金属材料及热处理精品课程PPT
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金属材料及热处理工艺.ppt
绪论
生物、生活－材料技术的发展改变我们的生
活
仿真手臂
人 工 关 节 微机械
“自行车发烧友” 的首选
钛结构自行车架
第一章 绪论
1.2 材料的分类与性能
一、材料的分类 二、工程材料的性能
一、材料的分类
材料
第一章 绪 论
金属
复合材料
陶瓷
高分子
无机材料
有机材料
材料分类
第一章 绪 论
What? 各类材料的性能特点
四、刚度和弹性
第一章 绪论
1．刚度 材料在受力时，抵抗弹性变形的能力
E=σ/ε 杨氏弹性模量 GPa, MPa 本质是：反映了材料内部原子种类及其结合力的大 小，组织不敏感的力系指标。
2．弹性( elasticity ) 材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最大应力
比例极限：σp=Pp/Fo 应力――应变保持线性关系的极限应力值 弹性极限：σe=Pe/Fo 不产永久变形的最大抗力。 工程上，σp、σe视为同一值，通常也可用σ0.01
金属材料——主要为金属键。
热和电的良导体 具有良好的强度与延展性以及金属光泽
陶瓷材料——通常为离子键或共价键。
绝缘体而且比较耐热。
高分子材料——通常为共价键、分子键和氢
键，以共价键为主。 分子结构都非常巨大 通常密度较低，在高温下不稳定。
复合材料——性能的复合.
玻璃纤维增强高分子 复合材料
δ < 2 ~ 5% δ ≈ 5 ~ 10% δ > 10%
属脆性材料 属韧性材料 属塑性材料
具有超塑性的纳米晶铜
2.断面收缩率(percentage reduction in area):
－试样拉断处横截面积Ｆk的收缩量与原始横截面积 F0之比。
金属材料及其热处理PPT课件
第13页/共31页
（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。
第7页/共31页
（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。
第8页/共31页
（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。
第10页/共31页
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。
第11页/共31页
第17页/共31页
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。
（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。
第11页/共31页
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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
2、抗拉强度
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。
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。
金属材料热处理原理最新课件.ppt
请思考 ？（见教材P83问题提示）
1.铁碳合金相图在钢铁材料热处理中的作用是什么呢？ 钢铁材料冷却转变曲线（TTT、CCT曲线）的物理意义 是什么？您会使用它来分析不同热处理条件下所获得的 转变产物（组织）吗？您能在TTT或CCT曲线上示意地 标出退火、正火、单液淬火、双液淬火、等温淬火、分 级淬火与不完全淬火的冷却速度曲线吗？ 2.“五大转变”指的是哪五种类型的转变，试从转变性 质、所处温度范围、转变特征、组织、性能的变化与应 用等方面说明？
3. 过冷奥氏体转变产物的组织与性能
(1) 珠光体（P）转变 (A1～550℃，高温转变或扩散型相变)
②珠光体的组织形态与性能
片状珠光体的性能
＃P片层间距与硬度的关系图
#P片层间距与转变温度、性能关系
金属材料热处理原理最新课件
②珠光体的组织形态与性能
球化体（粒状珠光体）
球化体与片状P相比：
i 当碳含量相同时，球化
当连续冷却曲线碰到K线时，P转变中止，余下的过冷奥氏体一直保持到Ms以下
转变为M。
ii CCT曲线位于C曲线的右下方。
金属材料热处理原理最新课件
4.过冷奥氏体连续冷却转变曲线
它是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。
