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1、機械工程材料,主講教師 馬艷萍,機械工程材料,課程總復(fù)習(xí),主講教師 馬艷萍,工程材料,課程總復(fù)習(xí),使用性能,工藝性能,純金屬,合金,工業(yè)用鋼,有色金屬及其合金,鑄鐵,結(jié)晶,塑性變形,熱處理,金屬材料的機械性能復(fù)習(xí),本章為概述，復(fù)習(xí)以前學(xué)過的有關(guān)金屬的力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能的相關(guān)知識。,要求掌握關(guān)于金屬材料性能的基本表示方法,動載、靜載、沖擊、周期性交變載荷、高溫及其他,硬度的測量及表示方法,復(fù)習(xí),機械工程材料,使用性能,1.,力學(xué)性能,剛度：材料抵抗彈性變形的能力。指標(biāo)：彈性模量,E,強度：材料抵抗變形和破壞的能力。指標(biāo)：,b,、,s,、,0.2,、,-1,塑性：材料斷裂前承受最大塑性變

2、形的能力。指標(biāo)：,、,硬度：材料抵抗局部塑性變形的能力。指標(biāo)：,HB,、,HRC,沖擊韌性：材料抵抗沖擊破壞的能力。指標(biāo)：,k,斷裂韌性：材料抵抗內(nèi)部裂紋擴展的能力。指標(biāo)：,K,1C,2.,化學(xué)性能：材料的化學(xué)穩(wěn)定性，包括耐蝕性和抗氧化性,3.,耐磨性：材料抵抗磨損的能力。,工藝性能,鑄造性能：液態(tài)金屬的流動性、填充性、收縮率,、,偏析傾向。,鍛造性能：成型性與變形抗力。,切削性能：對刀具的磨損、斷屑能力及導(dǎo)熱性。,焊接性能：產(chǎn)生焊接缺陷的傾向。,熱處理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性等。,練習(xí),1.,金屬材料的機械性能指標(biāo)主要有那幾項，動載荷、交變沖擊載荷下主要用那幾個指標(biāo)？,2.

3、,常用的測量硬度的方法有幾種？其應(yīng)用范圍如何？,3.,由拉伸試驗可以得出哪些力學(xué)性能指標(biāo)？在工程上這些指標(biāo)是怎樣定義的？,復(fù)習(xí),機械工程材料,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶復(fù)習(xí),本章從金屬鍵的原子結(jié)合方式出發(fā)，簡單介紹金屬宏觀性能與微觀構(gòu)造之間的關(guān)系以及金屬晶體的形成過程。,目的要求：,建立金屬晶體的概念，區(qū)分晶體與非晶體，單晶體與多晶體；,定性說明金屬鍵與金屬特性之間的關(guān)系；,熟悉金屬中常見的三種金屬晶體結(jié)構(gòu)及其特征參數(shù)，建立金屬中多型性概念；,了解實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)，金屬晶體缺陷的類型,了解金屬結(jié)晶的基本過程,復(fù)習(xí),機械工程材料,純金屬的晶體結(jié)構(gòu),理想金屬,晶體、晶格、晶胞、晶面,(,晶面族,),、晶向,

4、(,晶向族,),典型金屬晶體結(jié)構(gòu),實際金屬,多晶體結(jié)構(gòu)：晶粒、晶界,晶體缺陷：點缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷,細(xì)晶強化,通過細(xì)化晶粒來提高強度、硬度和塑性、韌性的方法,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,3,12,12,滑移系,底面對角,3,3,2,滑移方向,六方底面,1,111 4,1106,滑移面,0.74,0.74,0.68,致密度,12,12,8,配位數(shù),6,4,2,原子個數(shù),原子半徑,a,、,c,a,a,晶格常數(shù),密排六方,面心立方,體心立方,練習(xí),1.,試用金屬鍵的結(jié)合方式，解釋金屬具有良好導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性和

