工程材料及热处理ppt课件
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钢的热处理及表面处理技术
转变特点 马氏体的组织类型 马氏体性能
• M体转变特点：
• ①无扩散型转变 • ②降温形成:连续冷却完成 • ③瞬时性 • ④转变的不完全性
Fe-1.8CF，e-1冷.8至C，-10冷0℃至-60℃
M形成时体积↑，造成很大 内应力。
• 冷处理：P42
1)无扩散 Fe 和 C 原子都不进展扩散，M是C过饱 和的体心立方的F体，固溶强化显著。
↓ • 总结：A体晶粒越粗大，那么晶界越少，
形核几率越小，那么A体越稳定，C曲线 右移。淬透性越好
• 三、钢的淬透性
• 〔三〕淬透性的测 定
四、钢的回火〔P127〕
1．概念(Conception)
将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度， 保温后冷却下来的一种热处理工艺。
2.目的(purpose) 〔1〕稳定工件组织、性能和尺寸 〔2〕减小或消除剩余应力，防止工件的 变形和开裂 〔3〕降低工件的强度、硬度，提高其塑 性和韧性，以满足不同工件的性能要求
C %↑→ M 硬度↑， 片状M 硬度高，塑韧性差。板条M 强度高，塑韧性较好
二、共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变
共
析
碳
钢
连
续
冷
却
水淬
无
M+AR
B
体
转变终止线
P 退火
T
S 正火
T+ 油淬 M
亚共析钢连续冷却转变 过共析钢连续冷却转变
炉冷→ F + P 空冷→ F(少量) + S 油冷→ T + M+AR 水冷→ M +AR
(三〕淬透性的测定
〔一〕钢的淬透性与淬硬性的概念
• 淬透性：钢在淬火时能够获得M体的能力，它是 钢材本身固有的属性，主要取决于M体的临界冷 却速度
• M体转变特点：
• ①无扩散型转变 • ②降温形成:连续冷却完成 • ③瞬时性 • ④转变的不完全性
Fe-1.8CF，e-1冷.8至C，-10冷0℃至-60℃
M形成时体积↑，造成很大 内应力。
• 冷处理：P42
1)无扩散 Fe 和 C 原子都不进展扩散，M是C过饱 和的体心立方的F体，固溶强化显著。
↓ • 总结：A体晶粒越粗大，那么晶界越少，
形核几率越小，那么A体越稳定，C曲线 右移。淬透性越好
• 三、钢的淬透性
• 〔三〕淬透性的测 定
四、钢的回火〔P127〕
1．概念(Conception)
将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度， 保温后冷却下来的一种热处理工艺。
2.目的(purpose) 〔1〕稳定工件组织、性能和尺寸 〔2〕减小或消除剩余应力，防止工件的 变形和开裂 〔3〕降低工件的强度、硬度，提高其塑 性和韧性，以满足不同工件的性能要求
C %↑→ M 硬度↑， 片状M 硬度高，塑韧性差。板条M 强度高，塑韧性较好
二、共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变
共
析
碳
钢
连
续
冷
却
水淬
无
M+AR
B
体
转变终止线
P 退火
T
S 正火
T+ 油淬 M
亚共析钢连续冷却转变 过共析钢连续冷却转变
炉冷→ F + P 空冷→ F(少量) + S 油冷→ T + M+AR 水冷→ M +AR
(三〕淬透性的测定
〔一〕钢的淬透性与淬硬性的概念
• 淬透性：钢在淬火时能够获得M体的能力，它是 钢材本身固有的属性，主要取决于M体的临界冷 却速度
金属材料及热处理基础知识.ppt
硬质合金 HBW 450- 600 用于测量淬火钢
2 .洛氏硬度
以顶角为120度的金刚石圆锥体或直径1．588mm的淬火 钢球作为压头，以一定的压力使其压入材料表面，测量压痕 深度来确定其硬度，即为洛氏硬度。被测材料硬度，可直接 在硬度计刻盘读出。
洛氏硬度常用的有三种，分别以HRA、HRB、HRC来表示。 洛氏硬度符号、试验条件和应用表
下贝氏体：无方向性的针状铁素体上弥散分布着细小颗粒的 渗碳体
7、魏氏组织
魏氏组织是在比较大的过冷度下形成的。奥氏体过冷到这 一温度区内，便会形成魏氏组织。魏氏组织铁索体是以切变机 理形成的其生长往往都是由晶界网状铁索体分枝，许多铁赢体 片平行地向晶粒内部长大。铁素体片之间的奥氏体随后变成珠 光体。魏氏组织会降低钢的塑性和韧性，尤其是冲击韧性。
3．维氏硬度 测定维氏硬度的原理基本上和布氏硬度相同，区别在于压头
采用锥面夹角为136度的金刚石正四棱锥体，压痕是四方锥形。 维氏硬度值用HV表示。
压痕面
4. 里氏硬度
原理：当材料被一个冲击体撞击时，较硬材料使冲击体产生 的反弹速度大于较软者。
5. 硬度与强度值的对应关系 由于硬度值综合反映了材料在局部范围内对塑性变形等 的抵抗能力，故它与强度值也有一定关系。 工程上：
