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1、機(jī)械工程材料,曹文博 2008.8,緒 論,一、工程材料： 主要用于工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件的材料。 金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、復(fù)合材料 二、材料的性能： 主要分為使用性能和工藝性能 三、課程主要內(nèi)容： 金屬學(xué)、熱處理、金屬材料,第一章 晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶,一、晶體結(jié)構(gòu) 1、基本結(jié)構(gòu) 2、晶向和晶面 3、各向異性 4、實(shí)際結(jié)構(gòu) 二、結(jié)晶,1、結(jié)晶過程 2、形核長大 3、影響因素 三、鑄錠 1、鑄錠結(jié)構(gòu) 2、鑄錠缺陷,緒論及第一章小結(jié),1、工程材料分類 2、材料性能分類、內(nèi)容 3、三種晶格形式及特點(diǎn) 4、三種晶格缺陷 5、純金屬結(jié)晶特點(diǎn) 6、鑄錠結(jié)構(gòu)和缺陷,本章重要定義： 各向異性 變質(zhì)處理 細(xì)晶強(qiáng)

2、化,第二章 塑性變形與再結(jié)晶,一、塑性變形 1、塑性變形 2、單晶體的塑性變形 3、多晶體的塑性變形 二、塑性變形的影響 1、顯微組織 2、亞結(jié)構(gòu),3、形變織構(gòu) 4、殘余應(yīng)力 三、回復(fù)與再結(jié)晶 1、加熱時(shí)變形金屬 的變化 2、再結(jié)晶影響因素 3、熱加工,第二章 小結(jié),1、變形：塑性、韌性、剛性、強(qiáng)度 2、斷裂：脆性、韌性 3、單晶體變形特點(diǎn) 4、多晶體變形特點(diǎn) 5、塑性變形影響 6、回復(fù)和再結(jié)晶的目的、作用 7、熱加工對性能的影響 重要概念：韌性斷裂、脆性斷裂、細(xì)晶強(qiáng)化、加工硬化、冷加工、熱加工,第三章 合金結(jié)構(gòu)與相圖,一、相結(jié)構(gòu) 1、固溶體 2、金屬間化合物 二、合金相圖 1、勻晶相圖 2、

3、共晶相圖 3、包晶相圖,三、合金性能與相圖的關(guān)系 1、力學(xué)性能 彌散強(qiáng)化 2、工藝性能,第三章 小結(jié),1、相結(jié)構(gòu)分類 2、相圖：三種基本相圖，杠桿定律 重要概念： 相、組織、 固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化,第四章 鐵碳合金,一、鐵碳相圖 1、基本組元 2、基本組織 3、鐵碳相圖 二、鐵碳合金結(jié)晶過程 1、工業(yè)純鐵 2、共析鋼 3、亞共析鋼 4、過共析鋼,三、鐵碳相圖的應(yīng)用 1、含碳量對組織的影響 2、含碳量對機(jī)械性能和 工藝性能的影響 四、碳鋼 1、鋼中的雜質(zhì)元素 2、碳鋼分類 3、碳鋼牌號(hào)及用途,第四章 小結(jié),1、鐵碳相圖、結(jié)晶分析，相含量計(jì)算 2、含碳量對鐵碳合金組織、性能的影響 3、碳鋼分類 重要

4、概念： 熱脆:硫元素不溶于鐵，而以FeS形式存在， FeS和Fe形成低熔點(diǎn)共晶，并分布于奧氏體晶界上，當(dāng)對鋼進(jìn)行熱加工時(shí)FeS-Fe共晶容易熔化，使晶粒脫開，造成鋼材脆化開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆。 冷脆:磷在鋼中溶于鐵素體F中，室溫下鋼的塑性和韌性急劇下降，尤其在低溫時(shí)脆性更大，這種現(xiàn)象稱為冷脆。,一、鋼加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變 1、奧氏體的形成和長大 2、奧氏體的晶粒度 二、過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 1、珠光體類型 2、貝氏體類型 3、馬氏體類型,三、過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線 四、鋼的退火和正火 1、退火 2、正火 五、鋼的淬火和回火 1、淬火 2、回火,第五章 小結(jié),1、三種奧氏體 2、三種過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及組

