金屬材料及其熱處理ppt課件

1、機(jī)械制造根底機(jī)械制造根底制造科學(xué)與工程學(xué)院金工教研室 梅筱琴金金屬資屬資料及其料及其熱處熱處置置第一講第一講 金屬資料及其熱處置金屬資料及其熱處置l金屬資料是現(xiàn)代機(jī)器制造的根底l性能決議l工藝性好l很少用純金屬，多用合金資料l性能決議l了解金屬資料，有助于l了解工藝方法的本質(zhì)l合理選擇零件資料及其消費(fèi)工藝一、金屬資料的主要性能一、金屬資料的主要性能l物理性能物理性能l密度、熔點(diǎn)、熱膨脹、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、磁性等等密度、熔點(diǎn)、熱膨脹、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、磁性等等l化學(xué)性能化學(xué)性能l耐酸、耐堿、抗氧化性等等耐酸、耐堿、抗氧化性等等l力學(xué)性能力學(xué)性能l強(qiáng)度與塑性強(qiáng)度與塑性l硬度硬度l韌性韌性l疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度l工

2、藝性能工藝性能l熱處置、鑄造、鍛造、焊接、切削加工性能熱處置、鑄造、鍛造、焊接、切削加工性能l運(yùn)用性能？運(yùn)用性能？1.力學(xué)性能強(qiáng)度力學(xué)性能強(qiáng)度l金屬資料抵抗外力引起的塑性變形和斷裂的才干l拉伸實(shí)驗(yàn)低碳鋼的拉伸曲線拉伸試樣1.力學(xué)性能強(qiáng)度力學(xué)性能強(qiáng)度其它塑性資料的其它塑性資料的拉伸曲線拉伸曲線脆性脆性資資料的料的拉伸曲拉伸曲線線1.力學(xué)性能強(qiáng)度力學(xué)性能強(qiáng)度l強(qiáng)度l屈服強(qiáng)度：sFs/A0l抗拉強(qiáng)度：bFb/A0l條件屈服強(qiáng)度：0.2l產(chǎn)生0.2塑性變形時(shí)的應(yīng)力值l用于沒(méi)有明顯屈服景象的金屬資料l強(qiáng)度是普通機(jī)器零件和構(gòu)件設(shè)計(jì)選材的主要根據(jù)2.力學(xué)性能塑性力學(xué)性能塑性l塑性l金屬資料產(chǎn)生塑性變形而不破

3、壞的才干l伸長(zhǎng)率l (L1-L0)/L0X100%l斷面收縮率l = (S1-S0)/S0X100%l塑性是接受動(dòng)載荷交變載荷零件選材的根據(jù)之一l為防止超載而引起的忽然斷裂，要求其具有一定的塑性l塑性是金屬資料進(jìn)展各種壓力加工的必要條件3.力學(xué)性能硬度力學(xué)性能硬度l硬度l資料外表抵抗外力，不產(chǎn)生部分塑性變形壓痕的才干l影響資料的耐磨性和切削加工性能l度量方法l布氏硬度HBl洛氏硬度HRl維氏硬度HV(1)布氏硬度布氏硬度HBl采用直徑為采用直徑為D的鋼球或硬質(zhì)合金球作的鋼球或硬質(zhì)合金球作壓頭壓頭l鋼球僅用于丈量鋼球僅用于丈量HB450以內(nèi)的資料以內(nèi)的資料HBSl硬質(zhì)合金球用于丈量硬質(zhì)合金球用于

4、丈量HB650以內(nèi)的以內(nèi)的資料資料HBWl特點(diǎn)特點(diǎn)l穩(wěn)定可靠穩(wěn)定可靠l零件外表被破壞，不用于廢品零件外表被破壞，不用于廢品l運(yùn)用運(yùn)用l各種退火形狀下的鋼材、鑄鐵、有各種退火形狀下的鋼材、鑄鐵、有色金屬等色金屬等(2)洛氏硬度洛氏硬度HRl實(shí)驗(yàn)原理l特點(diǎn)l 1簡(jiǎn)便，丈量迅速l 2零件不被破壞l運(yùn)用：工業(yè)消費(fèi)(3)維氏硬度維氏硬度HVHV=FPF金剛石HV 10000，為規(guī)范度量各種硬度值之間沒(méi)有直接的換算公式，需求時(shí)可查表進(jìn)展換算4.力學(xué)性能韌性力學(xué)性能韌性l韌性l金屬資料抵抗沖擊載荷，斷裂前吸收能量的才干l沖擊韌性Kl KAK/Sl影響要素太多，僅作參考5.力學(xué)性能疲勞強(qiáng)度力學(xué)性能疲勞強(qiáng)度l疲

