先進(jìn)材料成形技術(shù)及理論

先進(jìn)材料成形技術(shù)及理論課程簡(jiǎn)介一、課程性質(zhì)：專業(yè)和專業(yè)前沿二、主要內(nèi)容：

金屬材料及熱處理；鑄造成型技術(shù)；壓力加工成型技術(shù)；焊接成型技術(shù)；粉末冶金及其成型；高分子材料及其成型；工業(yè)陶瓷及其成型；復(fù)合材料及其成型；快速成型技術(shù)簡(jiǎn)介；成型材料與方法選擇課程簡(jiǎn)介三、教材1、指定用書[1]材料成型工藝基礎(chǔ)，劉建華，西安電子科技大學(xué)出版社，2007.2、參考書[1]材料成形技術(shù)，毛萍莉，機(jī)械工業(yè)出版社，2007[2]金屬材料成形與加工，毛衛(wèi)民，清華大學(xué)出版社，[3]先進(jìn)材料成形技術(shù)及理論，樊自田，化學(xué)工業(yè)出版社，2006四、考核方式重要的線：固相線;液相線;包晶反應(yīng)線;共晶反應(yīng)線;共析反應(yīng)線（A1）;A3;Acm相：L:液相;δ:高溫鐵素體;α(F):鐵素體;γ(A):奧氏體;Fe3C:滲碳體包晶點(diǎn)J：共晶點(diǎn)C：(Le)共析點(diǎn)S：(P)組元：Fe，F(xiàn)e3C1.3鐵碳平衡相圖1.3鐵碳相圖鐵碳平衡相圖工業(yè)純鐵的平衡結(jié)晶過(guò)程組織組成物：F，（Fe3C）工業(yè)純鐵的室溫平衡結(jié)晶組織共析鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程組織組成物：P組成相：F，F(xiàn)e3C3鋼的熱處理工藝-表面熱處理轉(zhuǎn)變量只取決于轉(zhuǎn)變溫度，而與保溫時(shí)間無(wú)關(guān)[2]金屬材料成形與加工，毛衛(wèi)民，清華大學(xué)出版社，層片狀P：窄條Fe3C，寬條F組織組成物：F，（Fe3C）[1]材料成形技術(shù)，毛萍莉，機(jī)械工業(yè)出版社，2007消除淬火應(yīng)力，降低脆性層片狀P：窄條Fe3C，寬條F共晶白口鑄鐵的平衡結(jié)晶過(guò)程共析點(diǎn)S：(P)3鋼的熱處理工藝-普通熱處理轉(zhuǎn)變量只取決于轉(zhuǎn)變溫度，而與保溫時(shí)間無(wú)關(guān)共晶白口鑄鐵的室溫平衡結(jié)晶組織共析反應(yīng)線（A1）;亞共晶白口鑄鐵的平衡結(jié)晶過(guò)程共晶白口鑄鐵的平衡結(jié)晶過(guò)程轉(zhuǎn)變量只取決于轉(zhuǎn)變溫度，而與保溫時(shí)間無(wú)關(guān)[3]先進(jìn)材料成形技術(shù)及理論，樊自田，化學(xué)工業(yè)出版社，2006AC3以上20～30℃，保溫，爐冷共晶白口鑄鐵的室溫平衡結(jié)晶組織過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(TTT曲線、C曲線）過(guò)共晶白口鑄鐵的室溫平衡結(jié)晶組織共晶點(diǎn)C：(Le)網(wǎng)狀Fe3C分布在層片狀P周圍金屬材料及熱處理；共析鋼、過(guò)共析鋼：AC1以上30～50℃；2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變快速成型技術(shù)簡(jiǎn)介；3鋼的熱處理工藝-表面熱處理組織組成物：F，（Fe3C）共析鋼的室溫平衡結(jié)晶組織層片狀P：窄條Fe3C，寬條F亞共析鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程組織組成物：F，P組成相：F，F(xiàn)e3C亞共析鋼的室溫平衡結(jié)晶組織白色塊狀的F，層片狀的P（黑色塊狀）；白色網(wǎng)狀F包圍P過(guò)共析鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程組織組成物：Fe3C，P組成相：F，F(xiàn)e3C網(wǎng)狀Fe3C分布在層片狀P周圍過(guò)共析鋼的室溫平衡結(jié)晶組織共晶白口鑄鐵的平衡結(jié)晶過(guò)程組織組成物：Le’（P+Fe3C＋Fe3CⅡ）共晶白口鑄鐵的室溫平衡結(jié)晶組織白色的Fe3C基體上分布著黑色條狀或粒狀的P[3]先進(jìn)材料成形技術(shù)及理論，樊自田，化學(xué)工業(yè)出版社，2006AC3以上，保溫，急冷至珠光體區(qū)，亞共析鋼的室溫平衡結(jié)晶組織改善馬氏體形態(tài)，降低脆性；（3）改善切削加工性能（低碳鋼）3鋼的熱處理工藝-普通熱處理層片狀P：窄條Fe3C，寬條F共晶反應(yīng)線;3鋼的熱處理工藝-普通熱處理3鋼的熱處理工藝-普通熱處理3鋼的熱處理工藝-普通熱處理（1）珠光體轉(zhuǎn)變－－高溫轉(zhuǎn)變