5、織形態(tài)、性能。 3、退火、正火的分類和特點(diǎn)。 4、淬火的目的和應(yīng)用。 5、回火的分類和特點(diǎn)。,第六章 合金鋼,一、定義 二、合金元素在鋼中的作用 1、存在形式 2、對奧氏體A的影響 3、對熱處理的影響,三、合金鋼的分類 分類方式: 用途、合金含量 1、合金結(jié)構(gòu)鋼 2、合金工具鋼,第六章 小結(jié),鋼的分類 掌握并區(qū)分各種鋼的牌號(hào)、意義，熱處理特點(diǎn)、用途等。 示例： 20CrMnTi 含碳量0.2%，含Cr、Mn、Ti小于1.5普通低合金結(jié)構(gòu)鋼，常用熱處理方式為退火或正火，常用于車輛、橋梁、船舶等中的零件和結(jié)構(gòu)件。 60Si2Mn含碳量0.6%，含Si量在1.5%-2.5%、含Mn量小于1.5的彈簧

6、鋼，常用熱處理方式為去應(yīng)力退火，淬火加中溫回火，常用于各種車輛、儀器儀表等中的彈簧。,第七章 鑄鐵,一、概述 1、定義：Wc2.11%的鐵 碳合金。 2、石墨化過程及影響因素 3、分類 二、常用鑄鐵 1、灰鑄鐵 2、可鍛鑄鐵 3、球墨鑄鐵,三、小結(jié) 鑄鐵分類，特點(diǎn)。 作業(yè)： P190:1,第八章 有色合金,一、鋁及鋁合金 1、純鋁特點(diǎn)與分類 2、鋁合金分類和特點(diǎn) 二、銅及銅合金 1、紫銅 2、黃銅：季裂 3、青銅,三、軸承合金 性能及組織要求 小結(jié) 了解有色合金。 季裂 作業(yè)： P217：1、2、7,本書小結(jié),考試范圍： 每章小結(jié) 考試題型：（共計(jì)50分） 1、名詞區(qū)別 2、判斷 3、問答 4

7、、綜合題,感謝同學(xué)們的配合!預(yù)祝大家期末考試順利通過！,工程材料分類,工程材料,1、金屬材料：包括鋼鐵材料和有色金屬（鋁、鎂、鈦、鎳、銅等）。 2、陶瓷材料： 新型陶瓷原料如Al2O3，SiC，Si3N4，TiC等 主要性能：重量輕；化學(xué)穩(wěn)定性好，耐蝕性好；壓縮強(qiáng)度好，可與金屬相比；熔點(diǎn)高，耐高溫；耐磨性好，硬度高；電和熱的絕緣材料。 缺點(diǎn)：易脆斷，不易加工成型。,工程材料,3、高分子材料：又稱聚合物（Polymorization），一種或多種簡單低分子化合物聚合而成相對分子質(zhì)量很大的化合物，主要元素為：C、H、N、O。按特性分為：橡膠、塑料、纖維、粘結(jié)劑、涂料 塑料分為通用和工程兩種。工程塑

8、料的力學(xué)性能好，主要用于工程構(gòu)件中。聚酰胺（PA俗稱尼龍）、聚碳酰胺（PC）、有機(jī)玻璃（PMMA）、聚四氟乙烯（PTFE）。 4、復(fù)合材料：將傳統(tǒng)材料相互結(jié)合起來，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，克服弱點(diǎn)產(chǎn)生較大的使用價(jià)值。一般分為三大類，塑料基、金屬基、陶瓷基。 返回,材料的性能,使用性能： 1、物理性能：比重、熔點(diǎn)t、熱膨脹系數(shù) 、磁性、光澤、導(dǎo)電性 2、化學(xué)性能：抗蝕性、抗氧化性 3、機(jī)械性能（力學(xué)性能）：彈性（e）、剛度（E） 、塑性（延伸率和斷面收縮率)、強(qiáng)度（s）、硬度HB；HR（A、B、C）；HV 、沖擊韌性（AK）、疲勞強(qiáng)度（-1）、蠕變極限等,材料的性能,工藝性能： 1、鑄造性能：流動(dòng)性、熔

9、點(diǎn)、氧化性 2、焊接性能：氧化性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性 3、可鍛性：熱壓力加工難易度、一定溫度下的塑性、允許熱壓溫度、體積變化 4、切削加工性能：切削抗力、表面粗糙度、韌性、強(qiáng)度 返回,課程內(nèi)容,金屬學(xué)（1-4）：主要學(xué)習(xí)金屬及合金的內(nèi)部組織、結(jié)晶特點(diǎn)、二元合金相圖，為熱處理和金屬材料打基礎(chǔ)。 熱處理（5）：主要了解鋼鐵材料的熱處理的原理及工藝特點(diǎn)，根據(jù)具體工礦選擇合適的工藝方法，安排工藝路線。 金屬材料（6-8）：掌握常用金屬材料：鋼、鑄鐵、合金鋼、有色合金等的成分、內(nèi)部組織、性能、用途等特性，便于以后合理選材。 返回,晶體結(jié)構(gòu),基本結(jié)構(gòu):晶體、晶格（點(diǎn)陣）、晶胞、晶格常數(shù)。 常見晶格結(jié)構(gòu) （1