5、勞強(qiáng)度l資料在周期性/非周期性動(dòng)載荷作用下，經(jīng)受無(wú)數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的才干l斷裂破壞應(yīng)力遠(yuǎn)低于強(qiáng)度極限l疲勞斷裂的主要緣由l內(nèi)部缺陷l雜質(zhì)l微裂紋l外表劃痕l缺陷擴(kuò)展l“剛性是什么？二、金屬的晶體構(gòu)造與結(jié)晶二、金屬的晶體構(gòu)造與結(jié)晶l晶體l固定的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)l為什么會(huì)有固定的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)？l金屬是不是晶體？l水、CO2、O2、NaCll晶體的三個(gè)特征：l(1)晶體有整齊規(guī)那么的幾何外形l(2)晶體有固定的熔點(diǎn)l(3)晶體有各向異性的特點(diǎn)1.金屬的晶格構(gòu)造金屬的晶格構(gòu)造l內(nèi)部原子或分子在三維空間呈規(guī)那么的周期性反復(fù)陳列的固態(tài)物質(zhì)l晶體與晶格晶胞晶胞-晶格最小組成單元晶格最小組成單元常見(jiàn)的晶格

6、類(lèi)型常見(jiàn)的晶格類(lèi)型l體心立方晶胞體心立方晶胞l屬于此類(lèi)晶格的有：屬于此類(lèi)晶格的有：Fe、Fe、Cr、W、Mo、V、鈮等約、鈮等約30種金屬種金屬常見(jiàn)的晶格類(lèi)型常見(jiàn)的晶格類(lèi)型l面心立方晶胞面心立方晶胞l屬于此類(lèi)晶格的有：屬于此類(lèi)晶格的有： Fe、Cu、Au、Al、Ag、Ni、Pt等約等約20種金屬種金屬常見(jiàn)的晶格類(lèi)型常見(jiàn)的晶格類(lèi)型l密排六方晶胞密排六方晶胞l屬于此類(lèi)晶格的有：屬于此類(lèi)晶格的有：Ti、Zn、Cd、Mg、Be等等金屬金屬2.金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶l金屬結(jié)晶的條件金屬結(jié)晶的條件l過(guò)冷度過(guò)冷度l實(shí)際結(jié)晶溫度與實(shí)踐結(jié)晶溫度實(shí)際結(jié)晶溫度與實(shí)踐結(jié)晶溫度之間的差之間的差l T=T0-Tnl過(guò)冷度越

7、大，冷卻速度越快，過(guò)冷度越大，冷卻速度越快，結(jié)晶時(shí)間越短；反之，過(guò)冷度結(jié)晶時(shí)間越短；反之，過(guò)冷度越小，冷卻速度越慢，結(jié)晶時(shí)越小，冷卻速度越慢，結(jié)晶時(shí)間越長(zhǎng)。間越長(zhǎng)。純金屬的冷卻曲線2.金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶l金屬結(jié)晶過(guò)程金屬結(jié)晶過(guò)程l“形核與形核與“長(zhǎng)大長(zhǎng)大l晶核的構(gòu)成晶核的構(gòu)成l自發(fā)形核：因過(guò)冷度而構(gòu)成的短程有序的原子自發(fā)形核：因過(guò)冷度而構(gòu)成的短程有序的原子團(tuán)團(tuán)l異質(zhì)形核：外來(lái)固態(tài)質(zhì)點(diǎn)異質(zhì)形核：外來(lái)固態(tài)質(zhì)點(diǎn)l晶核的長(zhǎng)大晶核的長(zhǎng)大 l平面長(zhǎng)大：緩冷；金屬液較純真平面長(zhǎng)大：緩冷；金屬液較純真l樹(shù)枝狀長(zhǎng)大：冷速大；有雜質(zhì)樹(shù)枝狀長(zhǎng)大：冷速大；有雜質(zhì)l晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的

