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工程材料及热处理pdf

工程材料及热处理一、引言工程材料是现代工业和科技领域中不可或缺的一部分，广泛应用于建筑、机械、电子、航空航天、交通运输等领域。

热处理是工程材料加工过程中的重要环节，通过改变材料的内部结构，提高其力学性能、物理性能和化学性能。

本文将详细介绍工程材料的分类、性能与特点、热处理原理、常见热处理工艺、材料选用原则、材料检测与评估、热处理设备与工艺优化以及工程材料应用领域。

二、工程材料分类工程材料可分为金属材料和非金属材料两大类。

金属材料包括钢铁材料、有色金属材料和合金等；非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷、玻璃等。

这些材料在性能上各有特点，适用于不同的工程领域。

三、材料性能与特点1.金属材料：具有较高的强度、塑性和韧性，具有良好的导电性和导热性。

不同的金属材料在耐磨性、耐腐蚀性等方面也表现出不同的特点。

2.非金属材料：具有轻质、高强、耐腐蚀等特点，且具有良好的绝缘性能。

非金属材料在加工过程中具有较好的可塑性和可加工性。

四、热处理原理热处理是通过加热、保温和冷却等工艺手段，改变材料的内部结构，从而提高其力学性能和物理性能。

热处理过程中，材料的内部原子或离子重新排列，形成新的晶体结构，从而改变材料的性质。

五、常见热处理工艺1.退火：将材料加热到一定温度后保温一段时间，然后缓慢冷却至室温。

退火可以消除材料的内应力，改善其组织和性能。

2.淬火：将材料加热到一定温度后迅速冷却，使材料表面硬化而内部保持韧性。

淬火可以提高材料的硬度和耐磨性。

3.回火：将淬火后的材料加热到一定温度后保温一段时间，然后缓慢冷却至室温。

回火可以消除材料的内应力，改善其组织和性能。

4.表面处理：通过化学或电化学方法对材料表面进行处理，提高其耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性等性能。

六、材料选用原则1.根据工程要求选择合适的材料类型和牌号；2.考虑材料的性能参数，如强度、硬度、韧性等；3.考虑材料的耐腐蚀性、耐磨性等特殊要求；4.考虑材料的加工工艺和经济性等因素。

《工程材料与热处理》(适用中职生源)

《工程材料与热处理》课程标准课程名称：工程材料与热处理课程性质：专业基础课学分：3.5计划学时：60适用专业：机械设计与制造1.前言1.1课程性质工程材料与热处理机制专业学生必修的一门专业基础课。

是一门应用性和综合性很强的课程，使学生通过理论教学，获得常用机械工程材料、金属热加工和热处理的基本知识，为学习后续课程及形成综合职业能力打下必要的基础。

1.2设计思路本课程根据机械行业技术专业发展需要和完成职业岗位实际工作任务所需要的知识、能力、素质要求选择课程内容，从“任务与职业能力”分析出发，设定职业能力培养目标。

通过绪论\金属材料力学性能、纯金属与合金的晶体结构与结晶、铁碳合金相图、钢的热处理、常用钢材及选用、铸铁、非铁金属材料、非金属材料、铸造成型工艺、锻压成形工艺、焊接成形工艺、机械零件的毛坯成形综合选材等十三个任务的学习，让学生在了解金属材料特性，各毛培成形工艺过程的基础上，初步形成合理选择零件材料及毛坯加工成形方法的能力，培养学生解决实际问题的能力。

在课程实施过程中，充分利用课程特征，加大学生工程体验的教学设计，激发学生的主体意识和学习兴趣。

2.课程目标2.1总体目标学习并掌握常用材料特性和用途、掌握常用材料的热处理方法与作用和用途，使学生能合理选择材料和进行合理的热处理，从而培养适合专业发展需要的专门人才。