10、）體心立方： 原子數(shù)：1/8*8+1=2； 晶格常數(shù)：a=b=c； 原子半徑：r=a3/4； 致密度：2V/a3=0.68； 配位數(shù)：8； 代表金屬： Cr、W、V、-Fe（1394）等。,晶體結(jié)構(gòu),（2）面心立方： 原子數(shù):1/8*8+1/2*6=4 晶格常數(shù)：a=b=c 原子半徑：r=a2/4 致密度：4V/a3=0.74 配位數(shù)：12 代表金屬：Al、Cu、Ni、Pb、-Fe（912-1394）等 返回,（3）密排六方: 原子數(shù):1/6*12+1/2*2+3=6 晶格常數(shù):a=bc，c/a1.633 原子半徑:r=a/2； 致密度:0.74； 配位數(shù):12； 代表金屬: Mg、Zn、Ti

11、等。,晶向和晶面,晶面：通過幾個(gè)原子中心所確定的面。用晶面指數(shù)來表示。 確定方式：（1）建立坐標(biāo)系，求截距； （2）截距求倒數(shù)； （3）倒數(shù)最小化，加上圓括號(hào)。 代表晶面：（100）、（110）、（111） 原子排列相同但位向不同的晶面用 表示一族。 晶面原子密度：單位面積上的原子數(shù)。,晶向和晶面,晶向：幾個(gè)原子確定的方向，用晶向指數(shù)表示。 確定方式：（1）建立坐標(biāo)系，確定方向； （2）求任一點(diǎn)坐標(biāo)值； （3）坐標(biāo)值最小化，加上方括號(hào)。 代表晶面：100、110、111(動(dòng)畫） 原子排列方向平行的一組晶向用表示一族。 晶向原子密度：單位長度上的原子數(shù)。 返回,晶體的實(shí)際結(jié)構(gòu),晶體缺陷分三類，缺

12、陷造成晶格發(fā)生畸變。 （1）點(diǎn)缺陷：三維尺度上尺寸在幾個(gè)原子范圍內(nèi)的缺陷.空位、間隙原子、置換原子（動(dòng)畫1，2）. （2）線缺陷：一個(gè)方向上尺寸較大，另兩個(gè)方向上尺寸較小的缺陷。主要為位錯(cuò)。分為刃型位錯(cuò)（動(dòng)畫1，2）和螺型位錯(cuò)（動(dòng)畫1，2）。 （3）面缺陷：三維方向上尺寸都較大的缺陷。主要為晶界和亞晶界（動(dòng)畫1，2）。 返回,結(jié)晶,1、結(jié)晶：晶體由液體變?yōu)楣腆w的過程。 結(jié)晶必要條件：過冷度G 2、形核長大：結(jié)晶過程的實(shí)質(zhì)。 液態(tài)下原子能量高結(jié)構(gòu)起伏與相起伏溫度下降原子能量降低晶胚形成過冷度出現(xiàn)形成晶核晶核生長，原子整齊排列散熱方向影響形成枝晶枝晶生長，液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)結(jié)晶結(jié)束 返回,結(jié)晶影響因素,

13、（1）過冷度T： 形核率N，成長率G，驅(qū)動(dòng)力F，原子運(yùn)動(dòng)能力D T=0，即T=T0，不形核 N=G=0 T，F(xiàn)，N、G （2）雜質(zhì) 變質(zhì)處理、細(xì)晶強(qiáng)化。 返回,鑄錠,1、鑄錠結(jié)構(gòu)：一般分為三部分 （1）表面細(xì)晶區(qū)：晶粒細(xì)小， 組織致密，性能好，較薄。 （2）柱狀晶區(qū)：晶粒界面平直， 組織致密，存在方向性，有缺陷。 （3）等軸晶區(qū)：晶粒大小均勻， 粗大，致密性差，存在缺陷。 2、鑄錠缺陷：縮孔，氣孔，夾雜等。 返回,塑性變形,1、塑性變形 2、單晶體的塑性變形 （1）切應(yīng)力作用（條件） （2）晶面和晶向（方向） （3）產(chǎn)生臺(tái)階 （宏觀） （4）晶粒轉(zhuǎn)動(dòng) （微觀） （5）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) （實(shí)質(zhì)）,3、多

