金屬材料與熱處理(全)PPT課件

.,1,金屬材料與熱處理,.,2,第一章：金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1-1金屬的晶體結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)目的：了解金屬的晶體結(jié)構(gòu)。重點：有關(guān)金屬結(jié)構(gòu)的基本概念：晶面、晶向、晶體、晶格、單晶體、晶體，金屬晶格的三種常見的類型。難點：金屬的晶體缺陷及其對金屬性能的影響。,.,3,2-1金屬的晶體結(jié)構(gòu),一、晶體與非晶體1、晶體：所謂晶體是指其原子（離子或分子）在空間呈規(guī)則排列的物體。（晶體內(nèi)的原子之所以在空間是規(guī)則排列，主要是由于各原子之間的相互吸引力與排斥力相平衡的結(jié)果。）原子在空間呈規(guī)則排列的固體物質(zhì)稱為“晶體”。2、非晶體：在物質(zhì)內(nèi)部，凡原子呈無序堆積狀態(tài)的（如普通玻璃、松香、樹脂等）。非晶體的原子則是無規(guī)律、無次序地堆積在一起的。二、金屬晶格的類型晶體結(jié)構(gòu)的概念1、晶格和晶胞晶格：把點陣中的結(jié)點假想用一系列平行直線連接起來構(gòu)成空間格子稱為晶格。晶胞：構(gòu)成晶格的最基本單元。,.,4,2、晶面和晶向晶面：點陣中的結(jié)點所構(gòu)成的平面。晶向：點陣中的結(jié)點所組成的直線。由于晶體中原子排列的規(guī)律性，可以用晶胞來描述其排列特征。（陣點（結(jié)點）：把原子（離子或分子）抽象為規(guī)則排列于空間的幾何點，稱為陣點或結(jié)點。點陣：陣點（或結(jié)點）在空間的排列方式稱晶體。,晶體晶格,.,5,晶胞晶面晶向晶體規(guī)則排列示意圖,.,6,金屬晶格的類型1、是指金屬中原子排列的規(guī)律。2、體心立方晶格：體心立方晶格的晶胞是由八個原子構(gòu)成的立方體，并且在立方體的體中心還有一個原子。屬于這種晶格的金屬有：鉻Cr、釩V、鎢W、鉬Mo、及-鐵-Fe,.,7,3、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八個原子構(gòu)成的立方體，但在立方體的每個面上還各有一個原子。屬于這種晶格的金屬有：Al、Cu、Ni、Pb（Fe）等,.,8,4、密排六方晶格：由12個原子構(gòu)成的簡單六方晶體，且在上下兩個六方面心還各有一個原子，而且簡單六方體中心還有3個原子。屬于這種晶格的金屬有鈹（Be）、Mg、Zn、鎘（Cd）等。,.,9,三、單晶體與多晶體1、晶粒：金屬是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的小晶體組成的，小晶體稱為晶粒。2、晶界：晶粒間交界的地方稱為晶界。3、單晶體：只由一個晶粒組成的晶體。（晶格排列方位完全一致。必須人工制作，如單晶硅。）4、多晶體：整個物體是由許多雜亂無章的排列著的小晶體組成的。（普通金屬材料都是多晶體）四、晶體的缺陷1、晶體缺陷：晶體中出現(xiàn)的各種不規(guī)則的原子堆積現(xiàn)象。1）空位、間隙原子和置代原子晶體中的空位、間隙原子、雜質(zhì)原子都是點缺陷。,.,10,2）位錯可認(rèn)為是晶格中一部分晶體相對于另一部分晶體的位錯局部滑移而造成?；撇糠峙c未滑移部分的交界線即為位錯線。（線缺陷）,.,11,3）晶界和亞晶界,.,12,1-1純金屬的結(jié)晶,學(xué)習(xí)目的：掌握金屬結(jié)晶的概念，純金屬冷卻曲線、及過冷度。掌握純金屬的結(jié)晶過程。熟悉掌握晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響及常用細(xì)化晶粒的方法。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的概論，掌握鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變式。教學(xué)重點與難點：細(xì)化晶粒的方法及晶粒大小對力學(xué)性能的影響是教學(xué)的難點。純金屬冷卻曲線及過冷度是教學(xué)重點。,.,13,教學(xué)過程。,復(fù)習(xí)舊課：1、晶體結(jié)構(gòu)的概念。2、常見的三種金屬晶格類型。3、晶體的缺陷。導(dǎo)入新課：金屬由原子不規(guī)則排列的液體轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)則排列的固體的過程稱為結(jié)晶。一、純金屬的結(jié)晶過程1、純金屬的冷卻曲線及過冷度。1）金屬的結(jié)晶必須在低于其理論結(jié)晶溫度（熔點To)下才能進行。2）理論結(jié)晶溫度和實際結(jié)晶溫度之差稱這“過冷度”（T=To-T1）。,.,14,3）金屬結(jié)晶時過冷度的大小與冷卻速度有關(guān)。（冷卻速度越快，金屬的實際結(jié)晶溫度越低，過冷度也就越大。）2、純金屬的結(jié)晶過程1）在一定過冷度的條件下，金屬液通過晶核形成、晶核長大來完成其結(jié)晶過程。二、晶粒大小對金屬材料的影響（一般室溫下，細(xì)晶粒金屬具有較高的強度和韌性。）1、金屬晶粒大小取決于結(jié)晶時的形核率、長大速度。細(xì)化晶粒，則要形核率越高、長大速度越慢。2、常用的細(xì)化晶粒的方法：A、增加過冷度B、變質(zhì)處理C、振動處理。