华中科技大学工程材料学总复习PPT课件
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工程材料-复习ppt课件
11
P86淬火
淬火加热温度（ 30～50℃ ）
钢种
加热温度
组织
亚共析钢
Ac3+（30～50）℃
A
共析钢
Ac1+（30～50）℃
A
过共析钢
Ac1+（30～50）℃
A+Fe3C球
过共析钢淬火正确加热温度为Ac1+（30～50）℃，如果完全奥氏体化将导
致淬火后马氏体晶粒粗大；淬火后马氏体含碳量较多；淬火后残余奥氏体
塑性指标：ψ断面收缩率；δ延伸率。
压力加工所依赖的基本性质。
硬度指标：HB布氏硬度，HR(A、B、C)洛氏硬度。
硬度越高耐磨性越好；因是衡量材料对局部塑性变形的抗力故硬度高强度也高。没有
专门的耐磨指标。
韧性指标：ak冲击韧性。
设计承受冲击载荷所需要考虑的性能，但其数值不作为设计依据
P22结晶：凡具有形核长大过程的都叫结晶
M+A’+Fe3C球
P89
淬透性：其大小取决于临界冷却速度Vk，合金钢的淬透性通常大于碳素钢
淬硬性：其大小取决于含碳量，碳含量高则淬硬性大
表面淬火不仅改变了工件表层的化学成分，还改变了表层的组织?
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12
P90回火四阶段
1.马氏体分解100-200℃；350℃完成；2.残余奥氏体的转变200-300℃；、
2）实际晶粒度 具体的热处理加热条件下所获得的奥氏体晶粒的大小。
3）本质晶粒度 在规定的加热条件下奥氏体晶粒长大倾向性的高低。
随加热温度升高或保温时间延长，A晶粒将进一步长大， 这是一个自发的过程。
本质细晶粒钢加热后的实际晶粒度一定比本质粗晶粒钢 的细?
工程力学课件(华中科技大学)
3
5.2 低碳钢拉伸应力—应变曲线 低碳钢拉伸应力—
常用拉伸试样(圆截面 常用拉伸试样 圆截面): 圆截面 标距长度： 标距长度： l =10d 或5d 施加拉伸载荷F， 曲线; 施加拉伸载荷 ，记录 F—∆l曲线 ∆ 曲线 曲线。 或σ(=F/A)—ε(=∆l /l )曲线。 ε ∆ 曲线 低碳钢拉伸应力—应变曲线: 低碳钢拉伸应力—应变曲线 σ 弹性 屈服 强化 颈缩 四个阶段： 四个阶段：
σ σys
拉伸
σ
σbt
o
o
压缩
ε
ε
σys
σbc
(b)铸铁 铸铁
(a) 低碳钢
脆性材料： 脆性材料： 拉、压缩机械性能常常有较大的 抗拉极限强度σ 区别，抗压极限强度σ >>抗拉极限强度 区别，抗压极限强度σbc>>抗拉极限强度σbt。 如铸铁、混凝土、石料等。 如铸铁、混凝土、石料等。
13
低碳钢压缩, 低碳钢压缩, 愈压愈扁
如低碳钢、低合金钢、 δ>5%, 如低碳钢、低合金钢、青铜等 δ<5%, 如铸铁、硬质合金、石料等。 如铸铁、硬质合金、石料等。
低碳钢， 25%左右 左右， 60%。 低碳钢，δ约 25%左右，ψ约为 60%。
9
材料的力学性能（或机械性能）指标为： 材料的力学性能（或机械性能）指标为：
弹性指标： 弹性指标： 弹性模量E: 弹性模量 材料抵抗弹性 弹性变形的能力 材料抵抗弹性变形的能力 强度指标： 强度指标： 屈服强度σ 材料发生屈服 屈服强度σys -材料发生屈服 极限强度σ 材料发生破坏 极限强度σb -材料发生破坏
200 0
A3钢 钢 (Q235)
10 20
球墨铸铁
200 0
5.2 低碳钢拉伸应力—应变曲线 低碳钢拉伸应力—
常用拉伸试样(圆截面 常用拉伸试样 圆截面): 圆截面 标距长度： 标距长度： l =10d 或5d 施加拉伸载荷F， 曲线; 施加拉伸载荷 ，记录 F—∆l曲线 ∆ 曲线 曲线。 或σ(=F/A)—ε(=∆l /l )曲线。 ε ∆ 曲线 低碳钢拉伸应力—应变曲线: 低碳钢拉伸应力—应变曲线 σ 弹性 屈服 强化 颈缩 四个阶段： 四个阶段：
σ σys
拉伸
σ
σbt
o
o
压缩
ε
ε
σys
σbc
(b)铸铁 铸铁
(a) 低碳钢
脆性材料： 脆性材料： 拉、压缩机械性能常常有较大的 抗拉极限强度σ 区别，抗压极限强度σ >>抗拉极限强度 区别，抗压极限强度σbc>>抗拉极限强度σbt。 如铸铁、混凝土、石料等。 如铸铁、混凝土、石料等。
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低碳钢压缩, 低碳钢压缩, 愈压愈扁
