金属工艺学全套.pptx

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1、1绪绪 论论世界四大材料：钢铁、木材、塑料、水泥钢铁、木材、塑料、水泥(如生产一根如生产一根“轴”)材料分：金属材料、非金属材料、复合材料金属材料指钢铁、有色金属等材料指钢铁、有色金属等材料非金属材料无机无机高分子材料（陶瓷、水泥、高分子材料（陶瓷、水泥、木材等），木材等），有机有机高分子材料（如塑料、橡胶），高分子材料（如塑料、橡胶），复合材料-玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材料料。现在新材料-纳米材料、智能材料纳米材料、智能材料第1页/共168页2 材料按材料按物质结构不同分不同分：金属材料、非金属材料（有机高分子材料和陶瓷料)、复合材料 材料按材料按用途不

2、同分不同分：机械工程材料、土木工程材料、电工材料、电子材料 材料按材料按功能不同分不同分：结构材料、功能材料、磁性材料等第2页/共168页3材料发展概括 天工开物明朝科学家：宋应星明朝科学家：宋应星 箸箸 石器时代陶器时代铜器时代：司母戊鼎司母戊鼎（公元前（公元前11111616世纪）世纪）1130780110011307801100战国编钟战国编钟（前前475475221221年）年）6565个个 总重总重2500Kg2500Kg天然石，兽骨，树枝天然石，兽骨，树枝泥巴（日晒泥巴（日晒原始陶器；火烧原始陶器；火烧瓷器用具瓷器用具）铁器时代 沧州大狮沧州大狮（公元公元953953年年 ）重）重

3、50T,50T,长长5.3m,5.3m,宽宽3m3m人工复合材 料 塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等本草纲目本草纲目农政全书农政全书李时珍李时珍徐光启徐光启 智能材料第3页/共168页4沧州铁沧州铁狮狮铸造于铸造于公公元元953953年。年。铁狮子通铁狮子通高高5.785.78米，米，身长身长6.56.5米，体宽米，体宽3.173.17米，米，重约重约4040吨吨第4页/共168页5本课程的性质和目的本课程的性质和目的是高等工科院校机械类专业必修的一门专业技术基础课。2、目的：a获得有关金属热处理、金属材料的基本知识。b熟悉常见金属材料的牌号、性能特点及应用；了解它 们之间成分、组织、

4、性能、热处理的关系。c 具有选择零件材料的能力，确定加工工艺路线的能力。d 为后续课程和从事技术工作打下基础。1、性质：特点：杂，多，广，逻辑性差。特点：杂，多，广，逻辑性差。本课学习方法是：预习、笔记、复习、讨论问题本教材的重点：常见的材料牌号及应用，钢的热处理第5页/共168页6第一章第一章 金属材料的力学性能金属材料的力学性能Mechanics properties of metals金属材料的性能使用性能力学、物理、化学工艺性能铸造、锻压、焊接、切削加工力学性能：受外力作用下所表现出的性能。不能说：机械性能不能说：机械性能 判据判据 如：如：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等强度、塑性

5、、硬度、韧性、疲劳强度等第一节 强 度 与 塑 性一、强度 strength 概念：强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂和断裂 的能力的能力。通过拉伸试验测得大小。见教材P5强度判据：屈服点（屈服强度）、抗拉强度第6页/共168页7L0LKd0拉断前试样拉断后试样试样按GB639786制取，分长试样L0=10d0短试样 L0=5d0说明：bkse拉伸力 F O伸长量 LFsFbFe低碳钢的力伸长曲线FF第7页/共168页8说明：单位面积上的内力称应力。读sigmsigmL长度长度 Length 单位单位：mmmmA截面积截面积 Area Area 单位单

6、位：mmmm2 2 F外力外力 Force 单位单位：N s屈服点的值屈服点的值 单位：MPa（兆帕）mega pascal屈服点概念：力不增加仍能继续伸长时的应力。用符号：s 表示抗拉强度概念：试样拉断前所承受的最大拉应力。用符号：b表示 补充：bb 表示抗弯强度注：s 、b 是设计与选材的重要依据是设计与选材的重要依据 另：e 表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所承受的最大拉应力表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所承受的最大拉应力。第8页/共168页9补充资料：GB/T2282002金属材料 室温拉伸试验方法 规定：断后伸长率 A 表示；断面收缩率 Z 表示；屈服强度 Re 表