三、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1、金屬在固態(tài)下，隨溫度的改變有一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪痪Ц竦默F(xiàn)象稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。,.,15,2、具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬有：鐵、鈷、鈦、錫、錳等。同一金屬的同素異構(gòu)晶體按其穩(wěn)定存在的溫度，由低溫到高溫依次用希臘字母，等表示。3、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：1394912-Fe-FeFe體心面心體心,.,16,4、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，也稱為“重結(jié)晶”。其與液態(tài)金屬結(jié)晶有許多相似處：有一定轉(zhuǎn)變溫度，有過冷現(xiàn)象；有潛熱放出和吸收；也由形核、核長大來完成。不同處：屬固態(tài)相變，轉(zhuǎn)變需較大的過冷度；新晶核優(yōu)先在原晶界處形核；轉(zhuǎn)變中有體積的變化，會產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力。,.,17,2-2金屬的力學(xué)性能,學(xué)習(xí)目的：理解金屬材料性能（工藝性能、使用性能）的概念、分類。掌握強度的概念及其種類、應(yīng)力的概念及符號。掌握拉伸試驗的測定方法；力伸長曲線的幾個階段；屈服點的概念。教學(xué)重點與難點1、理解力伸長曲線是教學(xué)重點；2、強度、塑性是教學(xué)難點。,.,18,教學(xué)過程：復(fù)習(xí)載荷可分為：靜載荷、沖擊載荷、交變載荷。內(nèi)力、應(yīng)力的概念。新課：力學(xué)性能的概念：力學(xué)性能是指金屬在外力作用下所表現(xiàn)出來的性能。力學(xué)性能包括：強度、硬度、塑性、硬度、沖擊韌性。一、強度：概念：金屬在靜載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強度。強度的大小用應(yīng)力來表示。根據(jù)載荷作用方式不同，強度可分為：抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度和抗扭強度等。一般情況下多以抗拉強度作為判別金屬強度高低的指標(biāo)。1、拉伸試樣：拉伸試樣的形狀一般有圓形和矩形。Do：直徑Lo：標(biāo)距長度長試樣：Lo=10do短試樣：Lo=5do,.,19,力-伸長曲線：如下圖，以低碳鋼為例縱坐標(biāo)表示力F，單位N；橫坐標(biāo)表示伸長量L，單位為mm。（1）oe：彈性變形階段：試樣變形完全是彈性的，這種隨載荷的存在而產(chǎn)生，隨載荷的去除而消失的變形稱為彈性變形。Fe為試樣能恢復(fù)到原始形狀和尺寸的最大拉伸力。（2）es：屈服階段：不能隨載荷的去除而消失的變形稱為。在載荷不增加或略有減小的情況下，試樣還繼續(xù)伸長的現(xiàn)象叫做屈服。屈服后，材料開始出現(xiàn)明顯的塑性變形。Fs稱為屈服載荷,.,20,（3）sb：強化階段：隨塑性變形增大，試樣變形抗力也逐漸增加，這種現(xiàn)象稱為形變強化（或稱加工硬化）。Fb：試樣拉伸的最大載荷。（4）bz：縮頸階段（局部塑性變形階段）當(dāng)載荷達(dá)到最大值Fb后，試樣的直徑發(fā)生局部收縮，稱為“縮頸”。工程上使用的金屬材料，多數(shù)沒有明顯的屈服現(xiàn)象，有些脆性材料，不但沒有屈服現(xiàn)象，而且也不產(chǎn)生“縮頸”。如鑄鐵等。3、強度指標(biāo)：（1）屈服點：在拉伸試驗過程中，載荷不增加（保持恒定），試樣仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力稱為屈服點。用符號Fel表示，計算公式：Fel=Fs/So對于無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料可用規(guī)定殘余伸長應(yīng)力表示，計算公式：0.2=F0.2/So屈服點s和規(guī)定殘余伸長應(yīng)力0.2都是衡量金屬材料塑性變形抗力的指標(biāo)。材料的屈服點或規(guī)定殘余伸長應(yīng)力是機械零件設(shè)計的主要依據(jù)，也是評定金屬材料性能的重要指標(biāo)。,.,21,（2）、抗拉強度:b材料在斷前所能承受的最大應(yīng)力.b=Fb/So注：零件在工作中所受的應(yīng)力,不允許超過b,否則會斷裂.它也是零件設(shè)計選材的重要依據(jù).二、塑性：斷裂前金屬材料產(chǎn)生永久變形的能力稱為塑性。塑性由拉伸試驗測得的。常用伸長率和斷面收率表示。1、伸長率：試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距的百分比稱為伸長率。用表示：計算公式：A=(l1-l0)/l0100%2、斷面收縮率：試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的縮減量與原始橫截面積的百分比稱為斷面收縮率。