2.2具体目标2.2.1能力目标：1.具有根据零件的使用要求选择零件材料的能力；2.初步具有选择钢材热处理方法的能力；3.初步具有选择零件毛坯成形方法的能力。

2.2.2知识目标：1.以铁碳合金的成分组织温度性能为主线，了解四者的相互关系和变化规律的基础知识，初步具有根据零件的使用要求选择零件材料的能力;2.了解钢材在实际加热和冷却时内部组织的变化及其对钢材性能的影响，了解各种热处理方法的目的、工艺和应用，初步具有选择钢材热处理方法的能力；3.了解毛坯的成形方法和基本工艺过程，初步具有选择零件毛坯成形方法的能力。

工程材料及热加工工艺

材料及热加工复习资料2工程材料及热加工工艺绪论一.课程的任务及内容工艺方法工程材料———加工工艺———产品件装配试车工艺过程基本知识热加工冷加工成分.组织.性能铸.锻.焊.热（切削加工）关系.应用性质：机械类各专业必修的一门综合的技术基础课。

任务：使学生获得有关金属学.钢的热处理.常用的金属材料及加工的基础知识，培养学生合理选材.确定热处理方法及安排工件加工工艺路线的初步能力。

先修课：物理.化学.机械制图.金工实习等，与材料力学. 机械设计等关系密切。

作用：打基础为后续课为专业课为工作实践二．材料及发展趋势钢：碳钢. 合金钢. 铸钢….黑色金属金属材料铁： HT. QT. 合金铸铁… Cu及Cu合金有色金属 AI及AI合金工程材料其它：轴承…普通无机非金属材料陶瓷材料例特种非金属热塑性材工程塑料料工程塑料通用塑料热固性有机高特种塑料分子材料橡胶金属材料 + 非金属材料 = 复合材料结构材料机性. 物性. 化性工程材料（应用）功能材料特异物化性能. 超导.激光材料……三.金属材料的应用.特点.陶瓷. 高分子材料发展速度很快，但还不能全面代替传统的金属材料。

金属材料各行各业应用广泛。

原因：金属材料可满足各种各样的性能。

具体： 1. 一般均具有优良的机械性能；2. 具有优良的物理性能；3. 具有优良的工艺性能；热处理较大范围改变金属材料的性能。

四.影响金属材料性能的因素1. 化学成分决定组织. 性能2. 处理工艺内部组织变化性能与微观组织有关。

第一章金属材料的力学性能物理性能导电.热.磁.密度.熔点化学性能耐蚀.热.酸.抗氧化使用性能其它性能耐磨性.承受磨损耐久程度.综合性机械性能外力作用下表现的性能，变形.失效性能（力学性能）铸造性能流动性.收缩性.吸气性…工艺性能塑性成形性可锻性.冲压性（加工性能）焊接性热处理工艺性切削加工性根据使用性选择材料用途选材.选工艺性能是基础根据加工性选择加工方法机械性能（力学性能）是设计零件选材的依据，控制材料质量的重要参考。

工程材料及热加工—钢的热处理原理

钢的热处理原理
一、概述二、钢的热处理原理
一、概述
1、定义：将钢在固态下通过不同的加热、保温、冷却来改变金属整体或表层的组织，从而改善和提高其性能的一种热加工工艺。工艺曲线：
2、目的： • 充分发挥材料的性能潜力。 • 调整材料的工艺性能和使用性能。
3、分类： • 普通热处理：整体穿透加热 • 表面热处理：表层的成分、组织、性能 • 特殊热处理：形变热处理、真空热处理
⑶ 马氏体型转变 • 定义：是指钢从奥氏体状态快速冷却(即淬火)而发生的无扩散型相变，转变产物称为马氏体，马氏体是碳溶于α-Fe中的过饱和间隙式固溶体，记为M。 • 转变特点：⑴无扩散性： ⑵降温转变: 过冷奥氏体向马氏体转变的开始温度用Ms 表示。而马氏体转变的终了温度用Mf表示。马氏体转变量是在Ms~Mf 温度范围内，通过不断降温来增加的。由于多数钢的Mf在室温以下，因此钢快冷到室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之为残余奥氏体，记为Ar。 • 组织形态：钢中马氏体的形态很多，其中板条马氏体和片状马氏体最为常见。 ⑴板条马氏体: 低碳钢＜0.2﹪中的马氏体组织是由许多成群的、相互平行排列的板条所组成，故称为板条马氏体。板条马氏体的亚结构主要为高密度的位错，故又称为位错马氏体。
二、钢的热处理原理
1、钢的临界温度铁碳合金相图中组织转变的临界温度A1、A3、Acm 是在极其缓慢的加热和冷却条件下测定的。而在热处理中，加热和冷却并不是极其缓慢的，和相图的临界温度相比发生一定的滞后现象，也就是通常所说的需要有一定的过热和过冷，组织转变才能充分进行。与相图上A1、A3、Acm 相对应，通常把实际加热时的临界温度用Ac1、Ac3、 Accm 表示，把实际冷却时的临界温度用Ar1、Ar3、Arcm 表示。

