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1、金属材料及热处理金属材料及热处理第一章第一章金属材料的力学性能金属材料的力学性能金属材料的机械性能(力学性能)金属抵抗外力而引起的变形和断裂的能力 1.1 强度和塑性强度金属材料在静载荷的作用下抵抗永久变形和断裂的能力（）塑性金属材料在静载荷的作用下产生塑性变形而不破坏的能力（、）1.屈服强度()（用拉伸法测试）一、拉伸曲线二、刚度、弹性材料抵抗弹性变形的能力称为刚度第1节 金属材料的力学性能(1)屈服强度(S)(2)抗拉强度(b)加载荷 弹性变形 屈服 塑性变型形 断裂 S=Fs/S0 b=Fb/S0(3)伸长率()=LkL0/L0 100 (4)断面收缩率()=S0Sk/s0 100 1.
2、2 硬度-金属材料抵抗其他物体压入其表面的能力布氏硬度-HBS(适用测量硬度值小于450的材料)-HBW(适用测量硬度值小于650的材料)洛氏硬度-HR(A,B,C)P.8 表1.1维氏硬度-HV(极薄层的硬度)1.3 冲击韧度金属材料在快速冲击载荷作用下抵抗破坏的能力（aK）1.4 疲劳强度（-1）-材料经无数次交变载荷而不断裂的最大应力值疲劳失效过程零件（齿轮、轴等）在工作时受到大小方向周期性变动载荷作用下（交变或重复应力）,产生疲劳裂纹裂纹扩展瞬时断裂材料产生疲劳断裂的原因P.11第第2节节 金属金属的晶体构造和结晶2.1 金属的晶体结构 金属中常见的晶格类型-（体心、面心和密排六方）1
3、.体心立方晶格 如:-Fe铁,铬(Cr),钼(Mo),钨(W),钒(V)等2.面心立方晶格 如:-Fe铁,铝(Al),铜(Cu),镍(Ni),铅(Pb)等3.密排六方晶格 如:镁(Mg),锌(Zn),(BCC;Body-Centered Cubic)(FCC;Face-Centered Cubic)2、面心立方格：1、体心立方晶格：常用金属的晶体结构3、密排六方格：(HCP;Hexagonal Close-packed)原子排列及晶格、晶胞原子排列及晶格、晶胞实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构(1)多晶体单晶体(各向异性)和多晶体(各向同性)(2)晶体的缺陷a.点缺陷空位、间隙b.线缺陷位错
4、c.面缺陷晶界、亚晶界结晶原子从液态无序排列到固态的有序列排列(1)金属的冷却曲线和过冷现象(图2.7)(2)金属 的结晶过程形核、长大(图2.8)(3)金属结晶后的晶粒大小(4)细化晶粒的方法(增加过冷度,变质处理,振动）(5)金属的同素异构转变金属在固态下，晶格随温度变化而发生变化.图2.11:体心立方体心立方面心立方面心立方体心立方体心立方2.2 金属的结晶过程及同素异构转变金属的结晶过程及同素异构转变2.3 合金的晶体结构和相图合金的晶体结构和相图1,合金-二个或二个以上的金属元素熔合在一起(Fe+C=铁碳合金,Cu+Zn=黄铜)2,组元-组成合金的独立单元(Fe,Cu,C,Fe3C)
5、3,合金系-(铁碳合金,铝硅合金等)4,相-结构相同,化学成分相同(液相,固相等)5,组织-反映相的大小,形态及分布情况.在显微镜下能观察到的金属的微观形态和面貌.又称金相组织.合金中的常见相合金中的常见相(组织组织)结构结构固溶体-(置换,间隙2种)图2.12 2.13金属化合物-新的复杂晶格,硬,脆机械混合物-保持各自原有的晶格类型二元匀晶相图作业作业:P.19 1,2,4,7,8,第第3节节 铁碳合金相图铁碳合金相图碳钢Fe+C 2个基本组元合金钢Fe+C+其它元素，如（Cr、Ni、Mn、Mo）等金属元素 3.1 铁碳合金中的基本组织(1)铁素体（F）碳溶于-Fe中的间隙固溶体，体心立方
6、晶格(照片)(2)奥氏体（A）碳溶于-Fe中的间隙固溶体，面心立方晶格(910以上)(3)渗碳体（Fe3C）复杂晶格的金属化合物(4)珠光体(P)Fe+Fe3C的机械混合物(5)莱氏体(Ld)Fe3C+P的机械混合物3.2 铁渗碳体相图(P.26)1,特性点(表3.1)2,特性线 ES(Acm)-奥氏体(A)渗碳体(Fe3C)GS(A3)-奥氏体(A 铁素体(F)PSK(A1)-奥氏体(A)珠光体(P)3,特性区(12个)4,3条垂直线(虚线)S-共析点 产生珠光体(P)C-共晶点 产生莱氏体 (Ld)典型铁碳合金的结晶过程1,共析钢（）冷却曲线（P）2,亚共析钢（）冷却曲线（F+P）3,过共