用表示Z=(SO-S1)/SO100%金屬材料的伸長率（）和斷面收縮率（）數(shù)值越大，表示材料的塑性越好。例、有一直徑dO=10mm，lo=100mm的低碳鋼試樣，拉伸驗時測得FS=21KN，F(xiàn)b=29KN，d1=5.65mm，l1=138mm，求：Rel、Rm、A、Z。,.,22,解：（1）計算SO，S1S0=d02/4=3.14102/4=78.5mm2S1=d12/4=3.145.652/4=25mm2（2）計算s、bFel=FS/SO=21103/78.5=267.5MpaFm=Fb/SO=29103/78.5=369.4Mpa（3）計算A、ZA=(l1-l0)/l0100%=(138-100)/100100%=38%Z=(S0-S1)/S0100%=(78.5-25)/78.5100%=68%小結(jié)：抗拉強度是零件設(shè)計選材的重要依據(jù).A、Z的值越大，表示材料的塑性就越好。,.,23,2-2金屬的力學(xué)性能,學(xué)習(xí)目的：了解疲勞強度的概念。掌握布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度的概念、硬度測試及表示的方法。掌握沖擊韌性的測定方法。教學(xué)重點與難點布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度的概念、硬度測試及表示的方法。,.,24,2-2金屬的力學(xué)性能教學(xué)過程：復(fù)習(xí)：強度、塑性的概念及測定的方法。新課：一、硬度材料抵抗局部變形特別是塑性變形壓痕或劃痕的能力稱為硬度。（是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)）根據(jù)硬度的試驗方法可以把硬度分為：布氏硬度試驗方法、洛氏硬度試驗方法、維氏硬度試驗方法。1、布氏硬度（1）布氏硬度的測試原理：用一定直徑的球體（鋼球或硬質(zhì)合金），以規(guī)定的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，然后用測量表面壓痕直徑來計算硬度。用HBS（HBW）表示，S表示鋼球、W表示硬質(zhì)合金球當(dāng)F、D一定時，布氏硬度與d有關(guān)，d越小，布氏硬度值越大，硬度越高。（2）布氏硬度的表示方法：符號HBS之前的數(shù)字為硬度值符號后面按以下順序用數(shù)字表示條件：1）球體直徑；2）試驗力；3）試驗力保持的時間（1015不標(biāo)注）。應(yīng)用范圍：主要適于灰鑄鐵、有色金屬、各種軟鋼等硬度不高的材料。缺點：耗時，測高硬度材料有限，壓痕大，不宜成品及薄件,.,25,布氏硬度試驗原理圖洛氏硬度試驗原理圖,.,26,練習(xí)、170HBS10/100/30530HBW5/750（1）表示用直徑10mm的鋼球，在9807N的試驗力作用下，保持30S時測得的布氏硬度值為170。（2）表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球，在7355N的試驗力作用下，保持105s時測得的布氏硬度值為530。2、洛氏硬度（1）測試原理：采用金剛石圓錐體或淬火鋼球壓頭，壓入金屬表面后，經(jīng)規(guī)定保持時間后即除主試驗力，以測量的壓痕深度來計算洛氏硬度值。表示符號：HR（2）標(biāo)尺及其適用范圍：每一標(biāo)尺用一個字母在洛氏硬度符號HR后面加以注明。常用的洛氏硬度標(biāo)尺是A、B、C三種，其中C標(biāo)尺應(yīng)用最為廣泛。見表：P212-2不同標(biāo)尺的洛氏硬度值不能直接進行比較，可換算。表示方法：符號HR前面的數(shù)字表示硬度值，HR后面的字母表示不同洛氏硬度的標(biāo)尺。（3）優(yōu)缺點：優(yōu)點：操作簡單迅速，能直接從刻度盤上讀出硬度值；壓痕小，可測成品及較薄工件；測硬度范圍大。缺點：數(shù)值波動大,.,27,3、維氏硬度。（1）原理：與布氏硬度試驗相同。測量壓痕對角線長度，從表中查出。表示：與布氏硬度相同。如：640HV30表示用294.2N試驗力，保持10S15S測定的維氏硬度值為640。（2）可測較薄的材料，也可測量表面滲碳、滲透層的硬度，可測定很軟到很硬的各種金屬材料的硬度、準(zhǔn)確。二、沖擊韌性金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌性。1、常用一次擺錘沖擊彎曲，試驗來測定金屬材料的沖擊韌性。（1）沖擊試驗是利用能量守恒原理：試樣被沖斷過程中吸收的能量等于擺錘沖擊試樣前后的沖擊勢能差。（2）試樣被沖斷時所吸收的能量既是擺錘沖擊試樣所作的功，稱為沖擊吸收功。符號用AK表示。AK=GH1-GH2=G(H1-H2),.,28,（3）沖擊吸收功（AK）除以試樣缺口處的截面積（S0),即可得到材料的沖擊韌度，用符號aK表示。aK=AK/S0；單位J/Cm2（4）沖擊韌度：是沖擊試樣缺口處單位橫截面積上的沖擊吸收功。aK值越大，表示材料的沖擊韌性越好。（5）實踐中，絕大多數(shù)受沖擊載荷的工件是在小能量多次沖擊作用下而破壞的。（多次沖擊損傷的積累裂紋產(chǎn)生、擴展而引至的結(jié)果）注：金材受大能量的沖擊載荷作用時，其沖擊抗力主取決于ak大小。而小能量多次的沖擊載荷作用，其沖擊抗力主取決于材料的強度和塑性。,.,29,三、疲勞強度1、疲勞概念：在交變應(yīng)力作用下，零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點，但經(jīng)過較長時間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。