图4.24 亚共析钢CCT曲线 图4.21 共析钢CCT曲 线
＃过共析钢CCT曲线
因此，伴随M形成其比容增大，由此产生组织应力，易使工件产生变形开裂。
金属材料热处理原理最新课件
③ M的 组织形态与性能
钢中M的组织形态主要有板条状和片状两种基本类型。
板条状M，位错M或低碳M
片状M，孪晶M或高碳 M
金属材料热处理原理最新课件
③ M的组织形态与性能
影响M形态的因素
1.铁碳合金相图在钢铁材料热处理中的作用是什么呢？ 钢铁材料冷却转变曲线（TTT、CCT曲线）的物理意义 是什么？您会使用它来分析不同热处理条件下所获得的 转变产物（组织）吗？您能在TTT或CCT曲线上示意地 标出退火、正火、单液淬火、双液淬火、等温淬火、分 级淬火与不完全淬火的冷却速度曲线吗？ 2.“五大转变”指的是哪五种类型的转变，试从转变性 质、所处温度范围、转变特征、组织、性能的变化与应 用等方面说明？
3. 过冷奥氏体转变产物的组织与性能
(1) 珠光体（P）转变 (A1～550℃，高温转变或扩散型相变)
②珠光体的组织形态与性能
片状珠光体的性能
＃P片层间距与硬度的关系图
#P片层间距与转变温度、性能关系
金属材料热处理原理最新课件
②珠光体的组织形态与性能
球化体（粒状珠光体）
球化体与片状P相比：
i 当碳含量相同时，球化
当连续冷却曲线碰到K线时，P转变中止，余下的过冷奥氏体一直保持到Ms以下
转变为M。
ii CCT曲线位于C曲线的右下方。
金属材料热处理原理最新课件
4.过冷奥氏体连续冷却转变曲线
它是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。
图4.24 亚共析钢CCT曲线 图4.21 共析钢CCT曲 线
＃过共析钢CCT曲线
因此，伴随M形成其比容增大，由此产生组织应力，易使工件产生变形开裂。
金属材料热处理原理最新课件
③ M的 组织形态与性能
钢中M的组织形态主要有板条状和片状两种基本类型。
板条状M，位错M或低碳M
片状M，孪晶M或高碳 M
金属材料热处理原理最新课件
③ M的组织形态与性能
影响M形态的因素
金属材料与热处理(全) PPT
属于这种晶格的金属有：铬Cr、钒V、钨W、钼Mo、及α-铁α-Fe
3、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体， 但在立方体的每个面上还各有一个原子。
属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等
大家六方晶格：由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方 面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。
§2-2金属的力学性能
学习目的：★ 理解金属材料性能（工艺性能、使用 性能）的概念、分类。
★掌握强度的概念及其种类、应力的概念及符号。 ★★掌握拉伸试验的测定方法；力——伸长曲线的几
个阶段；屈服点的概念。 教学重点与难点 1、理解力——伸长曲线是教学重点； 2、强度、塑性是教学难点。
教学过程：
复习
3、纯铁的同素异构转变：
1394℃
912℃
δ-Fe → γ- Fe → α – Fe
体心
面心
体心
4、金属的同素异构转变，也称为“重结晶”。
其与液态金属结晶有许多相似处：有一定转变温度，有过冷现象； 有潜热放出和吸收 ； 也由形核、核长大来完成。 不同处：∵属固 态相变 ，∴ 转变需较大的过冷度；新晶核优先在原晶界处形核；转 变中有体积的变化，会产生较大内应力。
金属材料与热处理(全)
第一章：金属的结构与结晶
§1-1金属的晶体结构
★学习目的：了解金属的晶体结构。 ★重点：有关金属结构的基本概念： 晶面、晶向、 晶体、晶格、单晶体、晶体，金属晶格的三种常见 的类型。 ★难点：金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。
§2-1金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
1、晶体：所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。 （晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的 相互吸引力与排斥力相平衡的结果。）原子在空间呈规则排列的固体 物质称为“晶体”。
3、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体， 但在立方体的每个面上还各有一个原子。
