金屬材料及其熱處理

機(jī)械制造基礎(chǔ)制造科學(xué)與工程學(xué)院金工教研室梅筱琴金屬材料及其熱處理金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!講金屬材料及其熱處理金屬材料是現(xiàn)代機(jī)器制造的基礎(chǔ)性能決定工藝性好很少用純金屬，多用合金材料性能決定了解金屬材料，有助于理解工藝方法的實(shí)質(zhì)合理選擇零件材料及其生產(chǎn)工藝金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!一、金屬材料的主要性能物理性能密度、熔點(diǎn)、熱膨脹、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、磁性等等化學(xué)性能耐酸、耐堿、抗氧化性等等力學(xué)性能強(qiáng)度與塑性硬度韌性疲勞強(qiáng)度工藝性能熱處理、鑄造、鍛造、焊接、切削加工性能使用性能？金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!1.力學(xué)性能－強(qiáng)度金屬材料抵抗外力引起的塑性變形和斷裂的能力拉伸實(shí)驗(yàn)低碳鋼的拉伸曲線拉伸試樣金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!1.力學(xué)性能－強(qiáng)度強(qiáng)度屈服強(qiáng)度：σs＝Fs/A0抗拉強(qiáng)度：σb＝Fb/A0條件屈服強(qiáng)度：σ0.2產(chǎn)生0.2％塑性變形時(shí)的應(yīng)力值用于沒有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料強(qiáng)度是一般機(jī)器零件和構(gòu)件設(shè)計(jì)選材的主要依據(jù)金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!3.力學(xué)性能－硬度硬度材料表面抵抗外力，不產(chǎn)生局部塑性變形（壓痕）的能力影響材料的耐磨性和切削加工性能度量方法布氏硬度（HB）洛氏硬度（HR）維氏硬度（HV）金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!(2)洛氏硬度（HR）試驗(yàn)原理特點(diǎn)（1）簡(jiǎn)便，測(cè)量迅速（2）零件不被破壞應(yīng)用：工業(yè)生產(chǎn)金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!4.力學(xué)性能－韌性韌性金屬材料抵抗沖擊載荷，斷裂前吸收能量的能力沖擊韌性αKαK＝AK/S影響因素太多，僅作參考金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!二、金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶晶體固定的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)為什么會(huì)有固定的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)？金屬是不是晶體？水、CO2、O2、NaCl晶體的三個(gè)特征：(1)晶體有整齊規(guī)則的幾何外形(2)晶體有固定的熔點(diǎn)(3)晶體有各向異性的特點(diǎn)金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!晶胞-晶格最小組成單元金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!常見的晶格類型面心立方晶胞屬于此類晶格的有：γ－Fe、Cu、Au、Al、Ag、Ni、Pt等約20種金屬金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!2.金屬的結(jié)晶金屬結(jié)晶的條件過冷度理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度之間的差