冷却速度对晶粒大小的影响
快速冷却，形核点多，晶粒细小 冷却速度慢，均匀长大，晶粒粗大
1.2.2 铁碳合金的基本组织 铁 碳含量>2%--弱而脆
铁碳合金
铁素体—碳熔于α铁或δ铁中的固溶体 F
钢 奥氏体—碳熔于γ铁中的固溶体 A 强而韧 碳含量 0.02%-2%
渗碳体—铁碳金属化合物含碳6.67% Fe3C
许用应力 o
n
安全系数
2 .洛氏硬度
以顶角为120度的金刚石圆锥体或直径1．588mm的淬火 钢球作为压头，以一定的压力使其压入材料表面，测量压痕 深度来确定其硬度，即为洛氏硬度。被测材料硬度，可直接 在硬度计刻盘读出。
洛氏硬度常用的有三种，分别以HRA、HRB、HRC来表示。 洛氏硬度符号、试验条件和应用表
下贝氏体：无方向性的针状铁素体上弥散分布着细小颗粒的 渗碳体
7、魏氏组织
魏氏组织是在比较大的过冷度下形成的。奥氏体过冷到这 一温度区内，便会形成魏氏组织。魏氏组织铁索体是以切变机 理形成的其生长往往都是由晶界网状铁索体分枝，许多铁赢体 片平行地向晶粒内部长大。铁素体片之间的奥氏体随后变成珠 光体。魏氏组织会降低钢的塑性和韧性，尤其是冲击韧性。
3．维氏硬度 测定维氏硬度的原理基本上和布氏硬度相同，区别在于压头
采用锥面夹角为136度的金刚石正四棱锥体，压痕是四方锥形。 维氏硬度值用HV表示。
压痕面
4. 里氏硬度
原理：当材料被一个冲击体撞击时，较硬材料使冲击体产生 的反弹速度大于较软者。
5. 硬度与强度值的对应关系 由于硬度值综合反映了材料在局部范围内对塑性变形等 的抵抗能力，故它与强度值也有一定关系。 工程上：
冷却速度对晶粒大小的影响
快速冷却，形核点多，晶粒细小 冷却速度慢，均匀长大，晶粒粗大
1.2.2 铁碳合金的基本组织 铁 碳含量>2%--弱而脆
铁碳合金
铁素体—碳熔于α铁或δ铁中的固溶体 F
钢 奥氏体—碳熔于γ铁中的固溶体 A 强而韧 碳含量 0.02%-2%
渗碳体—铁碳金属化合物含碳6.67% Fe3C
许用应力 o
n
安全系数
工程材料及热处理
工程材料及热处理
目 录
• 工程材料概述 • 金属材料 • 非金属材料 • 材料的选择与加工工艺 • 材料性能的检测与评价
工程材料概述
01
定义与分类
定义
工程材料是指在工业生产和工程建设 中使用的各种金属、非金属和复合材 料。
分类
根据材料的组成、结构和性能特点， 工程材料可分为金属材料、非金属材 料和复合材料等。
材料的物理与机械性能
物理性能
包括密度、热膨胀系数、热导率、电导 率等，这些性能决定了材料在不同环境 下的表现。
VS
机械性能
包括硬度、强度、韧性、耐磨性等，这些 性能决定了材料在受力或受冲击时的表现 。
材料的应用领域
航空航天
需要高强度、轻质、耐 高温的材料，如钛合金
和铝合金。
汽车制造
需要高强度、耐腐蚀、 轻质的材料，如高强度
国家标准
行业标准
根据国家制定的相关标准，对材料的性能 进行评估和比较。
根据行业制定的相关标准，对材料的性能 进行评估和比较。
企业标准
客户要求
根据企业制定的相关标准，对材料的性能 进行评估和比较。
根据客户提出的具体要求，对材料的性能 进行评估和比较。
材料性能的优化与改进
材料成分优化
通过调整材料的化学成分，改善其性能， 如提高强度、韧性、耐腐蚀性等。
钢和铝合金。
建筑领域
需要耐久性、防火性能 好的材料，如混凝土和
钢材。
电子产品
需要导电、导热性能好 的材料，如铜和铝。
金属材料
02
钢铁材料
碳钢
碳钢是一种以铁为主要元素，碳 含量一般在2.0%以下的铁碳合金。
根据碳含量的不同，碳钢的性能 和用途也有所不同。
目 录
• 工程材料概述 • 金属材料 • 非金属材料 • 材料的选择与加工工艺 • 材料性能的检测与评价
工程材料概述
01
定义与分类
定义
工程材料是指在工业生产和工程建设 中使用的各种金属、非金属和复合材 料。
分类
根据材料的组成、结构和性能特点， 工程材料可分为金属材料、非金属材 料和复合材料等。
材料的物理与机械性能
物理性能
包括密度、热膨胀系数、热导率、电导 率等，这些性能决定了材料在不同环境 下的表现。
VS
机械性能
包括硬度、强度、韧性、耐磨性等，这些 性能决定了材料在受力或受冲击时的表现 。
材料的应用领域
航空航天
需要高强度、轻质、耐 高温的材料，如钛合金
和铝合金。
汽车制造
需要高强度、耐腐蚀、 轻质的材料，如高强度
国家标准
行业标准
根据国家制定的相关标准，对材料的性能 进行评估和比较。
根据行业制定的相关标准，对材料的性能 进行评估和比较。
企业标准
客户要求
根据企业制定的相关标准，对材料的性能 进行评估和比较。
根据客户提出的具体要求，对材料的性能 进行评估和比较。
材料性能的优化与改进
材料成分优化
通过调整材料的化学成分，改善其性能， 如提高强度、韧性、耐腐蚀性等。
钢和铝合金。
建筑领域
需要耐久性、防火性能 好的材料，如混凝土和
钢材。