2、疲勞破壞的特征、疲勞斷裂時無明顯的宏觀朔性變形，斷裂前沒有預(yù)兆，而是突然破壞；、引起疲勞斷裂的應(yīng)力很低，常常低于材料的屈服點；、疲勞破壞的宏觀斷口由兩部分組成。小結(jié)：硬度的試驗原理及表示方法。,.,30,第三章鐵碳合金3-1合金及其組織,教學(xué)目的：1、掌握合金的概念及無相的概念2、掌握合金的組織概念、性能特點。3、掌握固溶解，金屬化合物質(zhì)、混合物教學(xué)重點與難點：掌握合金的概念是教學(xué)重點。掌握三種合金組織的名稱及性能是教學(xué)難點。,.,31,教學(xué)過程：新課1、合金的概念：合金是一種金屬元素與其它金屬元素可非金屬元素通過熔煉或其他方法結(jié)合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。例如：普通黃銅是由銅鋅兩種金屬元素組成的合金，碳素鋼是由鐵和碳組成的合金。2、組元或元的概念：組成合金的最基本的獨立物質(zhì)稱為組元或元。硬鋁是由鋁、銅、鎂或鋁、銅、錳組成的三元合金。（合金中元數(shù)目的多少，合金可分為：二元、三元、多元合金。）3、相的概念在合金中成分、結(jié)構(gòu)及性能相同的的組成部分稱為相。注：合金的性能一般都是由組成合金的各相性能、數(shù)量、各相組合情況所決定。4、組織：所謂合金的組織，是指合金中不同相之間相互組合配置的狀態(tài)。,.,32,合金中各組元之間結(jié)合方式不同，合金組織可分為：一、固溶體固溶體是一種組元的在子深入另一組元的晶格中所形成的均勻固相。溶入的元素稱為溶質(zhì)，而基體元素稱為溶劑。固溶體仍然保持溶劑的晶格類型。1、分類：溶質(zhì)原子在溶劑晶格中分布情況不同，可分為：1）、間隙固溶體溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙之中而形成的固溶體稱為間隙固溶體。2）、置換固溶體溶質(zhì)原子置換了溶劑晶格結(jié)點上某些原子而形成的固容體稱為置換固溶體。2、性能影響：材料塑性變形抗力強、硬度的現(xiàn)象稱“固溶強化”（強化金材的重要途徑）。二、金屬化合物合金組元間發(fā)生相互作用而形成一種具有金屬特性的物質(zhì)稱為金屬化合物。其性能物特點是熔點高，硬度高，脆性大。金屬化合物能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韌性會降低。,.,33,三、混合物：兩種或兩種以上的相按一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成的機械混合物質(zhì)。-各相仍保持自己原來的晶格；其性能取決于各相的性能、形態(tài)、數(shù)量、大小。小結(jié)：本次課講解了工業(yè)上強化金屬材料的重要手段分別有-1形變強化；2細(xì)化晶粒；3固溶強化；4彌散強化,.,34,3-2鐵碳合金相圖,教學(xué)目的：1、掌握鐵碳合金相圖，簡化圖各區(qū)域組織符號及名稱。2、掌握鐵碳合金相圖重要點線的含義，特別是共晶點，共析點及轉(zhuǎn)變式。3、熟悉掌握鐵碳合金的分類。教學(xué)重點與難點：1、教學(xué)重點與難點是簡化相圖各區(qū)域的組織符號及轉(zhuǎn)變。,.,35,教學(xué)過程：復(fù)習(xí)：鐵碳合金的五種基本組織：鐵素體（F、Fe）、奧素體（A、-Fe）、滲碳體(Fe3C)、珠光體（P）、萊氏體（Ld）導(dǎo)入新課：鐵碳合金是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬材料。不同成分的鐵碳合金，在不同溫度條件下，具有不同的組織和性能；因此其應(yīng)用和工藝處理應(yīng)有不同的選擇。為了解鐵碳合金成分、組織和性能之間的關(guān)系，必須認(rèn)識鐵碳合金相圖。一、鐵碳合金相圖的組成。1、鐵碳合金相圖是表示在緩慢冷卻（或緩慢加熱）條件下，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形。2、FeFe3C相圖中點、線的含義。（1）點的含義：A點：純鐵的熔點，15380CD點：滲碳體的熔點，12270CC點：共晶點，11480CLC(A+Fe3Ci),.,36,.,37,E點：C在-Fe中最大溶解度，C=2.11G點：純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點，9120C，F(xiàn)eFeS點：共析點，AsP（F+Fe3C）(2)線的含義：ACD線：液相線，在此線的上方所有的鐵碳合金都為液體。AECF線：固相線，在此線的下方所有的鐵碳合金都為固體。在ACD線與AECF線之間是結(jié)晶區(qū)，即過渡區(qū)。GS線：從A中析出F的開始線，又稱A3線ES線：C在A中溶解度曲線，亦稱為Acm線。ECF：共晶線，溫度為11487270C。PSK線：共析線，7270C，A1線3、鐵碳合金的分類（1）鋼：0.0218%C2.11%的鐵碳合金亞共析鋼：0.0218%C0.77%共析鋼：C=0.77%過共析鋼：0.77%C2.11%（2）白口鑄鐵：2.11%C6.69%亞共晶白口鑄鐵：2.11%C4.3%共晶白口鑄鐵：C=4.3%過晶白口鑄鐵：4.3%C6.69%,.,38,F：小結(jié)G：布置作業(yè)：1、簡畫出鐵碳合金相圖。