(建筑工程管理)工程材料及热处理

（建筑工程管理）工程材料及热处理工程材料及热处理授课教师：李静珠光体的组织形态五个单相区：ABCD以上-液相区（L）；AHNA-δ固溶体区（δ）；NJESGN-奥氏体区（A）；GPQ以上-铁素体区（F）；DFKL-渗碳体区（Fe-Fe3C）七个两相区（两相邻的单相区之间）：L+δ，L+A，L+Fe3C，δ+A，F+A，A+Fe3C，F+Fe3C包晶反应：HJB水平线L B＋δH（1495°）A J包晶反应仅可能在含碳量0.09～0.53％的铁碳合金中，其结果生成生成奥氏体共晶反应：ECF水平线Ae＋Fe3C（1148°）Lc共晶反应可在含碳量2.11～6.69％的铁碳合金中，形成奥氏体与渗碳体的共晶混合物，称为莱氏体，C点为共晶点，含碳量为4.3％,温度1148度•GS线－不同含碳量的合金，有奥氏体开始析出铁素体（冷去时）或铁素体全部溶于奥氏体（加热时）的转变线，常用A3表示•ES线－碳在奥氏体中的固溶体。

常用Acm表示，含碳量大于0.77％的铁碳合金，自1148°冷至727°从奥氏体析出渗碳体，称二次渗碳体•PQ线－碳在铁素体中的固溶线，铁碳合金由727°冷却至室温时，将从铁素体析出渗碳体，称为三次渗碳体材料的性能可以通过下面方法得以改善1.在钢铁的冶炼过程中，加入所需的合金元素；2.对材料进行后续处理——热处理热处理：对金属材料在不同的固态温度范围内进行加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺。

第一节钢在加热时的组织转变一、加热温度的确定亚共析钢:Ac3+(20~40℃)共析钢:Ac1+(20~40℃)过共析钢:Accm+(20~40℃)二、奥氏体的形成——以共析钢为例F(0.0218)+Fe3C（6.69）——A（0.77）奥氏体化过程:a)奥氏体晶核的形成b)奥氏体晶核的长大c)残余Fe3C的溶解d)奥氏体成分均匀化影响奥氏体形成速度的因素a.加热温度和加热速度b.原始组织(含碳量)c.合金元素影响奥氏体晶粒大小的因素a.加热温度和保温时间。

工程材料及热处理

工程材料及热处理工程材料是指在工程设计和制造中所使用的材料，其性能和特性直接影响着工程产品的质量和使用寿命。

而热处理则是指通过加热、保温和冷却等工艺，改变材料的组织结构和性能，以达到提高材料硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性的目的。

本文将对工程材料及其热处理进行介绍和分析。

首先，工程材料包括金属材料、非金属材料和复合材料。

金属材料是工程中使用最广泛的材料，包括钢、铝、铜、镍等，具有优良的导热性、导电性和机械性能，常用于制造结构件、零部件和工具。

非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等，具有轻质、绝缘、耐腐蚀等特点，常用于制造绝缘材料、密封件和化工设备。

复合材料是由两种或两种以上的材料组成，具有综合性能优异的特点，如碳纤维复合材料、玻璃钢复合材料等，广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。

