金属材料及热处理PPT学习教案

1、会计学1金属材料及热处理金属材料及热处理第1页/共37页31669, N. Steno, 1669, N. Steno, 晶面角守恒定律晶面角守恒定律 1885, A. Bravais, 1885, A. Bravais, 晶体空间点阵学说晶体空间点阵学说 1912, M. Laue1912, M. Laue* *, , 晶体的晶体的X X射线衍射射线衍射 1915, W. H. Bragg and W. L. Bragg1915, W. H. Bragg and W. L. Bragg* * *X X射线晶体结构分析方法射线晶体结构分析方法 电子显微镜（电子显微镜（SEMSEM、TEMTEM

2、）扫描探针显微术扫描探针显微术* * * *（STMSTM、AFMAFM）微观组织理论大发展微观组织理论大发展合金相图、合金相图、X X射线，位错理论射线，位错理论第2页/共37页Reaumur (1722) Hill (1748) Reaumur (1722) Hill (1748) 在放大镜下观察出晶粒在放大镜下观察出晶粒Sorbit Sorbit 发现并描述了细珠光体发现并描述了细珠光体Young(1807)Young(1807)提出材料弹性模量概念提出材料弹性模量概念Barlow(1826)Barlow(1826)关于材料强度的测定关于材料强度的测定Tehernoff(1861)Teh

3、ernoff(1861)发表了钢临界点的实验报告发表了钢临界点的实验报告Wshery(1860-1870)Wshery(1860-1870)关于拉伸、扭转、变曲应力的工作及关于拉伸、扭转、变曲应力的工作及得出的第一条得出的第一条S S- -N N曲线，开辟了材料、组织与性能间关系的曲线，开辟了材料、组织与性能间关系的科学研究科学研究第3页/共37页第4页/共37页金属金属非金属非金属1 1常温时，除了汞是液体外，常温时，除了汞是液体外，其它金属都是固体其它金属都是固体常温时，除了溴是液体外，有些是常温时，除了溴是液体外，有些是气体，有些是固体气体，有些是固体2 2一般密度比较大一般密度比较大一

4、般密度比较小一般密度比较小3 3有金属光泽有金属光泽大多没有金属光泽大多没有金属光泽4 4大多是热及电的良导体大多是热及电的良导体, ,电阻电阻通常随着温度的增高而增大通常随着温度的增高而增大大多不是热和电的良导体，电阻通大多不是热和电的良导体，电阻通常随温度的增高而减小常随温度的增高而减小5 5大多具有展性和延性大多具有展性和延性大多不具有展性和延性大多不具有展性和延性6 6固体金属大多属金属晶体固体金属大多属金属晶体固体大多属分子型晶体固体大多属分子型晶体7 7蒸气分子大多是单原子的蒸气分子大多是单原子的蒸气（或气体）分子大多是双原子蒸气（或气体）分子大多是双原子或多原子的或多原子的第5页

5、/共37页第6页/共37页第7页/共37页第8页/共37页4 4、金属的延展性、金属的延展性：可以抽成细丝。例如最细：可以抽成细丝。例如最细的白金丝直径为的白金丝直径为1/5000mm1/5000mm，可以压成薄片，例，可以压成薄片，例如最薄的金箔，可达如最薄的金箔，可达1/10000mm1/10000mm厚。厚。5 5、金属的密度、金属的密度：锂、钠、钾比水轻，锇、铁：锂、钠、钾比水轻，锇、铁等比水重。等比水重。6 6、金属的硬度、金属的硬度：一般较大，它们之间有很大：一般较大，它们之间有很大差别。有的坚硬差别。有的坚硬, ,如铬、钨等；有些软如铬、钨等；有些软, ,可用小刀切可用小刀切割如