如低碳钢、低合金钢、 δ>5%, 如低碳钢、低合金钢、青铜等 δ<5%, 如铸铁、硬质合金、石料等。 如铸铁、硬质合金、石料等。
低碳钢， 25%左右 左右， 60%。 低碳钢，δ约 25%左右，ψ约为 60%。
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材料的力学性能（或机械性能）指标为： 材料的力学性能（或机械性能）指标为：
弹性指标： 弹性指标： 弹性模量E: 弹性模量 材料抵抗弹性 弹性变形的能力 材料抵抗弹性变形的能力 强度指标： 强度指标： 屈服强度σ 材料发生屈服 屈服强度σys -材料发生屈服 极限强度σ 材料发生破坏 极限强度σb -材料发生破坏
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A3钢 钢 (Q235)
10 20
球墨铸铁
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华中科技大学工程材料学课件第05章 钢铁热处理
工程材料学
三、热处理分类
●普通热处理： 退火、正火、淬火、回火； ●表面热处理：表面淬火、化学热处 理； ●特殊热处理：真空热处理、形变热处理、可控气氛 热处理 ………
钢铁材料的强韧化重要有两个途径：一是对钢铁材 料实施热处理；二是通过调整钢的化学成分，加入合金 元素（亦即钢的合金化原理），以改善钢的性能。
工程材料学
第二节 钢在冷却时的组织转变
2、贝氏体型转变（中温转变）
发生在鼻部以下（ 550℃~Ms） 贝氏体是渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上的 两相混合物。奥氏体向贝氏体的转变属于半扩散型转变， 铁原子不扩散而碳原子有一定扩散能力。
名称 上贝氏体 下贝氏体 B上 符号 形成温度 B上 550 ℃~350 ℃ B下 350 ℃~Ms 形貌 性 能 羽毛状 HRC40~50, 韧性差 竹叶状 HRC50~55, 韧性好 B下
工程材料学
第一节 钢在加热时的组织转变
四、奥氏体晶粒度
1.奥氏体晶粒的长大
奥氏体的晶粒度指奥氏体的晶粒尺寸大小。 钢形成奥氏体后继续加热或保温，晶粒将会长大，其晶 粒度对钢的力学性能有重要影响。需要控制晶粒的大小。
2.几个概念
●起始晶粒度：奥氏体刚形成时的晶粒大小，无实际意义。 ●实际晶粒度：在实际加热条件下的奥氏体晶粒大小。 ●本质晶粒度：在规定加热条件下的奥氏体晶粒大小。 为比较不同钢的奥氏体晶粒长大的倾向，把不同钢种在 规定条件下加热保温（930℃,8h），比较其晶粒大小。 晶粒易长大的称本质粗晶粒钢，晶粒不易长大的称本质 细晶粒钢。
工程材料学
第一节 钢在加热时的组织转变
二、奥氏体的形成过程
根据 Fe - Fe3C 相图，钢在加热时发生珠光体向奥氏体的转变， 此转变过程称奥氏体化。以共析钢(Wc＝0.77%)为例
三、热处理分类
●普通热处理： 退火、正火、淬火、回火； ●表面热处理：表面淬火、化学热处 理； ●特殊热处理：真空热处理、形变热处理、可控气氛 热处理 ………
钢铁材料的强韧化重要有两个途径：一是对钢铁材 料实施热处理；二是通过调整钢的化学成分，加入合金 元素（亦即钢的合金化原理），以改善钢的性能。
工程材料学
第二节 钢在冷却时的组织转变
2、贝氏体型转变（中温转变）
发生在鼻部以下（ 550℃~Ms） 贝氏体是渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上的 两相混合物。奥氏体向贝氏体的转变属于半扩散型转变， 铁原子不扩散而碳原子有一定扩散能力。
名称 上贝氏体 下贝氏体 B上 符号 形成温度 B上 550 ℃~350 ℃ B下 350 ℃~Ms 形貌 性 能 羽毛状 HRC40~50, 韧性差 竹叶状 HRC50~55, 韧性好 B下
工程材料学
第一节 钢在加热时的组织转变
四、奥氏体晶粒度
1.奥氏体晶粒的长大
奥氏体的晶粒度指奥氏体的晶粒尺寸大小。 钢形成奥氏体后继续加热或保温，晶粒将会长大，其晶 粒度对钢的力学性能有重要影响。需要控制晶粒的大小。
2.几个概念
