工程材料及热处理.docx

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1、工程材料及热处理授课教师：李 静绪 论What is MaterialsClassification of MaterialsWhat is Materials ScienceWhat is Materials EngineeringImportance of Materials on Progress of humanHistory and Modern Science and TechnologyObjective and Methods of Learning this Course我们的周围到处都是材料 我们的衣食住行的必备条件 人类一切生活和生产活动的物质基础 先于人类存在，并且与人

2、类的显现和进化有着密切的联系一、什么是材料？具体地说，材料是用来制造各种产品的物质，这些物质用来生产和构成功能更多、更强大的产品。金属、陶瓷、玻璃、半导体、超导体、塑料、橡胶、纤维、砂子、石块，还有许多复合材料都属于材料的范畴。 矿物燃料、空气和水，是否是材料？ 1. 材料的定义Material： 材料科学 （工科） 物质科学 （理科） 材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形状和物理性状的物质。Webster编者“New International Dictionary（1971年）”中关于材料（Materials）的定义为：材料是指用来制造某些有形物体（如：机械、工具、建材、织物等的整体

3、或部分）的基本物质（如金属、木料、塑料、纤维等）迈尔新百科全书中材料的含义：材料是从原材料中取得的，为生产半成品、工件、部件和成品的初始物料，如金属、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然纤维和化学纤维等等。2. 原料与材料 原料（Raw Materials） 由原料到材料。 原料一样不是为获得产品，而是生产材料，往往相伴化学变化。 材料的特点往往是为获得产品，一样从材料到产品的转变过程不发生化学变化。3. 材料与物质材料与物质(Materials and Matter) 材料可由一种或多种物质组成。 同一物质由于制备方法或加工方法不同 可以得到用途 各异、类型不同的材料。4. 类别类别 class

4、ifications 材料可以根据化学组成、状态、作用和使用领域分类。 金属材料化学组成分类 无机非金属材料components 有机高分子材料 功能材料作用分类Function 结构(工程)材料 金属材料(1) 黑色金属材料钢Steel化学成分碳素钢、合金钢品质普通、优质、高级优质钢金相组织或组织结构珠光体、贝氏体、马氏体和奥氏体用途建筑工程、结构、工具、特别性能、专业用钢冶炼方法平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢铸铁：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、特别性能铸铁(2) 有色金属 五大类 轻金属 （4.58/cm3) 铜、镍、铅、锌 贵金属 金、银、铂、铑 类金属（半） 硅、硒、绅、硼 稀有金

5、属 钛、锂、钨、钼、镭 常用的稀有金属材料有：Al、Cu 、Zn、 Sn、 Pb、 Mg、 Ni (3) 基本特性 Principal Properties a. 金属键，常规法生产的为晶体结构； b. 常温下固体熔点较高； c. 金属光泽； d. 纯金属范性大、展性、延性大； e. 强度较高； f. 导热、导电性好； g. 空气中易氧化。 (4) 用途 Application a. 结构材料:如机床,建筑机械设备、 工程交通工具； b. 导体材料，电线芯（铜） c. 工具无机非金属材料Inorganic nonmetals(1) 分类（按成分，化学结构和用途分四大类） 混凝土（水泥） 玻璃

6、Glass 硅及耐火材料 Silicon 陶瓷（器） Ceramics 传统陶瓷（天然硅酸盐矿）：各中粘土烧制而成。 (Silicate Ceramics) 特种陶瓷（人工化合物：氧化物、氮化物、硼化物、碳化物）(2) 基本特性 以陶瓷为例，有较大差别a. 离子键、共价键及其混合键； b. 硬而脆； c. 熔点高、耐高温抗氧化 d. 导热、导电性差； e. 耐化学腐蚀性好； f. 耐磨； g. 成型方式为粉末制坏、烧制成型 (3) 用途 建筑卫生陶瓷：瓷砖、浴缸。 工程陶瓷 工程结构陶瓷：反应釜（耐酸、耐腐蚀）绝缘瓷瓶。 功能陶瓷：磁性、导电。高分子材料Polymers, Macromolec