7、示；抗拉强度 Rm 表示；此规定代替GB228-87，从2002年7月执行。第9页/共168页10二、塑性 plasticityplasticity概念概念：在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。判据判据：断后伸长率 、断后断面收缩率断后伸长率 Percentage elongation after fracture概念概念：试样断后标准的伸长量与标准的百分比。用符号用符号 表示，读作 代儿特其中：其中：L Lk k断后试样长度断后试样长度 L Lo o试样原始长度试样原始长度断后断面收缩率概念概念：断后截面处面积的最大缩减量与原始截面面积百分比。用符号用符号 表示，读作扑洒哎说明：伸长率和

8、收缩率在实际应用中，一般是用表示塑性大小。、越大，材料的塑性越好。通常认为 0.9%后，其HB，b、ak二、状态图中的特性点、线、区域组织请打开教材40页，二部分。第39页/共168页40钢铁力学性能与碳含量WC的关系第40页/共168页41特性点：见表22特性线：1、ACD线；2、AECF线固相线液相线（其中（其中AEAE线是线是碳钢碳钢固线）固线）3、ECF线共晶转变线 LLd4、GS线（又称A3线）5、ES线（又称Acm线）6、PSK线共析转变线 A p（又称A1线）第41页/共168页42三、合金的结晶过程分析亚共析钢共析钢过共析钢AF+ALEA+Fe3CL+A第42页/共168页43

9、三、合金的结晶过程分析AEGPQSFeLAL+AFF+A F+PPP+Fe3CA+Fe3C0.772.11、共析钢 WC=0.77%123P、亚共析钢123412344LL+AAF+AAPP+F冷却曲线冷却曲线过共析钢 WC=1.0%状态图的应用：自己看P45第43页/共168页44 四、碳素钢（简称：碳钢）carbon-steel本内容P101，重点是常见牌号的含义、性能、应用。GB/T133041991规定：钢按化学成分分：非合金钢（碳钢）、低合金钢、合金钢三类。非合金钢是指WC2.11%，并含有少量Si、Mn、P、S等元素的铁碳合金。（一）、常存元素对碳钢性能的影响（了解）了解）1、锰

10、Mn作用：脱氧，FeO还原Fe；与S作用MnS降低热脆性；提高强度、硬度。有益元素2、硅 Si作用：与钢液中FeO生成炉渣，提高钢质量；溶于F中，固溶强化。有益元素。第44页/共168页453、硫 S作用：形成FeS(熔点1190），在晶界 处，在1100 1200 时，压力加工，产生脆裂。“热脆”。有害元素4、磷 P作用：全部溶于F中，固溶强化；、HB，在低温下引起脆断“冷脆”。有害元素（二）、碳钢分类、牌号、用途（掌握内容掌握内容）1、分类（1）按钢中含碳量多少分：低碳钢中碳钢高碳钢Wc 0.6%第45页/共168页462、按钢的质量（品质）分：（S、P含量多少）普通碳素钢:优 质 钢:高

11、级优质钢:S、P较高；Ws0.05%,Wp0.045%Ws 0.035%,Wp 0.035%;Ws 0.02%.Wp 0.03%;3、按钢的用途不同分：（1）碳素结构钢 structural steel（2）碳素工具钢 tool steel（3）特殊性能钢 special steel（4）铸 钢 casting steel适用于各种机器零件、工程结构件适用于各种机器零件、工程结构件制造量具、刀具、模具、手锤、钳子等制造量具、刀具、模具、手锤、钳子等用于特殊要求，酸、碱、盐腐蚀环境用于特殊要求，酸、碱、盐腐蚀环境。形状复杂，难用锻造方法成形的铸钢件。形状复杂，难用锻造方法成形的铸钢件。第46页/

12、共168页47（三）碳钢的牌号、用途1、碳素结构钢 GB7001988牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法四部分组成。其中质量等级分别用A、B、C、D表示。A的S、P量高，D的S、P量最低，且质量最好。如：Q235A.FQ“屈”字汉语拼音字首235s235MPaA质量等级 A级F脱氧方法，指“沸腾钢”制造的钢材，一般不标出。牌号有：Q195；Q215；Q235；Q255；Q275五类。见教材105页 表52。第47页/共168页482、优质碳素结构钢S S、P P含量较低，用于重要零件含量较低，用于重要零件GB69988规定：牌号用两位数字表示。其中两位数字表示含碳量万

13、分之几。如：08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75。如:45钢是WC=0.45%用途见表52，P106。20Mn、65Mn等称 含锰量较高的优质碳素结构钢。3、碳素工具钢GB129888规定：牌号用“碳”字汉语拼音字首“T”+数字表示。数字表示WC的千分之几。如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。如T10钢WC=1%；T10AT10A中的中的“A A”表示为表示为高级优质高级优质碳素工具钢。碳素工具钢。用途见P112，表59第48页/共168页49补充：铸 钢 GB/T56131995牌号：用“铸钢”汉语拼音字首 ZG表示。如：Z

