工程材料总复习省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、 工工 程程 材材 料料总 复 习第1页使用性能使用性能工艺性能工艺性能纯金属纯金属合金合金工业用钢工业用钢有色金属及其合金有色金属及其合金铸铁铸铁结晶结晶塑性变形塑性变形热处理热处理第2页一、性能一、性能n 使用性能使用性能n1、力学性能、力学性能n 刚度:材料抵抗弹性变形能力。刚度:材料抵抗弹性变形能力。n指标为弹性模量:指标为弹性模量:E=/n 强度:材料抵抗变形和破坏能力。指标:强度:材料抵抗变形和破坏能力。指标:n抗拉强度抗拉强度 b材料断裂前承受最大应力。材料断裂前承受最大应力。n屈服强度屈服强度 s材料产生微量塑性变形时应力。材料产生微量塑性变形时应力。第3页n条件屈服强度条件屈
2、服强度 0.2残余塑变为残余塑变为0.2%时应力时应力n疲劳强度疲劳强度 -1无数次交变应力作用下不发生破坏无数次交变应力作用下不发生破坏最大应力。最大应力。n 塑性:材料断裂前承受最大塑性变形能力。指塑性:材料断裂前承受最大塑性变形能力。指标为标为、。n 硬度:材料抵抗局部塑性变形能力。指标为硬度:材料抵抗局部塑性变形能力。指标为HB、HRC。第4页n 冲击韧性:材料抵抗冲击破坏能力。指标为冲击韧性:材料抵抗冲击破坏能力。指标为k.材料使用温度应在冷脆转变温度以上。材料使用温度应在冷脆转变温度以上。n 断裂韧性:材料抵抗内部裂纹扩展能力。指标断裂韧性:材料抵抗内部裂纹扩展能力。指标为为K1C
3、。n2、化学性能、化学性能n 耐蚀性:材料在介质中抵抗腐蚀能力。耐蚀性:材料在介质中抵抗腐蚀能力。n 抗氧化性:材料在高温下抵抗氧化作用能力抗氧化性:材料在高温下抵抗氧化作用能力n3、耐磨性:、耐磨性:材料抵抗磨损能力。材料抵抗磨损能力。第5页二、晶体结构二、晶体结构n 纯金属晶体结构纯金属晶体结构n1、理想金属、理想金属n 晶体:原子呈规则排列固体。晶体:原子呈规则排列固体。n 晶格:表示原子排列规律空间格架。晶格:表示原子排列规律空间格架。n 晶胞:晶格中代表原子排列规律最小几何单元。晶胞:晶格中代表原子排列规律最小几何单元。第6页 三种常见纯金属晶体结构三种常见纯金属晶体结构Mg、Zn-
4、Fe、Ni、Al-Fe、Cr、W常见金属常见金属31212滑移系滑移系底面对角底面对角3 3 2滑移方向滑移方向六方底面六方底面1111 41106滑移面滑移面0.740.740.68致密度致密度12 128配位数配位数6 42原子个数原子个数原子半径原子半径a、caa晶格常数晶格常数密排六方密排六方面心立方面心立方体心立方体心立方第7页2、实际金属、实际金属 n 多晶体结构:由多晶粒组成晶体结构。多晶体结构:由多晶粒组成晶体结构。n 晶粒:组成金属方位不一样、外形不规则小晶体晶粒:组成金属方位不一样、外形不规则小晶体.n 晶界:晶粒之间交界面。晶界:晶粒之间交界面。n 晶体缺点晶体缺点晶格不
5、完整部位晶格不完整部位n 点缺点点缺点n 空位:晶格中空结点。空位:晶格中空结点。n 间隙原子:挤进晶格间隙中原子。间隙原子:挤进晶格间隙中原子。n 置换原子:取代原来原子位置外来原子。置换原子:取代原来原子位置外来原子。第8页n 线缺点线缺点位错位错n晶格中一部分晶体相对另一部分晶体沿某一晶面发生晶格中一部分晶体相对另一部分晶体沿某一晶面发生局部滑移,滑移面上滑移区与未滑移区交接线。局部滑移,滑移面上滑移区与未滑移区交接线。n 面缺点面缺点晶界和亚晶界晶界和亚晶界 n亚晶粒:组成晶粒尺寸很小、位向差也很小小晶亚晶亚晶粒:组成晶粒尺寸很小、位向差也很小小晶亚晶界:亚晶粒之间交界面。界:亚晶粒之
6、间交界面。n 晶界特点:晶界特点:n原子排列不规则;妨碍位错运动;熔点低;耐蚀性低;原子排列不规则;妨碍位错运动;熔点低;耐蚀性低;产生内吸附;是相变优先形核部位。产生内吸附;是相变优先形核部位。第9页n金属晶粒越细,晶界总面积越大,位错障碍越多;金属晶粒越细,晶界总面积越大,位错障碍越多;需要协调含有不一样位向晶粒越多,使得金属塑性需要协调含有不一样位向晶粒越多,使得金属塑性变形抗力越高。变形抗力越高。n晶粒越细,单位体积内同时参加变形晶粒数目越多晶粒越细,单位体积内同时参加变形晶粒数目越多,变形越均匀,在断裂前将发生较大塑性变形。强度变形越均匀,在断裂前将发生较大塑性变形。强度和塑性同时增