其次，热处理是对金属材料进行加热、保温和冷却等工艺处理，以改变其组织结构和性能。

常见的热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火等。

退火是将金属材料加热至一定温度，然后缓慢冷却，以减少内部应力、改善塑性和韧性。

正火是将金属材料加热至一定温度，然后在油或水中急冷，以提高硬度和强度。

淬火是将金属材料加热至一定温度，然后在油或水中急冷，使其获得高硬度和强度。

回火是将经过淬火处理的金属材料加热至一定温度，然后冷却，以降低脆性和提高韧性。

最后，工程材料的选择和热处理工艺的应用是工程设计和制造中至关重要的环节。

在选择工程材料时，需要考虑其力学性能、耐磨性、耐腐蚀性、导热性、导电性等因素，以满足工程产品的使用要求。

在应用热处理工艺时，需要根据材料的种类和要求，选择合适的加热温度、保温时间和冷却方法，以获得理想的组织结构和性能。

同时，还需要注意控制热处理过程中的各项参数，以确保产品质量和稳定性。

综上所述，工程材料及热处理是工程设计和制造中不可或缺的重要内容，对工程产品的质量和性能有着直接的影响。

因此，工程技术人员需要对工程材料的性能和特性有深入的了解，熟悉各种热处理工艺和方法，以保证工程产品的质量和可靠性。

工程材料与热处理课程教学大纲

《工程材料与热处理》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：050157课程名称：工程材料与热处理英文名称：Mechanical Engineering Material and Heat Treatment课程类别：专业基础课学时：54学分：3.0适用对象:机械电子工程专业（本科）考核方式：考试（平时成绩（包括作业完成情况，上课出勤率，上课提问）占总成绩的30%）先修课程：《高等数学》，《大学物理》，《化学》，《金工实习》二、课程简介工程材料与热处理是机械类、材料类及其他近机类各专业学生必修的一门综合性的专业基础课，是研究工程材料及加工方法的一门学科。

主要内容包括：机械工程材料与热处理、铸造、塑性成型和焊接四大部分的基础知识，涉及工程材料及其材料加工工艺的各个方面。

通过本课程的学习，可以后为续课程的学习及毕业后从事相关工作打下坚实的基础。

The mechanical engineering material and heat treatment is mostly all-around course of enginery profession, material profession et cetera near enginery profession. Its mostly content includes the mechanical engineering material and heat treatment, casting, plasticity shaping and welding. Dealing with engineering materials and its processing technical. By learning the course, it can enhance student’s adaptability to the course on and after and mechanical skill work of finish school.三、课程性质与教学目的课程的性质：金属工艺学是一门研究金属加工方法的一门科学，是高等工科院校机械类各专业必修的技术基础课。

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工程材料及热处理一、名词解释（20分）8个名词解释1.过冷度：金属实际结晶温度T和理论结晶温度、Tm之差称为过冷度△T，△T=Tm-T。

2.固溶体:溶质原子溶入金属溶剂中形成的合金相称为固溶体.3.固溶强化：固溶体的强度、硬度随溶质原子浓度升高而明显增加，而塑、韧性稍有下降，这种现象称为固溶强化。

4.匀晶转变：从液相中结晶出单相的固溶体的结晶过程称匀晶转变。

5.共晶转变:从一个液相中同时结晶出两种不同的固相6.包晶转变：由一种液相和固相相互作用生成另一种固相的转变过程，称为包晶转变。

7.高温铁素体：碳溶于δ-Fe的间隙固溶体，体心立方晶格,用符号δ表示.铁素体:碳溶于α－Fe的间隙固溶体，体心立方晶格,用符号α或F表示。

奥氏体:碳溶于γ—Fe的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或F表示。

8.热脆（红脆）：含有硫化物共晶的钢材进行热压力加工，分布在晶界处的共晶体处于熔融状态，一经轧制或锻打,钢材就会沿晶界开裂。

这种现象称为钢的热脆。

冷脆：较高的含磷量，使钢显著提高强度、硬度的同时，剧烈地降低钢的塑、韧性并且还提高了钢的脆性转化温度，使得低温工作的零件冲击韧性很低，脆性很大,这种现象称为冷脆.氢脆：氢在钢中含量尽管很少，但溶解于固态钢中时,剧烈地降低钢的塑韧性增大钢的脆性，这种现象称为氢脆.9.再结晶：将变形金属继续加热到足够高的温度，就会在金属中发生新晶粒的形核和长大，最终无应变的新等轴晶粒全部取代了旧的变形晶粒，这个过程就称为再结晶。