8、影響l力學(xué)性能：越細(xì)越好力學(xué)性能：越細(xì)越好l細(xì)化晶粒的措施：晶核多那么細(xì)細(xì)化晶粒的措施：晶核多那么細(xì)l快冷快冷l孕育處置孕育處置金屬結(jié)晶過(guò)程3.金屬純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變l同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變l1538：液態(tài)固態(tài)lFe體心l4：固態(tài)固態(tài)lFe 面心l912：固態(tài)固態(tài)lFe 體心l本質(zhì)l二次結(jié)晶重結(jié)晶l固態(tài)下的結(jié)晶過(guò)程l遵照結(jié)晶過(guò)程的普通規(guī)律三、鐵碳合金三、鐵碳合金l制造機(jī)器設(shè)備的主要金屬資料：l鋼、鑄鐵l鐵Fe碳Cl鐵含量 95，但是決議性能的是碳l我們學(xué)習(xí)：l鐵碳合金組織l常用鋼材及其選用原那么1.合金的根本組織合金的根本組織l合金合金l兩種或兩種以上金屬非金屬元素熔和，構(gòu)成具有金

9、屬特性兩種或兩種以上金屬非金屬元素熔和，構(gòu)成具有金屬特性的物質(zhì)的物質(zhì)l強(qiáng)度硬度較高、本錢(qián)低強(qiáng)度硬度較高、本錢(qián)低l經(jīng)過(guò)成分控制和熱處置，在很大范圍內(nèi)調(diào)整其性能經(jīng)過(guò)成分控制和熱處置，在很大范圍內(nèi)調(diào)整其性能l組元組元l構(gòu)成合金的元素構(gòu)成合金的元素l鐵、碳、鐵、碳、Fe3C穩(wěn)定的化合物也是組元穩(wěn)定的化合物也是組元l相相l(xiāng)金屬中具有一樣化學(xué)成分和晶格構(gòu)造、有界面與其他部分金屬中具有一樣化學(xué)成分和晶格構(gòu)造、有界面與其他部分分開(kāi)的、均勻的組成部分分開(kāi)的、均勻的組成部分l組織組織l用肉眼或顯微鏡能察看到的金屬資料的最小單元用肉眼或顯微鏡能察看到的金屬資料的最小單元-晶粒的晶粒的直觀形貌直觀形貌鐵碳合金中的鐵碳

10、合金中的“相相鐵素體奧氏體珠光體珠光體二次滲碳體1固溶體固溶體l間隙固溶體間隙固溶體l置換固溶體置換固溶體晶體的四種點(diǎn)缺陷晶體的四種點(diǎn)缺陷空位空位同同類(lèi)類(lèi)原原子的子的間間隙原子隙原子異類(lèi)異類(lèi)原原子的子的間間隙原子隙原子異類(lèi)異類(lèi)原原子的置子的置換換原子原子固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化間隙固溶體的晶格畸變,引起資料的強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性卻沒(méi)有明顯變化關(guān)于合金強(qiáng)度的認(rèn)識(shí)關(guān)于合金強(qiáng)度的認(rèn)識(shí)l晶粒粗細(xì)影響強(qiáng)度l越細(xì)強(qiáng)度硬度越高l細(xì)化晶粒是冶金和熱處置的目的l固溶強(qiáng)化l晶格中混入雜質(zhì)，添加變形抗力l位錯(cuò)強(qiáng)化l位錯(cuò)是晶體內(nèi)部的一種缺陷l添加變形抗力位錯(cuò)強(qiáng)化表示圖位錯(cuò)強(qiáng)化表示圖兩種線缺陷位錯(cuò)兩種線缺陷位錯(cuò)刃型位錯(cuò)的

11、構(gòu)成過(guò)程刃型位錯(cuò)的構(gòu)成過(guò)程鐵碳合金中的固溶體鐵碳合金中的固溶體l鐵素體lFe中溶碳l600C0.006%l727C0.021%l強(qiáng)度硬度低l250MPal80HBSl塑性好l4550l與純鐵近似鐵碳合金中的固溶體鐵碳合金中的固溶體l奧氏體l Fe中溶碳l1148C2.11%l727C0.77%l強(qiáng)度硬度不高l塑性優(yōu)良l4050l易于塑性變形l壓力加工時(shí)加熱構(gòu)成奧氏體2化合物化合物l金屬化合物與非金屬化合物l金屬化合物具有復(fù)雜晶格、硬而脆l(xiāng)FeS、MnS：非金屬雜質(zhì)l鐵碳合金中的化合物l滲碳體Fe3Cl鐵碳合金中的強(qiáng)化相l(xiāng)硬度高800HBW、塑性韌性很低l呈片狀、球狀、網(wǎng)狀l920-980C可分