14、晶體的塑性變形 （1）界面影響 （2）變形過程 （3）變形特點(diǎn) 不同時(shí)性、相互協(xié)調(diào)性，不均勻性。 返回,塑性變形的影響,1、顯微組織：方向性，纖維組織 2、亞結(jié)構(gòu)：晶粒細(xì)化，加工硬化 3、形變織構(gòu)：絲織構(gòu)、板織構(gòu) 4、殘余應(yīng)力： （1）宏觀內(nèi)應(yīng)力 （2）微觀內(nèi)應(yīng)力 （3）第三類內(nèi)應(yīng)力 返回,回復(fù)與再結(jié)晶,1、加熱時(shí)變形金屬的變化 （1）回復(fù)：去除應(yīng)力， （2）再結(jié)晶：重新形核長大，消除加工硬化 （3）晶粒長大：二次再結(jié)晶 2、再結(jié)晶影響因素：變形度、純度、加熱速度、時(shí)間 3、熱加工 （1）冷、熱加工 （2）熱加工對組織、性能的影響 a.改善鑄錠組織 b.產(chǎn)生纖維組織 c.產(chǎn)生帶狀組織 返回,相

15、結(jié)構(gòu),相：金屬或合金中成分、結(jié)構(gòu)相同，與其它部分有界面分開的均勻組成部分 1、固溶體：合金結(jié)晶時(shí)所形成的固相的晶格結(jié)構(gòu)與合金中某一組成元素的晶格結(jié)構(gòu)相同 （1）分類：置換、間隙；有序、無序；有限，無限 （2）影響因素：原子尺寸、負(fù)電性、晶體結(jié)構(gòu)、 電子濃度等 （3）性能：提高強(qiáng)度、硬度；塑性、韌性有所下降 固溶強(qiáng)化,相結(jié)構(gòu),2、金屬間化合物：晶格結(jié)構(gòu)不同于合金中任一組成元素，具有相當(dāng)程度的金屬鍵和金屬性質(zhì) （1）正常價(jià)化合物：直接發(fā)生反應(yīng)形成。 （2）電子化合物：服從電子濃度規(guī)律。 （3）間隙化合物：原子尺寸較大的過渡族元素占據(jù)結(jié)點(diǎn)位置，尺寸較小的非金屬原子有規(guī)則的嵌入晶格空隙 a間隙相：原子

16、比例小于0.59，有簡單的晶體結(jié)構(gòu)。 b復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物：原子比例大于0.59，形成復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。 返回,合金相圖,組元、合金系、相圖、建立方法（熱分析法） 1、勻晶相圖：兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均無限固溶的二元合金相圖。如Ni-Cu、Cu-Au、Fe-Ni等。 杠桿定律、偏析。 2、共晶相圖：兩組元液態(tài)時(shí)無限固溶、固態(tài)時(shí)有限固溶，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的二元合金相圖。 3、包晶相圖：兩組元液態(tài)時(shí)無限固溶、固態(tài)時(shí)有限固溶，并發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變的二元合金相圖。 返回,鐵碳相圖,1、鐵碳合金基本組元 （1）碳：以Fe3C和石墨形式存在。 （2）Fe：重結(jié)晶（同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變）:-Fe（1394）,-Fe（912-

17、1394） 2、基本組織： （1）鐵素體（F、）：碳溶于-Fe的間隙固溶體，塑性、韌性好，硬度差。 （2）奧氏體（A或）：高溫存在、碳溶于-Fe的間隙固溶體。 （3）滲碳體（Fe3C）：復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，含碳量高6.69%，硬度高，強(qiáng)度、塑性、韌性都很差。 （4）珠光體（P）：鐵素體和滲碳體的混合物，片狀分布。 返回,鐵碳相圖,（1）14特性點(diǎn):A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、N、P、S、Q 5個(gè)單相區(qū)：L、A、F、 Fe3C 7個(gè)兩相區(qū)：L+、L+A、L+ Fe3C、 +A、A+ Fe3C、+A、+ Fe3C （2）三個(gè)恒溫反應(yīng) 包晶反應(yīng)（HJB，1495）：L+A，WC=0.0

