金属材料及热处理基础知识PPT课件
金属材料及其热处理PPT课件
(1)金属锻压加工的特点
① 锻压加工后,可使金属获得较细密的晶粒,能合理控制金属纤 维方向,使纤维方向与应力方向一致,提高零件的性能。
② 锻压加工后,坯料的形状和尺寸发生改变而其体积基本不变, 与切削加工相比,可节约金属材料和加工工时。
③ 除自由锻造外,其他锻压方法如模锻、冲压等,都具有较高的 劳动生产率。
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(2)合金钢的牌号 我国合金钢的编号是按照合金钢中的含碳量,以及所含合金元素 的种类(元素符号)、含量来编制的。一般牌号的首位是表示 碳的平均质量分数的数字,表示方法与优质碳素钢的编号是一 致的。对于结构钢,平均质量分数以万分数计,对于工具钢, 以千分数计。
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(3)铸钢的牌号及用途 ① 工程用铸造碳钢的牌号前面是ZG(“铸钢”二字汉语拼音字 首),后面第一组数字表示屈服点,第二组数字表示抗拉强度, 若牌号末尾标字母H(焊),则表示该钢是焊接结构用碳素铸钢。 ② GB/T5613—1995《铸钢牌号表示方法》规定,以化学成分表 示的铸钢牌号中“ZG”后面一组数字表示铸钢的名义万分碳含量, 其后排列各主要合金元素符号及其名义百分含量。
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铸造、锻压和焊接是机械制造中最常用的三种金属热 加工方法。其产品大多是零件的毛坯。
1. 铸造
铸造:熔炼金属,制造铸型,并将熔融金属浇入铸型,凝 固后获得具有一定形状与性能的铸件的成形方法。
铸件:用铸造方法得到的金属件。铸件一般作为毛坯使用 ,需要进行切削后才能成为零件。
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焊接有连接性能好,省工省料,成本低,重量轻,可 简化工艺等优点,所以应用广泛。但同时它也存在一些不 足之处,如结构不可拆,更换修理不方便;焊接接头组织 性能变坏;存在焊接应力,容易产生焊接变形;容易出现 焊接缺陷等。有时焊接质量成为突出问题,焊接接头往往 是锅炉压力容器的薄弱环节,实际生产中应特别注意。
金属材料与热处理一ppt课件
指试样拉断前所承受的最大拉应力。 其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。
Rm = Fm/S0
R R 当材料的内应力 > m时,材料将产生断裂。 Rm常用作脆性材料的选材和设计的依据。
病原体侵入机体,消弱机体防御机能 ,破坏 机体内 环境的 相对稳 定性, 且在一 定部位 生长繁 殖,引 起不同 程度的 病理生 理过程
第二单元 金属材料的性能
金属材料的性能
力
物
化
化
学
理
学
学
性
性
性
性
能
能
能
能
病原体侵入机体,消弱机体防御机能 ,破坏 机体内 环境的 相对稳 定性, 且在一 定部位 生长繁 殖,引 起不同 程度的 病理生 理过程
力学性能
➢ 力学性能 指金属在力的作用 下所显示出的与弹性和非弹性反 应相关或涉及应力-应变关系的 性能,如弹性、强度、硬度、塑 性、韧性等
组织和性能的研究。 4.材料的设计及选用科学化 按照指定的性能对材料进行结构、成分的科学设计。
病原体侵入机体,消弱机体防御机能 ,破坏 机体内 环境的 相对稳 定性, 且在一 定部位 生长繁 殖,引 起不同 程度的 病理生 理过程
六、关于本课程(1)
1. 本课程的目的是讲授金属结构材料的物理冶 金问题,使学生掌握金属及合金中的化学成 分、组织结构、生产过程、环境对金属材料 各种性能的影响的基本规律;
病原体侵入机体,消弱机体防御机能 ,破坏 机体内 环境的 相对稳 定性, 且在一 定部位 生长繁 殖,引 起不同 程度的 病理生 理过程
四、金属材料发展的历史(1)
1.公元前3800年,出现人工冶炼的铜器,我国在公 元前3000年出现锡青铜——甘肃东乡马家窑文 化的青铜刀(含6%~10%Sn)。商、周时期是 中国青铜器的鼎盛时期。
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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
《金属学与热处理》课件
举例说明
电子器件中的微型线圈需要采用真空 热处理来确保其导电性能和稳定性; 而医疗器械中常用的钛合金则需要通 过特殊的化学热处理来提高其耐腐蚀 性和生物相容性。
05