2、解釋共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變。,.,39,3-3碳素鋼,教學(xué)目的：1、掌握碳素鋼的概念；2、掌握Si、Mn、S、P對鋼的性能影響；3、掌握碳素鋼的分類方法；4、掌握碳素鋼結(jié)構(gòu)鋼的牌號及用途。教學(xué)重點與難點：1、碳素鋼的分類是教學(xué)重點；2、碳素鋼的常存元素對鋼的性能影響是教學(xué)難點。,.,40,教學(xué)過程：碳素鋼的概念：含碳量大于0.0218%小于2.11%，且不含有特意加入合金元素的鐵碳合金，稱為碳素鋼或碳鋼。一、常存元素對鋼的性能的影響1、硅1）來源：煉鋼后期作脫氧劑帶入；2）對鋼的性能影響：提高鋼的強度、硬度；3）是鋼中的有益元素。2、錳1）來源：煉鋼脫氧劑。2）對鋼的性能影響：提高鋼的強度與硬度。3）是鋼中的有益元素。3、硫1）來源：生鐵帶入；2）對鋼的性能影響：對鋼造成熱脆性；3）是鋼中的有害元素。4、磷1）來源：生鐵帶入；2）對鋼的性能影響，對鋼造成冷脆性；3）是鋼中的有害元素。,.,41,二、碳素鋼的分類1、按鋼的含碳量分類：1）低碳鋼：C0.25%2）中碳鋼：0.25%C0.6%3）高碳鋼：C0.6%2、按鋼的質(zhì)量分類：1）普通鋼：S0.05%，P0.045%2）優(yōu)質(zhì)鋼：S0.035%，P0.035%3）高級優(yōu)質(zhì)鋼：S0.025%，P0.025%3、按鋼的用途分類：1）結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制造各種機械零件和工程構(gòu)件。C0.7%2）工具鋼：主要用于制造各種刀具、模具和量具。其含碳量大于0.70%4、按冶煉時脫氧程度的不同分類1）沸騰鋼2、鎮(zhèn)靜鋼3、半鎮(zhèn)靜鋼三、碳素鋼的牌號及用途1、碳素鋼結(jié)構(gòu)鋼：1）牌號：Q屈服點數(shù)值，質(zhì)量等級符號和脫氧方法符號；2）性能：一般；3）應(yīng)用：廠房、橋梁、船舶、鉚釘、螺釘、螺母等。4）例如：Q235-A?F：表示屈服點為235Mpa的A級沸騰鋼。,.,42,四、碳素鋼的牌號及用途1、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：1）牌號：用兩位數(shù)字表示鋼中平均含碳量的萬分之幾。2）、分類：（1）、0825鋼，屬于低碳鋼性能：強度、硬度較低、塑性、韌性及焊接性良好；用途：沖壓件、焊接結(jié)構(gòu)件及滲碳件如：深沖器件、壓力容器等。（2）、3055鋼屬于中碳鋼性能：較高的強度和硬度，是塑性和韌性隨含碳量的增加而逐步降低。用途：制作受力較大的機械零件。如：連桿、曲軸、齒輪等（3）、60鋼以上屬于高碳鋼。性能：有較高的強度、硬度和彈性；用途：制造較高強度、耐磨性和彈性的零件如：氣門彈簧、彈簧墊等.2、碳素工具鋼：1）牌號：T+數(shù)字（平均含碳量的千分?jǐn)?shù)）如：T12A：表示平均含碳量為1.2%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。,.,43,2)T7T8：鉆頭、模具等T9T10：絲錐、板牙等T11T13：銼刀、削刀等3、鑄造碳鋼：1）牌號：ZG+數(shù)字?jǐn)?shù)字第一組數(shù)字：屈服點第二組數(shù)字：抗拉強度值如：ZG270500，2）應(yīng)用：制造形狀復(fù)雜力學(xué)性能要求較高的機械零件。小結(jié):解釋下列的牌號。1）45鋼2）T83）T8Mn4）T8A作業(yè)：P519、11、13,.,44,41熱處理的原理及分類42鋼在加熱及冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,教學(xué)目的：1、了解鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變及A晶粒的長大。2、掌握熱處理概念、分類、熱處理工藝曲線；鋼加熱及保溫得目的。3、掌握過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖建立；4、掌握過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能。教學(xué)重點和難點：1、A晶粒的長大是教學(xué)的重點。2、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖建立；過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能是教學(xué)的難點。,.,45,41熱處理的原理及分類,教學(xué)過程：新課：1、熱處理：熱處理是將固態(tài)金屬或合金采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。2、熱處理的目的：、提高零件的使用性能；、充分發(fā)揮鋼材的潛力；、延長零件的使用壽命；、改善工件的工藝性能，提高加工質(zhì)量，減小刀具的磨損。3、熱處理方法有：退火、正火、淬火、回火及表面熱處理。但任何一種均由加熱、保溫、冷卻三階段所組成。4、熱處理使鋼性能發(fā)生變化的原因：由于鐵有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，從而使鋼在加熱和冷卻過程中，發(fā)生了組織與結(jié)構(gòu)變化。