电子产品
需要导电、导热性能好 的材料，如铜和铝。
金属材料
02
钢铁材料
碳钢
碳钢是一种以铁为主要元素，碳 含量一般在2.0%以下的铁碳合金。
根据碳含量的不同，碳钢的性能 和用途也有所不同。
《钢的热处理》PPT课件
231形成当a过冷到a1线以下时a产生了变化在晶界处产生了fe3c晶核长大使侧a的含量下降当fe3c长大时使到原有的a的c含量达到f时fe3c两侧形成的晶核当f长大时cmax0006向周围的a排出多原子增加了两侧a的c含量促进了fe3c片的形成如此反复24形成f与fe3c层片相间的混合组织与此同时在晶界其他部位又可能产生新的晶核fe3c小片并不断交替生核长大直到各种不同取向的p晶团群彼此相遇a全部转变为p
三) 转变产物的组织与性能
1.珠光体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) : A1～650℃ : P ; 5～25HRC; 片间距为0.6～0.7μm ( 500× )。
650～600℃ : 细片状P---索氏体(S); 片间距为0.2～0.4μm (1000×); 25～36HRC。
600～550℃:极细片状P---屈氏体(T); 片间距为＜0.2μm ( 电镜 ); 35～40HRC。
珠光体形貌像
光镜下形貌
电镜下形貌
索 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
屈 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
三) 转变产物的组织与性能
2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) :
形成，F 与 Fe3C 层片相间的混合组 织，与此同时，在晶界其他部位又可能 产生新的晶核（ Fe3C 小片），并不断 交替生核长大，直到各种不同取向的P晶 团（群）彼此相遇，A全部转变为P。 由此可见，P的形成，包含两个不 同的过程： 通过C的扩散而使成分产生改变，即 由含C量0.8％（0.77％）的A 含 C量极高的Fe3C和含C量极低的F转变；
( % ) 50 40 30 20 10 0 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Wc 100
三) 转变产物的组织与性能
1.珠光体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) : A1～650℃ : P ; 5～25HRC; 片间距为0.6～0.7μm ( 500× )。
650～600℃ : 细片状P---索氏体(S); 片间距为0.2～0.4μm (1000×); 25～36HRC。
600～550℃:极细片状P---屈氏体(T); 片间距为＜0.2μm ( 电镜 ); 35～40HRC。
珠光体形貌像
光镜下形貌
电镜下形貌
索 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
屈 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
三) 转变产物的组织与性能
2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) :
形成，F 与 Fe3C 层片相间的混合组 织，与此同时，在晶界其他部位又可能 产生新的晶核（ Fe3C 小片），并不断 交替生核长大，直到各种不同取向的P晶 团（群）彼此相遇，A全部转变为P。 由此可见，P的形成，包含两个不 同的过程： 通过C的扩散而使成分产生改变，即 由含C量0.8％（0.77％）的A 含 C量极高的Fe3C和含C量极低的F转变；
( % ) 50 40 30 20 10 0 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Wc 100
金属材料与热处理完整ppt课件
晶界：
小角度晶界─相邻晶粒的位向差小于10°的晶 界。基本上由位错构成。
大角度晶界─相邻晶粒的位向差大于10°的晶 界。原子排列比较混乱，结构比较复杂。
精选课件
55
亚晶界： 晶粒内部位向差小于 1° 的亚结构，也称为亚晶
粒，亚晶之间的界面，称为亚晶界。通常由位错构成。
亚晶界
精选课件
56
相界：不同结构的晶粒之间的界面 界面结构类型: 共格界面, 半共格, 非共格
同晶向上的原子排列方式和排列 紧密程度是不一样的。下页的两 个表给出了体心立方晶格和面心 立方晶格中各主要晶面、晶向上 的原子排列方式和紧密程度。
精选课件
41
精选课件
42
精选课件
43
五、晶体的 同素异构转变(多晶型性转变) 金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现