热处理设备与工艺控 制
热处理设备的分类与选择
热处理设备的分类
根据加热方式、用途和特点,热处理设备可分为多种类型,如电炉、燃气炉、 真空炉、感应炉等。
举例说明
飞机发动机中的涡轮叶片需要采用特 殊的热处理工艺来提高其高温强度和 抗疲劳性能;而医疗器械中常用的钛 合金则需要通过精细的热处理来确保 其生物相容性和力学性能。
功能金属材料的热处理
总结词
详细描述
功能金属材料具有特殊的物理和化学 性能,其热处理工艺对材料的性能具 有重要影响。
功能金属材料的热处理主要包括真空 热处理、化学热处理和磁场热处理等 工艺。这些工艺能够改变金属的表面 组织结构和化学成分,从而赋予材料 特殊的物理和化学性能。例如,磁性 材料需要进行磁场热处理来提高其磁 导率和磁感应强度;而超导材料则需 要通过真空热处理和化学热处理来确 保其超导性能。
气氛控制
对于某些热处理工艺,如渗碳、 渗氮等,需要控制炉内的气氛, 包括气体组成、压力和流量等, 以确保工件表面的质量。
热处理过程中的环境保护
减少能源消耗
采用先进的热处理技术和设备,提高能源利用率 ,减少能源浪费。
降低污染物排放
通过改进工艺和设备,降低热处理过程中产生的 有害物质排放,如废气、废水和固体废弃物等。
热处理过程中的相变
相变概念
金属在加热和冷却过程中发生的组织结构变 化,包括晶体结构的变化和相的分离。
相变机理
固态相变、液态相变和气态相变等。
相变类型
共析转变、包晶转变、固溶体脱溶等。
金属材料及热处理培训课件
随炉缓慢冷却到室温的热处理工艺。▪ (也叫均匀化退火。)
▪ 目的 ▪ 均匀钢内部的化学成分,消除偏析。
▪ 适用情况 ▪ 主要于铸造后的高合金钢。
5.去应力退火
▪ 概念
▪
为了消除由于变形加工以及铸造、焊接过程引起的
残余内应力而进行的退火称为去应力退火。
▪ 退火温度 ▪ 不超过Ac1,一般500~650℃。
▪
让其中的碳化物球化(粒化)和消除网状的二
次渗碳体。(因此叫做球化退火。)
▪ 适用钢种 ▪ 主要适用于共析或过共析的工模具钢
T10钢球化退火组织 ( 化染 ) 500
4.扩散退火(均匀化退火)
▪ 概念
▪
将工件加热到略低于固相线的温度(亚共析钢通常
为1050℃~1150℃),长时间(一般10~20h)保温,然后
40min,然后迅速放在端淬试验台上喷水冷却。
未淬透钢 淬透钢
a) 全淬透
b) 未淬透
四、钢的回火
▪ 什么是回火? 后再淬冷火却后到再室将温工的件一加种热热到处A理c1工温艺度。以下某一温度,保温
一般是紧接淬火以后的热处理工艺。
▪ 淬火后回火目的 ◆降低或消除内应力,以防止工件开裂和变形; ◆ 减少或消除残余奥氏体,以稳定工件尺寸; ◆调整工件的内部组织和性能,以满足工件的
➢ 由于感应加热速度快,奥氏体晶粒不易长大,淬火后获得非 常细小的隐晶马氏体组织,使工件表层硬度比普通淬火高2HRC ~3HRC,耐磨性也有较大提高。
➢ 表面淬火后,淬硬层中马氏体的比体积较原始组织大,因此 表层存在很大的残余压应力,能显著提高零件的弯曲、抗扭疲 劳强度。小尺寸零件可提高2~3 倍,大尺寸零件可提高20%~ 30%。
▪ 适用钢材 中碳钢(消除魏氏组织、晶粒粗大、带状组织等)
《金属材料及热处理》课件
热处理:通过加热和冷却,改变金属材料的微观结构,提高耐磨性
合金化:添加其他元素,形成合金,提高耐磨性
表面处理:如电镀、喷涂、涂层等,提高耐磨性
结构设计:优化金属材料的形状和尺寸,提高耐磨性
05
金属材料的应用领域
航空航天领域
飞机制造:铝合金、钛合金、不锈钢等金属材料广泛应用于飞机制造
热处理的应用
提高金属材料的强度和硬度
改善金属材料的塑性和韧性
消除金属材料的内应力和变形
提高金属材料的耐磨性和耐腐蚀性
改善金属材料的表面质量和尺寸精度
提高金属材料的使用寿命和可靠性
04
金属材料的性能改善
金属材料的强度提升
热处理:通过加热和冷却改变金属的微观结构,提高强度
合金化:通过添加其他元素形成合金,提高强度
03
淬火是将金属材料加热到一定温度后迅速冷却,使材料内部形成马氏体组织,提高硬度和耐磨性
04
回火是将淬火后的金属材料加热到一定温度后保温一定时间,使马氏体组织转变为回火马氏体,降低硬度和脆性,提高韧性和塑性
05
正火是将金属材料加热到一定温度后保温一定时间,使材料内部组织均匀化,提高塑性和韧性
06
退火是将金属材料加热到一定温度后保温一定时间,使材料内部组织软化,降低硬度和脆性,提高塑性和韧性
热处理工艺流程
加热:将金属材料加热到预定温度
保温:保持金属材料在预定温度下保温一段时间
冷却:将金属材料冷却到室温或低于室温
回火:将金属材料加热到一定温度后冷却,以消除内应力,提高韧性和塑性
