金属工艺学全套课件

1、金属工艺学实习学时：60实验学时：6讲课学时：26山东建筑大学 工程训练中心1绪 论世界四大材料：钢铁、木材、塑料、水泥(如生产一根“轴”) 材料分：金属材料、非金属材料、复合材料金属材料指钢铁、有色金属等材料非金属材料无机高分子材料（陶瓷、水泥、木材等），有机高分子材料（如塑料、橡胶），复合材料-玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材料。现在新材料-纳米材料、智能材料2 材料按物质结构不同分： 金属材料、非金属材料（有机高分子材料和陶瓷料)、复合材料 材料按用途不同分： 机械工程材料、土木工程材料、电工材料、电子材料 材料按功能不同分： 结构材料、功能材料、磁性材料等3材料发展概括 天工开物明朝科

2、学家：宋应星 箸 石器时代陶器时代铜器时代：司母戊鼎（公元前1116世纪）11307801100战国编钟（前475221年）65个 总重2500Kg天然石，兽骨，树枝泥巴（日晒原始陶器；火烧瓷器用具） 铁器时代 沧州大狮（公元953年 ）重50T ,长5.3m,宽3m人工复合材 料 塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等本草纲目农政全书李时珍徐光启 智能材料4沧州铁狮铸造于公元953年。铁狮子通高5.78米，身长6.5米，体宽3.17米，重约40吨5本课程的性质和目的是高等工科院校机械类专业必修的一门专业技术基础课。2、目的：a获得有关金属热处理、金属材料的基本知识。 b熟悉常见金属材料的牌

3、号、性能特点及应用；了解它 们之间成分、组织、性能、热处理的关系。c 具有选择零件材料的能力，确定加工工艺路线的能力。d 为后续课程和从事技术工作打下基础。 1、性质：特点：杂，多，广，逻辑性差。本课学习方法是：预习 、笔记 、复习、讨论问题本教材的重点：常见的材料牌号及应用，钢的热处理6第一章 金属材料的力学性能Mechanics properties of metals金属材料的性能使用性能力学、物理、化学工艺性能铸造、锻压、焊接、切削加工力学性能：受外力作用下所表现出的性能。不能说：机械性能 判据 如： 强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等第一节 强 度 与 塑 性一、强度 strengt

4、h 概念：强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂 的能力。通过拉伸试验测得大小。见教材P5强度判据：屈服点 （屈服强度）、 抗拉强度7L0LKd0拉断前试样拉断后试样试样按GB639786制取，分长试样L0=10d0短试样 L0=5d0说明：bkse拉伸力 F O伸长量 LFsFbFe低碳钢的力伸长曲线FF8说明： 单位面积上的内力称应力。读sigmL长度 Length 单位：mmA截面积 Area 单位：mm2 F外力 Force 单位：N s屈服点的值 单位 ：MPa（兆帕）mega pascal屈服点概念：力不增加仍能继续伸长时的应力。用符号：s 表示抗拉强度概念：试样拉断前所承受的

5、最大拉应力。用符号：b表示 补充：bb 表示抗弯强度注：s 、 b 是设计与选材的重要依据 另：e 表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所承受的最大拉应力。9补充资料： GB/T2282002金属材料 室温拉伸试验方法 规定：断后伸长率 A 表示； 断面收缩率 Z 表示； 屈服强度 Re 表示； 抗拉强度 Rm 表示；此规定代替GB228-87，从2002年7月执行。10二、塑性 plasticity概念：在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。判据：断后伸长率 、断后断面收缩率断后伸长率 Percentage elongation after fracture概念：试样断后标准的伸长量与

6、标准的百分比。用符号 表示，读作 代儿特其中：Lk断后试样长度 Lo试样原始长度断后断面收缩率概念：断后截面处面积的最大缩减量与原始截面面积百分比。用符号 表示， 读作扑洒哎说明：伸长率和收缩率在实际应用中，一般是用表示塑性大小。、 越大，材料的塑性越好。通常认为0.9%后，其HB，b、ak二、状态图中的特性点、线、区域组织请打开教材40页，二部分。40钢铁力学性能与碳含量WC的关系41特性点：见表22特性线：1、ACD线；2、AECF线固相线液相线（其中AE线是碳钢固线）3、ECF线共晶转变线 LLd4、GS线（又称A3线）5、ES线（又称Acm线）6、PSK线共析转变线 A p（又称A1线

7、）42三、合金的结晶过程分析亚共析钢共析钢过共析钢AF+ALEA+Fe3CL+A43三、合金的结晶过程分析AEGPQSFeLAL+AFF+A F+PPP+Fe3CA+Fe3C0.772.11 、共析钢 WC=0.77%123P、亚共析钢123412344LL+AAF+AAPP+F冷却曲线过共析钢 WC=1.0%状态图的应用：自己看P4544 四、碳素钢（简称：碳钢）carbon -steel本内容P101，重点是常见牌号的含义、性能、应用。GB/T133041991规定：钢按化学成分分：非合金钢（碳钢）、低合金钢、合金钢三类。非合金钢是指WC2.11%，并含有少量Si、Mn、P、S等元素的铁碳