18、90.53%。 共晶反應(yīng)（ECF，1148）：LA+ Fe3C， WC=2.116.69%。A+ Fe3C為萊氏體Ld。 共析反應(yīng)（PSK，727）：AF+ Fe3C， WC=0.026.69%。 （3）三條特性曲線：GS、ES、PQ （4）鋼和鐵：以含碳量劃分。 返回,鐵碳相圖的應(yīng)用,1、含碳量對組織的影響：隨著含碳量的變化組織變化為： FF+PPP+ Fe3CP+ Fe3C+LdLd Ld+ Fe3C+ Fe3C 2、含碳量對機(jī)械性能的影響：隨含碳量增加，硬度增加，塑性、韌性降低。 3、含碳量對工藝性能的影響 返回,碳鋼,按化學(xué)成分分為碳鋼和合金鋼兩類。 1、碳鋼中的雜質(zhì)元素：Mn（脫氧劑

19、）Si（脫氧劑）S（熱脆）P（冷脆） 2、碳鋼分類： （1）按含碳量分：低碳鋼（0.25%）；中碳鋼（0.250.6%）；高碳鋼（0.6%） （2）按質(zhì)量分：普通、優(yōu)質(zhì)、高級優(yōu)質(zhì) （3）按用途分：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼 返回,碳鋼牌號(hào)及用途,F：沸騰鋼、Z：鎮(zhèn)靜鋼、b：半沸騰鋼、A、B、C：等級 （1）碳素結(jié)構(gòu)鋼： Q235AF：屈服強(qiáng)度為235MPa的A級沸騰鋼 Q235C：屈服強(qiáng)度為235MPa的C級鎮(zhèn)靜鋼 （2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼： 45： WC= 0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼； 20： WC= 0.2%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)； 40Mn:WC= 0.4%，含Mn量為0.71.0%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 2

20、0Mn:WC= 0.2%，含Mn量為0.71.0%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 （3）碳素工具鋼：T9： WC= 0.9%的碳素工具鋼 T12A： WC= 1.2%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼 返回,奧氏體的晶粒度,起始晶粒度：奧氏體化剛結(jié)束，奧氏體晶粒邊界剛相互接觸時(shí)的晶粒大小。 本質(zhì)晶粒度：鋼在一定條件下奧氏體晶粒長大的傾向性。 實(shí)際晶粒度：鋼在某一具體熱處理?xiàng)l件下所獲得的奧氏體晶粒大小。 返回,過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物,1、珠光體類型：A1550 珠光體： A1650 500倍 片狀滲碳體 P 索氏體：650600 8001000倍 片狀細(xì) S 屈氏體：600550 電子顯微鏡 片狀更細(xì) T 2、貝氏體類型：5

21、50230 上貝氏體：550350，存在于共析鋼和普通中、高碳鋼中，呈羽毛狀，存在明顯方向性，強(qiáng)度和韌性較差。,過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物,下貝氏體：350230，呈針狀，細(xì)小的碳化物彌散分布其中。強(qiáng)度、韌性高，有良好的綜合機(jī)械性能。 3、馬氏體類型：230 板條狀馬氏體：細(xì)長板條狀，又叫位錯(cuò)馬氏體，強(qiáng)度高、韌性好。 片狀馬氏體：針狀、竹葉狀，又叫孿晶馬氏體，硬度強(qiáng)度高，塑性韌性差。 返回,退火和正火,1、退火：加熱、保溫、緩冷。 （1）完全退火：Ac3以上3050，保溫隨爐緩冷。 目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能。 應(yīng)用：亞共析鋼、合金鋼的鑄、鍛及熱軋型材。 （2）等

22、溫退火：快冷至Ar1，保溫，出爐空冷。 目的：均勻組織、改善性能，與等溫退火一樣，但縮短了時(shí)間。 應(yīng)用：碳鋼、合金鋼。,退火和正火,（3）球化退火：Ac1以上2030，短時(shí)間保溫，爐冷或高溫長時(shí)間保溫。 目的：使鋼中網(wǎng)絡(luò)狀的滲碳體變成球狀，降低硬度，改善切削加工性能。 應(yīng)用：共析、過共析鋼、合金工具鋼 （4）去應(yīng)力退火：加熱到A1以下，保溫，隨爐緩冷。 目的：消除應(yīng)力，降低硬度，提高尺寸穩(wěn)定性，防止變形開裂。 應(yīng)用：鑄、鍛、焊、熱軋、冷拉等經(jīng)過變形的工件。 2、正火：Ac3或Acm以上適當(dāng)溫度，保溫，空冷。 目的：細(xì)化晶粒，消除應(yīng)力，消除帶狀組織。 返回,淬火和回火,1、淬火：Ac3或Ac1以