6、钠、钾等。割如钠、钾等。第9页/共37页第10页/共37页第11页/共37页第12页/共37页原子作无序排列原子作无序排列；没有固定的熔点；各向同性。所有的金属和合金都是晶体晶格原子排列形成的空间格子晶胞组成晶格的最基本单元晶体：晶体：非晶体：非晶体：原子作有序排列原子作有序排列；有固定的熔点；各向异性。Fe原子直径约原子直径约为：为：1.24*10-8cm第13页/共37页第14页/共37页 -Fe-Fe、W W、V V、Mo Mo 等等第15页/共37页面心立方球体模型及其晶胞面心立方球体模型及其晶胞第16页/共37页 -Fe-Fe、CuCu、NiNi、AlAl、AuAu、Ag Ag 等等

7、第17页/共37页密排六方球体模型及其晶胞密排六方球体模型及其晶胞第18页/共37页C C（石墨）、（石墨）、MgMg、ZnZn 等等第19页/共37页FeFeFe同素异晶转变同素异晶转变在固态下，随着温度的变化，金属的晶体在固态下，随着温度的变化，金属的晶体结构从一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程。结构从一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程。L1538 1394 912 同素异构转变同素异构转变是钢铁材料性能呈多种多样，用途广泛，并能通过各种热处理进一步改善其组织与性能的重要因素。Fe、Sn锡、Ti钛、Mn锰温度时间1538 1394 912 体心面心体心FeFeFeFe第20页/共3

8、7页金属的实际晶体结构与晶体缺陷金属的实际晶体结构与晶体缺陷1.1.单晶体和多晶体单晶体和多晶体晶格位向完全一致的晶晶格位向完全一致的晶体叫做体叫做单晶体。单晶体。工业上使用的金属都是工业上使用的金属都是由许多小晶体组成的由许多小晶体组成的多多晶体晶体. .每个小晶体称为每个小晶体称为晶粒晶粒。晶粒与晶粒之间的界面晶粒与晶粒之间的界面称称晶界晶界。亚晶粒之间的交界称为亚晶粒之间的交界称为亚晶界。亚晶界。晶粒晶界第21页/共37页2 2、晶体缺陷、晶体缺陷实际晶体中存在的晶体缺陷，按缺陷实际晶体中存在的晶体缺陷，按缺陷几何特征可分为三种：几何特征可分为三种： 点缺陷点缺陷线缺陷线缺陷面缺陷面缺陷

9、第22页/共37页点缺陷点缺陷 导致导致晶格畸变晶格畸变 强强度度，硬度，硬度如如:合金化合金化第23页/共37页(2)线缺陷线缺陷位错位错 晶体中，某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象，称晶体中，某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象，称为为位错位错。位错的主要类型有刃型位错和螺旋位错。位错的主要类型有刃型位错和螺旋位错。第24页/共37页(3)面缺陷面缺陷晶界、亚晶界晶界、亚晶界 晶界和亚晶界上的原子排列，是从一种位向过渡到另一晶界和亚晶界上的原子排列，是从一种位向过渡到另一种位向。在这个过渡层中的原子排列是不规则的，晶格发生种位向。在这个过渡层中的原子排列是不规则的，晶格发生畸

10、变；亚晶界实际是由一系列的刃型位错堆积而成的。畸变；亚晶界实际是由一系列的刃型位错堆积而成的。 晶粒细晶粒细晶界面晶界面积大积大强度高强度高如如:晶粒细化晶粒细化第25页/共37页1. 晶体缺陷的存在破坏了晶体的完整性晶体缺陷的存在破坏了晶体的完整性,使晶格产生使晶格产生畸变畸变,晶晶格格能量增加能量增加,因而晶格缺陷相对于完整的晶体来说是处于一因而晶格缺陷相对于完整的晶体来说是处于一种不稳定状态种不稳定状态,它们在外界条件它们在外界条件(温度外力等温度外力等)变化时会首先变化时会首先发生变化发生变化,从而引起金属性能的变化从而引起金属性能的变化.2.晶体缺陷的存在影响金属的晶体缺陷的存在影响