12、解： Fe3C3FeC石墨3混合物混合物l鐵碳合金中的機(jī)械混合物l珠光體PF+Fe3Cl鐵素體滲碳體lC0.77lb750MPal180HBSl2025l呈片狀3混合物混合物l鐵碳合金中的機(jī)械混合物l萊氏體LdlC%=4.3%l與滲碳體性能相近：硬而脆l(xiāng)LdA+Fe3Cl存在于727以上lLdP+Fe3Cl727以下轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w與滲碳體的機(jī)械混合物2.二元合金相圖二元合金相圖鐵碳合相圖的建立鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖分析鐵碳合金相圖簡(jiǎn)化鐵碳合金相圖全圖鐵碳合金相圖全圖3鐵碳合金相圖分析鐵碳合金相圖分析lACD：液相線lAECF：固相線ECF共晶線lGSA3：奧氏體中析出鐵素體lESAcm：奧氏體

13、中析出滲碳體IIlPSK A1 ：共析線lPQ：鐵素體中析出滲碳體III查查看看鐵碳鐵碳合金相合金相圖圖查查看看查查看看查查看看鐵碳鐵碳合金相合金相圖圖查查看看查查看看查查看看鐵碳合金相圖全圖鐵碳合金相圖全圖2鐵碳合金相圖全圖鐵碳合金相圖全圖4ACD液相液相線線鐵碳合金相圖全圖鐵碳合金相圖全圖5AECF：固相線ECF共晶線鐵鐵素體素體珠光體珠光體滲滲碳碳體體萊萊氏體氏體鋼鐵鋼鐵分界限分界限兩個(gè)單兩個(gè)單相之相之間間是混合相是混合相鐵碳合金相圖全圖鐵碳合金相圖全圖6GSA3：奧氏體中開(kāi)場(chǎng)析出鐵素體鐵碳合金相圖全圖鐵碳合金相圖全圖7ESAcm：奧氏體中析出二次滲碳體II鐵碳合金相圖全圖鐵碳合金相圖全

14、圖8PSK A1 ：共析線鐵碳合金相圖全圖鐵碳合金相圖全圖9PQ：鐵素體中析出三次滲碳體III鐵碳合金相圖全圖鐵碳合金相圖全圖2均均勻勻、沒(méi)沒(méi)有有明明顯顯晶界晶界鐵碳合金相圖全圖鐵碳合金相圖全圖2珠光體外面有明珠光體外面有明顯顯的的鐵鐵素體相素體相鐵碳合金相圖全圖鐵碳合金相圖全圖2珠光體外面有明珠光體外面有明顯顯的的網(wǎng)狀網(wǎng)狀滲滲碳碳體體3.典型鐵碳合金組織轉(zhuǎn)變典型鐵碳合金組織轉(zhuǎn)變l鋼：C%2.11lC%0.77%：過(guò)共析鋼l鑄鐵：C%【2.116.69%】lC%4.3%：過(guò)共晶鑄鐵共析鋼的組織轉(zhuǎn)變共析鋼的組織轉(zhuǎn)變S共析鋼顯微組織珠光體共析鋼顯微組織珠光體亞共析鋼的組織轉(zhuǎn)變亞共析鋼的組織轉(zhuǎn)變亞共

15、析鋼顯微組織亞共析鋼顯微組織C0.2%過(guò)共析鋼的組織轉(zhuǎn)變過(guò)共析鋼的組織轉(zhuǎn)變過(guò)共析鋼的顯微組織過(guò)共析鋼的顯微組織4.工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼l按化學(xué)成分l碳素鋼 、 合金鋼l按用途l構(gòu)造鋼 、 工具鋼 、 特殊性能鋼l按質(zhì)量l普通鋼 、 優(yōu)質(zhì)鋼 、 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼l按脫氧程度l鎮(zhèn)靜鋼 、 沸騰鋼工業(yè)用鋼種類(lèi)匯總工業(yè)用鋼種類(lèi)匯總碳碳素素鋼鋼碳碳素素鋼鋼構(gòu)構(gòu)造造鋼鋼優(yōu)優(yōu)質(zhì)質(zhì)碳碳素素鋼鋼構(gòu)構(gòu)造造鋼鋼碳碳素素工工具具鋼鋼合金合金鋼鋼合合金金構(gòu)構(gòu)造造鋼鋼特特殊殊性性能能鋼鋼合合金金工工具具鋼鋼低合金低合金構(gòu)構(gòu)造造鋼鋼滲滲碳鋼碳鋼調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼彈彈簧簧鋼鋼滾動(dòng)軸滾動(dòng)軸承承鋼鋼刃具刃具鋼鋼模具模具鋼鋼量具量具鋼鋼不不銹鋼銹