10.马氏体:马氏体转变是指钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而产生的无扩散型的相变，转变产物称为马氏体。

含碳量低于0.2%，板条状马氏体；含碳量高于1。

0%，针片状马氏体;含碳量介于0。

2%-1。

0%之间，马氏体为板条状和针片状的混合组织。

11.退火：钢加热到适当的温度，经过一定时间保温后缓慢冷却，以达到改善组织提高加工性能的一种热处理工艺。

12.正火：将钢加热到3c A或ccmA以上30-50℃，保温一定时间，然后在空气中冷却以获得珠光体类组织的一种热处理工艺。

工程材料热处理

1、热处理的定义：主要有三点要注意，一是热处理是在固态范围内进行的，二是有三个过程（加热、保温和冷却），三是热处理是通过改变钢的组织结构来改善其性能的；2、热处理的实质3、热处理的目的：不改变材料的形状的尺寸，改善其性能，包括使用性能和工艺性能，可以充分发挥材料的潜力，提高零件的内在质量；4、热处理的应用：十分广泛；5、热处理的分类：普通热处理，表面热处理，化学热处理6、热处理的三要素：加热温度、保温时间、冷却速度；第一节钢在加热时的转变目的是使原始组织转变为奥氏体，所以也称奥氏体化过程。

然后以奥氏体为母相进行转变。

一、钢的奥氏体化过程2、要使原始组织变为奥氏体，应将钢加热到A1（727℃）温度以上；具体的，亚共析钢应加热到Ac3线以上；共析钢加热到Ac1线以上；过共析钢如果进行完全奥氏体化应加热到Accm线以上。

3、转变过程：1）奥氏体的形核和长大；2）残余渗碳体的溶解；3）奥氏体成分的均匀化；二、奥氏体晶粒度及其控制1、奥氏体晶粒大小对热处理的影响细小的组织力学性能高（塑性变形和再结晶一章中已学过）；另外，如果奥氏体的晶粒细小，那么由其转变的产物也就细小；否则转变产物就比较粗大，或出现缺陷组织，还容易引起变形和开裂，所以要对奥氏体的晶粒大小进行控制。

2、奥氏体晶粒大小的表示方法1）用晶粒的直径d表示；2）用单位面积内的晶粒数目n表示；3、奥氏体晶粒度的控制1）正确制订和执行加热规范；2）选用长大倾向小的钢种，如用Al脱氧的钢，以及含Nb、TI、V等元素的钢；第二节钢在冷却时的转变冷却是热处理的最后一个工序，也是最关键的工序，它决定了钢热处理后的组织和性能。

同一种钢，加热温度和保温时间相同，冷却方法不同，热处理后的性能截然不同。

这是因为过冷奥氏体在冷却过程中转变成了不同的产物。

那么奥氏体在冷却时转变成什么产物？有什么规律呢？这就是本次课的主要内容。

碳钢热处理时的冷却速度一般较大，大多都偏离了平衡状态（除退火外），所以热处理后的组织为非平衡组织。

工程材料及热处理

工程材料及热处理工程材料及热处理是现代工程领域中极其重要的一部分。

随着工程发展的日益迅速，对材料的要求也日益提高。

在此背景下，工程材料及热处理的研究变得尤为关键。

本篇文档将探讨工程材料及热处理的定义、分类、特性、热处理方法以及其在实际应用中的重要性和限制。

1. 工程材料的定义与分类工程材料是指设计、制造和使用机器、结构、设备和其他物品所必需的材料。

包括金属、塑料、丝绸、琉璃、橡胶、陶瓷等一系列材料。

而从材料的特性来看，工程材料基本上可归为六大类：① 金属材料：如钢、铁、铝、铜等;② 非金属无机材料：如玻璃、陶瓷、水泥等;③ 硅酸盐纤维及纺织品：如玻璃纤维、石棉、铬绿石等;④ 聚合物材料：如塑料、橡胶、纤维素等;⑤ 复合材料：如碳纤维复合材料、铝基复合材料、玻璃钢等;⑥ 其他材料：如木材、纸张等。