7、ules (1) 分类 按主链结构Backbone chain碳链 CCC 杂链 CNC=O；COC 元素 Si、P、B按使用性质塑料 Plastics橡胶 Rubber 天然、合成纤维 Fiber 天然、合成粘合剂 Adhesive涂料 Coating(2) 基本性质 a. 共价键，部分范氏键 b. 分子量大，无明显熔点，有玻璃化转变温度Tg 和粘流温度Tf； c. 力学状态有三态：玻璃态、高弹态、粘流态 d. 比重小 e. 绝缘性好 f. 优越的化学稳固性 g. 成型方法多(3) 用途 结构材料：电视机壳体、冰箱壳体、轴承、机械零件 绝缘材料：漆包线、电缆、绝缘版、电器零件 建筑材料：贴面

8、板、地贴 包装材料：塑料袋、薄膜、泡沫塑料 涂装：涂料 粘合剂：粘合剂 日用：织物（衣服）胶鞋 运输：轮胎，传送带复合材料Composites定义：由两种以上组分组成，并且具有与其组成不同的新的性能的材料(1) 分类 按性能： 结构复合材料 功能复合材料 按增强剂形状及增强机理： 粒子增强 纤维增强按复合方式分类基体 Matrix 增强体 Reinforcement金属 金属、无机非金属无机非金属 金属、无机非金属高分子(塑料、橡胶) 金属、无机非金属、高分子(纤维)(2) 基本性质 a. 抗疲劳性能良好； b. 结构件减震性好； c. 比强度和比量高； d. 耐烧能性和耐高温性能好 e. 具

9、有良好的减摩、耐摩和耐润滑性能 (3) 用途 无机-高分子: 玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)汽车,游艇， 碳纤维增强塑料飞机机翼、高尔夫球棍、 撑杆跳杆 金属陶瓷: 飞机螺旋桨叶综合金属韧性，陶瓷耐高温性 高分子-高分子: 橡胶增韧塑料 抗冲ABS树脂减震材料 其它类型 Biomaterials Biomaterials are employed in components implanted into the human body for replacement of diseased or damaged body parts. Advanced materials Materials tha

10、t are utilized in high-technology (or high-tech) applications are sometimes termed advanced materials. lasers, integrated circuits, magnetic information storage, liquid crystal displays (LCDs), fiber optics, and thermal protection systems for the Space Shuttle Orbiter.二、材料的重要作用 Importance of Materia

11、ls for the Development of Human History and Science &Technology 材料是人类社会发展的庞大推动力，制造生产工具 的物质基础是材料。 石器时代陶器时代 青铜时代 铁期时代复合材料自古以来，材料的发展水平就是人类社会文明程度的标志. 材料的使用和发展，与生产力和科学技术的水平密切相关。举例1764年工业革命，第一部机器（手摇） 1769年，水力纺纱机 1782年，蒸汽机为动力的纺纱机，纺织业 （动力） 瓦特发动机、传动机、工作机机器系列 机器制造 铁 冶炼业 1945年 电子管运算机，几间大屋 半导体集成电路小型芯片、液晶、分子器件、运

12、算机（PC） 手提电脑，掌上电脑目前材料品种：几十万种（手册中） 科学技术发展的三大支柱： 80年代 能源、材料、信息 90年代信息技术、新材料、生物技术 高速民航客机使用的复合材料，高比强、代替金属、重量轻耐摩擦、热氧稳固、力学性能生物降解材料（环境保护），运算机、液晶显示屏（低电压）信息社会要术各种各样光、电、磁、声材料 各种材料相互替换、复合、共性、特性， 纳米材料三、材料科学与工程的范畴和任务 （1）学科建立 Establishment of Material Science and Engineering 1960s 金属材料金相学金属学 无机材料无机化学陶瓷学 高分子材料高分子化学

13、高分子物理(2) 内容和任务 Contents and Objective 材料科学：从理论上研究金属、无机非金属和有机高分子等材料的成分、结构、 加工工艺同材料性能及材料应用之间的相互关系。 材料科学与工程：关于材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系的知识开发及应用的科学 学科性质：是介于基础科学与应用科学之间的应用基础科学（边缘学科）。合成与制备过程 Synthesis and Processing组成与结构 Compositions and Structures性质 Properties（工程）（化学）（物理学）使用性能 Performance研究内容科学性 a. 从化学角