象称之为同素异构转变。（温度、压力）
α-Fe单晶体，密排方向 [111] 的弹性模量 E=290,000MN/m2，而非密排方向100的 E=135,000MN/m2。
精选课件
45
七、多晶体的伪各向同性 如Fe，不同方向上E均为210000MN/m2左右。 原因：实际材料为多晶体，各单晶粒分布的方向
不同，各向异性相互抵消，而呈现无向性。 ——伪各向异性。
如 Fe晶体，室温～912℃，体心立方，α- Fe，
912 ℃～1394 ℃，面心立方，γ-Fe， 1394 ℃ ～熔点1538 ℃ ，体心立方，δ-Fe。 Fe, Mn, Ti , Co 等少数金属具有同素异构转变。 性能随之变化。
精选课件
44
六、晶体的各向异性
不同晶面和晶向上原子密度不同， 原子间距离 不同， 结合力不同－－晶体在不同方向上的力学、 物理和化学性能有所差异－－各向异性。
小角度晶界─相邻晶粒的位向差小于10°的晶 界。基本上由位错构成。
大角度晶界─相邻晶粒的位向差大于10°的晶 界。原子排列比较混乱，结构比较复杂。
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55
亚晶界： 晶粒内部位向差小于 1° 的亚结构，也称为亚晶
粒，亚晶之间的界面，称为亚晶界。通常由位错构成。
亚晶界
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56
相界：不同结构的晶粒之间的界面 界面结构类型: 共格界面, 半共格, 非共格
同晶向上的原子排列方式和排列 紧密程度是不一样的。下页的两 个表给出了体心立方晶格和面心 立方晶格中各主要晶面、晶向上 的原子排列方式和紧密程度。
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43
五、晶体的 同素异构转变(多晶型性转变) 金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现
象称之为同素异构转变。（温度、压力）
α-Fe单晶体，密排方向 [111] 的弹性模量 E=290,000MN/m2，而非密排方向100的 E=135,000MN/m2。
精选课件
45
七、多晶体的伪各向同性 如Fe，不同方向上E均为210000MN/m2左右。 原因：实际材料为多晶体，各单晶粒分布的方向
不同，各向异性相互抵消，而呈现无向性。 ——伪各向异性。
如 Fe晶体，室温～912℃，体心立方，α- Fe，
912 ℃～1394 ℃，面心立方，γ-Fe， 1394 ℃ ～熔点1538 ℃ ，体心立方，δ-Fe。 Fe, Mn, Ti , Co 等少数金属具有同素异构转变。 性能随之变化。
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44
六、晶体的各向异性
不同晶面和晶向上原子密度不同， 原子间距离 不同， 结合力不同－－晶体在不同方向上的力学、 物理和化学性能有所差异－－各向异性。
金属材料与热处理(最全)PPT课件
铁碳合金和铁碳相图
3.1 铁碳合金中的组元和基本相 3.2 Fe-Fe3C相图 3.3 典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织 3.4 铁碳合金的成分－组织－性能关系 3.5 铁碳相图在工业中的应用
• 工业纯铁：塑性较好 ，强度较低，具有铁 磁性，在一般的机器 制造中很少应用，常 用的是铁碳合金
• 铁素体（F）：碳溶 于 -Fe中的一种间 隙固溶体，体心立方 晶体结构，组织和性 能与工业纯铁相同
珠光体（P）：铁 素体和渗碳体 的机械混合物 ，是两者呈层 片相间的组织 ，即层片状组 织特征，可以 通过热处理得 到另一种珠光 体的组织形态
五个单相区： ABCD 以上-液相区（L） ；AHNA- 固溶体 区（ ）； NJESGN- 奥 氏 体 区 （ A）；GPQ 以 上-铁素体区（F） ；DFKL-渗碳体区 （Fe-Fe3C）
• 奥氏体（A）：碳溶 于 -Fe中的一种间隙 固溶体，具有面心立 方晶体结构，塑性好 ，变形抗力小，易于 锻造成型
铁碳合金中的组元和基本相
渗碳体：铁和碳 的金属化合物 （ 即 Fe3C） 属 于复杂结构的 间隙化合物， 硬而脆，强度 很低，耐磨性 好，是一个亚 稳定的化合物 ，在一定温度 下可分解为铁 和石墨
七个两相区（两相邻 的单相区之间） ：
L+,L+A,L+Fe3C, +A,F+A,A+Fe3C,F +Fe3C
Fe-Fe3C相图
包晶反应： HJB水平线
LB＋H（1495°） AJ
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
恒温转变线
共晶反应： ECF水平线
Ae＋Fe3C （1148°） Lc