A1～550℃

擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變

層片狀（P，S，T）

片間距越小，綜合性能越好

（2）貝氏體轉(zhuǎn)變－－中溫轉(zhuǎn)變

550℃～Ms；作用：優(yōu)良的綜合機(jī)械性能2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變組織組成物：P+Fe3CⅡ+Le’（P+Fe3C＋Fe3CⅡ）加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一定時(shí)間后，隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝（3）改善切削加工性能（低碳鋼）[2]金屬材料成形與加工，毛衛(wèi)民，清華大學(xué)出版社，3鋼的熱處理工藝-表面熱處理細(xì)化晶粒、均勻組織、降低硬度、改善切削加工性能共析鋼、過(guò)共析鋼、合金工具鋼AC3以上，保溫，急冷至珠光體區(qū)，白色的Fe3C基體上分布著黑色條狀或粒狀的P[1]材料成型工藝基礎(chǔ)，劉建華，西安電子科技大學(xué)出版社，2007.共析鋼、過(guò)共析鋼：AC1以上30～50℃；Fe3C:滲碳體層片狀P：窄條Fe3C，寬條F[3]先進(jìn)材料成形技術(shù)及理論，樊自田，化學(xué)工業(yè)出版社，20063鋼的熱處理工藝-普通熱處理先進(jìn)材料成形技術(shù)及理論亞共晶白口鑄鐵的平衡結(jié)晶過(guò)程組織組成物：P+Fe3CⅡ+Le’（P+Fe3C＋Fe3CⅡ）亞共晶白口鑄鐵的室溫平衡結(jié)晶組織Fe3CⅡ分布在粗大塊狀的P的周圍；Fe3C基體上分布著條狀或粒狀的P過(guò)共晶白口鑄鐵的平衡結(jié)晶過(guò)程組織組成物：Fe3CⅠ+Le’（P+Fe3C＋Fe3CⅡ）過(guò)共晶白口鑄鐵的室溫平衡結(jié)晶組織長(zhǎng)條狀Fe3CⅠ分布在Le’上1.4金屬材料熱處理定義：將金屬或合金在固態(tài)范圍內(nèi)采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫盒冷卻，以改變其組織，從而獲得所需要性能的一種工藝方法。1.4.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變奧氏體形核奧氏體長(zhǎng)大剩余滲碳體的溶解奧氏體成分均勻化1.4.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變溫度時(shí)間加熱保溫臨界點(diǎn)實(shí)線：連續(xù)冷卻虛線：等溫冷卻1.4.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1、等溫冷卻過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(TTT曲線、C曲線）孕育期：鼻子處最短共析鋼的過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線1.4.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變（1）珠光體轉(zhuǎn)變－－高溫轉(zhuǎn)變

