；產(chǎn)生殘余應(yīng)力；各向異性；其它性能變化；第九十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月5） 冷塑性變形金屬在加熱時(shí)組織與性能的變化冷變形后的金屬在加熱過程中，隨著溫度的升高或加熱 時(shí)間的延長，其組織和性能一般要經(jīng)歷 回復(fù) 、再結(jié)晶、 晶粒長大 3個(gè)階段；影響再結(jié)晶后晶粒度的主要因素： 加熱溫度和保溫

48、時(shí)間； 變形程度。第一百張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.3.2 金屬熱變形、熱塑性變形對金屬組織和性能的影響1） 金屬的熱變形和冷變形2） 熱塑性變形對金屬組織和性能的影響改善鑄態(tài)組織；形成熱變形纖維組織（流線）；形成帶狀組織。第一百零一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.3 有機(jī)高分子材料和陶瓷材料的改性簡介化學(xué)改性 嵌段共聚改性 填充增強(qiáng)改性共混改性 接枝共聚改性輻射交聯(lián)改性 1）高分子材料的改性 物理改性 2）陶瓷材料的改性 （自學(xué)）第一百零二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月高能束電化學(xué)鍍氣相沉積熱噴涂化學(xué)轉(zhuǎn)化膜表面形變強(qiáng)化材料表面改性技術(shù)3

49、.4 材料的表面改性技術(shù)簡介8第一百零三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第四章 常用金屬材料鑄鐵粉末冶金材料鋁及其合金銅及其合金鋼金屬材料 常用的金屬材料包括鋼、鑄鐵、銅及其合金、鋁及其合金、粉末冶金材料等，其中以鋼和鑄鐵應(yīng)用最為廣泛。圖1-14 蕪湖長江大橋第一百零四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4.1 鋼1.化學(xué)成分對鋼的力學(xué)性能的影響（1）雜質(zhì)元素的影響： 1) 錳、硅的影響: 有益元素.Mn和Si在鋼中大部分溶于鐵素體, 起強(qiáng)化作用。Mn能減輕S的有害作用。FeSMnMnSFe 2) 硫的影響:有害元素, FeSFeS，F(xiàn)eS與Fe易形成低熔點(diǎn) 的共晶體，

50、可使鋼引起熱脆性。 3) 磷的影響:有害元素，P在鋼中可溶于鐵素體，使鋼強(qiáng)度、 硬度增加，塑性、韌性減小，易使鋼產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象。但P與Cu 同時(shí)存在，可提高鋼的耐蝕性和耐磨性。第一百零五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 (2)合金元素的影響 合金元素：是為改善鋼的某些性能而在鋼中特意加入的元素,對鋼的力學(xué)性能有很大影響。1) 對鋼的強(qiáng)度的影響: C、Si、Mn產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，使鋼的強(qiáng)度提高； C、N、Cr、Al形成碳化物或氮化物，使鋼的強(qiáng)度和硬度提高； Nb、V、Al、Ti可細(xì)化晶粒，提高鋼的強(qiáng)度。2）對鋼的韌性的影響: Nb、V等元素可細(xì)化晶粒,從而也顯著提高鋼的韌性； C、Si、

51、Mn一般使鋼的韌性降低。第一百零六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 2. 鋼的分類 (1)按化學(xué)成分分類: 根據(jù)各種合金元素規(guī)定含量界限值,將鋼分為1）非合金鋼（碳素鋼）; 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼。含碳量小于0.25%為低碳鋼，0.250.6%為中碳鋼，大于0.6%為高碳鋼;2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼;3）合金鋼。 鋼的分類化學(xué)成分質(zhì)量等級主要性能使用特性第一百零七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月表1-2 部分合金元素規(guī)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)界限值 (%)合金元素非合金鋼低合金鋼合金鋼Cr0.300.300.50 0.50Mn1.001.001.401.40Mo

52、0.050.050.100.10Ni0.300.300.500.50Si0.500.500.900.90第一百零八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(2)按主要質(zhì)量等級分類1) 普通質(zhì)量鋼 ：即對生產(chǎn)過程中控制質(zhì)量無特殊規(guī)定的、一般用途的非合金鋼和低合金鋼。S、P含量均小于0.045%。2) 優(yōu)質(zhì)鋼:即在生產(chǎn)過程中需要按規(guī)定控制質(zhì)量的鋼,并達(dá)到比普通質(zhì)量鋼較高的質(zhì)量要求。S、P含量均小于0.040%。3）特殊質(zhì)量鋼：即在生產(chǎn)過程中需要嚴(yán)格控制質(zhì)量和性能的鋼,特別是要求嚴(yán)格控制硫、磷等含量和提高純潔度等。S、P含量均小于0.020%。 按質(zhì)量等級普通質(zhì)量鋼優(yōu)質(zhì)鋼特殊質(zhì)量鋼第一百零九張

53、，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(3) 按使用特性分類工程結(jié)構(gòu)用鋼耐熱鋼不銹耐蝕鋼機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼工具鋼使用特性第一百一十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 (1)非合金鋼1)碳素結(jié)構(gòu)鋼 牌號： 例如 Q235F “Q” 表示屈服點(diǎn); “235”表示屈服點(diǎn)值為235MPa; “F” 表示脫氧方法（沸騰鋼）。 用途 ： 碳素結(jié)構(gòu)鋼w(C)為0.06%0.38%。 主要用來制造一般工程結(jié)構(gòu)和普通機(jī)床零件，通常軋制成各種型材、板材和線材等。3.鋼的牌號和應(yīng)用第一百一十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月牌號質(zhì)量等級化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)力學(xué)性能CMnSiSPs/MP