23、上適當(dāng)溫度，保溫，快冷。 目的：得到盡可能多的馬氏體 冷卻介質(zhì)：水，礦物油，鹽溶液等。 2、回火：淬火后的鋼在Ac1下加熱，以不同的冷卻方式冷卻， 得到不同的回火組織。 目的：降低脆性，消除應(yīng)力，獲得良好的機(jī)械性能。 低溫回火：溫度：150250 組織：回火馬氏體 應(yīng)用：淬火高碳鋼、高碳合金鋼。 目的：保持高強(qiáng)、硬度、耐磨性，降低應(yīng)力、脆性，提高塑、韌性，保持良好的機(jī)械性能。,淬火和回火,中溫回火：溫度：350500 組織：回火屈氏體 應(yīng)用：各種彈簧零件，熱鍛模具。 目的：消除淬火應(yīng)力、提高強(qiáng)、硬度，塑、韌性，獲 得較高的彈性極限。 高溫回火：淬火+高溫回火叫調(diào)質(zhì)處理。 溫度：500650 組

24、織：回火索氏體 應(yīng)用：淬火中碳、低合金結(jié)構(gòu)鋼，重要機(jī)器零件。 目的：得到、Ak、HB等都好的綜合機(jī)械性能。 返回,合金鋼,一、定義 目的：提高鋼的機(jī)械、工藝、物理和化學(xué)性能，改善耐熱、耐蝕、耐磨等性能。常加入的合金元素：Ni、Si、Al、Co、Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Zr 二、合金元素在鋼中的作用 1、存在形式：溶于F固溶強(qiáng)化，溶于Fe3C提高滲碳體的穩(wěn)定性，提高強(qiáng)、硬度。 2、對奧氏體A的影響：影響A的形成、A區(qū)域大小和過冷A穩(wěn)定性。 3、對熱處理的影響：影響C曲線和回火轉(zhuǎn)變。 返回,合金鋼的分類,有按用途和按合金含量兩種分類方式。 1、合金結(jié)構(gòu)鋼 表示方式：數(shù)字1+元素+數(shù)字2+字

25、母 數(shù)字1：含碳量，單位為萬分之一。 元素：鋼中的合金元素。 數(shù)字2：合金元素的含量。 字母：表示鋼的質(zhì)量。,合金鋼的分類,（1）普通低合金鋼：Wc0.2%，Wm3% 特點(diǎn)：減輕重量，提高強(qiáng)度、韌性和耐腐蝕性。 熱處理方式：退火（正火） 用途：大量應(yīng)用于橋梁、車輛、鍋爐、管道等一般零件和結(jié)構(gòu)件。 示例：09Mn2，15MnTi （2）易切削鋼： 特點(diǎn)：改善鋼的切削加工性能。 加入元素：S、Pb、Ca、P 示例：Y12，Y30，Y40Mn,合金鋼的分類,（3）滲碳鋼：Wc=0.1%0.25%，Wm:Cr、Ni、 Mn、Si等 特點(diǎn)：經(jīng)滲碳處理，表硬里韌 熱處理方式：滲碳+淬火+低溫回火 用途：齒

26、輪、曲軸、連桿等受沖擊和磨損多的零件。 示例：20Cr，20CrMnTi （4）調(diào)質(zhì)鋼：Wc=0.25%0.50%，Wm ：Mn、Cr、Ni、Si 特點(diǎn)：綜合性能好，用于較為重要的零件。 熱處理方式：調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）； 組織：回火索氏體 用途：車輛、機(jī)床上的螺栓、連桿、主軸等綜合機(jī)械 性能要求高的零部件。 示例：40Cr，40MnVB，40CrNiMo,合金鋼的分類,（5）彈簧鋼：Wc=0.46%0.70%，Wm：Si、Mn、Cr、V等 特點(diǎn)：較高的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，塑性韌性好 熱處理方式：去應(yīng)力退火淬火+中溫回火 用途：各類彈簧（用于車輛、儀器儀表等） 示例：65Mn，60