8、合金。（一）、常存元素对碳钢性能的影响 （了解）1、锰 Mn作用：脱氧，FeO还原Fe；与S作用MnS降低热脆性；提高强度、硬度。有益元素2、硅 Si作用：与钢液中FeO生成炉渣，提高钢质量；溶于F中，固溶强化。有益元素。453 、硫 S作用：形成FeS(熔点1190），在晶界 处，在1100 1200 时，压力加工，产生脆裂。“热脆”。有害元素4、磷 P作用：全部溶于F中，固溶强化；、HB，在低温下引起脆断“冷脆”。有害元素（二）、碳钢分类、牌号、用途（掌握内容）1、分类（1）按钢中含碳量多少分：低碳钢中碳钢高碳钢Wc 0.6%462、按钢的质量（品质）分：（S、P含量多少）普通碳素钢:优

9、质 钢:高级优质钢:S、P较高；Ws0.05%,Wp0.045%Ws 0.035%, Wp 0.035%;Ws 0.02%. Wp 0.03%;3、按钢的用途不同分：（1）碳素结构钢 structural steel（2）碳素工具钢 tool steel（3）特殊性能钢 special steel（4）铸 钢 casting steel适用于各种机器零件、工程结构件制造量具、刀具、模具、手锤、钳子等用于特殊要求，酸、碱、盐腐蚀环境。形状复杂，难用锻造方法成形的铸钢件。47（三）碳钢的牌号、用途1、碳素结构钢 GB7001988牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法四部分组

10、成。其中质量等级分别用A、B、C、D表示。A的S、P量高，D的S、P量最低，且质量最好。如：Q235A . FQ“屈”字汉语拼音字首235s235MPaA质量等级 A级F脱氧方法，指“沸腾钢”制造的钢材，一般不标出。牌号有：Q195；Q215；Q235；Q255；Q275五类。见教材105页 表52。482、优质碳素结构钢S、P含量较低，用于重要零件GB69988规定：牌号用两位数字表示。其中两位数字表示含碳量万分之几。如：08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75。 如: 45钢是WC=0.45%用途见表52，P106。20Mn、65Mn等称

11、含锰量较高的优质碳素结构钢。3、碳素工具钢GB129888规定：牌号用“碳”字汉语拼音字首“T”+数字表示。数字表示WC的千分之几。如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。如T10钢WC=1%；T10A中的“A”表示为高级优质碳素工具钢。用途见P112，表5949补充：铸 钢 GB/T56131995牌号：用“铸钢”汉语拼音字首 ZG表示。如：ZG200400 用变速箱体、壳等，焊接性好。200s200MPa400b400MPa还有：ZG230450；用力不大的阀体、轴承盖。ZG270500热轧曲轴、连杆等注意：碳钢分类；说出常见钢号 20、45、65Mn、Q235B、Q235A、T

12、7、T10、T10A、T12、ZG200400等，属哪类钢，有何性能特点，用途。50作业：机械工程材料实验与习题 （1）P67 ：225（2） P68 ：238 （默画相图） （3） P69：242 （计算题） 上作业本！ 239；24051第二章 金属材料的基础知识第一节 金属的晶体结构一、晶体结构的基本概念Base knowledge of the Metallic materical1.晶体与非晶体概念：原子按一定几何形状作有规律的重复排列的 固体物质称晶体；非晶体则反之。特点：晶体有熔点；具有各向异性。如：食盐，冰，金刚石，金属等。 非晶体无熔点；各向同性。如：玻璃，松香，沥青等。52

13、二、常见的晶格类型1. 体心立方晶格 bodycentered cubic lattice特点：b 较好。如：912 Fe, Cr, Mo, V等。体心立方晶格含有2个原子体积组成。2. 面心立方晶格 facecentered cubic lattice特点： 较好。如： 912 Fe ,Cu, Al 等金属。含有4个原子体积组成。面心立方晶格532. 晶格与晶胞晶格：表示晶体中原子排列形成的空间格子。晶胞：组成晶格最基本的几何单元。abc晶 胞 示意图原子3. 晶格常数a ,b , ca=b=c且互垂直表示晶胞几何形状大小晶体中的原子排列晶面结点形成的原因：各原子之间相互吸引力与排斥力相平衡

14、结果。543. 密排六方晶格 hexagonal closepacked lattice特点：硬度高、脆性大。如：锌(Zn) , 镁(Mg), 镉(Cd)等金属。abCa=bc4. 晶格致密度原子排列的紧密程度。致密度= = 原子体积晶胞体积43 r3a3结果：体心=0.68面心=0.74六方=0.74原子半径 r =a55三、 金属的实际晶体结构(教材20 页 三)（一）、多晶体结构晶粒晶界多晶体 示意图由多个单晶粒组成的晶体为多晶体通常：钢铁材料晶粒尺寸 为 0.10.001mm 显微组织：在显微镜下观察到其形态、大小、分布不同的组成物。（二）、晶格缺陷1、点缺陷：在长、宽、高方向尺寸都有