14、G200400 用变速箱体、壳等，焊接性好。200s200MPa400b400MPa还有：ZG230450；用力不大的阀体、轴承盖。ZG270500热轧曲轴、连杆等注意：碳钢分类；说出常见钢号 20、45、65Mn、Q235B、Q235A、T7、T10、T10A、T12、ZG200400等，属哪类钢，有何性能特点，用途。第49页/共168页50作业：机械工程材料实验与习题 （1）P67 ：225（2）P68：238（默画相图）（3）P69：242（计算题）上作业本！上作业本！239；240第50页/共168页51第二章 金属材料的基础知识第一节 金属的晶体结构一、晶体结构的基本概念Base k

15、nowledge of the Metallic materical1.晶体与非晶体概念：原子按一定几何形状作有规律的重复排列的 固体物质称晶体；非晶体则反之。特点：晶体有熔点；具有各向异性。如：食盐，冰，金刚石，金属等。非晶体无熔点；各向同性。如：玻璃，松香，沥青等。第51页/共168页52二、常见的晶格类型1.体心立方晶格 bodycentered cubic lattice特点：b 较好。如：912 Fe,Cr,Mo,V等。体心立方晶格含有2个原子体积组成。2.面心立方晶格 facecentered cubic lattice特点：较好。如：912 Fe,Cu,Al 等金属。含有4个原子

16、体积组成。面心立方晶格第52页/共168页532.晶格与晶胞晶格：表示晶体中原子排列形成的空间格子。晶胞：组成晶格最基本的几何单元。abc晶 胞 示意图原子3.晶格常数a,b,ca=b=c且互垂直表示晶胞几何形状大小晶体中的原子排列晶面结点形成的原因：各原子之间相互吸引力与排斥力相平衡结果。第53页/共168页543.密排六方晶格 hexagonal closepacked latticehexagonal closepacked lattice特点：硬度高、脆性大。如：锌(Zn),镁(Mg),镉(Cd)等金属。abCa=bc4.晶格致密度原子排列的紧密程度。致密度=原子体积晶胞体积43 r3

17、a3结果：体心=0.68面心=0.74六方=0.74原子半径 r=a第54页/共168页55三、金属的实际晶体结构(教材20 页 三)（一）、多晶体结构晶粒晶界多晶体 示意图由多个单晶粒组成的晶体为多晶体通常：钢铁材料晶粒尺寸通常：钢铁材料晶粒尺寸 为为 0.10.10.001mm0.001mm 显微组织：在显微镜下观察到其形态、大小、分布不同的组成物。（二）、晶格缺陷1、点缺陷：在长、宽、高方向尺寸都有很小变化的一种缺陷。间隙原子晶格空位第55页/共168页562、线缺陷：在晶格中呈线状分布的缺陷。，3、面缺陷：呈面状分布的缺陷。，线 缺 陷面缺陷第56页/共168页57第二节 合金的相结构

18、一、有关合金的基本概念1、合金 alloy由两种或两种以上金属元素或者金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。2、组元 constituent组成合金的最基本的独立的物质称组元，简称“元”。如：黄铜 CuZn；硬铝 AlCu 等都称二元合金。3、系 system由给定组元可以按不同比例配制一系列成分不同的合金，简称：“系”。第57页/共168页584、相图 ：表示合金系中合金状态与温度、成分之间的关系的图解。如：铁碳合金状态图铁碳合金状态图5、相 phase ：指同一化学成分，同一结构并以界面互相分开的均匀组成部分。如 固相、固相、液相等。液相等。6、组织 structure ：借助于放

19、大镜、显微镜下观察到具有某种形态、形貌特征的组成部分。二、合金的相结构1、固溶体 solid solution 概念：溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的一种均匀固体。如；糖水 水溶剂，糖溶质。第58页/共168页59 分类：按溶质原子在溶剂中分布情况不同，分 置换固溶体和间隙固溶体两类置换固溶体溶质原子替换晶格上的原子间隙固溶体溶质原子溶入晶格原子间隙a)间隙固溶体 b)置换固溶体特征：晶格类型不变，化学成分有限，性能发生变化第59页/共168页60 特征：（1）晶格仍保持原晶格（溶剂）。（2）化学成分在一定范围内可改变。（3）性能随化学成分改变而逐渐变化。性能：造成晶格畸变，强度、硬度上升。这种