9材料科学与工程专业《金属热处理原理及工艺》课件-第九章__退火与正火
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正火→球化退火→淬火→低温回火
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金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT
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正火与退火的常见缺陷
1、硬度偏高 2、网状组织 3、脱碳 4、退火石墨碳
金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT
40钢正火组织
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四、正火与退火的正确选用
改善切削加工性
改善冷变形性能 球化退火和再结晶退火
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改善组织缺陷并为淬火作组织准备
亚共析钢：完全退火或正火 过共析钢：正火＋球化退火 去应力、均匀成分等主要用退火 不重要件最终热处理主要用正火 问题：用T10（1％C）钢制造手工锯条，请给出热处理工 艺路线，及各处理工序后的组织。
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分类：完全退火、球化退火、去应力退火、
扩散退火等。
金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT
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1. 扩散退火 目的：改善和消除在冶金过程中形成的成分不均匀性 规范：在较高的加热温度下长时间保温，然后缓慢冷却到室温 Ac3或Accm以上150～300℃，长时间保温（10h以上） 应用：脱氢退火 （在高温下使有害气体脱溶析出） 均匀化退火 （改善铸造偏析、轧制偏析）
特点：加热温度范围广； 慢冷 得到珠光体类组织 目的：降低硬度，便于切削加工 消除内应力或冷作硬化 改善组织（铸、锻、焊时 的缺陷）； 细化晶粒为最终热处理做 组织准备
正火→球化退火→淬火→低温回火
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正火与退火的常见缺陷
1、硬度偏高 2、网状组织 3、脱碳 4、退火石墨碳
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四、正火与退火的正确选用
改善切削加工性
改善冷变形性能 球化退火和再结晶退火
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改善组织缺陷并为淬火作组织准备
亚共析钢：完全退火或正火 过共析钢：正火＋球化退火 去应力、均匀成分等主要用退火 不重要件最终热处理主要用正火 问题：用T10（1％C）钢制造手工锯条，请给出热处理工 艺路线，及各处理工序后的组织。
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分类：完全退火、球化退火、去应力退火、
扩散退火等。
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1. 扩散退火 目的：改善和消除在冶金过程中形成的成分不均匀性 规范：在较高的加热温度下长时间保温，然后缓慢冷却到室温 Ac3或Accm以上150～300℃，长时间保温（10h以上） 应用：脱氢退火 （在高温下使有害气体脱溶析出） 均匀化退火 （改善铸造偏析、轧制偏析）
特点：加热温度范围广； 慢冷 得到珠光体类组织 目的：降低硬度，便于切削加工 消除内应力或冷作硬化 改善组织（铸、锻、焊时 的缺陷）； 细化晶粒为最终热处理做 组织准备
相关主题
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工程材料及热处理
1
课程的重要地位与作用
• 进入21世纪，能源、信息和新材料已成为现代科 学技术和现代文明的三大支柱．而新材料又是最 重要的基础。历史证明，每一次重大新技术的发 现．往往都依赖于新材料的发展。
• 材料的种类、数量和质量已是衡量一个国家科学 技术、国民经济水平以及社会文明的重要标志之 一。我国把新材料的研究开发放在了优先发展的 地位。
（4）回 火 (Tempering)
将淬火后的工件加热至低于相变点某一温度，保持一段 时间，然后冷却，使组织成为较稳定的状态。
硬度下降，但韧性有较大改善。
淬火和回火必须配合使用