14、度出发，研究材料的化学组成、键性、 结构与性能的关系 b. 从物理角度，阐述材料的组成原子、分子及其运动状态与各物性之间的关系 c. 材料的制备工艺技术性 d. 材料的性能表征 e. 材料的应用 (3) 材料工程 Materials Engineering对于工程技术人员：如何挑选特定应用环境下需要的材料，来满足使用要求，如何按实际要求设计新材料，须弄清以下三个关系 （材质）材料内部结构与性能 （内部形状）加工工艺与性能 （使用环境，耐久性）材料的性能与使用过程四、本课程的内容和学习方法绪论 Introduction 材料的定义、分类 及基本内容 第一章 工程材料的力学性能材料的力学性能包括强

15、度、塑性、硬度、韧性、抗疲劳性和耐磨性等第二章 工程材料的基础知识决定工程材料的性能的基本因素时他们内部的微观结构和组织状态，本章以金属材料为例，介绍与工程材料有关的微观组织结构的基础知识第三章 金属的塑性变形与再结晶在塑性变形的过程中，金属组织和性能也发生了相应的变化，因此，研究金属塑性变形以及变形金属在加热过程中所发生的变化，对充分发挥金属材料的力学性能有重要的意义。第四章 钢的热处理热处理时将金属或合金在固态下经过加热、保温顺冷却等三个步骤，以改变其整体或表面的组织，从而获得所需性能的一种工艺。第五章 金属材料第六章 非金属材料和复合材料高分子材料、陶瓷材料和复合材料第七章 常用机械工程

16、材料的选用机械零件的设计包括零件结构设计、材料挑选和工艺设计三个方面，选材或用材不当是造成零件失效的重要原因主要参考书魏广升，褚祥志 . 工程材料学 . 北京：中国劳动出版社，1996崔占全，机械工程材料 . 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2000吴承建主编 . 金属材料学 . 北京：冶金工业出版社，1999第一章 工程材料的力学性能材料在不同的外界条件下使用的，如在载荷、温度、介质、电场等作用下将表现出不同的行为，即材料的使用性能。使用性能主要包括：力学性能、物理性能和化学性能。力学性能是指材料在载荷(外力)作用下所表现出的行为。第一节 材料的强度与塑性一、强度1.定义：强度是指材料在外力作

17、用下对变形与断裂的抗击能力。 通常强度是根据国家标准(GB6397-1986)的规定进行静拉伸试验测得的。2.拉伸应力-应变曲线特点1）弹性变O-A2）塑性变形B-D3）断裂点Ds=F/SeF=(LF-L0)/L03.力学性能指标1） 材料对弹性变形的抗击能力 - 弹性模量E=应力s /应变e *弹性模量E反映了材料产生弹性变形的难易程度。（刚度）保证了材料不发生过量弹性变形。*弹性模量取决于材料本身。合金化、热处理及冷热变形影响不大。2）强度指标a 屈服点强度ss*s0.2：残余变形量为0.2%时的应力值二、塑性塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。一样用伸长率()或断面收缩率

18、()来反映材料塑性的好坏。 =(L1-L0)/L0=(S0-S1)/S0意义： 1.材料可通过局部塑性变形来削减应力峰，缓解应力集中，从而防止突然破坏。 2.通过发生塑性变形和因此引起的形变强化，可提高抗击过载的能力。 3.如果零件失效前产生塑性变形，由于塑性变形可吸取大量能量，可使失效的破坏性降到最小。 4.好的塑性有利于压力加工成型工艺。第二节 材料的硬度定义：表示材料表面局部区域内抗击变形或破坏的能力。意义：硬度能较敏锐地反映材料的成分与组织结构的变化，故可用来检验原材料和控制冷热加工质量。指标种类： 1.布氏硬度(HB)： 2.洛氏硬度(HR)： 3.其它硬度：维氏硬度 (HV)、显微

19、硬度等。l 布氏硬度：1990瑞典工程师布利涅尔（Brinell）提出将一定直径的淬火钢球或硬质合金球，在规定载荷下压入被测金属的表面，并保持一定时间，然后卸除载荷，以金属表面压痕单位面积上所承担载荷的大小来确定被测金属材料的硬度。说明：1.布氏硬度的单位为MPa,一样不标出；2.淬火钢球为压头测出的硬度值以HBS表示,适用于硬度值在450以下的材料;硬质合金球为压头测出的硬度值以HBW表示，适用于硬度值在450-650的材料。如10mm淬火球在9.81kN载荷下，保持30s测得的布氏硬度值为150时，可标注为150HBS10/1000/30。又如500HBW5/750表示用5mm的硬质合金球