20、现象称固溶强化。若溶质原子质量分数（含量）适当，其力学性能高。2、金属化合物 compound 概念：合金元素之间发生相互作用而生成的一种具有金属特性的新相。如 Fe与CFe3C第60页/共168页61 特征（1）具有一定的化学成分。（2）与任一组元成分不同。（3）熔点高脆性大硬度高。性能晶格复杂斜方，、HB，、ak，脆性大3、机械混合物 mixture 概念：两相按固定比例构成的组织（复合相），称机械混合物。如 铁碳合金中 F与Fe3C结合为P 特征：各相保持自己的晶格类型、性能特点。强度、硬度适中，目前钢铁材料中大目前钢铁材料中大 部分是这种组织。部分是这种组织。第61页/共168页62第

21、三节 纯 金 属 的 结 晶一、结晶的概念1、结晶 crystallization 由液态转变为固体晶体的过程。或者描述为：原子由不规则排列到有规则排列过程。原子由不规则排列到有规则排列过程。或者描述为：晶体结构形成的过程。或者描述为：晶体结构形成的过程。如水如水冰冰2、冷却曲线与过冷度TT0T1时间O冷却曲线平台：结晶过程时间。是结晶时放出的热（潜热）造成的。T0理论结晶温度理论结晶温度T1实际结晶温度T0T1=T 过冷度过冷是结晶的必要条件！Ttemperation第62页/共168页63结论：冷却速度 T 或者说：T F（结晶能量）结晶驱动力 结晶倾向 二、结晶过程过程：不断形核和晶核不

22、断长大的过程。三、晶粒大小控制1、晶粒越细小，力学性能越高。第63页/共168页64FF结果：小鸡蛋不易碎，大鸡蛋容易碎举例：两组大小不同的鸡蛋受力情况2、细化晶粒方法：（1）增加T。（2）孕育处理（变质处理）。（3）附加振动或搅拌。第64页/共168页65四、金属的同素异构转变补充内容铁丝加热实验示意图铁丝标尺支架现象：加热时铁丝伸长，到912开开始始收缩。若冷却时从1000 到到912 出现伸长现象。概念概念：在固态下随温度发生变化，其晶格类型发生转变的现象在固态下随温度发生变化，其晶格类型发生转变的现象-同素异构转变。同素异构转变。冷却曲线冷却曲线：用冷却曲线表示出此现象。用冷却曲线表示

23、出此现象。实质是：原子排列不同，结构不同，金属体积发生改变第65页/共168页66冷却曲线：温度时间O15381394912Lliquid结晶过程Fe 体心立方晶格Fe 面心立方晶格Fe体心立方晶格转变式：Fe Fe Fe 9121394体心 面心 体心或者：Fe Fe 912临界转变温度 面心 体心体心2个原子体积面心4个原子体积第66页/共168页67第四节 合金的结晶描述合金的结晶过程用“二元相图”解释一、二元合金相图的建立：用热分析法绘制如：CuNi合金CuNi成分变化：Cu由100%0%；Ni由0%100%0100温度AB10831452L-liquidS-solidL+SWNi%结

24、晶过程分析结晶过程分析：70%Cu+30%Ni 合金121点以上为液体 L到1点开始结晶出固体 S12间为两相 区 L+S到2点时全为固体 S2点以下为固体第67页/共168页68ABCuNi12LSAB上线液相线AB下线固相线二、合金结晶的特点：1、一个温度范围内结晶，有两个相变点（因为合金有两组元）。2、结晶出的固相成分与液相成分不同（液相成分不断改变）。3、形成单相、两相混合物、单相与两相混合物。L+StO12LLS（L+S）S冷却曲线冷却曲线第68页/共168页69第五节 铁碳合金 Ferrocarbon alloy一、铁碳合金状态图1、状态图的建立通过热分析法获得Fe与C形成：FeC

25、Fe3CFe2CFeC-Wc=6.69%-Wc=9.3%-Wc=17.8%Fe3CFe2CFeC说明：GB310293规定W称为质量分数，下标为含某元素W-weight 分量、重量FeFeFeFe3 3C C 简化状态图简化状态图第69页/共168页70二、状态图作用：（1）研究钢铁的成分、组织和性能之间关系理论基础。（2）制定热加工工艺的依据。简化 FeFe3C 状态图三、基本组织1、铁素体 F Ferrite 碳在碳在Fe中所形成的间隙固溶体中所形成的间隙固溶体。特点：塑性、韧性好，强度、硬度低。第70页/共168页712、奥氏体 Aaustenite 英国金相学家碳在碳在Fe中的间中的间