属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等
大家六方晶格：由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方 面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。
§2-2金属的力学性能
学习目的：★ 理解金属材料性能（工艺性能、使用 性能）的概念、分类。
★掌握强度的概念及其种类、应力的概念及符号。 ★★掌握拉伸试验的测定方法；力——伸长曲线的几
个阶段；屈服点的概念。 教学重点与难点 1、理解力——伸长曲线是教学重点； 2、强度、塑性是教学难点。
教学过程：
复习
3、纯铁的同素异构转变：
1394℃
912℃
δ-Fe → γ- Fe → α – Fe
体心
面心
体心
4、金属的同素异构转变，也称为“重结晶”。
其与液态金属结晶有许多相似处：有一定转变温度，有过冷现象； 有潜热放出和吸收 ； 也由形核、核长大来完成。 不同处：∵属固 态相变 ，∴ 转变需较大的过冷度；新晶核优先在原晶界处形核；转 变中有体积的变化，会产生较大内应力。
金属材料与热处理(全)
第一章：金属的结构与结晶
§1-1金属的晶体结构
★学习目的：了解金属的晶体结构。 ★重点：有关金属结构的基本概念： 晶面、晶向、 晶体、晶格、单晶体、晶体，金属晶格的三种常见 的类型。 ★难点：金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。
§2-1金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
1、晶体：所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。 （晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的 相互吸引力与排斥力相平衡的结果。）原子在空间呈规则排列的固体 物质称为“晶体”。
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
《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chapter4-2.ppt
常见工艺缺陷：
3.1 硬度偏高/high hardness 常在wC>0.45％的中、高碳钢锻件中出现 退火时A化T低，冷却过快，球化不充分或K弥散度较大。也往往与装 炉量过大、炉温不均匀有关。
可通过第二次退火改善。
3.2 过热/Overheat 加热T过高，保温t过长及炉内T不均匀等均可造成局部过热。当冷却 较快时，中碳钢中常出现粗大魏氏组织，使钢的机械性能恶化。
§4.1 退火工艺 §4.2 正火工艺 §4.3 退火、正火后的组织性能及工艺缺陷
§4.2 正火工艺
• 概念 • 目的与应用 • 组织与性能 • 工艺缺陷
将亚共析钢加热到Ac3以上(30～50)℃、 过共析钢加热到Acm以上（30～50）℃， 保温一定时间后在空气中冷却的热处理
工艺方法。
• 加热温度要足够高，一 般要求得到均匀的单相 奥氏体组织，工件透热 均温后再于空气中自然 冷却。过冷奥氏体在空 冷中发生共析转变，在 亚共析及过共析钢中还 将析出先共析产物—— 铁素体或Fe3C。
性能：
F：强度低，塑性和韧性好 P：强度较高，塑性和韧性较F差； 力学性能强烈依赖于P片间距或K颗粒的间距。 随片间距减小或颗粒间距减小，强度、塑性提高。
组织与性能间的关系：
• 对于亚共析钢，正火与退火后强度可由下式表达：
0.2 V P (1V )
• 钢中珠光体含量越多，强度、硬度越高，韧性下降，临 界脆化温度提高。当wC<0.2％时，正火与退火钢的机械 性能相近，当wC升高时，正火比退火组织的硬度、强度 都高，但塑性较低。珠光体中碳化物被球化后，可在强 度变化不大的条件下改善钢的塑性和韧性。
习题四
1、填空题
(1) 将金属及其合金加热、保温和冷却，使其组织结构达到或接近 的
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）
金属材料及热处理教学PPT材料的力学性能
机械设计者→→为了防止零件失效 ↓ ↓
设计正确 选材恰当 工艺合理
工作条件对材料的性能要求→→正确选材→→制定工艺路线 →→确定失效的抗力指标
机械零件（或器件）的失效分析
失效的例子
失效的例子
断裂的大桥
失效的原因
多方面因素
结构设计 材料选择 加工制造 装配调整 使用与保养
第一章 工程材料的力学性能
失效的本质
1. 失效的本质：