淬火:将金属材料加热到一定温度后快速冷却,以获得高硬度和耐磨性
退火:将金属材料加热到一定温度后缓慢冷却,以消除内应力,提高塑性和韧性
金属材料及热处理基本知识课件
第一讲金属热处理基本概念及其发展概述一金属热处理基本概念金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度,并在此温度中保持一定时间后,又以不同速度冷却从而获得我们所需要的性能的一种工艺。
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一,与其它加工工艺相比,热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分,而是通过改变工件内部的显微组织,或改变工件表面的化学成分,赋予或改善工件的使用性能。
其特点是改善工件的内在质量及内部的组织结构,而这一般不是肉眼所能看到的。
为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能,除合理选用材料和各种成形工艺外,热处理工艺往往是必不可少的。
钢铁是机械工业中应用最广的材料,钢铁显微复杂,可以通过热处理予以控制,获得我们所需的性能。
另外,铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能,以获得不同的使用性能。
二热处理发展概述在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中,热处理的作用逐渐为人们所认识。
早在公元前770~前222年,中国人在生产实践中就已发现,铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。
白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
公元前六世纪,钢铁兵器逐渐被采用,为了提高钢的硬度,淬火工艺遂得到迅速发展。
中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟,其显微组织中都有马氏体存在,说明是经过淬火的。
随着淬火技术的发展,人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。
三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀,相传是派人到成都取水淬火的。
这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了,同时也注意了油和尿的冷却能力。
中国出土的西汉(公元前206~公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15~0.4%,而表面含碳量却达0.6%以上,说明已应用了渗碳工艺。
但当时作为个人“手艺”的秘密,不肯外传,因而发展很慢。
1863年,英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织,证明了钢在加热和冷却时,内部会发生组织改变,钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。
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(应力)
高强钢
(应力)
③强化阶段
b
s 0.2
②屈服阶段
奥氏体不锈钢
b
b
④屈服阶段
低强钢
①弹性阶段 韧性材料
脆性韧性
0
(应变)
0 (应变)
拉伸曲线
14
.
金属拉伸过程四个阶段 弹性阶段 符合胡克定律
屈服阶段
发生屈服
s
Ps A0
强化阶段
发生加工硬化
b
Pb A0
颈缩阶段
15 .
强度指标
极限应力 o b (断裂) s (屈服)
外力作用的效果
内力
宏观:物体形状与尺寸改变。
微观:物体内部相邻质点间的相对位置改变。
内力
指材料内部各部分之间相互作用的力
5 .
截面法
m
P
P
m
m P
m
1、截开:在欲求内力的截面处,假想的将构件截开,取 其中一部分。
6 .
m
P
P
m
m
P
FN
m
2、替代:用弃去部分对留下部分的作用力代替截面
上的内力。
7 .
第一章 金属材料加热处理基本知识
1 材料的性能
使用性能 力学性能 强度
硬度
刚度
塑性
韧性
物理性能 密度
熔点
导热性
热膨胀系数
化学性能 耐蚀性
热稳定性
1
工艺性能
.
1.1 材料的力学性能 力学性能是指材料在受力作用时所表现出来的各种性能。
金属材料
加工 使用
变形
断裂
2 .
3 .
4 .