26、隙固溶体隙固溶体。特点：塑性较好，强度较低3、渗碳体 Fe3C是是FeFe与与C C的化合物的化合物。特点：硬度很高，很脆，塑性几乎等于零，在钢中起强化作用。-cementite4、珠光体 Ppearlite（日本）是是F F与与FeFe3 3C C机械混合物机械混合物，WC=0.77%特点：有一定的强度、塑性，层片状。第71页/共168页725、莱氏体 Ld-Ledeburite德国金相学家德国金相学家特点：硬而脆，不能进行压力加工。是高温下A与Fe3C的机械混合物 共晶反应的产物。Wc=4.3%反应式：L 4.3=Ld (A+Fe3C)1148注：随温度降低至727时，A转变为P，室温下变

27、成：P+Fe3C共晶组织，称为 低温莱氏体 LdLd=（P+Fe3C）F、A、Fe3C是单相组织是单相组织P、Ld 是混合物是混合物第72页/共168页73第二节 FeFe3C 状态图分析一、分类工业纯铁工业纯铁碳钢碳钢白口铸铁白口铸铁亚共析钢共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铸铁第73页/共168页74力学性能变化：随碳含量增加，其强度、硬度，塑性、韧性。但当WC 0.9%后，其HB，b、ak二、状态图中的特性点、线、区域组织请打开教材40页，二部分。第74页/共168页75钢铁力学性能与碳含量WC的关系第75页/共168页76特性点：见表22特性线：1、ACD线；2、AEC

28、F线固相线液相线（其中（其中AEAE线是线是碳钢碳钢固线）固线）3、ECF线共晶转变线 LLd4、GS线（又称A3线）5、ES线（又称Acm线）6、PSK线共析转变线 A p（又称A1线）第76页/共168页77三、合金的结晶过程分析亚共析钢共析钢过共析钢AF+ALEA+Fe3CL+A第77页/共168页78三、合金的结晶过程分析AEGPQSFeLAL+AFF+A F+PPP+Fe3CA+Fe3C0.772.11、共析钢 WC=0.77%123P、亚共析钢123412344LL+AAF+AAPP+F冷却曲线冷却曲线过共析钢 WC=1.0%状态图的应用：自己看P45第78页/共168页79 四、

29、碳素钢（简称：碳钢）carbon-steel本内容P101，重点是常见牌号的含义、性能、应用。GB/T133041991规定：钢按化学成分分：非合金钢（碳钢）、低合金钢、合金钢三类。非合金钢是指WC2.11%，并含有少量Si、Mn、P、S等元素的铁碳合金。（一）、常存元素对碳钢性能的影响（了解）了解）1、锰 Mn作用：脱氧，FeO还原Fe；与S作用MnS降低热脆性；提高强度、硬度。有益元素2、硅 Si作用：与钢液中FeO生成炉渣，提高钢质量；溶于F中，固溶强化。有益元素。第79页/共168页803、硫 S作用：形成FeS(熔点1190），在晶界 处，在1100 1200 时，压力加工，产生脆裂

30、。“热脆”。有害元素4、磷 P作用：全部溶于F中，固溶强化；、HB，在低温下引起脆断“冷脆”。有害元素（二）、碳钢分类、牌号、用途（掌握内容掌握内容）1、分类（1）按钢中含碳量多少分：低碳钢中碳钢高碳钢Wc 0.6%第80页/共168页812、按钢的质量（品质）分：（S、P含量多少）普通碳素钢:优 质 钢:高级优质钢:S、P较高；Ws0.05%,Wp0.045%Ws 0.035%,Wp 0.035%;Ws 0.02%.Wp 0.03%;3、按钢的用途不同分：（1）碳素结构钢 structural steel（2）碳素工具钢 tool steel（3）特殊性能钢 special steel（4）

31、铸 钢 casting steel适用于各种机器零件、工程结构件适用于各种机器零件、工程结构件制造量具、刀具、模具、手锤、钳子等制造量具、刀具、模具、手锤、钳子等用于特殊要求，酸、碱、盐腐蚀环境用于特殊要求，酸、碱、盐腐蚀环境。形状复杂，难用锻造方法成形的铸钢件。形状复杂，难用锻造方法成形的铸钢件。第81页/共168页82（三）碳钢的牌号、用途1、碳素结构钢 GB7001988牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法四部分组成。其中质量等级分别用A、B、C、D表示。A的S、P量高，D的S、P量最低，且质量最好。如：Q235A.FQ“屈”字汉语拼音字首235s235MPaA质