●起始晶粒度：奥氏体刚形成时的晶粒大小，无实际意义。 ●实际晶粒度：在实际加热条件下的奥氏体晶粒大小。 ●本质晶粒度：在规定加热条件下的奥氏体晶粒大小。 为比较不同钢的奥氏体晶粒长大的倾向，把不同钢种在 规定条件下加热保温（930℃,8h），比较其晶粒大小。 晶粒易长大的称本质粗晶粒钢，晶粒不易长大的称本质 细晶粒钢。
工程材料学
第一节 钢在加热时的组织转变
二、奥氏体的形成过程
根据 Fe - Fe3C 相图，钢在加热时发生珠光体向奥氏体的转变， 此转变过程称奥氏体化。以共析钢(Wc＝0.77%)为例
大学《工程材料》课件PPT(九大章节完整版)
金属与金属、金属与非金属、非金属与非 金属都可以组成复合材料。当前主要研究 和应用的是以树脂、橡胶、陶瓷或金属为 基体，以各种纤维、粒子、片状物为增强 体组成的复合材料。
如果材料选择不当或加工不合理会给国民经 济造成重大损失，下面给大家介绍几个具体 事例：
1943年1月美国t-2型油船破断的实例属低应力脆断，类似 事件1962年澳大利亚金斯桥建成仅一年就突然断裂。
3、良好加工性能，如铸造，塑性变形，焊 接，机械加工等性能。并且通过热处理可以改变其 性能。
有机高分子材料：该类材料正以前所未有 的速度发展着。工程塑料世界年产量超过 150万吨，通过各种合成或制备技术，性 能不断提高，应用日广。有人预测，汽车 的车身不久将大部分采用塑料，每公斤工 程塑料可代替4-5公斤钢铁，而且可整体 成型，因而成本和油耗将进一步降低；有 机高分子功能材料发展更快，由于它是人 工合成的，且原料充足，可以设计出无穷 的新品种，前景十分广阔 。
青铜器时代 石器时代
复合材料时代 铁器时代
机敏/智能 材料时代
材料的分类：
按原子结构分： 1、金属材料（黑色金属，有色金属） 2、 非金属材料（有机，无机） 3、 复合材料（金属基、塑料基、陶瓷基） 按应用角度分：
1、结构材料，机械性能为主要使用性能兼 具一定物理和化 学性能，如制造机器零件的 钢材。 2、功能材料，具有特异的物理和化学功能， 如超导材料，形状记忆材料，储氢材料，激 光材料，半导体材料，纳米材料等 。
本课程基本由两部分组成
第一部分是金属学的理论基础。主要探讨 金属及合金的晶体结构和结晶过程，金属 在固态下的转变过程以及金属的塑性变形 等。这些基础知识是掌握工程材料内部结 构的变化规律和理解各类材料之间性能差 异的钥匙。
如果材料选择不当或加工不合理会给国民经 济造成重大损失，下面给大家介绍几个具体 事例：
1943年1月美国t-2型油船破断的实例属低应力脆断，类似 事件1962年澳大利亚金斯桥建成仅一年就突然断裂。
3、良好加工性能，如铸造，塑性变形，焊 接，机械加工等性能。并且通过热处理可以改变其 性能。
有机高分子材料：该类材料正以前所未有 的速度发展着。工程塑料世界年产量超过 150万吨，通过各种合成或制备技术，性 能不断提高，应用日广。有人预测，汽车 的车身不久将大部分采用塑料，每公斤工 程塑料可代替4-5公斤钢铁，而且可整体 成型，因而成本和油耗将进一步降低；有 机高分子功能材料发展更快，由于它是人 工合成的，且原料充足，可以设计出无穷 的新品种，前景十分广阔 。
青铜器时代 石器时代
复合材料时代 铁器时代
机敏/智能 材料时代
材料的分类：
按原子结构分： 1、金属材料（黑色金属，有色金属） 2、 非金属材料（有机，无机） 3、 复合材料（金属基、塑料基、陶瓷基） 按应用角度分：
1、结构材料，机械性能为主要使用性能兼 具一定物理和化 学性能，如制造机器零件的 钢材。 2、功能材料，具有特异的物理和化学功能， 如超导材料，形状记忆材料，储氢材料，激 光材料，半导体材料，纳米材料等 。
本课程基本由两部分组成
第一部分是金属学的理论基础。主要探讨 金属及合金的晶体结构和结晶过程，金属 在固态下的转变过程以及金属的塑性变形 等。这些基础知识是掌握工程材料内部结 构的变化规律和理解各类材料之间性能差 异的钥匙。
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20
怎样识别钢 1) 根据C含量
21
2) 根据合金元素含量进一步分析 普通低合金钢、渗碳钢、低合金珠光体型耐
热钢等的含碳量是万分之一为单位，标记两 位数； ✓ 普通低合金钢，加Mn（＜2％）＋Ti、V或N， 如16Mn，15MnVN； ✓ 合金渗碳钢，加Cr、Mn、Ni、B＋Ti、V、 W、Mo，如20CrMnTi、20Mn2TiB； ✓ 低合金珠光体型耐热钢，加Cr、Mo+V，如 15CrMo、12CrMoV。