20、在750kgf（7.335kN）载荷作用下保持10-15s测得的布氏硬度值为500。l 洛氏硬度：1919年美国洛克威尔提出。用金刚石圆锥体或淬火钢球作为压头，在一定试验力的先后作用下，将压头压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除主试验力，用测量的残余压痕深度运算被测材料的硬度。测试洛氏硬度时，直接从表盘读取数值即可。洛氏硬度的分类HRA HRB HRC 压头 : 金刚石 直径 金刚石 圆锥体 1.5875钢球 圆锥体 总载荷 /N : 588.37 980.67 1471.07应用 ： 高硬度 较软材料， 淬火钢 材料，如 如退火钢， 等硬材 硬质合金 铜铝等 料范畴： 60-88HRA 2

21、0-100HRB 20-70HRC维氏硬度(英国的维克斯Vickers公司) 维氏硬度的试验原理与布氏硬度的试验原理相同，但维氏硬度试验的压头不是钢球，而是用两面夹角为136的金刚石四棱锥体作为压头。试验时测出压痕对角线长度以运算压痕的表面积，以F/A的数值表示维氏硬度值。 HV=1.8544F/d2(MPa)维氏硬度载荷小（49.1，98.1，196.2，294.3，490.5，981N 五种），压痕深度浅，适应于测量较薄的材料或表面硬化层的硬度，所以维氏硬度广泛用来测定金属镀层、薄片金属以及化学热处理后的表面硬度。第三节 材料的韧性和韧度韧性是指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸取能量的能力

22、，是材料强度和塑性的综合表现。或指材料抗击裂纹扩展的能力。韧度是衡量材料韧性的力学性能指标。 常用韧性指标： （1）冲击韧度 （2）断裂韧度冲击韧度 定义：冲击韧度是指材料在冲击加载下吸取塑性变形功和断裂功的能力，它是用来评判材料在冲击载荷作用下的脆断倾向的。 指标：冲击吸取功AK(单位J)；冲击韧度ak(ak= AK/断裂面截面积，单位J/cm2)。 意义：用来反映材料对一次或少次数大能量冲击破坏的抗击能力和在此工作条件下材料对缺口的敏锐性。试验方法：一次摆锤冲击试验。冲击功：Gh1-Gh2=G(h1-h2) J断裂韧度定义：断裂韧度表征了材料抗击裂纹失稳扩展的能力。断裂韧度K1c：裂纹失稳

23、扩展时的应力场强度因子，应力场强度因子的临界值。影响因素：材料本身的性质有关，与材料的成分、成型工艺有关；而与裂纹的形状、尺寸及外应力的大小无关。第四节 疲劳强度疲劳断裂的概念 零件在交变载荷作用下经较长时间工作而发生断裂的现象(交变载荷大小、方向随时间发生周期性循环变化的载荷。)疲劳断裂的特点 (1)断裂时的应力远低于材料静载下的抗拉强度，甚至屈服强度, 疲劳断裂属低应力脆断。 (2)断裂前无论是韧性材料还是脆性材料均无明显的塑性变形，是一种无预兆、突然发生的断裂，因此危险性极大。疲劳断裂的基本过程(1)裂纹的产生：由于材料本身的各种缺陷和结构等原因，使零件受力时局部产生应力集中，形成疲劳裂

24、纹源，达到一定条件时，产生裂纹。(2)裂纹扩展：裂纹形成后，在交变应力作用下将不断扩展。(3)最后断裂：随着疲劳裂纹的扩展，有效承载面逐步减小，当应力达到材料的断裂强度或断 裂韧度时，发生快速断裂。l 疲劳抗力指标 疲劳极限(疲劳强度)-材料在“无数”次重复交变载荷的作用下而不破坏的最大应力。当交变应力循环对称时，疲劳极限用1表示。 注：试验时，钢材的循环次数以10-7为基数。影响疲劳极限的因素：(1)材料本质：材料的成分、组织以及纯度和夹杂物对疲劳极限有显著影响。(2)零件表面状况：疲劳裂纹源大多起始于零件的表面。零件表面的加工缺陷大大降低了疲劳极限。(3)载荷类型：载荷类型不同，疲劳极限不