32、量等级 A级F脱氧方法，指“沸腾钢”制造的钢材，一般不标出。牌号有：Q195；Q215；Q235；Q255；Q275五类。见教材105页 表52。第82页/共168页832、优质碳素结构钢S S、P P含量较低，用于重要零件含量较低，用于重要零件GB69988规定：牌号用两位数字表示。其中两位数字表示含碳量万分之几。如：08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75。如:45钢是WC=0.45%用途见表52，P106。20Mn、65Mn等称 含锰量较高的优质碳素结构钢。3、碳素工具钢GB129888规定：牌号用“碳”字汉语拼音字首“T”+数字表示。数

33、字表示WC的千分之几。如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。如T10钢WC=1%；T10AT10A中的中的“A A”表示为表示为高级优质高级优质碳素工具钢。碳素工具钢。用途见P112，表59第83页/共168页84补充：铸 钢 GB/T56131995牌号：用“铸钢”汉语拼音字首 ZG表示。如：ZG200400 用变速箱体、壳等，焊接性好。200s200MPa400b400MPa还有：ZG230450；用力不大的阀体、轴承盖。ZG270500热轧曲轴、连杆等注意：碳钢分类；说出常见钢号 20、45、65Mn、Q235B、Q235A、T7、T10、T10A、T12、ZG200400等

34、，属哪类钢，有何性能特点，用途。第84页/共168页85作业：机械工程材料实验与习题 （1）P67 ：225（2）P68：238（默画相图）（3）P69：242（计算题）上作业本！上作业本！239；240第85页/共168页86第三章第三章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶本章重点：本章重点：1 1、变形机理。、变形机理。2 2、形变后组织性能特点。、形变后组织性能特点。第一节 金属的塑性变形 plastic deformation of metal一、单晶体的塑性变形1、弹性变形：受力变形，外力卸去后，又回到原状态现象受力变形，外力卸去后，又回到原状态现象。2、塑性变形：外力取消

35、后，物体的变形不完全恢复的现象外力取消后，物体的变形不完全恢复的现象。变形的基本方式：滑移位错造成的。第86页/共168页87滑移变形的实质：在切应力作用下，某一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生位移。此现象称“滑移”二、实际多晶体塑性变形1、晶粒本身的变形（滑移变形）主要的主要的2、晶粒之间的变形（晶间变形）次要的次要的第87页/共168页88第二节 冷塑性变形对组织、性能的影响一、晶粒被拉长（压扁），性能趋于各向异性1122受力变形受力变形二、产生冷变形强化（加工硬化）现象work hardened随变形程度的增加，其强度、硬度，塑性、韧性的现象如：手弯铁丝手弯铁丝；冷卷弹簧冷卷弹簧

36、；推土机前板推土机前板；不锈钢刀不锈钢刀三、产生内应力（残余应力）解决办法：去应力退火解决办法：去应力退火第88页/共168页89第89页/共168页90第三节 变形金属在加热时的变化一、回复 recovery 晶格歪扭现象消失的过程。T回（0.250.3)T熔T回回复加热温度，单位 KT熔绝对熔化温度，单位 K热力学温度单位热力学温度单位二、再结晶 recrystallization对回复后的金属继续加热，由于原子获得了更大的活动能力，晶粒外形发生变化。进而由碎晶粒变成完整晶粒的过程，此时没有应力出现。加工硬化现象消失。通过：形核、长大方式完成。再结晶后晶格类型没有变化。T再0.4 T熔碳

37、钢 T再0.5 T熔合金钢 T再0.6 T熔第90页/共168页91三、晶粒长大若T再继续升高，则晶粒长大、变粗，力学性能大大下降。所以要严格控制加热温度、保温时间。第四节 金属的热加工 hot working一、热加工与冷加工概念1、热加工：当当加热加热温度温度大于大于再结晶再结晶温度时，变形工艺称温度时，变形工艺称热加工热加工。2、冷加工：cold working T加小于T再称冷加工特点：如：金属铅在室温下变形属热加工金属钨在1000时变形属冷加工热加工变形量大，表面粗糙，无加工硬化现象，有再结晶。冷加工变形量小，表面光滑，有加工硬化现象，无再结晶。第91页/共168页92二、热加工对组