2. 工程材料特性工程材料的特性包括机械特性、物理特性、化学特性、热特性、电特性及防腐蚀特性等。

其中，机械特性是指材料的强度、韧性、硬度、弹性模量、屈服点等方面的特性。

而物理特性则是指材料的密度、热膨胀系数、热导率、热容等方面的特性。

化学特性是指材料的化学成分组成、耐腐蚀性、易溶性等方面的特性。

热特性是指材料的热膨胀系数、热导率、热容等方面的特性。

电特性则是指材料的电阻率、导电率等方面的特性。

防腐蚀特性是材料的长期使用时所表现出的耐腐蚀性能。

3. 热处理方法热处理是通过控制工程材料的加热、冷却、温度保持等过程来改善或调整其力学性能和硬度等特性的方法。

常见的热处理方法包括：① 硬化：将工程材料加热到高温，再通过淬火、油淬、水淬等方式进行快速冷却，使工程材料获得更高的硬度和强度；② 回火：对硬化处理过的工程材料进行低温加热处理，通过缓慢冷却来降低材料的硬度，增加其韧性；③ 退火：将工程材料加热至一定温度并保持一定时间，然后缓慢冷却，从而降低材料的硬度和强度，并达到改善材料塑性和加工性能的目的；④ 淬火：将工程材料加热至一定温度，并在保持一定时间后迅速冷却，以增加材料的硬度和强度；⑤ 等温淬火：将工程材料加热到一定温度，然后在该温度下保持一定时间，再通过快速冷却获得更为均匀的组织结构和高强度。

工程材料及热处理超牛课件

工程材料及热处理材料是一切事物的物质基础，一种新技术的实现，往往需要新材料的支持。

为了正确、合理的选择和使用材料，充分发挥其作用，必须掌握工程材料的基本知识。

本章中将重点介绍金属材料的性能、分类、应用以及材料的热处理工艺。

1.1材料的性能1.1.1 材料性能概述工程材料的性能可分为使用性能和工艺性能两个方面。

1.使用性能在正常工作条件下，材料应具备的性能。

包括力学性能（机械性能）、物理性能（比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）和化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性）等。

2.工艺性能材料在加工制造中表现出的制造难易程度，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等。

在机械行业中选取材料时，一般将材料的力学性能作为主要依据。

1.1.2材料的力学性能材料的力学性能是指金属材料在外力（载荷）作用下所表现出来的特性，主要包括：弹性、刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。

1. 强度材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。

材料的强度可以由拉伸试验测定，图1-1所示为低碳钢拉伸应力σ—应变ε曲线。

图1-1 低碳钢拉伸应力σ—应变ε曲线工程中常用的强度指标有以下几个：（1）弹性极限σe：材料保持弹性变形，不产生永久变形的最大应力。

（2）屈服极限σs：材料开始发生明显塑性变形时的应力。

大部分材料没有明显的屈服现象，则用条件屈服强度σ0.2来表示，即产生0.2%残余伸长率时的应力。

（3）抗拉强度σb：材料断裂前所能承受的最大应力，即材料的强度极限。

2. 塑性材料在外力作用下产生永久变形的能力称为塑性。

主要指标是断后伸长率δ和断面收缩率ψ。

δ和ψ越大，材料的塑性越好，工程上一般讲δ>5%的材料称为塑性材料。

（1）伸长率δ：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。

（2）断面收缩率ψ：材料在拉伸断裂后，缩颈断口处横截面积与原横截面积的百分比。

3.硬度材料在外力作用下抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度，它是恒量材料软硬程度的性能指标。