△T=T0-Tn過冷度越大，冷卻速度越快，結(jié)晶時(shí)間越短；反之，過冷度越小，冷卻速度越慢，結(jié)晶時(shí)間越長(zhǎng)。純金屬的冷卻曲線金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!3.金屬（純鐵）的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1538：液態(tài)－固態(tài)δ－Fe（體心）1394：固態(tài)－固態(tài)γ－Fe（面心）912：固態(tài)－固態(tài)α－Fe（體心）實(shí)質(zhì)二次結(jié)晶（重結(jié)晶）固態(tài)下的結(jié)晶過程遵循結(jié)晶過程的一般規(guī)律金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!1.合金的基本組織合金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)強(qiáng)度硬度較高、成本低通過成分控制和熱處理，在很大范圍內(nèi)調(diào)整其性能組元構(gòu)成合金的元素鐵、碳、Fe3C（穩(wěn)定的化合物也是組元）相金屬中具有相同化學(xué)成分和晶格結(jié)構(gòu)、有界面與其他部分分開的、均勻的組成部分組織用肉眼或顯微鏡能觀察到的金屬材料的最小單元-晶粒的直觀形貌金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!（1）固溶體間隙固溶體置換固溶體金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!固溶強(qiáng)化間隙固溶體的晶格畸變,引起材料的強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性卻沒有明顯變化金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!位錯(cuò)強(qiáng)化示意圖金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!鐵碳合金中的固溶體鐵素體α－Fe中溶碳600°C－0.006%727°C－0.021%強(qiáng)度硬度低250MPa80HBS塑性好45％～50％與純鐵近似金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!（2）化合物金屬化合物與非金屬化合物金屬化合物具有復(fù)雜晶格、硬而脆FeS、MnS：非金屬雜質(zhì)鐵碳合金中的化合物滲碳體（Fe3C）鐵碳合金中的強(qiáng)化相硬度高（800HBW）、塑性韌性很低呈片狀、球狀、網(wǎng)狀920-980°C可分解：Fe3C→3Fe＋C石墨金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!（3）混合物鐵碳合金中的機(jī)械混合物萊氏體（Ld）C%=4.3%與滲碳體性能相近：硬而脆Ld＝A+Fe3C存在于727℃以上Ld’＝P+Fe3C727℃以下轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w與滲碳體的機(jī)械混合物金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!鐵碳合相圖的建立金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!鐵碳合金相圖分析金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!鐵碳合金相圖（全圖3）金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!鐵碳合金相圖（全圖2）金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!鐵碳合金相圖（全圖5）AECF：固相線ECF－共晶線金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!鐵碳合金相圖（全圖6）GS（A3）：奧氏體中開始析出鐵素體金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!鐵碳合金相圖（全圖8）PSK（A1）：共析線金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!鐵碳合金相圖（全圖2）均勻、沒有明顯晶界金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!鐵碳合金相圖（全圖2）珠光體外面有明顯的網(wǎng)狀滲碳體金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!共析鋼的組織轉(zhuǎn)變（S）金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!亞共析鋼的組織轉(zhuǎn)變金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!過共析鋼的組織轉(zhuǎn)變金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!4.工業(yè)用鋼按化學(xué)成分碳素鋼、合金鋼按用途結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼按質(zhì)量普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼按脫氧程度鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!（1）碳素鋼（C%<1.5%）C的影響如圖P冷脆性0.045%以下S熱脆性0.05%以下P、S衡量質(zhì)量Si、Mn有益金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(P/S)％<0.035%，用于重要機(jī)件牌號(hào)（GB699－88）：20：C%=0.20%20F：沸騰鋼08－25：低碳鋼30－55：中碳鋼，淬火后強(qiáng)度硬度較高60－75：高碳鋼，淬火后可作彈簧金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!（2）合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼含碳量的萬分?jǐn)?shù)＋元素符號(hào)＋百分?jǐn)?shù)合金含量<1.5%不標(biāo)高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼＋A16Mn20Cr40Mn230CrMnSi38CrMoAlA合金工具鋼含碳量含碳量的千分?jǐn)?shù)＋元素符號(hào)＋百分?jǐn)?shù)含碳量>1%不標(biāo)：9Cr2CrWMn9SiCrW18Cr4V特殊性能鋼：不銹鋼（2Cr13、1Cr18Ni9）金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!四、鋼的熱處理目的：改善金屬材料的強(qiáng)度、硬度、韌性、彈性、工藝性現(xiàn)代機(jī)器制造中的熱處理主要針對(duì)：機(jī)床的：主軸、齒輪、床身汽車的：發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、凸輪軸、聯(lián)接軸、變速箱齒輪等其他：刃具、量具、磨具組織決定性能演示金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!2.常用熱處理工藝普通熱處理“四火”：退火、正火、淬火、回火表面熱處理表面淬火化學(xué)熱處理滲碳、滲氮、碳氮共滲金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!退火和正火退火作用組織室溫下的平衡組織種類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)度比珠光體高韌性相同金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!表面淬火與化學(xué)熱處理特殊性能要求的零件表面耐磨，內(nèi)部堅(jiān)韌表面淬火工藝原理用途設(shè)備：感應(yīng)線圈、火焰、激光化學(xué)熱處理化學(xué)介質(zhì)中加熱保溫表層滲碳、滲氮發(fā)藍(lán)堅(jiān)韌的基體堅(jiān)硬的外殼金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!鐵碳合金相圖：隨手畫1148－7274.3－2.11－0.77912－1538－1227

兩個(gè)Y字當(dāng)中立0.774.32.11912153872711481227金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!這是什么“相”奧氏體金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!還有什么“相”萊氏體高溫萊氏體：A+Fe3C低溫萊氏體：P+Fe3C馬氏體淬火組織奧氏體中的碳來不及析出來索氏體正火組織細(xì)化的、片層更薄的珠光體（強(qiáng)度硬度更高）金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!1.力學(xué)性能－強(qiáng)度其它塑性材料的拉伸曲線脆性材料的拉伸曲線金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!2.力學(xué)性能－塑性塑性金屬材料產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力伸長(zhǎng)率δ

δ＝(L1-L0)/L0X100%斷面收縮率ψ

ψ=(S1-S0)/S0X100%塑性是承受動(dòng)載荷（交變載荷）零件選材的依據(jù)之一為避免超載而引起的突然斷裂，要求其具有一定的塑性塑性是金屬材料進(jìn)行各種壓力加工的必要條件金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!(1)布氏硬度（HB）采用直徑為D的鋼球或硬質(zhì)合金球作壓頭鋼球僅用于測(cè)量HB450以內(nèi)的材料（HBS）硬質(zhì)合金球用于測(cè)量HB650以內(nèi)的材料（HBW）特點(diǎn)穩(wěn)定可靠零件表面被破壞，不用于成品應(yīng)用各種退火狀態(tài)下的鋼材、鑄鐵、有色金屬等金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!(3)維氏硬度（HV）HV=FPF金剛石HV＝