5、金屬光澤等基本特性。,2.,簡述金屬常見的三種晶體結(jié)構(gòu)的基本特點。,3.,常見金屬晶體缺陷有哪些？,4.,過冷度與冷卻速度有何關(guān)系？為什么金屬結(jié)晶一定要有過冷度？它對晶粒大小有何影響？,5.,在實際應(yīng)用中，細(xì)晶粒金屬材料往往具有較好的常溫力學(xué)性能。細(xì)化晶粒、提高金屬材料使用性能的措施有哪些？,6.,常用純金屬,Fe,、,Cu,、,Al,室溫下的晶體結(jié)構(gòu)是什么？固態(tài),Fe,有,幾種同素異構(gòu)體？,7.,液態(tài)金屬結(jié)晶的基本過程以及典型鑄錠組織是什么？,復(fù)習(xí),機械工程材料,復(fù)習(xí),金屬的塑性變形與再結(jié)晶,介紹金屬塑性變形的基本概念，主要變形方式，加工硬化的本質(zhì)與實際意義。目的要求：,了解金屬變形的主要方

6、式,滑移的主要特點；,認(rèn)識多晶體金屬塑性變形的特點，晶界與晶粒位向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊懀?加工硬化現(xiàn)象及其在實際中的意義；,再結(jié)晶的概念與應(yīng)用,冷、熱加工的區(qū)別,復(fù)習(xí),機械工程材料,練習(xí),1.,與單晶體的塑性變形相比較，說明多晶體塑性變形的特點以及影響多晶體塑性變形的主要因素。,2.,金屬塑性變形后組織和性能會有什么變化，什么叫形變強化？,3.,用一根冷拉鋼絲繩吊裝一大型工件入爐，并隨工件一起加熱至,1000,，當(dāng)出爐后再次吊裝工件時，鋼絲繩斷裂，為什么？,4.,為什么鑄造合金常選用接近共晶成分的合金、要進行壓力加工的合金常選用單相固溶體成分的合金？,5.,用低碳鋼鋼板冷沖壓成形的零件，沖壓后發(fā)現(xiàn)

7、各部分的硬度不同，為什么？,？,6.,什么情況下會發(fā)生金屬再結(jié)晶，再結(jié)晶與重結(jié)晶有何不同？,復(fù)習(xí),機械工程材料,二元合金 鐵碳合金復(fù)習(xí),二元合金,介紹合金相結(jié)構(gòu)的概念，認(rèn)識二元合金相圖，學(xué)會使用杠桿定律。,鐵碳合金,牢固掌握鐵碳合金中存在的各種相和組織，以及它們的本質(zhì)、性質(zhì)、構(gòu)造、形成條件。,弄清有關(guān)合金相結(jié)構(gòu)和組織的基本概念；,了解合金相結(jié)構(gòu)的分類，固溶體與化合物的區(qū)別；,學(xué)會分析二元合金相圖，正確標(biāo)注相圖各區(qū)域的相和組織，正確應(yīng)用杠桿定律計算平衡相和組織的相對量；,了解非平衡結(jié)晶的特點和各種偏析,初步掌握相圖與合金性能之間的定性關(guān)系,復(fù)習(xí),機械工程材料,合金的晶體結(jié)構(gòu),基本概念,合金、合金

8、系、,相,、,組織,、狀態(tài),合金的相結(jié)構(gòu),固溶體,固溶強化,金屬化合物,金屬化合物形態(tài)（基體、晶界網(wǎng)狀、晶內(nèi)片狀、顆粒狀）對性能的影響,彌散強化,純金屬的結(jié)晶,結(jié)晶的條件,(,過冷,),、結(jié)晶的基本過程,(,形核、長大,),純金屬的固態(tài)相變：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,合金相圖,二元合金相圖,勻晶,L,共晶,L+,共析,+,包晶,L+,杠桿定律：只適用于兩相區(qū),枝晶偏析、比重偏析、包晶偏析,鐵碳合金相圖分析,合金中的固態(tài)相變,固溶體轉(zhuǎn)變：,AF ,共析轉(zhuǎn)變：,AP(F+Fe,3,C),二次析出：,AFe,3,C,奧氏體化,過冷奧氏體轉(zhuǎn)變,固溶處理,+,時效,練習(xí),1.,分析含碳量為,0,.,20%,，,0,