25、一样。(4)工作温度：温度升高，裂纹易产生和扩展，故降低了疲劳极限。(5)腐蚀介质：零件在腐蚀环境中，疲劳极限明显降低。第2章 工程材料基础知识第一节 金属的晶体结构一、晶体与非晶体-原子的排列 对材料的影响1.晶体：晶体中的原子是有序排列，即原子或离子按一定的几何形状有规律的排列的物体。2.非晶体：晶体中原子的排列是无序的。 3.与晶体有关的几个概念晶格：把晶体中的原子假想为几何的结点，用直线从其中心连接起来，使之构成一个空间格子（空间点阵）。晶面：晶格中各种方位的原子面。晶向：晶格中由结点（原子）所组成的任一直线，则代表晶体空间的一个方向，这种方向称为晶向。晶胞：构成晶格的最基本的几何单元

26、称为晶胞。晶格常数与夹角：晶胞的边长大小的尺寸（a,b,c）称为晶格常数。 a ，b， g。晶胞原子数：一个晶胞内包含的原子数目。配位数：晶格中与任一原子处于等距且相距最近的原子数目。致密度：晶胞中原子的体积与晶胞体积之比。二、晶体的分类原子的结合方式对材料的影响金属晶体 Na离子晶体 Na+ Cl-共价晶体 C分子晶体 Cl * Cl三、金属晶体 1.晶格的形式：（1) 体心立方（2) 面心立方（3) 密排六方2.晶向指数的建立（1）建立坐标系（2）确定坐标值（3）化整并加中括号 3.晶面指数的建立（1）建立坐标系；（2）确定在坐标轴上的截距。（2），1，2；（3）取倒数。 1/2，1，1/

27、2 ；（4）化整并加小括号（121）4.晶体的种类单晶：结晶方位完全一致的晶体。特点：各向异性多晶体：5.晶体的缺陷（1）点缺陷（2）线缺陷（3）面缺陷 第二节 合金及相结构一基本知识：1.合金：有2种或2种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属性质的物质。2.组元：组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质。3.相：成分相同，结构相同，并与其他部分以界面分开的平均组成部分。二、 合金中的相结构固溶体：形成合金时，如果一种组元的晶格中可以包含其他组元，即新相的晶格结构与某一组元的晶格相同，这种新相称为固溶体。晶格与固溶体相同的组元称为溶剂，其他组元称为溶质。化合物：形成合金时，新

28、相的晶格结构不同于任一组元的晶格，则新相是组元间形成的一种新的物质，这种新相称为化合物。（一）固溶体1.分类：置换固溶体和间隙固溶体2.特点：造成晶格畸变，固溶体的强度及硬度升高，物理性能也会发生变化。固溶强化（二）化合物1.分类：正常价化合物，电子价化合物及间隙化合物2.各种化合物的比较第三节 金属的结晶1、结晶的概念（1)过冷度D T ： D T=T0-T1（2)理论结晶温度To（3)实际结晶温度T12、金属的结晶过程包括两个过程：形核与长大3、结晶的影响因素（1)过冷度D T (2)难容杂质起到晶核的作用细化晶粒4、金属晶体的长大形状（1）随液固界面距离的增大，在液相内温度升高（2）随液

29、固界面距离的增大，在液相内温度降低 第四节 二元合金相图1.合金系：由给定的的组元可以配制成不同成分的合金，这些合金组成的合金系统称为合金系。2.（相）平稳：在一定条件下，合金中参与结晶或相变过程中的各相之间的相对重量和相的浓度不再改变的状态。3.相图：不同温度及成分下，合金中的合金相的构成及相之间的平稳关系的图形。又称为平稳图或状态图。第五节 铁碳合金相图通过讲授铁碳合金相图，使学生把握：合金相图是表示在极缓慢冷却 (或加热)条件下，不同成分的铁碳合金在不同的温度下所具有的组织或状态的一种图形。从中可以了解碳钢和铸铁的成分(含碳量)，组织和性能之间的关系。它不仅是我们挑选材料和判定有关热加工