调质：淬火 + 高温回火。 适用于各种重要的零件。
温度
保温
加热
退火(炉冷)
淬火
正火(空冷)
回火
20
时间
表面热处理 表面淬火 在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速 加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以强化零件表面
铸钢
特点与应用： 由于铸造特性，一般用于制造形状复杂，难
以切削加工、尺寸大，难以锻造加工的重要零件， 如：大型齿轮、缸体、变速箱机架等。
15
重型机械齿轮
PE管材
聚丙烯制成电容器外皮
聚丙烯管子
16
摩托车挡泥板
橡胶 弹性好，绝缘性好，耐磨损，耐化学腐蚀，耐放射 性。主要用于弹性材料、密封材料、减振材料、传动 材料。
1863年光学显微镜问世，使人们开始步入材料的 微观世界。
1912年X射线衍射技术和1932年电子显微分析技 术及后来出现的各种先进的显微分析技术，把人们带 到了微观世界的更深层次。人们开始了对晶体微观结 构的研究，大大推动了材料学的研究与发展。
新材料更是层出不穷，出现了功能材料、高分子 材料、半导体材料、陶瓷材料、复合材料、人工合成 材料、纳米材料。
时间
淬 火 (Quenching)
把钢加热到相变温度以上的某一温度，使钢呈奥氏体 状态， 然后快速冷至室温（油冷或水冷），从而获得马 氏体组织
提高钢的硬度和耐磨性。
温度
调质：淬火+高温回火。 适用于各种重要的零件。
19
保温 加热
淬火
退火(炉冷)
正火(空冷) 回火
时间
（3）淬 火 (Quenching)
• 工程材料与成型技术是机械制造过程的重要部分。 使学生建立生产过程的基本知识，了解新材料， 掌握现代制造工艺和方法，培养工程素质、实践 能力和创新设计能力。
2
常用 工程 材料
3
优质碳素结构钢的应用
齿轮
螺栓
30—55钢：强度较高，有一定的塑性和韧度，经 热处理后，用于齿轮、轴、螺栓等重要零件。
4
汽车万向节
合金调质钢
连杆
8
合金弹簧钢
55Si2Mn、 60Si2Mn：具有高屈强比，高疲劳 强度，高弹性极限和韧性，用于弹簧等零件。
9
滚珠轴承钢
滚珠
10
滚珠轴承
合金刃具钢
合金模具钢
铣刀
模具
11
量具用钢 螺纹规
游标卡尺
12
千分尺
耐热钢
燃气轮机
13
耐磨钢 履带
铁轨分道叉
破碎机颚板 14
挖掘机斗齿
21
学习方法和要求
• 一、学习方法—大学自学为主，主要靠自学.
注意听好课，课前预习，课后复习；注意观察和了解平时 接触到的机械装置。
• 二、学习态度--积极进取、掌握主动.
主动完成一定量的作业和思考题（不仅是老师布置的）。
• 三、学习内容--夯实基础、学好专业、加大知识 面
• 四、相信自己、挖掘潜能--什么都有可能 • 因为有难度，所以更应引起我们的重视。
锉刀
碳素工具钢
钻头
5
量规
优质碳素结构钢
曲轴
弹簧
65—85钢：有较高的强度、硬度和弹性，塑性和 韧性较低，常用于弹簧和6 耐磨零件。
合金渗碳钢
拨叉
变速齿轮
20Cr、20MnTi、 20Cr2Ni4：有较高的韧度，经 热处理后表面硬而耐磨，用于受冲击载荷的重要零 件。
40Cr、40CrMn、 38CrMnAl ：有较高的综合 力学性能，用于受力复杂7 的重要零件。
有一组数据可以说明这一点。新中国的钢产量从 1949年的几十万吨起步，产量每增加5千万吨/年上一个台 阶：
26
第一次用了37年，第二次用了10年，第三次用了5年， 第四次仅用了2年（2003年产量达到2.2亿吨，04年达 到2.7亿吨——生铁2.5亿吨，钢材2.9亿吨）。五次1 年（05年达3.5亿吨）。
人类最早使用的工具是石头（石器时代）；原始社 会末期开始用火烧制陶器，由此发展为以后的瓷器（中 国古代文化的象征）， 随后发展起来的青铜冶炼技术把 人类带入青铜器时代；青铜器过渡到铁器（时代）生产 工具大发展—人类进入农业社会。
18世纪世界工业迅速发展（钢铁工业迅猛发展）， 造就了工业社会文明。
24
o
人工合成矿物 主要有刚玉和石英。
17
普通热处理
退 火(Annealing) 把钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（ 随 炉 冷）
用途：铸、锻、焊毛坯的预备热处理，以改善毛坯机械加 工性能，去除内应力；性能要求不高的机械零件的最终热 处理。
温度
加热
保温 淬火
退火(炉冷)
正火(空冷)
回火
18
• 世上无难事，只怕有心人。
22
本课程的主要内容(三部分)
一、材料科学基础理论 材料性能、材料结构与结晶、铁碳合金及 相图、塑性变形
二、热处理理论与实践 热处理原理、工艺、设备及基本操作
三、常用的工程材料 金属材料、高分子材料、陶瓷材料
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第一章 绪论