外界载荷、温度、介质等损害作用超过了材料抵抗损害的能力。
2. 常见的失效形式：
过量变形、断裂、磨损和腐蚀
第一章 工程材料的力学性能
本章主要内容
静载荷下材料的力学性能 材料的硬度 非静载荷时材料的力学性能 高温下材料的力学性能
第一节 零件在常温静载下的过量变形
变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化
E
E：断裂点
Pes
C C’
B A
卸载后再加载曲线
=E
t
O p
0 e
屈服极限提高： 冷作硬化
卸载曲线
第一节 零件在常温静载下的过量变形
一. 工程材料在静拉伸时的应力-应变行为
2. 其他类型材料的应力-应变行为
弹性变形
弹性变形、 塑性变形
1—纯金属 （Al、Cu、Ag等） 2—脆性材料 （陶瓷、白口铸铁、淬火高碳钢）
3—高弹性材料 （橡胶）
非线性弹 性变形
第一节 零件在常温静载下的过量变形
(MPa) 2. 其他类型材料的应力-应变行为
900
无明显屈服阶段的，规定以塑性应变 p
所对应的应力作为名义屈服极限，记作
=0.2% p0.2
800
1
1、锰钢
设计正确 选材恰当 工艺合理
工作条件对材料的性能要求→→正确选材→→制定工艺路线 →→确定失效的抗力指标
机械零件（或器件）的失效分析
失效的例子
失效的例子
断裂的大桥
失效的原因
多方面因素
结构设计 材料选择 加工制造 装配调整 使用与保养
第一章 工程材料的力学性能
失效的本质
1. 失效的本质：
外界载荷、温度、介质等损害作用超过了材料抵抗损害的能力。
2. 常见的失效形式：
过量变形、断裂、磨损和腐蚀
第一章 工程材料的力学性能
本章主要内容
静载荷下材料的力学性能 材料的硬度 非静载荷时材料的力学性能 高温下材料的力学性能
第一节 零件在常温静载下的过量变形
变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化
E
E：断裂点
Pes
C C’
B A
卸载后再加载曲线
=E
t
O p
0 e
屈服极限提高： 冷作硬化
卸载曲线
第一节 零件在常温静载下的过量变形
一. 工程材料在静拉伸时的应力-应变行为
2. 其他类型材料的应力-应变行为
弹性变形
弹性变形、 塑性变形
1—纯金属 （Al、Cu、Ag等） 2—脆性材料 （陶瓷、白口铸铁、淬火高碳钢）
3—高弹性材料 （橡胶）
非线性弹 性变形
第一节 零件在常温静载下的过量变形
(MPa) 2. 其他类型材料的应力-应变行为
900
无明显屈服阶段的，规定以塑性应变 p
所对应的应力作为名义屈服极限，记作
=0.2% p0.2
800
1
1、锰钢
《金属材料及热处理》课件
金属材料的耐磨性能提升
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
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
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钢铁晶粒尺寸：0.1～0.001mm
金属的结构与结晶
金属的实际结构和晶体缺陷
晶体缺陷 1、点缺陷
晶格空位及间隙原子（热振动的 偶然偏差） 2、线缺陷
晶格中的“位错线”。可视为
晶格中一部分晶体相对另一部分晶 体的局部滑移而造成的结果，滑移 与未滑移交界线为错位线 3、面缺陷
面缺陷即晶界和亚晶界（因晶体
晶体中各种方位上的原子面叫晶向 晶体中各种方位上的原子面叫晶面
金属的结构与结晶
金属的实际结构和晶体缺陷
单晶体 如果一块晶体,其内部 的晶格方位完全一致,称 之为单晶体。
多晶体每个小晶体为单 晶体。小晶体间方位不 同。
晶粒
这种小晶体珠外形不规 则的颗粒状称晶粒。晶 粒之间的界面叫晶界
中不同区域之间的晶格方位过渡所 至）
错位密度愈大，金属的强度愈高！
金属的结构与结晶
金属的结晶与铸锭
结晶：如果一切物质从液态到固态的转变过程 称为凝固。通过凝固能形成晶体结构，则可称 为“结晶”
自由能平衡点
平衡结晶温度
金属的结构与结晶
金属的结晶与铸锭
结晶时晶核的形成和成长：经X射线和中子衍 射，液体的结构从高温冷却到结晶温度的过程 ，随时不断产生多类似晶体中原子排列的小集 团（晶胚），这些能成长的晶胚便叫晶核。
晶体棱角处散热快，枝晶成长快
金属的结构与结晶
金属的结晶与铸锭
金属铸锭的组织 1、表面细晶粒层：模壁温度 较低，过冷较大； 2、柱状晶粒层：随着模壁温 度升高，过冷有所降低； 3、中心等轴晶粒层：模壁向 外散热越来越慢，中心温差
越来越小；同时未溶杂质推至 铸锭中心，枝晶冲断，形成较 粗大的等轴晶粒区。