7、析钢（）冷却曲线（P+Fe3C ）4,共晶白口铁（）冷却曲线（Ld）5,亚共晶白口铁（）冷却曲线 （P+Fe3C +Ld）6,过共晶白口铁（）冷却曲线 （Fe3C +Ld）3.3含碳量对铁碳合金组织与性能的影响1,含碳量对铁碳合金组织的影响2,含碳量与力学性能间的影响(图3.10)3.4 铁碳相图的在生产中应用1,选材2,铸造3,锻造4,热处理作业:P.26 1,2,3铁碳合金成分、组织、性能关系连接到第二章金属的性能，牌号及用途第二章第二章 金属材料牌号金属材料牌号,性能性能,用途用途常存元素对钢性能的影响常存元素对钢性能的影响在冶炼过程中带入的（Si、Mn、S、P）1,Mn的影响有益，WM
8、n1%，影响不大2,Si的影响有益，WSiV临的速度冷却，淬火目的P.33淬火参数（1）淬火加热温度(图4.11)（2）淬火保温时间(表4.2)（3）淬火冷却介质(图4.12)(4)淬火冷却方式淬火方法淬火方法(图 4.13)（1）单液淬火法：A化的工件投入水或油等单一溶液中冷却至室温的淬火方法（2）双液淬火法：A化的工件分别在水、油二种溶液中冷却（3）分级淬火法：A化的工件在Ms线左右的盐浴中停留后再冷却（4）等温淬火法：A化的工件在Ms线以上停留足够的时间再冷却（A下B）(5)局部淬火法：局部加热后淬火（6）冷处理-70804.钢的回火回火回火将淬火后的工件重新加热到A1线下，保温后空冷至
9、室温的方法(1)回火目的获得所需的组织、性能；稳定组织；消除淬火应力。(2)淬火钢在回火时的组织与性能的变化 M的分解（的分解（100-200 得到得到M回火回火组织组织）析出少量过饱和碳原子，硬度不降低，消除部分应力 A残残的转变（的转变（200-300 ）继续）继续析出碳原子，应力进一步消除，硬度无明显降低300-400 得到得到(T回火回火组织组织)400 以上得到以上得到(S回火回火组织组织)(3)钢的回火脆性P.36(4)回火的分类及应用低温回火(150-250)-刃具,刀具,高硬度和耐磨零件中温回火(350-500)-弹性零件高温回火(500-650)-重要的结构零件回火转变产物的
10、组织与性能回火转变产物的组织与性能回火组织（以共析钢为例）1、M回（s，工件变形（热应力+组织应力）b，工件开裂2,热处理零件的结构工艺性P.41图4.19,20,21,22,23简单,对称改尖角为圆角减少孔和槽合理布置孔位和厚薄均匀防止变形组合结构热处理技术条件的标注 及工序位置的安排1,标注(表4.5)2,热处理工序位置的安排(图4.24)（1）预先热处理的工序位置正火、退火-毛坯（铸、锻、焊、冷冲压件）正火退火（消除应力、细化晶粒、改善切削性）机加工调质-下料锻造 正火或退火粗机加工调质精加工（2）最终热处理的工序位置(淬火+回火)第五章 有色金属简介1,铝及其合金(1)纯铝-良好的导电
11、,导热和抗大气腐蚀性(2)变形铝合金-主要类别:防锈铝合金,硬铝合金,超硬铝合金,锻造铝合金.(3)铸造铝合金-主要类别:铝硅铸造合金,铝铜铸造合金,铝镁铸造合金,铝锌铸造合金.(4)变形铝合金的强化手段-固溶处理+时效处理Al-Cu合金为例固溶处理+时效处理550加热保温水冷单相过饱和固溶体+100 7天(时效处理)2,铜及其合金(1)纯铜-良好的导电,导热和抗大气腐蚀性.良好的压力加工性和焊接性(2)黄铜(Cu+Zn合金)单相黄铜(H80,70)双相黄铜(H62,59)(3)青铜(Cu+Sn合金)锡青铜(铸造)3,滑动轴承合金(1)滑动轴承合金应具备的性能-足够的疲劳强度和抗压强度导热性和耐蚀性和高的磨合性及 低的摩擦系数、铸造性(2)种类及应用-锡基,铅基,铜基,铝基1.将共析钢加热到750,保温后,采用何种冷却方法得到以下组织?要求在C曲线上画出各条冷却曲线.(P,S,T,上B,下B,M+T+A,M+残A)2.写出20钢,45钢,T8钢,T12钢的淬火加热温度.3.P.46 11,12,144.P.64 2