11、金属的强度强度,一般情况下一般情况下,强度随晶体强度随晶体缺陷的增加而增加缺陷的增加而增加,可通过增加缺陷的办法可通过增加缺陷的办法,提高金属的强度提高金属的强度. 点缺陷点缺陷合金化合金化增加缺陷的办法增加缺陷的办法 线缺陷线缺陷增加塑性变形增加塑性变形(如加工硬化如加工硬化) 面缺陷面缺陷晶粒细化晶粒细化晶体缺陷与性能的关系晶体缺陷与性能的关系晶体缺陷晶体缺陷金属缺点金属缺点第26页/共37页凝固凝固 物质由液态转变成固态的过程。物质由液态转变成固态的过程。结晶结晶如果凝固的固态物质是原子（或分子）作有规如果凝固的固态物质是原子（或分子）作有规则排列的晶体，则这种凝固又称为结晶。则排列的晶

12、体，则这种凝固又称为结晶。通常通常, ,金属的凝固过程属于结晶过程。金属的凝固过程属于结晶过程。例如：北方冬例如：北方冬天窗花天窗花第27页/共37页纯金属的冷却曲线与过冷度纯金属的冷却曲线与过冷度 差热分析法原理差热分析法原理第28页/共37页To时间温度实际冷却曲线实际冷却曲线T1结晶平台结晶平台(是由结晶潜热导致是由结晶潜热导致)纯纯金金属属结结晶晶时时的的冷冷却却曲曲线线T0：理论结晶温度：理论结晶温度T1：实际结晶温度：实际结晶温度 过冷过冷：实际结晶温度：实际结晶温度 T T1 1 总是低于理论结晶温度总是低于理论结晶温度 T T0 0 的现象的现象过冷度过冷度 T = TT =

13、T0 0 - T - T1 1 （ 冷速冷速 T T ）理论冷却曲线理论冷却曲线第29页/共37页结晶时晶体在液体中从无到有（晶核形成），由小变结晶时晶体在液体中从无到有（晶核形成），由小变大（晶核长大）的过程，同时存在同时进行。大（晶核长大）的过程，同时存在同时进行。结晶过程是晶核不断形成和长大的过程结晶过程是晶核不断形成和长大的过程晶核长大过程是按树枝状骨架方式长大晶核长大过程是按树枝状骨架方式长大第30页/共37页第31页/共37页金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶冰的树枝晶第32页/共37页3.晶粒大小对金属力学性能的影响晶粒大小对金属力学性能的影响晶粒越细晶粒

14、越细塑性、韧性越好；强度、硬度越高塑性、韧性越好；强度、硬度越高 金属结晶后晶粒大小取决金属结晶后晶粒大小取决于于形核率形核率N（单位时间、单（单位时间、单位体积液态金属中生成的位体积液态金属中生成的晶核数目）和晶核数目）和晶核长大率晶核长大率G（单位时间内晶核长大的（单位时间内晶核长大的线速度）线速度）NG晶粒越细晶粒越细第33页/共37页1）提高冷却速度，增加过冷度）提高冷却速度，增加过冷度V V冷冷T TN N晶粒细晶粒细小小2）进行变质处理）进行变质处理3）附加振动：）附加振动：机械振动机械振动 超声波振动超声波振动 电磁搅拌等。电磁搅拌等。* *对大铸件或厚薄差别大的铸件冷速过快对大铸件或厚薄差别大的铸件冷速过快 变形、开变形、开裂裂, ,因此只适用于小铸件，简单件因此只适用于小铸件，简单件常用于大铸件，实际效果较好常用于大铸件，实际效果较好第34页/共37页1)表面细等轴晶层表面细等轴晶层力学性能虽力学性能虽好，但由于该层很薄，故对整好，但由于该层很薄，故对整个铸锭的性能影响不大。个铸锭的性能影响不大。2)柱状晶区柱状晶区比较致密，对于塑比较致密，对于塑性较好的非铁金属，希望得到性较好的非铁金属，希望得到较大的柱状晶区。另外柱状晶较大