,.,46,42鋼在加熱及冷卻時的組織轉(zhuǎn)變一、鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變熱處理中，鋼加熱為獲得A；且A晶粒大小、成分、均勻程度，對鋼冷卻后的組織、性能有重要的影響。1、鋼的奧氏體化1）、奧氏體晶核的形成及長大；2）、殘余滲碳體的溶解；3）、奧氏體的均勻化；2、在熱處理工藝中，鋼保溫的目的是：、為了使工件熱透；、使組織轉(zhuǎn)變完全；、使奧氏體成分均勻。3、奧氏體晶粒的長大：加熱溫度越高，保溫時間越長，奧氏體晶粒越大由Fe-Fe3C相圖可知，A1、A3、Acm是鋼在極緩慢加熱（或冷卻）時的臨界點。但實際冷速、熱速較快，鋼轉(zhuǎn)變總有滯后現(xiàn)象。實際加熱，鋼轉(zhuǎn)變總高于相圖臨界點，分別用：Ac1、Ac3、Accm；實際冷卻，鋼轉(zhuǎn)變總低于相圖臨界點，分別用：Ar1、Ar3、Arcm。,.,47,二、鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變1)、鋼經(jīng)過加熱獲得A組織后，如在不同的冷卻條件下冷卻，可使鋼獲得不同的力學(xué)性能，組織也有明顯的不同。為何存在差異?A在冷卻過程中的組織變化規(guī)律?2）、熱處理工藝中,常用的冷卻方式:（1）、等溫冷卻轉(zhuǎn)變；（2）、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變。1、過冷A的等溫轉(zhuǎn)變：A在臨界點A1以下是不穩(wěn)定的，必會發(fā)生轉(zhuǎn)變，但不是冷到A1以下立即發(fā)生，而是經(jīng)一個孕育時期后才開始。這種在共析溫度（A1）以下存在的A，-稱為“過冷A”。過冷A在不同進行轉(zhuǎn)變，將獲得不同組織。能表示過冷A的轉(zhuǎn)變、轉(zhuǎn)變時間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物之間關(guān)系的曲線，稱為“等溫轉(zhuǎn)變圖”。-簡稱為：C曲線三、相圖分析：1、過冷A在A1以下等溫轉(zhuǎn)變的不同，則轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同，在Ms以上，可發(fā)生兩種類型的轉(zhuǎn)變：,.,48,.,49,1、P轉(zhuǎn)變：A1550范圍等溫。-分解轉(zhuǎn)變?yōu)镕、Fe3C片混合物。此P轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)，當(dāng)?shù)葴?，則P片層越薄產(chǎn)物塑變抗力、b和硬度。等溫溫度和片層間距由大到小，分別有產(chǎn)物：P（A1650）、S（650600）、T（600550）。2、B轉(zhuǎn)變：550Ms范圍等溫。-形成含過飽和碳的F+Fe3C組成的非片層混合物，稱為“貝氏體”B隨A成分、轉(zhuǎn)變溫度不同有多種形態(tài)，常有：B上-550350間等溫，呈羽狀。硬度為4045HRC，塑性很差。B下-350Ms間等溫，呈黑針狀。硬度為4555HRC，b、塑性、韌性良好。3、M（馬氏體）轉(zhuǎn)變：-是非擴散過程的轉(zhuǎn)變1）、當(dāng)鋼從A區(qū)急冷到Ms以下時，A轉(zhuǎn)變?yōu)镸（碳在-Fe中的過飽和固溶體）。轉(zhuǎn)變低，原子擴散能力小，在M轉(zhuǎn)變過程中，只有晶格改變-Fe-Fe，而無碳原子的擴散。1）、M晶格特點：體心正方晶格。2）、馬氏體轉(zhuǎn)變的特點：1轉(zhuǎn)變是在一定的范圍內(nèi)（MsMf）連續(xù)冷卻中進行；2轉(zhuǎn)變速度極快；3轉(zhuǎn)變時體積發(fā)生膨脹，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，工件易裂、變形；4轉(zhuǎn)變不完全性，在Mf以下仍有A殘（使硬度、耐磨性）。,.,50,3）、M組織形態(tài)：針狀M一般為C1.0%的鋼淬火后所獲得高碳M.，硬度高、脆性大。板條M-一般為CV臨，但V冷過快工件體積收縮，組織轉(zhuǎn)變劇烈內(nèi)應(yīng)力工件易變形、開裂。淬火介質(zhì)的選擇很重要。2）、由C曲線可知，要獲得M-無需在整個冷卻過程中都快關(guān)鍵在C曲線鼻尖附近快冷。在高溫段650550冷卻速度要足夠快，而低溫段300以下要足夠慢。3）常用淬火冷卻介質(zhì)：油、水、鹽水、堿水等。其中碳鋼適用冷卻介質(zhì)-一般為“水”；合金鋼-“油”。4、淬火方法：1）、單液淬火法2）、雙介質(zhì)淬火：如，先水后油；先水后空氣。3）、馬氏體分級淬火；4）、貝氏體等溫淬火。5、鋼的淬透性、淬硬性1)、淬透性、指在規(guī)定條件下，鋼淬火冷卻時所獲M組織深度的能力。、用不同的鋼制成相同形狀、尺寸工件，在同樣的淬火條件下，淬透性好的鋼獲M深度較深；淬透性差的鋼獲M深度較淺。,.,58,、淬透性與鋼的V臨有關(guān)；當(dāng)鋼的V臨越低鋼的淬透性越好。鋼的淬透性越好，淬火回火后截面組織均勻、綜合力學(xué)性能好。鋼的淬透性越好在冷卻時可用較緩和冷卻介質(zhì)，變形開裂。淬透性好的鋼，其淬硬性不一定好。2）淬硬性：指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度的能力。、淬硬性主要取決于：鋼中的含碳量。C%，鋼淬硬性。