38、织、性能的影响1、材料中的气孔、间隙压合，使组织致密，晶粒细化，力学性能高2、形成锻造流线forging flow line（纤维组织），产生各向异性.钢锭中夹杂物沿晶界被压伸长，与变形方向一致，好似一条条细线。平行流线方向抗拉强度、塑性好。垂直于流线方向抗剪切力大，抗拉强度低。曲轴齿轮裂纹第92页/共168页93 不合理 合理作业：习题册 P72第93页/共168页94第三章第三章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶本章重点：本章重点：1 1、变形机理。、变形机理。2 2、形变后组织性能特点。、形变后组织性能特点。第一节 金属的塑性变形 plastic deformation of

39、 metal一、单晶体的塑性变形1、弹性变形：受力变形，外力卸去后，又回到原状态现象受力变形，外力卸去后，又回到原状态现象。2、塑性变形：外力取消后，物体的变形不完全恢复的现象外力取消后，物体的变形不完全恢复的现象。变形的基本方式：滑移位错造成的。第94页/共168页95滑移变形的实质：在切应力作用下，某一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生位移。此现象称“滑移”二、实际多晶体塑性变形1、晶粒本身的变形（滑移变形）主要的主要的2、晶粒之间的变形（晶间变形）次要的次要的第95页/共168页96第二节 冷塑性变形对组织、性能的影响一、晶粒被拉长（压扁），性能趋于各向异性1122受力变形受力变形

40、二、产生冷变形强化（加工硬化）现象work hardened随变形程度的增加，其强度、硬度，塑性、韧性的现象如：手弯铁丝手弯铁丝；冷卷弹簧冷卷弹簧；推土机前板推土机前板；不锈钢刀不锈钢刀三、产生内应力（残余应力）解决办法：去应力退火解决办法：去应力退火第96页/共168页97第97页/共168页98第三节 变形金属在加热时的变化一、回复 recovery 晶格歪扭现象消失的过程。T回（0.250.3)T熔T回回复加热温度，单位 KT熔绝对熔化温度，单位 K热力学温度单位热力学温度单位二、再结晶 recrystallization对回复后的金属继续加热，由于原子获得了更大的活动能力，晶粒外形发生

41、变化。进而由碎晶粒变成完整晶粒的过程，此时没有应力出现。加工硬化现象消失。通过：形核、长大方式完成。再结晶后晶格类型没有变化。T再0.4 T熔碳 钢 T再0.5 T熔合金钢 T再0.6 T熔第98页/共168页99三、晶粒长大若T再继续升高，则晶粒长大、变粗，力学性能大大下降。所以要严格控制加热温度、保温时间。第四节 金属的热加工 hot working一、热加工与冷加工概念1、热加工：当当加热加热温度温度大于大于再结晶再结晶温度时，变形工艺称温度时，变形工艺称热加工热加工。2、冷加工：cold working T加小于T再称冷加工特点：如：金属铅在室温下变形属热加工金属钨在1000时变形属冷

42、加工热加工变形量大，表面粗糙，无加工硬化现象，有再结晶。冷加工变形量小，表面光滑，有加工硬化现象，无再结晶。第99页/共168页100二、热加工对组织、性能的影响1、材料中的气孔、间隙压合，使组织致密，晶粒细化，力学性能高2、形成锻造流线forging flow line（纤维组织），产生各向异性.钢锭中夹杂物沿晶界被压伸长，与变形方向一致，好似一条条细线。平行流线方向抗拉强度、塑性好。垂直于流线方向抗剪切力大，抗拉强度低。曲轴齿轮裂纹第100页/共168页101 不合理 合理作业：习题册 P72第101页/共168页102第四章第四章 钢的热处理钢的热处理 Heat treatment of

43、 carbon steel1、热处理概念 GB/T737299采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温、冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。目的：改变钢的工艺性能；强化钢材；满足使用要求。原理：改变组织。t o时间 加热保温冷却热处理工艺曲线本章重点：热处理基本理论；常用热处理工艺；热处理组织、性能特点。第102页/共168页1032、热处理分类按目的、加热条件和特点不同分：按目的、加热条件和特点不同分：退火、正火、淬火、回火。是讨论的重点是讨论的重点 （1）整体热处理 bulk heat-treatment（2）表面热处理 surface heat-treatment火焰加热法、感应加

44、热法。（3）化学热处理 thermo-chemical treatment渗碳、渗氮、碳氮共渗等（4）特殊热处理 special hent-treatment形变热处理、磁场热处理、真空热处理、激光热处理等。第103页/共168页104第一节 钢在加热时的组织转变GPQSEAFF+AA+Fe3CpF+PP+Fe3C加热时：“C”下标如：AC1；AC3；AccmAC3AccmAC1冷却时：“r”下标如：Ar1；Ar3；ArcmAr3Ar1Arcm一、奥氏体的形成以共析钢为例，室温 PF+Fe3C混合物F体心 立方 WC=0.0218%;Fe3C密排六方 WC=6.69%AC1A 面心立方 WC=