30、工艺的依据，而且是钢和铸铁热处理的理论基础。1538 1394 912 L d-Fe g-Fe a-Fe 体心立方 面心立方 体心立方1. 铁素体 a-Fe + C 体心立方 F2. 奥氏体 g-Fe + C 面心立方 A3. 渗炭体 Fe3C4. 珠光体 铁素体 渗碳体 P5. 莱氏体 莱氏体 渗碳体 Ld 一、相图分析912 G1538 A1394 N0.77 2.11 4.43 6.69Fe Fe3C1495B1148C 1227DEFHJKPSQ0.0218二、典型合金析晶过程分析 工业纯铁：塑性较好，强度较低，具有铁磁性，在一样的机器制造中很少应用，常用的是铁碳合金 铁素体（F）：碳

31、溶于a -Fe中的一种间隙固溶体，体心立方晶体结构，组织和性能与工业纯铁相同 奥氏体（A）：碳溶于g -Fe中的一种间隙固溶体，具有面心立方晶体结构，塑性好，变形抗力小，易于锻造成型渗碳体：铁和碳的金属化合物（即Fe3C）属于复杂结构的间隙化合物，硬而脆，强度很低，耐磨性好，是一个亚稳固的化合物，在一定温度下可分解为铁和石墨 珠光体（P）：铁素体和渗碳体的机械混合物，是两者呈层片相间的组织，即层片状组织特点，可以通过热处理得到另一种珠光体的组织形状 五个单相区：ABCD以上-液相区（L）；AHNA-d 固溶体区（d ）；NJESGN-奥氏体区（A）；GPQ以上-铁素体区（F）；DFKL-渗碳体

32、区（Fe-Fe3C） 七个两相区（两相邻的单相区之间）： L+d，L+A，L+Fe3C，d+A，F+A，A+Fe3C，F+Fe3C包晶反应： HJB水平线 LBdH（1495） AJ 包晶反应仅可能在含碳量0.090.53的铁碳合金中，其结果生成生成奥氏体 共晶反应： ECF水平线 AeFe3C （1148） Lc 共晶反应可在含碳量2.116.69的铁碳合金中，形成奥氏体与渗碳体 的共晶混合物，称为莱氏体，C点为共晶点，含碳量为4.3,温度1148度 共析反应： PSK线 As FpFe3C（727） 所有含碳量超过0.0218的铁碳合金均能发生共析反应。其结果形成铁素体和渗碳体的共析和渗碳

33、体的共析混合物，称为珠光体（P）。根据杠杆定律可以求出铁素体和渗碳体的相对重量为： F（）(6.69-0.77)6.6910088 Fe3C（）18812 GS线不同含碳量的合金，有奥氏体开始析出铁素体（冷去时）或铁素体全部溶于奥氏体（加热时）的转变线，常用A3表示 ES线碳在奥氏体中的固溶体。常用Acm表示，含碳量大于0.77的铁碳合金，自1148冷至727从奥氏体析出渗碳体，称二次渗碳体 PQ线碳在铁素体中的固溶线，铁碳合金由727冷却至室温时，将从铁素体析出渗碳体，称为三次渗碳体 1. 亚共析钢的组织是由铁素体和珠光体组成，随含碳量的增加。其组织中珠光体的数量随之增加，因而强度、硬度也升

34、高，塑性、韧性不断下降。 2. 过共析钢的组织是由珠光体和网状二次渗碳体组成，随着钢中含碳量的增加，其组织中珠光体的数量不断减少，而网状二次渗碳体的数量相对增加，因强度、硬度上升，而塑性、韧性值不断下降。但是，当钢中 Wc0.9时，二次渗碳体将沿晶界形成完整的网状形状，此时虽然硬度连续增高，但因网状二次渗碳体割裂基体，故使钢的强度呈迅速下降趋势。至于塑性和韧性，则随着含碳量的增加而不断降低 铁碳相图在工业中的应用1、在选材方面的应用 ：根据零件的不同性能要求来合理地挑选材料。 2、在铸造生产上的应用：参照铁碳相图可以确定钢铁的浇注温度，通常浇注温度在液相线以上 5060。纯铁和共晶白口铸铁的铸