9、.77,%,，,1,.2,%,的鐵碳合金從液態(tài)緩冷到室溫時的結(jié)晶過程和室溫組織，分別計算含碳,0,.2,0%,和,1.2%,的鐵碳合金在室溫下組織組成物的相對量。,2.,何謂相組成物和組織組成物？請舉例說明之,。,亞共析鋼自高溫緩慢冷卻至室溫其相組成物為,F,P,，這種說法是否正確？,3.,間隙固溶體和間隙相有什么不同？,4.,Fe,3,C,與,Fe,3,C,有何異同，含碳量為多少時,Fe,3,C,量最大。,5.,比較退火狀態(tài)下的,45,鋼、,T8,鋼、,T12,鋼的硬度、強度和塑性的高低，簡述原因。,復(fù)習(xí),機械工程材料,練習(xí),6.,同樣加熱到,1000,以上，為什么鋼能鍛造而鑄鐵不能鍛造？,

10、7.,簡述鋼的分類編號辦法。,8.,說明,45,號鋼的成分特點以及室溫平衡組織。按用途分類屬于哪一類鋼，按成分分類又屬于哪一類鋼？典型的熱處理方式以及處理后的組織是什么？,9.,普通碳素結(jié)構(gòu)鋼如何編號？,Q235,表示什么含義？,10.,碳含量對鋼的強度、硬度、塑形如何影響？,11.,有一退火,過,共析鋼試樣，經(jīng)金相分析，其中先共析,滲碳體,占,1,0,，珠光體,9,0,，則此鋼的含碳量,是多少？,12.,熟悉鐵碳相圖,復(fù)習(xí),機械工程材料,鋼的熱處理復(fù)習(xí),熱處理原理部分 以,C,曲線為中心，以鋼的化學(xué)成分，組織結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變與性能間關(guān)系為主線。即：鋼在加熱時奧氏體的形成，鋼在冷卻使過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變

11、,熱處理工藝部分 重要的是正確選擇熱處理工藝方法和參數(shù)。,熟記各種熱處理的定義、目的、方法、適應(yīng)范圍,了解鋼中常見組織的本質(zhì)及其金相形態(tài)與性能特征,復(fù)習(xí),機械工程材料,熱處理工藝,0.5%C,M,0.5%C,M+Ar,M+Ar,M+Ar+Fe,3,C,粒,亞共析鋼,Ac,3,+30,50,共析鋼,Ac,1,+30,50,過共析鋼,Ac,1,+30,50,獲得馬氏體組織,淬火,0.6%C,F+S,0.6%C,，,S,S,S,亞共析鋼,Ac,3,+30,50,共析鋼,Ac,1,+30,50,過共析鋼,Ac,cm,+30,50,1.,低中碳鋼同退火,2.,過共析鋼：消除網(wǎng)狀二次滲碳體,3.,普通件最

12、終熱處理,正火,F+P,P,P,球,亞共析鋼,Ac,3,+30,50,共析鋼,Ac,1,+30,50,過共析鋼,Ac,1,+30,50,1.,調(diào)整硬度,便于切削加工,2.,細(xì)化晶粒,為最終熱處理作組織準(zhǔn)備,退火,組織,加熱溫度,目的,工藝,熱處理工藝,(,續(xù),),適用于低碳鋼,0.10.25%C,表面：,M,回,+Ar,(,少,),+,Fe,3,C,粒,心部,：,M,回,+F,M,回,滲碳溫度,:900950,淬火溫度：,表面,Ac,1,+3050,心部,Ac,3,+3050,提高表面含碳量，獲得表硬里韌的性能。,滲碳,適用于中碳鋼,0.40.5%C,表面：,M,回,心部：,S,回,(,調(diào)質(zhì),