一、晶体结构
1
2
例1 已知纯金属铝的原子直径为0.2863nm，求其 晶格点阵常数。
3
例2 给出立方晶系的下列晶面与晶向： （011）、（231）；[111]，[231]
4
5
6
二、凝固与相图
相－－材料中结构相同、化学成分及性能均一的 组成部分，相与相之间有界面；
组织－－肉眼或者在显微镜下观察到的材料内部 所具有的某种形态和形貌图；
25
合金模具钢 冷作模具钢 制造冷冲模、冲头、拉拔模、冷挤压模、冷
剪切模、滚丝模等。 成分特点 高碳(＞1％)保证硬度和耐磨性；加入Cr、Mo、
W、V等元素以提高抗拉强度疲劳强度、淬透性、耐 磨性。 热处理工艺 淬火＋低回。组织为回火马氏体体＋碳化合 物＋少量Ar。 典型 Cr12、Cr12MoV。
22
23
24
合金工具钢 1) 低合金刃具钢 成分特点 高碳，加Cr、Mn、Si、V及W等，这些元素
能提高淬透件、保证足够的硬度和耐磨件，高的回 火抗力； 热处理工艺 球化退火＋淬火+低回，织织为回火马氏体 ＋少量未溶细小碳化物＋Ar。 典型牌号 9CrSi、CrWMn。 2) 高速钢 有二次硬化现象 用于低于600℃以下，高硬度、高耐磨、 红硬性。 成分特点 高碳(0.7-1.1%), 加Cr(淬透性); 加W,Mo(红硬 性);加V(高耐磨)。
热作模具钢 制造热锻模、热压模、热挤压模、压铸模等； 成分特点 中C(0.3％-0.6％),保证较高的韧性及热疲劳抗
力；加入Cr,Ni,Mn提高淬透性；加入W、Mo、V，提 高热硬性和热强性。 热处理工艺 淬火＋中温或高温回火。组织回火屈氏体或 回火索氏体。 典型牌号 5CrMnMo、5CrNiiMo、3Cr2W8V。
26
27
28
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
29
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
强化铁素体； 辅加元素（W、Mo、V、Ti），细化晶粒，进
一步提高淬透性
19
钢的表示方法 数字+元素符号+数字
✓ 前面的数字表示钢的平均含碳量。结构钢以万 分之一为单位；工具钢和特殊性能钢以干分之 一为单位，若碳含量大于1％时不标出。
✓ 中间是合金元素于1%时不标出。后面的数字 表示合金元素的含量，以平均含量的百分之几 表示。当含量小于1.5％时，只标出元素，不标 出含量；含量等于或大于1.5％, 2.5％, 3.5％， 相应地以2, 3, 4…等表示。
When You Do Your Best, Failure Is Great, tick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
30
两者关系－－组织可以由单相固溶体或金属化合 物组成，也可以由固溶体或一个金属间化合物 和两个金属化合物组成；可以是多相或单相；
7
8
9
10
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例1
12
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14
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三、热处理与合金化
16
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合金元素的作用
1) C 保证钢的硬度、强度和韧性，提高淬透性； 2) 合金元素 主加元素（Cr、Mn、Ni、Si），提高淬透性，
怎样识别钢 1) 根据C含量
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2) 根据合金元素含量进一步分析 普通低合金钢、渗碳钢、低合金珠光体型耐
热钢等的含碳量是万分之一为单位，标记两 位数； ✓ 普通低合金钢，加Mn（＜2％）＋Ti、V或N， 如16Mn，15MnVN； ✓ 合金渗碳钢，加Cr、Mn、Ni、B＋Ti、V、 W、Mo，如20CrMnTi、20Mn2TiB； ✓ 低合金珠光体型耐热钢，加Cr、Mo+V，如 15CrMo、12CrMoV。