10000，為標(biāo)準(zhǔn)度量各種硬度值之間沒有直接的換算公式，需要時(shí)可查表進(jìn)行換算金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!5.力學(xué)性能－疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度材料在周期性/非周期性動(dòng)載荷作用下，經(jīng)受無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的能力斷裂破壞應(yīng)力遠(yuǎn)低于強(qiáng)度極限疲勞斷裂的主要原因內(nèi)部缺陷雜質(zhì)微裂紋表面劃痕缺陷擴(kuò)展“剛性”是什么？金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!1.金屬的晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)部原子（或分子）在三維空間呈規(guī)則的周期性重復(fù)排列的固態(tài)物質(zhì)晶體與晶格金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!常見的晶格類型體心立方晶胞屬于此類晶格的有：α－Fe、δ－Fe、Cr、W、Mo、V、鈮等約30種金屬金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!常見的晶格類型密排六方晶胞屬于此類晶格的有：α－Ti、Zn、Cd、Mg、Be等金屬金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!2.金屬的結(jié)晶金屬結(jié)晶過程“形核”與“長(zhǎng)大”晶核的形成自發(fā)形核：因過冷度而形成的短程有序的原子團(tuán)異質(zhì)形核：外來固態(tài)質(zhì)點(diǎn)晶核的長(zhǎng)大平面長(zhǎng)大：緩冷；金屬液較純凈樹枝狀長(zhǎng)大：冷速大；有雜質(zhì)晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響力學(xué)性能：越細(xì)越好細(xì)化晶粒的措施：晶核多則細(xì)快冷孕育處理金屬結(jié)晶過程金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!三、鐵碳合金制造機(jī)器設(shè)備的主要金屬材料：鋼、鑄鐵鐵（Fe）＋碳（C）鐵含量>95％，但是決定性能的是碳我們學(xué)習(xí)：鐵碳合金組織常用鋼材及其選用原則金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁!鐵碳合金中的“相”鐵素體奧氏體珠光體珠光體＆二次滲碳體金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁!晶體的四種點(diǎn)缺陷空位同類原子的間隙原子異類原子的間隙原子異類原子的置換原子金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁!關(guān)于合金強(qiáng)度的認(rèn)識(shí)晶粒粗細(xì)影響強(qiáng)度越細(xì)強(qiáng)度硬度越高細(xì)化晶粒是冶金和熱處理的目標(biāo)固溶強(qiáng)化晶格中混入雜質(zhì)，增加變形抗力位錯(cuò)強(qiáng)化位錯(cuò)是晶體內(nèi)部的一種缺陷增加變形抗力金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁!兩種線缺陷－位錯(cuò)刃型位錯(cuò)的形成過程金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁!鐵碳合金中的固溶體奧氏體γ－Fe中溶碳1148°C－2.11%727°C－0.77%強(qiáng)度硬度不高塑性優(yōu)良40％～50％易于塑性變形壓力加工時(shí)加熱形成奧氏體金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁!（3）混合物鐵碳合金中的機(jī)械混合物珠光體（P＝F+Fe3C）鐵素體＋滲碳體C＝0.77％σb＝750MPa180HBSδ＝20％～25％呈片狀金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁!2.二元合金相圖金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁!鐵碳合金相圖金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁!鐵碳合金相圖（簡(jiǎn)化）金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁!鐵碳合金相圖分析ACD：液相線AECF：固相線（ECF－共晶線）GS（A3）：奧氏體中析出鐵素體ES（Acm）：奧氏體中析出滲碳體（II）PSK（A1）：共析線PQ：鐵素體中析出滲碳體（III）查看鐵碳合金相圖查看查看查看鐵碳合金相圖查看查看查看金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁!鐵碳合金相圖（全圖4）ACD－液相線金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁!鐵素體珠光體滲碳體萊氏體鋼鐵分界線兩個(gè)單相之間是混合相金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁!鐵碳合金相圖（全圖7）ES（Acm）：奧氏體中析出二次滲碳體（II）金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁!鐵碳合金相圖（全圖9）PQ：鐵素體中析出三次滲碳體（III）金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁!鐵碳合金相圖（全圖2）珠光體外面有明顯的鐵素體相金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁!3.典型鐵碳合金組織轉(zhuǎn)變鋼：C%<2.11％C%<0.77%：亞共析鋼C%=0.77%：共析鋼C%>0.77%：過共析鋼鑄鐵：C%＝【2.11％～6.69%】C%<4.3%：亞共晶鑄鐵C%=4.3%：共晶鑄鐵C%>4.3%：過共晶鑄鐵金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第69頁!共析鋼顯微組織（珠光體）金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第70頁!亞共析鋼顯微組織（C＝0.2%）金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第71頁!過共析鋼的顯微組織金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第72頁!工業(yè)用鋼種類匯總碳素鋼碳素鋼結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼特殊性能鋼合金工具鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼刃具鋼模具鋼量具鋼不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼其它金屬材料及其熱處理共83頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第73頁!碳素結(jié)構(gòu)鋼C%<0.38%（0.25%以下常用）牌號(hào)（GB700-88）：Q215/Q235/Q255A:屈服極限215/235/255MpaA－普通；B/C/D－優(yōu)質(zhì)，含P/S較少未完全脫氧－F（沸騰鋼）完全脫氧－Z（鎮(zhèn)靜鋼）Q215-A·FQ235