1.1.1 应力和应变
29 .
(1)体心立方晶格 α-Fe(910℃以下的纯铁)、铬、铂、钒、钨等。 这类晶格一船具有较高的熔点、相当大的强度和良好
的塑性。
30 .
(2)面心立方品格 属于这类晶格的金属有γ-Fe(1390一910℃时的钝铁)、
铜、铝、镍、银、金等。 这类晶格金属往往有很好的塑性。
31 .
(3)密排六方晶格 该类金属有镁、锌、镉、铍等。 该类金属有一定的强度,但塑性较差。
HB F(kg/mm2) A0
淬火钢球 HBS 450 用于测量退火、正火、调质钢 及铸铸铁、有色合金
硬质合金 HBW 450- 600
用于测量淬火钢
21
.
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。
m
P
P
m
m
P
FN
m
3、平衡:建立留下部分的平衡条件,确定未知内力。
FN = P 8 .
截面法求内力的步骤:
截开
替代
平衡
截面法的实质:
通过假想的把构件截开的方法,将内力转化为 外力。
9 .
内力是与强度直接有关的量吗?
F
FF
F
F
FN1
F
FN2
FN1 = F
FN2 = F
为什么相同材料细杆比粗杆容易被拉断?
的反弹速度大于较软者。
25 .
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:
单位:MPa
26 .
1.1.5 韧性 材料抵抗冲击载荷的能力。
冲击试ห้องสมุดไป่ตู้装置 27 .
冲击试样
28 .
1.2 金属学与热处理基本知识 1.2.1 金属的原子结构 绝大多数固体具有晶态结构,即为晶体,其组成粒子在三维空 间作有规则的周期性重复排列。规则排列的方式即称晶体结构。
19 .
GB/T 228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》 5 L0 5d 10 L0 10d
20 .
1.1.4 硬度
材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力。
一般硬度较高的材料其强度也较高。
1. 布氏硬度
以一定大小载荷F把规定直径为D(mm)的淬火钢球或硬质合全球压头压入试 样表面,保持规定时间后卸载,在放大镜下测量试样表面的压疽直径d(mm),用 载荷F除以压痕球形表面积Ao(mm2)所得商作为布氏硬度值,记为HB。
.
(6)金属的凝固过程
过冷度:金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度,两 者温度之差,称为过冷度。 生长过程:随机产生晶核—晶核依附于固态杂质—液态原子相 晶核聚集—晶核长大—晶粒接触
38 .
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
39 .
40 .
1.2.2 铁碳合金的基本组织 铁 碳含量>2%--弱而脆
安全条件:构件的最大工作应力不超过材料的 极限应力。
maxo ?
16 .
公式 maxo中的近似因素
荷载值的确定是近似的。 计算简图不能精确符合实际构件的工作情况。 实际材料不能完全符合理想均匀假设。 测量值存在误差。 结构在使用过程中偶尔会遇到超载的情况。
17 .
许用应力
o
n
为指标
s
安全系数
b 为指标
ns 1.5~2.0 nb 2.0~5.0
GB1 15 9要 0 98求 ns1.6 nb3.0
工程上认为的屈服强度为可测量的塑性伸长 0.2%
.
0.2
18
1.1.3 塑性
材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。 塑性大小用伸长率和断面收缩率来表示
FFLL1010试 试 拉 试件 件 断 件拉 原 后 的断 始 试 原后 截 件 始颈 面 的 标缩 积 标 距处 距 长面 的 长 度积 截 度
32 .
(4)单晶体和多晶体
晶粒内的原子排列相同
由多个晶粒构成
33
.
(5)原子缺陷 A、点缺陷
使金属发生晶格畸变,使金属屈服点和抗拉强度提高
34 .
B、线缺陷
晶体中的刃形位错和螺位错 35 .
C、 面位错
晶界附近晶格的错配和畸变
36 .
D、 体缺陷
非金属夹杂物,硫化物。降低基体的机械强度 37
22 .
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
23 .
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
24 .
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
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%
10 .
应力:内力在某一点的分布集度。
求:mm 截面上 k点的应力
F 平均应力 A
m
F
k
A
F dF
pk
lim A0A d
A
m
11 .
pk
τ
σ
k
pk可分解为
正应力 切应力
拉应力 压应力
12 .
轴向拉伸杆件横截面上应力的求法
m
F
F
m
F
FN
轴向拉伸杆横截面上的应力 F N
A
13 .
1.1.2 强度 金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。