工程材料及热处理.ppt
合集下载
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。
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。
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。
工程材料及热加工工艺基础课件
工程材料及热加工工艺根底
第一章 绪 论
一、材料科学的开展 二、物质的状态 三、原子间的结合键 四、工程材料的分类及热加工工艺
材料是人类生产和生活 所必须的物质根底。
“神舟”四号飞船成功返 回
锉刀
手
锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机
材料的开展水平和利用程度已成为人类文明进步的标志。
➢材料的发展与人类社会简图
包括： 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 高分子复合材料
玻璃纤维增强高分子复合材料
现代航空发动机燃烧室 温度最高的材料就是通 过粉末冶金法制备的氧 化物粒子弥散强化的镍 基合金复合材料。很多 高级游艇、赛艇及体育 器械等是由碳纤维复合 材料制成的，它们具有 重量轻，弹性好，强度 高等优点。
4、分子键
原子态惰性气体范德华力
特点：分子键很弱，晶体低熔点，低沸点，低硬度，易压缩
塑料，橡胶 链与链 → 范德华力 硬度<金属 耐热性差，不具有导电能力
机械零件加工工艺
铸造
锻压 材
料
焊接
型材
粉末冶金
毛
热处理
零
坯
件
切削加工
熔点高、硬度高、 耐腐蚀、脆性大
分为陶瓷、水泥、 玻璃、耐火材料
传统陶瓷又称普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、长石 等)为原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。 特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料的陶瓷，常 用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。
陶瓷制品
陶瓷发动机
高分子材料
共
以分子键和共价键为
1912年发现了X-射线对晶体的作用并在随后被用于晶体衍射 分析，使人们对固体材料微观构造的认识从最初的假想到科 学的现实。
Si表面的重构图象
第一章 绪 论
一、材料科学的开展 二、物质的状态 三、原子间的结合键 四、工程材料的分类及热加工工艺
材料是人类生产和生活 所必须的物质根底。
“神舟”四号飞船成功返 回
锉刀
手
锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机
材料的开展水平和利用程度已成为人类文明进步的标志。
➢材料的发展与人类社会简图
包括： 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 高分子复合材料
玻璃纤维增强高分子复合材料
现代航空发动机燃烧室 温度最高的材料就是通 过粉末冶金法制备的氧 化物粒子弥散强化的镍 基合金复合材料。很多 高级游艇、赛艇及体育 器械等是由碳纤维复合 材料制成的，它们具有 重量轻，弹性好，强度 高等优点。
4、分子键
原子态惰性气体范德华力
特点：分子键很弱，晶体低熔点，低沸点，低硬度，易压缩
塑料，橡胶 链与链 → 范德华力 硬度<金属 耐热性差，不具有导电能力
机械零件加工工艺
铸造
锻压 材
料
焊接
型材
粉末冶金
毛
热处理
零
坯
件
切削加工
熔点高、硬度高、 耐腐蚀、脆性大
分为陶瓷、水泥、 玻璃、耐火材料
传统陶瓷又称普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、长石 等)为原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。 特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料的陶瓷，常 用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。
陶瓷制品
陶瓷发动机
高分子材料
共
以分子键和共价键为
1912年发现了X-射线对晶体的作用并在随后被用于晶体衍射 分析，使人们对固体材料微观构造的认识从最初的假想到科 学的现实。
Si表面的重构图象
机械工程基础课件单元六金属材料及热处理
F 2F HBS(HBW) 0.102 S πD(D D 2 d 2 )
(2) 表示方法 (3) 适用范围及优缺点
单元六 金属材料及热处理
试验用压头为 一淬火钢球 过硬材料会使钢 球变形甚至破坏 它的使用范围不 能超过HB450
对金属来讲，只适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及 有色金属的硬度 测量误差小，数据稳定 优 点：
单元六 金属材料及热处理
拉伸试验
单元六 金属材料及热处理
拉伸试验中可测得的强度指标主要有屈服点和抗拉 强度。 6.1.1. 强度
(1) 屈服点 用符号σ S表示，计算公式如下：
σs
Fs A0
对于无明显屈服现象的金属材料，按国标GB／T228—1987规定 可用规定残余伸长应力表示： F σ 0 .2 0.2 A0 (2) 抗拉强度 用符号σ b表示。计算公式如下：
A
单元六 金属材料及热处理
定义： 材料在冲击载荷作用下，抵抗冲击力的作用而不被 破坏的能力
表示方法： αk是在一次试验中，单位截面积上所消耗的冲 击功，单位J/cm2
摆锤式冲击试验
单元六 金属材料及热处理
2．小能量多次冲击试验
实践表明，承受冲击载荷的机械零件，很少因一次 大能量冲击而遭破坏，绝大多数是在一次冲击不足以 使零件破坏的小能量多次冲击作用下而破坏的，如冲 模的冲头等。这类零件破坏是由于多次冲击损伤的积 累，导致裂纹的产生与扩展的结果，根本不同于一次 冲击的破坏过程。对于这样的零件，用冲击韧度来作 为设计依据显然是不符合实际的，需要采用小能量多 次冲击试验来检验这类金属材料的抗冲击性能，即检 验其多冲抗力。
单元六 金属材料及热处理
特 点：
αk值愈大，材料韧性愈好
(2) 表示方法 (3) 适用范围及优缺点
单元六 金属材料及热处理
试验用压头为 一淬火钢球 过硬材料会使钢 球变形甚至破坏 它的使用范围不 能超过HB450
对金属来讲，只适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及 有色金属的硬度 测量误差小，数据稳定 优 点：
单元六 金属材料及热处理
拉伸试验
单元六 金属材料及热处理
拉伸试验中可测得的强度指标主要有屈服点和抗拉 强度。 6.1.1. 强度
(1) 屈服点 用符号σ S表示，计算公式如下：
σs
Fs A0
对于无明显屈服现象的金属材料，按国标GB／T228—1987规定 可用规定残余伸长应力表示： F σ 0 .2 0.2 A0 (2) 抗拉强度 用符号σ b表示。计算公式如下：
A
单元六 金属材料及热处理
定义： 材料在冲击载荷作用下，抵抗冲击力的作用而不被 破坏的能力
表示方法： αk是在一次试验中，单位截面积上所消耗的冲 击功，单位J/cm2
摆锤式冲击试验
单元六 金属材料及热处理
2．小能量多次冲击试验
实践表明，承受冲击载荷的机械零件，很少因一次 大能量冲击而遭破坏，绝大多数是在一次冲击不足以 使零件破坏的小能量多次冲击作用下而破坏的，如冲 模的冲头等。这类零件破坏是由于多次冲击损伤的积 累，导致裂纹的产生与扩展的结果，根本不同于一次 冲击的破坏过程。对于这样的零件，用冲击韧度来作 为设计依据显然是不符合实际的，需要采用小能量多 次冲击试验来检验这类金属材料的抗冲击性能，即检 验其多冲抗力。
单元六 金属材料及热处理
特 点：
αk值愈大，材料韧性愈好
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