柱状晶组织塑性差，常采用振动浇注或变质 处理等方法来改善
金属的塑性变形与再结晶
金属的塑性变形
弹性极限σe—遵守“虎克定律” 屈服极限σs—弹性和塑性变形 强度极限σb—韧性和脆性断裂
金属的塑性变形与再结晶
塑变对组织和性能影响
晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性
变形量很大时，晶粒被拉长或压扁成细条状或纤维状，性能也会明显改 变，纵向强度或塑性远大于横向。其组织特性为“纤维组织”
《工装设计及标准化》
金属材料及热处理 (上)
Copyright © 2015 GMCC&Welling
课程背景
在工装设计中，因选材不合理，使工装成本 增加或寿命降低
对金属材料机械性能及热处理工艺了解不深， 导致设计件强度不足，耐磨性差及断裂
对金属材料可加工性不了解，导致制造性差
对材料牌号及材料类型不理解，引起选材出 错
化及氧化皮性质、冷镦性、锻后冷却要求 焊接性能 形成冷裂或热裂的倾向、形成气孔的倾向 切削加工性能 表面质量、可加工性 热处理性能 淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火脆
性倾向、氧化脱碳倾向、冷脆性
金属材料的性能
使用性能
力学性能 比例极限、弹性极限、硬度、伸长率、摩擦因 数等等
物理和化学性能 腐蚀性、氧化性、导电性、线膨胀系数 、熔点导热率及比热容、密度、摩擦系数等
钢铁材料
钢
钢 铁 材 料
铸铁
铸钢 结构钢 工具钢 不锈钢和耐热钢 轴承钢
灰铸铁件
可锻铸铁件
球墨铸铁件
钢铁材料
铸钢
铸钢 铸造合金， C 0.15-0.60% 。用于制造一些形状复 杂，难以锻造或切削加工，而又要求较高的强度和塑性的 零件。
工程用铸造碳钢件（ZG270—500）
密排六方晶格
该类晶格的金属 ——铍、镁、锌等
金属的结构与结晶
金属的晶体结构
由于晶体中不同晶面和 晶向 上的原子密度不同，因而在 不同方向的性能差异，晶体 这种“各向异性”的特点是 它区别于非金晶体的重要指 标之一。
※晶体的各向异性
晶体的各向异性主要表现： 物理、化学或机械性能、电阻、 导磁率、线胀系数等。如硅钢片 在〈100〉晶向上磁化最强
金属的塑性变形与再结晶
塑变对组织和性能影响
晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化
随着变形的增加，位错交互作用产生缠结，随着这种位错缠结发展，会 使各晶粒破碎成为细碎的亚晶粒。变形量增大，晶粒破碎和位错密度的增 加，金属的塑性韧性下降，硬度和强度显著升高，产生加工硬化
加工硬化 优点：提升硬度、强度
和耐磨性（热处理不能提 升的金属材料）
温度或延长加热时间，晶粒继续长大。 晶界面积可减少（一晶粒吞并另一晶粒 合成大晶粒）。
金属材料的性能
金
工艺性能
属
材
料
的
性
能
使用性能
铸造性能 锻压性能 焊接性能 切削加工性能 热处理性能
力学性能
物理和化学性能
金属材料的性能
工艺性能
铸造性能 流动性、收缩、偏析和吸气性等 锻压性能 金属的可锻性（塑性与变形抗力的综合）抗氧
了解钢铁材料的热处理基本原理和工 艺，以及热处理工艺在零件加工过程中 的地位和作用，以便能根据零件的技术 条件正确选择热处理加工方法，合理安 排工艺路线；
掌握常用的碳钢、铸铁、合金钢、铝合 金、轴承合金等金属材料的成分、组织、 性能和用途的基本知识，合理选用金属 材料。
金属的结构与结晶
金属的晶体结构
课程目标
对金属材料性能有一个较全面的了解 掌握钢铁材料力学性能代号及意义 进一步了解钢铁材料的分类及技术要求 了解钢铁材料牌号表示方法
主要内容
1
金属的结构与结晶
2 金属的塑性变形与再结晶
3
金属材料的性能
4
钢铁材料
绪论 金属材料及热处理
金属学
热处理
金属材料
金属学 热处理 金属材料
绪论
了解金属和组织结构、结晶过程、塑 性变形与再结晶以以及二元合金相图
※晶体的概念
晶体—其原子（离子） 具有规则排列的物体
晶格—通过各原子中 心的一些假想联线建 成三维空间里的几何 排列形式描绘出来（ 空间格子）
晶胞—组成晶格的这种 最基本的几何单元
金属的结构与结晶
金属的晶体结构
※三种常见的金属晶格
体心立方晶格
该类晶格的金属 ——铁、铬、钼、 钨、钒等
面心立方晶格
该类晶格的金属 ——铝、铜、镍等
缺点：再加工难度加大， 电阻增加，耐蚀性降低等
金属的塑性变形与再结晶
回复与再结晶
回复 经过塑性变形后，金属在加热
温度较低时，仅只因金属中的一些点缺 陷和位错的迁移面所引起的某些晶内的 变化
再结晶 当温度加高到具有较高的原
子活动能力时，新晶粒重新生核和成长 ，晶粒外形变，而晶格不变。
晶粒长大 再结晶完成后，继续升高