13、),或,F+S(,正火,),預(yù)備熱處理：,調(diào)質(zhì)或正火,表面獲得馬氏體組織，并獲得表硬里韌的性能。,表面淬火,亞共析,共析鋼：,M,回,過共析鋼,:M,回,+Ar,(,少,),+,Fe,3,C,粒,T,回,S,回,低溫回火,150250,中溫回火,350500,高溫回火,500650,(,調(diào)質(zhì),),1.,消除內(nèi)應(yīng)力，減少變形,2.,獲得所需要的性能。,回火,組織,加熱溫度,目的,工藝,練習(xí),1.,化學(xué)熱處理包括那幾個基本過程？常用的化學(xué)熱處理方法有哪幾種？,2.T12,鋼經(jīng)淬火后得到什么組織？經(jīng)退火后得到什么組織？,T12,鋼淬火后分別在,200,、,400,、,600,回火又得到什么組織？,3

14、.,鋸條、彈簧和重要的軸在淬火后一般分別應(yīng)進行什么回火熱處理，并簡述理由。,4.,回火的目的是什么？常用的回火操作有幾種，各得到什么組織。,5.,試述固溶強化、加工硬化和彌散強化的強化原理。,復(fù)習(xí),機械工程材料,練習(xí),6.,鋼的淬透性是如何定義的，和淬硬性有什么區(qū)別？碳含量對淬透性以及淬硬性的影響分別是什么？,7.,學(xué)會使用等溫,C,曲線和連續(xù)冷卻,C,曲線分析不同熱處理工藝條件下鋼的室溫組織。,8.,鋼的表面淬火一般用于什么場合，通常選用什么鋼種，進行怎樣的熱處理，最終組織是什么？舉例說明,9.,鋼的化學(xué)熱處理一般用于什么場合，通常選用什么鋼種，進行怎樣的熱處理，最終組織是什么？舉例說明,1

15、0.,熟悉各種熱處理工藝的定義、目的及應(yīng)用范圍。,復(fù)習(xí),機械工程材料,工業(yè)用鋼復(fù)習(xí),了解碳鋼與合金鋼的特點，熟悉鋼的分類與編號方法，基本做到從鋼的牌號可以推斷出它屬于哪一類鋼種，大概成分和主要用途；,熟悉典型工業(yè)用鋼的工作條件、性能特點、化學(xué)成分、常用熱處理、典型鋼種及主要用途,復(fù)習(xí),機械工程材料,典型工業(yè)用鋼,彈簧,高,s,/,b,高,-1,T,回,淬火,+,中溫回火,Cr,Mn:,提高淬透性,強化,F,；,Si:,提高屈強比,65Mn,60Si2Mn,0.60.9,0.450.7,彈簧鋼,軸、齒輪,良好綜合力學(xué)性能,S,回,調(diào)質(zhì),Cr,Ni:,提高淬透性,強化,F,Mo:,防止第二類回火脆

16、性,45,40Cr,40CrNiMo,0.3,0.5,調(diào)質(zhì)鋼,軸、齒輪,表硬里韌,表面：,M,回,+A(,少量,)+,顆粒狀,Fe,3,C,心部,：,M,回,+F,滲碳,+,淬火,+,低溫回火,Cr,Mn:,提高淬透性,強化,F,Ti:,細(xì)化晶粒,20,20Cr,20CrMnTi,0.1,0.25,滲碳鋼,橋梁,船舶,容器,塑性,焊接性好,F+P,熱軋空冷,Mn:,強化,F,增加,P,降低脆轉(zhuǎn)溫度,Q345,(16Mn),0.2,低合金高強度鋼,建筑結(jié)構(gòu),塑性,焊接性好,F+P,熱軋空冷,Q195,Q235,0.4,碳素結(jié)構(gòu)鋼,用途,性能,使用狀態(tài)下組織,熱處理,合金元素作用,典型牌號,C%,鋼種,典型工業(yè)用鋼,(,續(xù),),高速刃具,高熱硬高硬度高耐磨,M,回,+A(,少量,)+,顆粒狀碳化物,鍛、退火、淬火,+,三次回火,Cr:,提高淬透性；,W,、,V,：提高熱硬、耐磨性,W18Cr4V,0.7,1.5,高速鋼,低速刃具,高硬度高耐磨,M,回,+A(,少量,)+,顆粒狀,Fe,3,C,球退,+,淬火,+,低溫回火,Si,、,Cr,：提高淬透性,9SiCr,0.75,1.5,低合金工