、淬硬性與淬透性是兩個完全不同的概念。6、淬火缺陷：1）、氧化與脫碳2）、過熱和過燒3）、變形與開裂4）、硬度不足5）、軟點小結(jié)：,.,59,43熱處理的基礎(chǔ)方法,教學(xué)目的：1、掌握回火的概念、目的；2、掌握淬火鋼回火時組織與性能的變化；3、重點掌握回火的分類及應(yīng)用，調(diào)質(zhì)；教學(xué)重點與難點：鋼的回火分類及應(yīng)用是教學(xué)重點與難點。,.,60,43熱處理的基礎(chǔ)方法,教學(xué)過程：復(fù)習(xí)舊課：1、淬火的概念及淬火方法、應(yīng)用。2、鋼的淬火缺陷。導(dǎo)入新課：一、回火1、概念：將鋼淬火后，再加熱到Ac1點以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。2、回火目的：1）消除內(nèi)應(yīng)力；2）獲得所需要的力學(xué)性能；3）穩(wěn)定組織和尺寸。3、淬火鋼在回火時組織與性能的變化,.,61,1）馬氏體分解；2）殘余奧氏體分解3）滲碳體的形成4）滲碳體的聚集長大。其基本的趨勢是：隨著回火溫度的升高，鋼的強度、硬度下降，而塑性、韌性提高。4、回火的分類及應(yīng)用。1）淬火鋼回火的組織轉(zhuǎn)變過程是由非平衡組織平衡組織轉(zhuǎn)變，依靠原子擴散而進行的，原子擴散速度取決于溫度，溫度越高，擴散速度愈高。決定鋼回火后的組織、性能的主因素是：回火溫度。2）回火溫度根據(jù)工件要求的力學(xué)性能來選擇。3）回火種類有：、低溫回火：（150-250）-獲回火M工件性能：保持高硬度(58-64HRC)和耐磨性，一定的韌性（鋼的淬火應(yīng)力、脆性）。中溫回火:（350-500）-獲回火T工件性能：高彈性極限、S和適當(dāng)韌性，硬度可達(dá)：35-50HRC。主用于：彈性零件、熱鍛模具等。,.,62,高溫回火：（500-650）-獲回火S工件性能：良好的綜合力學(xué)性能(足夠強度、高韌性,硬度15-36HRC)。廣泛用于：受力構(gòu)件。如：螺栓、連桿、齒輪、曲軸等。注：1、淬火+高溫回火稱為“調(diào)質(zhì)”處理。小結(jié)作業(yè)：,.,63,44鋼的表面熱處理,教學(xué)目的：1、掌握鋼的表面熱處理概念、兩種方法；2、掌握鋼的滲碳的原理及熱處理方法；教學(xué)重點與難點：1、掌握鋼的表面熱處理概念、兩種方法是重點；2、掌握鋼的滲碳的原理及熱處理方法是難點；,.,64,44鋼的表面熱處理,教學(xué)過程：復(fù)習(xí)舊課：1、回火的概念及回火的方法、應(yīng)用。導(dǎo)入新課：概述：在機械設(shè)備中，有許多零件（如齒輪、活塞銷、曲軸等）是在沖擊載荷及表面摩擦條件下工作的。這類零件表面必須具有高硬度和耐磨性，而心部要有足夠的塑性和韌性。這類零件要進行表面熱處理常用的表面熱處理方法有：表面淬火及化學(xué)熱處理。一、表面淬火對工件表面進行淬火的工藝稱為表面淬火。1、火焰加熱表面淬火、工藝：應(yīng)用氧乙炔（或其他可燃?xì)怏w）火焰對零件表面進行快速加熱并隨后冷卻。、特點：淬硬層深度一般為2mm6mm。加熱溫度及淬硬層不易控制，易產(chǎn)生過熱和加熱不均勻現(xiàn)象，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。,.,65,2、感應(yīng)加熱表面淬火、工藝：利用感應(yīng)電流通過工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工件的表面受到局部加熱，并進行快速冷卻。、加熱速度快；淬火質(zhì)量好；淬硬層深度易于控制。二、化學(xué)熱處理1、化學(xué)熱處理的過程：分解吸收擴散2、鋼的滲碳、工藝:將鋼件置于滲碳介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲入工件表層。、目的：提高鋼件表層的含碳量。、滲碳后的工件需經(jīng)淬火及低溫回火。3鋼的滲氮4、碳氮共滲,.,66,51合金元素在鋼中的主要作用52合金鋼的分類和牌號,教學(xué)目的：1、掌握合金鋼的概念、合金元素在鋼中的主要作用；2、掌握合金鋼的分類和牌號。教學(xué)重點難點：1、合金鋼的牌號是教學(xué)的重點難點。,.,67,51合金元素在鋼中的主要作用,教學(xué)過程：新課：碳素鋼的不足：1、淬透性差。2、回火穩(wěn)定性差。3、綜合機械性能差。4、不能滿足某些特殊場合的要求。合金鋼定義：合金鋼就是在碳鋼的基礎(chǔ)上，改善鋼的性能，在冶煉時有目的地加入一種或數(shù)種合金元素的鋼。一、合金元素在鋼中的主要作用1、強化鐵素體2、形成合金碳化物、合金滲碳體、特殊碳化物3、細(xì)化晶粒,.,68,4、提高鋼的淬透性5、提高鋼的回火穩(wěn)定性52合金鋼的分類和牌號一、合金鋼分類：1、按用途分類：合金結(jié)構(gòu)鋼-主用于工程結(jié)構(gòu)、機零件的制造。合金工具鋼,-主用于刀、模、量具件等的制造。特殊性能鋼.有特殊物理、化學(xué)性能的鋼。2、按合金元素總量分類：低合金鋼Me10%二、合金鋼的牌號：1、合金結(jié)構(gòu)鋼：主用于工程用鋼、機械零件制造用鋼。牌號表示-兩位數(shù)+元素符號+數(shù)字平均碳-萬倍；主加元素，元素平均百分含量（1.0%不標(biāo)）；主加元素,元素平均百分含量（1.5%不標(biāo)）如:9SiCr、CrWMn；注:而高速鋼則不論含碳量多少均不標(biāo)出,如：W18Cr4V。