A1～550℃

擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變

層片狀（P，S，T）

片間距越小，綜合性能越好

（2）貝氏體轉(zhuǎn)變－－中溫轉(zhuǎn)變

550℃～Ms；半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，上貝氏體（上B）：羽毛狀；性能差；

550～350℃；下貝氏體（下B)：350℃~MS；黑色針狀；綜合性能好1.4.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變（3）馬氏體轉(zhuǎn)變－－低溫轉(zhuǎn)變Ms-Mf無(wú)擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變；晶格重組；C過(guò)飽和，晶格畸變，固溶強(qiáng)化無(wú)孕育期在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。轉(zhuǎn)變量只取決于轉(zhuǎn)變溫度，而與保溫時(shí)間無(wú)關(guān)殘留奧氏體；與含碳量有關(guān)體積膨脹，內(nèi)應(yīng)力1.4.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變亞共析鋼、過(guò)共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線1.4.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變2、連續(xù)冷卻（1）共析鋼的連續(xù)冷卻CCT曲線臨界冷卻速度無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變亞共析鋼、過(guò)共析鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變1.4.3鋼的熱處理工藝熱處理普通熱處理退火正火淬火回火表面熱處理表面淬火化學(xué)熱處理火焰加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火滲碳滲氮碳氮共滲滲金屬等1.4.3鋼的熱處理工藝-普通熱處理1.退火

加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一定時(shí)間后，隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝AC3以上20～30℃，保溫，爐冷細(xì)化晶粒、均勻組織、降低硬度、改善切削加工性能亞共析鋼（1）完全退火（2）等溫退火AC3以上，保溫，急冷至珠光體區(qū)，等溫轉(zhuǎn)變，緩冷1.4.3鋼的熱處理工藝-普通熱處理（3）球化退火使碳化物球化，獲得粒狀珠光體加熱略高于AC1，保溫較長(zhǎng)時(shí)間，爐冷至600度后空冷共析鋼、過(guò)共析鋼、合金工具鋼降低硬度、改善切削加工性能，為淬火作準(zhǔn)備（4）擴(kuò)散退火熔點(diǎn)以下100～200℃，保溫10－15h，緩冷均勻組織完全退火代替（5）去應(yīng)力退火低于AC1（500～650℃），保溫（與工件的截面尺寸有關(guān)），爐冷消除殘余應(yīng)力1.4.3鋼的熱處理工藝-普通熱處理1.4.3鋼的熱處理工藝-普通熱處理2.正火AC3和ACcm以上30～50℃，保溫，空冷亞共析鋼：F+S；共析鋼：S；過(guò)共析鋼S＋Fe3C用途：（1）最終熱處理：細(xì)化晶粒、均勻組織，提高強(qiáng)度、硬度和韌性（2）預(yù)先熱處理（3）改善切削加工性能（低碳鋼）1.4.3鋼的熱處理工藝-普通熱處理3.淬火：加熱、保溫、急冷淬火溫度：亞共析鋼：AC3以上30～50℃；提高硬度共析鋼、過(guò)共析鋼：AC1以上30～50℃

；提高硬度和強(qiáng)度；改善馬氏體形態(tài)，降低脆性；減少殘余奧氏體1.4.3鋼的熱處理工藝-普通熱處理4.回火將鋼加熱到AC1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，冷卻到室溫目的a.消除淬火應(yīng)力，降低脆性b.穩(wěn)定工件尺寸（M、殘余A不穩(wěn)定）c.獲得要求的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性1.4.3鋼的熱處理工藝-普通熱處理（1）低溫回火溫度：150-250℃組織：回火M＋殘余奧氏體作用：（a）降低應(yīng)力、提高韌性（b）保持高硬度、耐磨性用途：刀具、模具、滾動(dòng)軸承、滲碳件、表面淬火件

1.4.3鋼的熱處理工藝-普通熱處理（2）中溫回火溫度：350-500℃組織：回火T作用：（a）較高的強(qiáng)度、硬度，良好的塑性和韌性（b）高的彈性極限用途：彈簧、熱鍛模具（3）高溫回火溫度：500-650℃組織：回火S作用：優(yōu)良的綜合機(jī)械性