• 1-1 材料科学的发展与工程材料
材料是人类生产和社会发展的重要物质基础，也是 日常生活中不可分割的一个组成部分。 自从地球上有了人类至今，材料的利用和发展构成了人 类文明发展史的里程碑 ：
按使用范围材料可分为：
工程材料和功能材料
25
• 工程材料的种类：
1．金属材料
金属材料是用量最大、用途最广的机械工程材料。它
包
含两大类型；黑色金属和有色金属。
(1)黑色金属 黑色金属是指铁和以铁为基的合金，即钢铁材料，它
占金属材料总量的95％以上。由于钢铁材料力学性能优良 和低廉的价格，所以在工程材料中一直占据着不可替代的 主导地位。
(2)有色金属 除铁基合金之外的所有金属及其合金材料。它可
分为轻金属(如铝、镁、钛)，重金属(如铅、锡)，贵金 属(如金、银、镍、铂)和稀有金属（钨、钼、锂、铌、 镓、铟）等，其中以铝、铜及其合金用途最广。
2．非金属材料
非金属材料主要包括：高分子材料和无机非金属 材料和复合材料。
1
课程的重要地位与作用
• 进入21世纪，能源、信息和新材料已成为现代科 学技术和现代文明的三大支柱．而新材料又是最 重要的基础。历史证明，每一次重大新技术的发 现．往往都依赖于新材料的发展。
• 材料的种类、数量和质量已是衡量一个国家科学 技术、国民经济水平以及社会文明的重要标志之 一。我国把新材料的研究开发放在了优先发展的 地位。
（4）回 火 (Tempering)
将淬火后的工件加热至低于相变点某一温度，保持一段 时间，然后冷却，使组织成为较稳定的状态。
硬度下降，但韧性有较大改善。
淬火和回火必须配合使用
调质：淬火 + 高温回火。 适用于各种重要的零件。
温度
保温
加热
退火(炉冷)
淬火
正火(空冷)
回火
20
时间
表面热处理 表面淬火 在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速 加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以强化零件表面
铸钢
特点与应用： 由于铸造特性，一般用于制造形状复杂，难
以切削加工、尺寸大，难以锻造加工的重要零件， 如：大型齿轮、缸体、变速箱机架等。
15
重型机械齿轮
PE管材
聚丙烯制成电容器外皮
聚丙烯管子
16
摩托车挡泥板
橡胶 弹性好，绝缘性好，耐磨损，耐化学腐蚀，耐放射 性。主要用于弹性材料、密封材料、减振材料、传动 材料。
1863年光学显微镜问世，使人们开始步入材料的 微观世界。
1912年X射线衍射技术和1932年电子显微分析技 术及后来出现的各种先进的显微分析技术，把人们带 到了微观世界的更深层次。人们开始了对晶体微观结 构的研究，大大推动了材料学的研究与发展。
新材料更是层出不穷，出现了功能材料、高分子 材料、半导体材料、陶瓷材料、复合材料、人工合成 材料、纳米材料。
时间
淬 火 (Quenching)
把钢加热到相变温度以上的某一温度，使钢呈奥氏体 状态， 然后快速冷至室温（油冷或水冷），从而获得马 氏体组织
提高钢的硬度和耐磨性。
温度
调质：淬火+高温回火。 适用于各种重要的零件。
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保温 加热
淬火
退火(炉冷)
正火(空冷) 回火
时间
（3）淬 火 (Quenching)
• 工程材料与成型技术是机械制造过程的重要部分。 使学生建立生产过程的基本知识，了解新材料， 掌握现代制造工艺和方法，培养工程素质、实践 能力和创新设计能力。
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常用 工程 材料
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优质碳素结构钢的应用
齿轮
螺栓
30—55钢：强度较高，有一定的塑性和韧度，经 热处理后，用于齿轮、轴、螺栓等重要零件。
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汽车万向节
合金调质钢
连杆
8
合金弹簧钢
55Si2Mn、 60Si2Mn：具有高屈强比，高疲劳 强度，高弹性极限和韧性，用于弹簧等零件。
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滚珠轴承钢
滚珠
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滚珠轴承
合金刃具钢
合金模具钢
铣刀
模具
11
量具用钢 螺纹规
游标卡尺
12
千分尺
耐热钢
燃气轮机
13
耐磨钢 履带
铁轨分道叉
破碎机颚板 14
挖掘机斗齿
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学习方法和要求
• 一、学习方法—大学自学为主，主要靠自学.