7、加,在断裂前消耗功大,因而韧性也和塑性同时增加,在断裂前消耗功大,因而韧性也好好.n细晶强化:细晶强化:经过细化晶粒来提升强度、硬度和塑性、经过细化晶粒来提升强度、硬度和塑性、韧性方法。韧性方法。第10页 合金元素在钢中作用合金元素在钢中作用n1、强化铁素体;、强化铁素体;n2、形成化合物、形成化合物第二相强化第二相强化n3、扩大(、扩大(C,Mn,Ni,Co)或缩小()或缩小(Cr,Si,W,Mo)A相区相区n4、使、使S、E点左移点左移n5、影响、影响A化化n6、溶于、溶于A(除除Co外外),使使C曲线右移曲线右移,Vk减小减小,淬透性提升。淬透性提升。n7、除、除Co、Al外,使外,使M
8、s、Mf点下降。点下降。合金钢与碳钢相比,为何它力学性能好合金钢与碳钢相比,为何它力学性能好,热处理变形小热处理变形小 第11页n8、提升耐回火性(淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降能力)、提升耐回火性(淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降能力)n9、产生二次硬化、产生二次硬化(含高含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时,因钢淬火后回火时,因为析出细小弥散特殊碳化物及回火冷却时为析出细小弥散特殊碳化物及回火冷却时A转变为转变为M回回,使硬,使硬度不但不下降,反而升高现象度不但不下降,反而升高现象)n10、预防第二类回火脆性:、预防第二类回火脆性:W、Mon(回火脆性回火脆性:淬火钢在一些温度范围内回火时,
9、出现冲击韧性:淬火钢在一些温度范围内回火时,出现冲击韧性下降现象。下降现象。)第12页n 纯金属组织纯金属组织n1、结晶:、结晶:金属由液态转变为晶体过程金属由液态转变为晶体过程n 结晶条件结晶条件过冷:在理论结晶温度以下发生结过冷:在理论结晶温度以下发生结晶现象。晶现象。n过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度差。过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度差。n 结晶基本过程结晶基本过程晶核形成与晶核长大晶核形成与晶核长大n形核形核自发形核与非自发形核自发形核与非自发形核n长大长大均匀长大与树枝状长大均匀长大与树枝状长大第13页n 结晶晶粒度控制方法:结晶晶粒度控制方法:增加过冷度;增加过冷度;变质变质
10、处理;处理;机械振动、搅拌机械振动、搅拌n2、纯金属中固态转变、纯金属中固态转变n同素异构转变:物质在固态下晶体结构随温度而发同素异构转变:物质在固态下晶体结构随温度而发生改变现象。生改变现象。n固态转变特点:固态转变特点:形核部位特殊;形核部位特殊;过冷倾向大过冷倾向大;伴伴随体积改变。伴伴随体积改变。1394 912 铁铁同素异构转变:同素异构转变:-Fe -Fe -Fe第14页n3、再结晶、再结晶n再结晶条件:冷塑性变形再结晶条件:冷塑性变形n加热时改变:加热时改变:回复回复再结晶再结晶晶粒长大晶粒长大n再结晶:冷变形组织在加热时重新彻底改组过程再结晶:冷变形组织在加热时重新彻底改组过程
11、.再再结晶不是相变过程。结晶不是相变过程。n 再结晶温度:发生再结晶最低温度。再结晶温度:发生再结晶最低温度。n纯金属最低再结晶温度纯金属最低再结晶温度T再再 0.4T熔熔n 影响再结晶晶粒度原因:影响再结晶晶粒度原因:加热温度和时间;加热温度和时间;n预先变形程度预先变形程度第15页n4、塑性变形:、塑性变形:n金属塑性变形方式:滑移和孪生金属塑性变形方式:滑移和孪生n 滑移特点:滑移特点:n只能在切应力作用下发生;只能在切应力作用下发生;n沿密排面和密排方向发生;沿密排面和密排方向发生;n位移量是原子间距整数倍;位移量是原子间距整数倍;n伴伴随转动伴伴随转动n滑移机理:经过位错运动实现。滑