27、Si2Mn （6）滾動(dòng)軸承鋼：Wc=0.95%1.15%，WCr =0.4%1.65% 特點(diǎn)：高耐磨、耐蝕性，高彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度 熱處理方式：球化退火+淬火+低溫回火 用途：車輛、機(jī)床等的滾動(dòng)軸承。 示例：GCr9，GCr15（數(shù)字表示Cr含量,單位:千分之一）,合金鋼的分類,表示方式：含碳量1%不標(biāo)；1%表示，單位為千分之一， 刃具鋼：Wc=0.6%1.5%，Wm ：Mn、Cr、W、Mo 特點(diǎn)：高硬度、耐磨性、熱硬性。 熱處理方式：球化退火+淬火+低溫回火 用途：車、銑、刨、鉆等的刀具。 示例：9CrSi，9Mn2V，CrWMn 模具鋼： 熱作模具鋼：受熱狀態(tài)下應(yīng)用，多用5CrMnMo

28、，5CrNiMo，熱處理多采用調(diào)質(zhì)處理。 冷作模具鋼：室溫下應(yīng)用，用刃具鋼所用鋼號(hào)。 量具鋼：無專用鋼，多用CrWMn，GCr15 返回,鋼的分類,區(qū)分鋼號(hào)三看原則： 一看前后：G、Y、T、F、A等 二看數(shù)字：前面數(shù)字兩位為結(jié)構(gòu)鋼，小于等于一位為工具鋼；中間表示含量 三看元素,鋼的分類,碳素結(jié)構(gòu)鋼： A3，Q235AF 碳素鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：20，40Mn 碳素工具鋼： T8，T12 普通低合金鋼：16Mn，15MnTi 易切削鋼： Y12，Y40Mn 鋼 合金 滲碳鋼： 20Cr，20CrMnTi 結(jié)構(gòu)鋼 調(diào)質(zhì)鋼： 40Cr，40MnVB 彈簧鋼： 65Mn，60Si2Mn 合金鋼 滾動(dòng)軸

29、承鋼：GCr9，GCr15 刃具鋼： 9SiCr，CrWMn 工具鋼 模具鋼： 5CrMnMo，9SiCr 量具鋼： CrWMn，GCr15 返回,鑄鐵分類,按碳存在形式： 白口鑄鐵：碳大部分以Fe3C形式存在，斷口呈亮白色。 灰口鑄鐵:碳大部分以石墨G形式存在,斷口呈暗黑色. 麻口鑄鐵：既有Fe3C又有石墨G。 按石墨G結(jié)晶形態(tài)不同： 灰鑄鐵：G以片狀存在。 可鍛鑄鐵：G呈團(tuán)裝。 球墨鑄鐵：G呈球狀。 返回,常用鑄鐵,1、灰鑄鐵： 組織：基體（F，F(xiàn)+P，P）+片狀石墨 性能：鑄造、耐磨、消振和切削加工性能好，抗壓強(qiáng)度高。 牌號(hào)：HT+數(shù)字（最低抗拉強(qiáng)度） 熱處理：不能改變石墨的形狀和分布，

30、只對基體產(chǎn)生影響。消除應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，改善切削加工性能，提高耐磨性。 應(yīng)用：手輪，支架，底座，齒輪箱，氣缸套，軸承座等。,常用鑄鐵,2、可鍛鑄鐵：白口鑄鐵長時(shí)間石墨化退火形成。 組織：基體（F，P）+團(tuán)絮狀石墨 性能：強(qiáng)度高于灰鑄鐵，韌性好。 牌號(hào)：KT+字母(HZ)+數(shù)字（最低抗拉強(qiáng)度最低伸長率） 應(yīng)用：板手，支架，犁刀，曲軸等。,常用鑄鐵,3、球墨鑄鐵：加入球化劑球化處理，得到球狀石墨。 組織：基體（F，F(xiàn)+P，P）+球狀石墨 性能：鑄造性能好，力學(xué)性能優(yōu)良，應(yīng)用較廣。 牌號(hào)：QT+數(shù)字（最低抗拉強(qiáng)度最低伸長率） 熱處理：消除應(yīng)力，得到不同組織的基體，改善性能。 應(yīng)用：機(jī)架，變速箱，氣缸，

31、曲軸等。 返回,鋁及鋁合金,1、純鋁特點(diǎn)：密度小，熔點(diǎn)低，塑性好，強(qiáng)度低，導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好等。 2、純鋁分類：高純、工業(yè)高純、工業(yè)純鋁三類。 3、鋁合金分類：形變鋁合金、鑄造鋁合金 4、強(qiáng)化方式：時(shí)效強(qiáng)化，加工硬化，細(xì)晶強(qiáng)化。 返回,銅及銅合金,1、紫銅：即純銅，具有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性，塑性好，強(qiáng)度低。 2、黃銅：鋅作為主要加入元素的銅合金。季裂。 3、青銅：銅和錫的合金。 返回,晶格,晶胞 返回,面心立方,面心原子模型,面心配位數(shù),面心間隙 返回,體心立方,體心模型,體心立方2 返回,密排六方,密排六方原子模型,密排六方2,密排六方配位數(shù),密排六方間隙,密排六方間隙2 返回,晶向,晶向1,晶向2