45、0.77%*奥氏体形成的过程是 Fe、C原子的扩散过程第104页/共168页105Fe3CFA 核AA形成过程：1、奥氏体的形核与长大2、剩余Fe3C的溶解3、奥氏体的均匀化6.69%0.0218%二、影响 A 形成的因素1、加热速度、温度的影响。2、原始组织的影响。3、化学成分的影响第105页/共168页106三、奥氏体晶粒大小与控制三、奥氏体晶粒大小与控制1、晶粒度 晶粒的大小程度，称晶粒度。GB639486规定：有10个级别，1 级最粗10 级最细。见教材见教材P63P632、晶粒大小与控制（1）起始晶粒度（2）实际晶粒度（3）本质晶粒度 P P刚刚转变为刚刚转变为A A时的晶粒大小时的

46、晶粒大小。经经热处理热处理后获得的晶粒大小。后获得的晶粒大小。原材料的晶粒大小（未加热时）。原材料的晶粒大小（未加热时）。（1）合理选择加热温度和保温时间。（2）选择原始材料晶粒 粒状 P 组织。（3）加入一定量的合金元素，抑制 A 晶粒长大。第106页/共168页107第二节 钢在冷却时组织转变A1温度时间O连续冷却等温冷却一、过冷A的等温冷却转变过冷A冷却到 A1 线以下暂时存在的A。等温冷却将 A 由高温冷却到 A1 线以下某个温度等温停留一段时间，然后冷却下来的方式。等温转变在等温保持时，过冷 A 发生的转变1、等温转变曲线的建立以共析钢为例以共析钢为例步骤（1）制成若干10 1.5

47、mm的试样。第107页/共168页108（2）将试样加热到850900，保温一段时间。A1tO850900（3）将试样分别放入不同温度的等温槽（炉）中，如：700、650、600、550、500、450、400、200等700650650600550500450200230Ms2、曲线分析时间温度组织转变关系曲线，简称“T T T”线。TimeTemperatureTransformPBM按温度划分三个区：高温区：A1550 珠光体型转变 P 中温区：550Ms 贝氏体型转变B低温区：Ms（230）以下 马氏体型转变M第108页/共168页1093、过冷 A 等温转变产物的组织与性能55060

48、0650A1MsPBM（1）珠光体型转变产物 P由于冷却速度不等，得到的P 层片厚薄不同，三种：、A1650，T小，P 粒粗，160HBS250HBS “P”表示。P、650600，T 稍大，P 粒较细，薄F与Fe3C，”S”表示，sarbite 索氏体，2535HRC。S、600550，T大，P 粒很细，用 T 表示，troostite 托氏体；35HRC48HRC。T（2）贝氏体型转变-B bainite727奥氏体转变成过饱和铁素体和极细小的渗碳体的混合物，称 “贝氏体”。分B上、B下，B上硬脆无使用价值，B下力学性能较好。生产中常用。350B上B下（3）马氏体型转变M martensi

49、te T极大，Fe、C原子不能扩散，C全部溶于Fe中，体积，产生应力。面心立方：Fe体心立方FeT+M+AM+A第109页/共168页110碳在Fe中的过饱和固溶体，称为马氏体。硬度很高：62HRC65HRC，耐磨性好。二、过冷 A 连续冷却转变A1550MsV1炉冷V2空冷V3油冷V4 水冷PSTVK1、连续冷却转变曲线又称“C C T”曲线Continuous Cooling TransformVK临界冷却速度 V1P 170220HBS V2S 25HRC35HRC V3T+M 45HRC55HRC V4M+A 55HRC65HRC2、马氏体的形态、性能晶体结构：体心立方体心正方，体积增

50、大。形态、性能：片状M，WC1%，HB高，高，、ak差。板条状M，WC0.6%,良好，较高ak,强韧性。第110页/共168页111第三节 钢的退火与正火一、退火 annealing GB/T72321999概念：将工件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺，称退火。属属整体热处理整体热处理的一种的一种。分：完全退火、等温退火、球化退火、去应力退化、再结晶退火等。1、完全退火 full annealing（1）概念：将工件加热到将工件加热到A AC3C3+30+305050完全奥氏体化完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获，随之缓慢冷却，获得接近平衡组织（得接近平衡组织（P+FP+F）