54、ab/MPa(%)不大于Q1950.060.120.250.500.030.0500.04519531543033Q215A0.090.150.250.550.300.0500.04521533545031Q255A0.180.280.400.700.300.0500.04525541055024Q2750.280.380.500.800.350.0500.04527549063020表1-3 碳素結(jié)構(gòu)鋼部分牌號、成分與力學(xué)性能第一百一十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 牌號： 是用二位數(shù)字表示，這兩位數(shù)字表示鋼中的平 均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（萬分?jǐn)?shù)）。 例如 45鋼

55、 表示平均w(C)為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。 若為沸騰鋼，則在牌號后加“F”符號，如08F。 若含錳量較高，則在數(shù)字后加“Mn”符號。用途： 主要用來制造比較重要的機(jī)械零件，如軸、連桿、彈簧等。 20鋼金相組織示意圖第一百一十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月牌號化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）力學(xué)性能（不小于）應(yīng)用舉例CSiMns/MPab/MPa(%)(%)HBS(熱軋）08F0.050.110.030.250.502951753560131要求冷成形性和焊接性良好的零件，如沖壓件、焊接件等。200.170.230.170.370.350.654102452555156同上，且用

56、于要求內(nèi)韌外硬的滲碳件。600.570.650.170.370.500.806754001535255經(jīng)淬火和中溫回火具有較高彈性的各類彈簧等。表1-4 優(yōu)質(zhì)碳素鋼部分牌號、成份、力學(xué)性能及應(yīng)用舉例第一百一十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3）碳素工具鋼 牌號：是用規(guī)定符號T（碳字的漢語拼音字首）和數(shù)字表示。 例如 T10A “10”表示平均w(C)為1.0%， “A”表示高級優(yōu)質(zhì)。用途: 用于制造不受沖擊、高硬度、耐磨的工具，如銼刀、手鋸條、拉絲模等。 T12鋼的金相組織圖1-15 絲錐第一百一十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月牌號化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）試樣

57、淬火HRC（不小于）應(yīng)用舉例CSiMnT80.750.840.350.40（780800，水淬）62承受沖擊，要求較高硬度的工具。如壓縮空氣工具等。T9A0.850.940.40（760780,水淬）62韌性中等，硬度高的工具。如沖頭、木工工具，鑿巖工具。T100.951.04不受劇烈沖擊、高硬度、耐磨的工具。如沖頭、手鋸條等。T12A1.151.24不受沖擊、要求高硬度、高耐磨的工具。如銼刀、量具等。表1-5 碳素工具鋼部分牌號、成份、硬度和應(yīng)用第一百一十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(2)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼牌號：例如 Q390A “Q”表示屈服點(diǎn)， “390”表示屈服點(diǎn)值

58、為390MPa， “A”表示質(zhì)量等級為A 級。用途： 低合金高強(qiáng)度高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一般不用熱處理， 綜合力學(xué)性能良好，用于橋梁、船舶、車輛、高壓容器、管道、建筑物等。第一百一十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(3) 合金鋼1）合金結(jié)構(gòu)鋼 牌號： 例如 60Si2Mn, “60”表示平均w(C)=0.6%， “ Si2 ”表示平均w(Si)=2%， “ Mn ”表示平均w(Mn)1.5%。 用途：合金結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能優(yōu)于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼， 常用來制造重要的零件，如齒輪、軸類、彈簧等。 例：滲碳鋼，20CrMnTi； 調(diào)質(zhì)鋼，40CrMn； 彈簧鋼，60Si2Mn。第一百一十八張，PPT

59、共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2）合金工具鋼牌號：例1：低合金工具鋼: 9SiCr “9” 表示平均w(C)=0.9%， “Si”表示平均w (Si) 1.5% ， “Cr”表示平均 w(Cr)1.5%。用途：合金工具鋼的力學(xué)性能優(yōu)于碳素工具鋼，廣泛用于制造各種刃具、量具、模具等。如鉆頭、絞刀、量塊和沖模等。圖1-16 硬質(zhì)合金沖模第一百一十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月例2：高合金工具鋼高速鋼：W18Cr4V平均w(C)為0.70.8%;“W18”表示平均 w(W)=18%;“Cr4”表示平均w(Cr)=4%;“V”表示平均w(V) 1.5%;用于制作車刀、刨刀、鉆頭

60、、銑刀等。第一百二十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(4)鑄鋼 即在凝固過程中不經(jīng)歷共晶轉(zhuǎn)變的用于生產(chǎn)鑄件的鐵基合金。性能特點(diǎn)：鑄鋼的綜合性能和焊接性能均優(yōu)于鑄鐵，用途：主要用于制造承受重載荷及沖擊載荷的構(gòu)件。如鍛錘機(jī)架、齒輪、軋輥等。在各類鑄造合金中，鑄鋼的應(yīng)用僅次于鑄鐵。主要分為：鑄造碳鋼和鑄造合金鋼。圖1-17 鑄鋼件第一百二十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 1)鑄造碳鋼牌號：例如 ZG230450 450b450MPa； 230s（0.2）230MPa； ZG “鑄鋼”漢語拼音首字母。性能特點(diǎn)： 有一定的強(qiáng)度和較好的塑性、韌性，焊接性能良好，切削加工性尚