一、晶体结构
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例1 已知纯金属铝的原子直径为0.2863nm，求其 晶格点阵常数。
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例2 给出立方晶系的下列晶面与晶向： （011）、（231）；[111]，[231]
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二、凝固与相图
相－－材料中结构相同、化学成分及性能均一的 组成部分，相与相之间有界面；
组织－－肉眼或者在显微镜下观察到的材料内部 所具有的某种形态和形貌图；
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合金模具钢 冷作模具钢 制造冷冲模、冲头、拉拔模、冷挤压模、冷
剪切模、滚丝模等。 成分特点 高碳(＞1％)保证硬度和耐磨性；加入Cr、Mo、
W、V等元素以提高抗拉强度疲劳强度、淬透性、耐 磨性。 热处理工艺 淬火＋低回。组织为回火马氏体体＋碳化合 物＋少量Ar。 典型 Cr12、Cr12MoV。
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合金工具钢 1) 低合金刃具钢 成分特点 高碳，加Cr、Mn、Si、V及W等，这些元素
能提高淬透件、保证足够的硬度和耐磨件，高的回 火抗力； 热处理工艺 球化退火＋淬火+低回，织织为回火马氏体 ＋少量未溶细小碳化物＋Ar。 典型牌号 9CrSi、CrWMn。 2) 高速钢 有二次硬化现象 用于低于600℃以下，高硬度、高耐磨、 红硬性。 成分特点 高碳(0.7-1.1%), 加Cr(淬透性); 加W,Mo(红硬 性);加V(高耐磨)。
热作模具钢 制造热锻模、热压模、热挤压模、压铸模等； 成分特点 中C(0.3％-0.6％),保证较高的韧性及热疲劳抗
力；加入Cr,Ni,Mn提高淬透性；加入W、Mo、V，提 高热硬性和热强性。 热处理工艺 淬火＋中温或高温回火。组织回火屈氏体或 回火索氏体。 典型牌号 5CrMnMo、5CrNiiMo、3Cr2W8V。
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学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
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结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
强化铁素体； 辅加元素（W、Mo、V、Ti），细化晶粒，进
一步提高淬透性
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钢的表示方法 数字+元素符号+数字
✓ 前面的数字表示钢的平均含碳量。结构钢以万 分之一为单位；工具钢和特殊性能钢以干分之 一为单位，若碳含量大于1％时不标出。
✓ 中间是合金元素于1%时不标出。后面的数字 表示合金元素的含量，以平均含量的百分之几 表示。当含量小于1.5％时，只标出元素，不标 出含量；含量等于或大于1.5％, 2.5％, 3.5％， 相应地以2, 3, 4…等表示。
When You Do Your Best, Failure Is Great, tick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
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两者关系－－组织可以由单相固溶体或金属化合 物组成，也可以由固溶体或一个金属间化合物 和两个金属化合物组成；可以是多相或单相；
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三、热处理与合金化
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合金元素的作用
1) C 保证钢的硬度、强度和韧性，提高淬透性； 2) 合金元素 主加元素（Cr、Mn、Ni、Si），提高淬透性，