12、移机理:经过位错运动实现。第16页n孪生特点孪生特点(密排六方金属密排六方金属)n孪生使晶格位向发生改变;孪生使晶格位向发生改变;所需切应力比滑移所需切应力比滑移大得多,变形速度极快,靠近于声速;大得多,变形速度极快,靠近于声速;孪生时相孪生时相邻原子面相对位移量小于一个原子间距。邻原子面相对位移量小于一个原子间距。n 冷热加工:冷热加工:以再结晶温度划分以再结晶温度划分n 冷加工组织:晶粒被拉长压扁、亚结构细化、冷加工组织:晶粒被拉长压扁、亚结构细化、n织构:变形量大时,大部分晶粒某一位向与外力趋织构:变形量大时,大部分晶粒某一位向与外力趋于一致现象。于一致现象。第17页n加工硬化:加工硬化
13、:随冷塑性变形量增加,金属强度、随冷塑性变形量增加,金属强度、硬度提升,塑性、韧性下降现象。硬度提升,塑性、韧性下降现象。n冷加工使内应力增加,耐蚀性下降,冷加工使内应力增加,耐蚀性下降,提升提升。n 热加工:形成纤维组织、带状组织热加工:形成纤维组织、带状组织n纤维组织使热加工金属产生各向异性,加工纤维组织使热加工金属产生各向异性,加工零件时应考虑使流线方向与拉应力方向一致。零件时应考虑使流线方向与拉应力方向一致。第18页3、铁碳合金相图、铁碳合金相图 n点:符号、成份、温度点:符号、成份、温度FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+Fe3CA+FL+AA+L+F ALL+Fe3CF+F
14、e3CA+Fe3CA+Fe3C+LeLeLe+Fe3CLe+Fe3CLeP+Fe3C+LeP+Fe3CP+FPF+Fe3C莱氏体莱氏体Le(A+Fe3C)Le(P+Fe3C)珠光体珠光体P(F+Fe3C)复相组织组成物:复相组织组成物:组织组成物标注组织组成物标注相区标注相区标注线:液固相线、水线:液固相线、水平线、固溶线、固平线、固溶线、固溶体转变线溶体转变线A 1538D 1227N 1394G 912PSK 727ECF 1148HJB 1495C%温度温度L第19页经典合金结晶过程(以共析钢为例)经典合金结晶过程(以共析钢为例)时间时间温度温度第20页四、钢热处理四、钢热处理n 热处理
15、原理热处理原理n1、加热时转变、加热时转变n奥氏体化步骤:奥氏体化步骤:A形核;形核;A晶核长大;残余渗碳体晶核长大;残余渗碳体溶解;溶解;A成份均匀化。成份均匀化。n奥氏体化后晶粒度:奥氏体化后晶粒度:n初始晶粒度:奥氏体化刚结束时晶粒度。初始晶粒度:奥氏体化刚结束时晶粒度。n实际晶粒度:给定温度下奥氏体晶粒度。实际晶粒度:给定温度下奥氏体晶粒度。n本质晶粒度:加热时奥氏体晶粒长大倾向。本质晶粒度:加热时奥氏体晶粒长大倾向。第21页2、冷却时转变、冷却时转变n 等温转变曲线及产物等温转变曲线及产物 650600550350A1MSMf时间时间PSTB上上B下下MM+AAPASATAB上上AB
16、下下AM过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A第22页 用用C曲线定性说明连续冷却转变产物曲线定性说明连续冷却转变产物 n依据与依据与C曲线交点位置判断转变产物曲线交点位置判断转变产物 P均匀均匀A细细AA1MSMf时间时间等温退火等温退火PP退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)S淬火淬火(油冷油冷)T+M+A等温淬火等温淬火B下下M+A分级淬火分级淬火M+A淬火淬火(水冷水冷)M回回150-250T回回350-500S回回500-650?PT+S回回ST+B下下+M+A第23页n3、回火时转变、回火时转变n碳钢:马氏体分解碳钢:马氏体分解;残余奥氏体分解;残余奥氏体分解;-碳
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