16、鋼耐耐熱鋼熱鋼耐磨耐磨鋼鋼其其它它1碳素鋼碳素鋼C%1.5%lC的影響如圖lP冷脆性l0.045%以下lS熱脆性l0.05%以下lP、S衡量質(zhì)量lSi、Mn有益碳素構(gòu)造鋼碳素構(gòu)造鋼lC%0.38%0.25%以下常用l牌號(hào)GB700-88：lQ215/Q235/Q255 A :屈服極限215/235/255MpalA普通；B/C/D優(yōu)質(zhì)，含P/S較少l未完全脫氧F沸騰鋼l完全脫氧Z鎮(zhèn)靜鋼lQ215-AF lQ235A3最常用優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼l(P/S)60HRCl淬透性、熱硬性很差l牌號(hào)：lT8A：含碳0.8，A：含PS很少的優(yōu)質(zhì)鋼l常用的碳素工具鋼：T8、T10、T10A、T122

17、合金鋼合金鋼l合金構(gòu)造鋼l含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)元素符號(hào)百分?jǐn)?shù)l合金含量1%不標(biāo)：9Cr2 CrWMn 9SiCr W18Cr4Vl特殊性能鋼：不銹鋼2Cr13、1Cr18Ni93零件選材的普通原那么零件選材的普通原那么l滿足任務(wù)要求l物理性能l化學(xué)性能l機(jī)械性能l滿足工藝性能要求l注重經(jīng)濟(jì)性四、鋼的熱處置四、鋼的熱處置l目的：改善金屬資料的強(qiáng)度、硬度、韌性、彈性、工藝性l現(xiàn)代機(jī)器制造中的熱處置主要針對(duì)：l機(jī)床的：主軸、齒輪、床身l汽車(chē)的：發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、凸輪軸、聯(lián)接軸、變速箱齒輪等l其他：刃具、量具、磨具組織決議組織決議性能演示性能演示1.熱處置根本工藝熱處置根本工藝溫溫度度時(shí)間時(shí)間臨臨界界溫溫度

18、度保保溫溫冷卻冷卻加加熱熱根本工藝：加熱根本工藝：加熱-保溫保溫-冷卻冷卻2.常用熱處置工藝常用熱處置工藝l普通熱處置l“四火：退火、正火、淬火、回火l外表熱處置l外表淬火l化學(xué)熱處置l滲碳、滲氮、碳氮共滲工藝原理工藝原理退火和正火退火和正火退火作用組織室溫下的平衡組織種類(lèi)完全退火球化退火去應(yīng)力退火正火作用組織：索氏體硬度強(qiáng)度比珠光體高韌性一樣淬火與回火淬火與回火淬火作用組織：馬氏體MC原子來(lái)不及從A中滲出,過(guò)飽和C使晶格嚴(yán)重畸變。硬度高，脆性大回火低溫回火150250C回火馬氏體中溫回火350500C回火屈氏體高溫回火500650C回火索氏體外表淬火與化學(xué)熱處置外表淬火與化學(xué)熱處置l特殊性能要求的零件l外表耐磨，內(nèi)部堅(jiān)韌l外表淬火l工藝原理l用途l設(shè)備：感應(yīng)線圈、火焰、激光l化學(xué)熱處置l化學(xué)介質(zhì)中加熱保溫l表層滲碳、滲氮l發(fā)藍(lán)堅(jiān)韌堅(jiān)韌的基體的基體鞏鞏固的外固的外殼殼總結(jié)總結(jié)l金屬資料的性能l力學(xué)性能l工藝性能l物理、化學(xué)性能l金屬資料的組織和性能l鐵碳合金的組織和性能的關(guān)系l選材原那么l鋼的熱處置l“四火、外表熱處置鐵碳合金相