35、造性能最好。 3、在锻压生产上的应用：锻轧温度控制在单相奥氏体区。 4、在热处理生产上的应用：热处理工艺的加热温度依据铁碳相图确定。 第三章 金属的塑性变形与再结晶第一节 金属的塑性变形一、塑性变形的基本形式滑移：晶体在切应力的作用下，一部分沿着一定晶面上的晶向相对于另一部分发生滑动，这种现象成为滑移孪生：晶体在外力的作用下以产生孪晶的方式而进行的切变过程软位向：当滑移面法线与外力F 的夹角呈45 时，滑移最容易进行，这种位向称为软位向。硬位向：当滑移面与外力平行（90）或垂直（ 0）时，晶体不可能滑移，这种相位称为硬位向。二、滑移一个滑移带实际上是由一束平行滑移线组成带与滑移线晶体的塑性变形

36、就是众多大小不同的滑移带的综合成效的宏观上的体现三、滑移系滑移面总是原子排列最密的晶面滑移方向总是原子排列最密的方向密排面与面之间的距离最大，结合力最弱，最容易滑动四、滑移的机理五、实际金属的塑性变形1. 晶粒位向对变形的影响2. 晶界对变形的影响3.多晶体塑性变形过程 1.）具有软位向晶粒的滑移系的开动与滑移面和滑移方向成45角的晶粒；2.）变形达到一定程度时，造成应力集中，晶粒发生位向的转动，滑移停止；3.）次软位向晶粒发生滑移。4.）重复2和3，直至全部晶粒都发生变形。第二节 冷塑性变形对金属组织和性能的影响一、冷塑性变形对金属组织结构的影响1. 晶粒变形2. 亚结构的形成亚晶粒的产生使

37、晶体抗击变形的能力增加是引起加工硬化的重要因素之一3. 形变织构当金属按一定的方向变形量很大时，多晶体中原先任意位向的各晶粒的取向会大致趋于一致，这种有序化结构叫做“形变织构”，又称为“择优取向”二、冷塑性变形对金属性能的影响 2. 产生内应力1. 加工硬化缺点优点 提高金属强度、硬度、耐磨性2）微观内应力（第二类内应力） 约占103）晶格畸变（第三类内应力） 约占903. 物理、化学性能的变化提高构件的安全性使金属变形平均1）宏观内应力（第一类内应力） 约占1第三节 回复与再结晶一、回复、再结晶和晶粒长大金属冷塑性变形后，产生了加工硬化现象，金属晶体中缺陷密度增加，内能升高，这种处于不稳固状

38、态的组织有自发复原到变形以前组织状态的倾向。1. 回复当冷变形金属的加热温度不太高时，内部原子活动能力不大，只能作短距离扩散，这个过程称为回复作用：排除加工硬化造成的部分内应力，改善理化性能。 机理：当加热时，使点缺陷、位错等做微量的迁移，缺陷降低，晶格畸变程度降低。 特点：由于处理温度较低，原子活动能力低，晶粒大小和形变变化不明显。强度、塑性及硬度变化不大。 2. 再结晶当冷变形金属加热温度高于回复阶段温度后，原子的扩散能力进一步增强，塑性变形时被破碎、拉长的晶粒全部被转变呈平均而细小的等轴晶粒，这个过程称为“再结晶”特点：硬度、强度下降，塑性、显著韧性提高，内应力基本排除，金属复原到变形前

39、的性能。机理：新晶粒的形核及长大的过程。再结晶温度：金属经大变形度（7080%）的变形后，在规定的时间内完成再结晶的最低温度。T再 0.4T熔影响再结晶温度的因素：1)杂质和合金元素2）变形度变形量越大，再结晶温度越低。-临界变形度，最低再结晶温度3）加热速度与加热保温时间3.再结晶后晶粒的长大1）正常长大：随温度的升高或时间的延长而平均地连续长大。2）反常长大（二次再结晶）：不连续不平均地长大。第四节 金属的热塑性加工一、热加工的概念1.高于再结晶温度的加工变形2.特点：1）加工硬化与再结晶软化两个过程同时存在。2）表面氧化现象，尺寸精度低。二、热加工对组织及性能的影响1.粗大的柱状晶及枝晶经热塑性变形后被击碎并形成等轴细晶粒组织，改善了机械性能。2.铸态组织中的一些缺陷，得已排除，从而使组织致密，性能提高。3.形成热加工的“纤维组织”，又称为“流线”，使金属的性能具有明显的各向异性。第4章 钢的热处理 材料的性能可以通过下面方法得以改善 1. 在钢铁的冶炼过程中，加入所需的合金元素； 2. 对材料进行后续处理热处理热处理：对金属材料在不同的固态温度范畴内进行加热