3、特殊性能鋼：-如常用的：不銹鋼牌號表示與合金工具鋼表示同。但元素種類、含量有差異。如：2Cr13海輪機葉片；0Cr19Ni9；1Cr18Ni9-儲槽、容器等。注：不銹鋼中C%，鋼強、硬度，而耐腐蝕性。在含C=0.03%0.1%時,牌號冠首加“0”；在含C0.03%時,牌號冠首加“00”。-耐腐蝕性好4、特殊專用鋼：-如常用的：滾動軸承鋼牌號表示-G+Cr+“數(shù)字”+其它元素號+數(shù)字平均Cr千倍；主加元素,元素平均百分含量。小結(jié)：,.,70,5-3合金結(jié)構(gòu)鋼,教學(xué)目的：1、了解合金結(jié)構(gòu)鋼的分類及應(yīng)用。2、掌握合金結(jié)構(gòu)鋼的熱處理工藝。教學(xué)重點與難點：合金結(jié)構(gòu)鋼的熱處理工藝。,.,71,5-3合金結(jié)構(gòu)鋼,教學(xué)過程：復(fù)習(xí):,.,72,6-1鑄鐵的組織與分類,教學(xué)過程：1、了解鑄鐵的組織和性能及鑄鐵的石墨化過程及影響因素。2、掌握鑄鐵的分類。教學(xué)重點和難點：1、鑄鐵的分類是教學(xué)重點。2、鑄鐵的組織及鑄鐵的石墨化過程及影響因素是教學(xué)的難點,.,73,6-1鑄鐵的組織與分類,教學(xué)過程：新課：1.特點1)成分C2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵，特點是含有較高的C和Si，同時也含有一定的Mn、P、S等雜質(zhì)元素。常用鑄鐵的成分為：2.54.0%C，1.03.0%Si，0.51.4%Mn，0.010.50%P，0.020.20%S。為提高鑄鐵性能，常加入合金元素Cr、Mo、V、Cu、Al等形成合金鑄鐵。2)組織鑄鐵中C、Si含量較高，C大部分、甚至全部以游離狀態(tài)石墨（G）形式存在。2)性能鑄鐵的缺點是由于石墨的存在，使它的強度、塑性及韌性較差，不能鍛造，優(yōu)點是其接近共晶成分，具有良好的鑄造性；由于游離態(tài)石墨存在，使鑄鐵具有高的減摩性、切削加工性和低的缺口敏感性。目前，許多重要的機械零件能夠用球墨鑄鐵來代替合金鋼。,.,74,一、鑄鐵的石墨化1.鑄鐵的石墨化、G為六方晶格?；嫔显右怨矁r鍵結(jié)合，基面之間原子以范氏鍵結(jié)合，因此鑄鐵的強度、塑性及韌性極低。、從熱力學(xué)講，G為穩(wěn)定態(tài)，而Fe3C為亞穩(wěn)態(tài)。在冷卻速度非常緩慢或加入石墨化元素，可促使碳按石墨轉(zhuǎn)變。但是，當(dāng)冷卻速度較快時，由于成分起伏及結(jié)構(gòu)起伏（L、A和Fe3C的成分更接近）的原因，也可析出滲碳體。2、石墨化的途徑、從液態(tài)中直接結(jié)晶出或從奧氏體中直接析出。、也可以先結(jié)晶出滲碳體，再由滲碳體在一定條件下分解而得到（Fe3C3Fe+C）高溫時，石墨化過程進行比較完全；低溫時，若冷卻速度較快，石墨化過程將部分或全部被抑制。3、影響石墨化的因素影響石墨化的因素主要是鑄鐵的成分和冷卻速度。1）成分：合金元素可以分為促進石墨化元素和阻礙石墨化元素，順序為：Al、C、Si、Ti、Ni、P、Co、Zr、Nb、W、Mn、S、Cr、V、Fe、Mg、Ce、B等。其中，Nb為中性元素，向左促進程度加強，向右阻礙程度加強。,.,75,C和Si是鑄鐵中主要的強烈促進石墨化元素，為綜合考慮它們的影響，引入碳當(dāng)量CE=C%+1/3Si%，一般CE4%，接近共晶點。S是強烈阻礙石墨化元素，降低鑄鐵的鑄造和力學(xué)性能，控制其含量。2)冷卻速度冷速越快，不利于鑄鐵的石墨化，這主要取決于澆注溫度、鑄型材料的導(dǎo)熱能力及鑄件壁厚等因素。冷速過快，第二階段石墨化難以充分進行。二、鑄鐵的組織與性能的關(guān)系1、鑄鐵的力學(xué)性能主要取決于基體的組織和石墨的形態(tài)、數(shù)量、大小以及分布狀態(tài)。1)數(shù)量：G破壞基體連續(xù)性，減小承載面積，是應(yīng)力集中和裂紋源，故G越多，抗拉強度、塑性及韌性越低；2)大小：越粗，局部承載面積越小，越細(xì)，應(yīng)力集中越大，均使性能下降，故有適合尺寸（長度0.030.25mm）；3)分布：越均勻，性能越好；（4）由片狀至球狀，強度、塑性及韌性均提高。2.基體F基體塑性和韌性好，P基體強度、硬度及耐磨性高。,.,76,三、鑄鐵的分類1、分類：灰鑄鐵、白口鑄鐵、麻口鑄鐵。2、石墨形態(tài)分類：普通灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵。小結(jié)：作業(yè)：,.,77,62常用鑄鐵簡介,教學(xué)目的：1、了解鑄鐵的成分、組織及性能。2、理解灰鑄鐵的孕育處理。3、掌握鑄鐵的牌號及常用的熱處理方法。教學(xué)重點與難點：1、鑄鐵的牌號及熱處理的方法是教學(xué)的重點難點。,.,78,62常用鑄鐵簡介,教學(xué)過程：復(fù)習(xí)舊課：1、根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)的不同，還可以將鑄鐵分為：灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵。導(dǎo)入新課：一、灰鑄鐵1、灰鑄鐵的成分與組織1）、成分：含C量：2.7%3.6%、含Si量：1.0%2.2%、S0.15%、P0.3%。2）、組織：由金屬基體和在基體中分布的片狀石墨組成。（鐵素體灰鑄鐵、鐵素體珠光體灰鑄鐵、珠光體灰鑄鐵）2