注意听好课，课前预习，课后复习；注意观察和了解平时 接触到的机械装置。
• 二、学习态度--积极进取、掌握主动.
主动完成一定量的作业和思考题（不仅是老师布置的）。
• 三、学习内容--夯实基础、学好专业、加大知识 面
• 四、相信自己、挖掘潜能--什么都有可能 • 因为有难度，所以更应引起我们的重视。
锉刀
碳素工具钢
钻头
5
量规
优质碳素结构钢
曲轴
弹簧
65—85钢：有较高的强度、硬度和弹性，塑性和 韧性较低，常用于弹簧和6 耐磨零件。
合金渗碳钢
拨叉
变速齿轮
20Cr、20MnTi、 20Cr2Ni4：有较高的韧度，经 热处理后表面硬而耐磨，用于受冲击载荷的重要零 件。
40Cr、40CrMn、 38CrMnAl ：有较高的综合 力学性能，用于受力复杂7 的重要零件。
有一组数据可以说明这一点。新中国的钢产量从 1949年的几十万吨起步，产量每增加5千万吨/年上一个台 阶：
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第一次用了37年，第二次用了10年，第三次用了5年， 第四次仅用了2年（2003年产量达到2.2亿吨，04年达 到2.7亿吨——生铁2.5亿吨，钢材2.9亿吨）。五次1 年（05年达3.5亿吨）。
人类最早使用的工具是石头（石器时代）；原始社 会末期开始用火烧制陶器，由此发展为以后的瓷器（中 国古代文化的象征）， 随后发展起来的青铜冶炼技术把 人类带入青铜器时代；青铜器过渡到铁器（时代）生产 工具大发展—人类进入农业社会。
18世纪世界工业迅速发展（钢铁工业迅猛发展）， 造就了工业社会文明。
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人工合成矿物 主要有刚玉和石英。
17
普通热处理
退 火(Annealing) 把钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（ 随 炉 冷）
用途：铸、锻、焊毛坯的预备热处理，以改善毛坯机械加 工性能，去除内应力；性能要求不高的机械零件的最终热 处理。
温度
加热
保温 淬火
退火(炉冷)
正火(空冷)
回火
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• 世上无难事，只怕有心人。
22
本课程的主要内容(三部分)
一、材料科学基础理论 材料性能、材料结构与结晶、铁碳合金及 相图、塑性变形
二、热处理理论与实践 热处理原理、工艺、设备及基本操作
三、常用的工程材料 金属材料、高分子材料、陶瓷材料
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第一章 绪论
• 1-1 材料科学的发展与工程材料
材料是人类生产和社会发展的重要物质基础，也是 日常生活中不可分割的一个组成部分。 自从地球上有了人类至今，材料的利用和发展构成了人 类文明发展史的里程碑 ：
按使用范围材料可分为：
工程材料和功能材料
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• 工程材料的种类：
1．金属材料
金属材料是用量最大、用途最广的机械工程材料。它
包
含两大类型；黑色金属和有色金属。
(1)黑色金属 黑色金属是指铁和以铁为基的合金，即钢铁材料，它
占金属材料总量的95％以上。由于钢铁材料力学性能优良 和低廉的价格，所以在工程材料中一直占据着不可替代的 主导地位。
(2)有色金属 除铁基合金之外的所有金属及其合金材料。它可
分为轻金属(如铝、镁、钛)，重金属(如铅、锡)，贵金 属(如金、银、镍、铂)和稀有金属（钨、钼、锂、铌、 镓、铟）等，其中以铝、铜及其合金用途最广。
2．非金属材料
非金属材料主要包括：高分子材料和无机非金属 材料和复合材料。