32、 返回,晶面,晶面1 返回,實(shí)際晶體,實(shí)際晶體 返回,點(diǎn)缺陷 返回,刃型位錯(cuò),刃型位錯(cuò)模型,刃型位錯(cuò)類型 返回,螺型位錯(cuò) 返回,晶界與亞晶界 返回,結(jié)晶1,結(jié)晶2 返回,單晶體受力 返回,滑 移,滑移臺(tái)階 返回,滑移實(shí)質(zhì) 返回,多晶體變形 返回,變形金屬晶粒大小、性能與溫度的關(guān)系,返回,流線 帶狀組織 返回,無限固溶體,復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物 返回,金屬材料的工藝性能,金屬材料的一般加工過程如下：,第一章重要概念,各向異性：由于晶體中不同晶面和晶向上的原子密度不同，原子間的結(jié)合力就不同，因而在不同方向上的性能各異，此即晶體的各向異性，它是晶體區(qū)別于非晶體的重要標(biāo)志之一。 變質(zhì)處理：在金屬結(jié)晶時(shí)，

33、故意向液體金屬中加入某些難熔雜質(zhì)來有效的細(xì)化金屬的晶粒，以達(dá)到改善其機(jī)械性能的目的，這種細(xì)化晶粒的方法叫做變質(zhì)處理，所加難熔雜質(zhì)叫變質(zhì)劑或人工晶核，這是工業(yè)上廣泛采用的強(qiáng)化材料的方法之一。 細(xì)晶強(qiáng)化：晶粒越小，其晶界的總面積就越多，每個(gè)晶粒周圍不同取向的晶粒數(shù)目也就越多，對塑性變形的抗力也就越大，從而可以改善材料的強(qiáng)度；晶粒越細(xì)，單位面積里的晶粒數(shù)目就越多，變形時(shí)同樣的變形量就可以分散到更多的晶粒中發(fā)生，以產(chǎn)生比較均勻的變形，從而使材料可以承受較大的塑性變形。因此，細(xì)小的晶粒可以使材料得到較好的綜合機(jī)械性能。,第二章重要概念,韌性斷裂：斷裂前有明顯塑性變形，斷口呈纖維狀，灰暗無光 脆性斷裂：斷

34、裂前未經(jīng)過明顯塑性變形，斷口有光澤 加工硬化：隨著變形量的增大，由于晶粒破碎和位錯(cuò)密度的增加，金屬的塑性抗力將迅速增大，硬度和強(qiáng)度顯著升高，塑性和韌性下降，產(chǎn)生加工硬化的現(xiàn)象 冷加工：在材料再結(jié)晶溫度以下的加工變形 熱加工：在材料再結(jié)晶溫度以上的加工變形,第三章重要概念,相：金屬或合金中成分、結(jié)構(gòu)相同，與其它部分有界面分開的均勻組成部分 組織：通常把在金相顯微鏡下觀察到的具有某種形貌或形態(tài)特征的組成部分稱為組織 相組成物：結(jié)晶后的顯微組織不同，但均有相同的相組成，這些基本相稱為相組成物 組織組成物：顯微組織中能區(qū)分開，是組成顯微組織的獨(dú)立部分稱為組織組成物,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強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化的產(chǎn)生是由于溶入溶質(zhì)元素后，引起溶劑元素的晶格產(chǎn)生畸變，進(jìn)而使位錯(cuò)移動(dòng)所受到的阻力增大的緣故。固溶強(qiáng)化是材料的一種重要的強(qiáng)化途徑。 彌散強(qiáng)化：當(dāng)次生相或其他質(zhì)點(diǎn)以細(xì)小粒子均勻分布在固溶體的晶粒之中時(shí)，會(huì)使合金的塑性、韌性稍有下降，但強(qiáng)度、硬度有所增加的現(xiàn)象，質(zhì)點(diǎn)彌散強(qiáng)度越高，強(qiáng)化效果越好。彌散強(qiáng)化是合金的基本強(qiáng)化方式之一，在實(shí)際生產(chǎn)和合金研究工作中已經(jīng)獲得大量應(yīng)用。 返回,