15、很小变化的一种缺陷。 间隙原子晶格空位562、线缺陷 ：在晶格中呈线状分布的缺陷。，3、面缺陷：呈面状分布的缺陷。 ，线 缺 陷面缺陷57第二节 合金的相结构一、有关合金的基本概念1、合金 alloy由两种或两种以上金属元素或者金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。2、组元 constituent组成合金的最基本的独立的物质称组元，简称“元”。如：黄铜 CuZn；硬铝 AlCu 等都称二元合金。 3、系 system由给定组元可以按不同比例配制一系列成分不同的合金，简称：“系”。584、相图 ：表示合金系中合金状态与温度、成分之间的关系的图解。 如：铁碳合金状态图5、相 phase ：

16、指同一化学成分，同一结构并以界面互相分开的均匀组成部分。如 固相、液相等。 6、组织 structure ：借助于放大镜、显微镜下观察到具有某种形态、形貌特征的组成部分。 二、合金的相结构1、固溶体 solid solution 概念：溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的一种均匀固体。如；糖水 水溶剂，糖溶质。59 分类： 按溶质原子在溶剂中分布情况不同， 分 置换固溶体和间隙固溶体两类置换固溶体溶质原子替换晶格上的原子间隙固溶体溶质原子溶入晶格原子间隙a)间隙固溶体 b)置换固溶体特征：晶格类型不变，化学成分有限，性能发生变化60 特征：（1）晶格仍保持原晶格（溶剂）。（2）化学成分在一定范围内可

17、改变。（3）性能随化学成分改变而逐渐变化。性能：造成晶格畸变，强度、硬度上升。这种现象称固溶强化。若溶质原子质量分数（含量）适当，其力学性能高。2、金属化合物 compound 概念：合金元素之间发生相互作用而生成的一种具有金属特性的新相。如 Fe与CFe3C61 特征（1）具有一定的化学成分。（2）与任一组元成分不同。（3）熔点高脆性大硬度高。 性能晶格复杂斜方，、HB，、ak，脆性大3、机械混合物 mixture 概念：两相按固定比例构成的组织（复合相），称机械混合物。如 铁碳合金中 F与Fe3C结合为P 特征：各相保持自己的晶格类型、性能特点。 强度、硬度适中，目前钢铁材料中大 部分是这

18、种组织。62第三节 纯 金 属 的 结 晶一、结晶的概念1、结晶 crystallization 由液态转变为固体晶体的过程。或者描述为：原子由不规则排列到有规则排列过程。或者描述为：晶体结构形成的过程。如水冰2、冷却曲线与过冷度TT0T1时间O冷却曲线平台：结晶过程时间。是结晶时放出的热（潜热）造成的。 T0理论结晶温度T1实际结晶温度T0T1= T 过冷度过冷是结晶的必要条件！Ttemperation63结论：冷却速度T 或者说： T F（结晶能量） 结晶驱动力结晶倾向二、结晶过程过程：不断形核和晶核不断长大的过程。三、晶粒大小控制1、晶粒越细小，力学性能越高。64FF结果：小鸡蛋不易碎，

19、 大鸡蛋容易碎举例：两组大小不同的鸡蛋受力情况2、细化晶粒方法：（1）增加T。（2）孕育处理（变质处理）。（3）附加振动或搅拌。65四、金属的同素异构转变补充内容铁丝加热实验示意图铁丝标尺支架现象：加热时铁丝伸长，到912开始收缩。若冷却时从1000 到912 出现伸长现象。概念：在固态下随温度发生变化，其晶格类型发生转变的现象-同素异构转变。冷却曲线：用冷却曲线表示出此现象。实质是：原子排列不同，结构不同，金属体积发生改变66冷却曲线：温度时间liquid结晶过程Fe 体心立方晶格Fe 面心立方晶格Fe体心立方晶格转变式： Fe Fe Fe 9121394体心 面心

20、 体心或者： Fe Fe 912临界转变温度 面心 体心体心2个原子体积面心4个原子体积67第四节 合金的结晶描述合金的结晶过程用“二元相图”解释一、二元合金相图的建立： 用热分析法绘制如：CuNi合金CuNi成分变化：Cu由100%0%； Ni由0%100%0100温度AB10831452L-liquidS-solidL+SWNi%结晶过程分析：70%Cu+30%Ni 合金121点以上为液体 L到1点开始结晶出固体 S12间为两相 区 L+S到2点时全为固体 S2点以下为固体68ABCuNi12LSAB上线液相线AB下线固相线二、 合金结晶的特点：1、一个温度范围内结晶，有两个相变点（因为合

21、金有两组元 ）。2、结晶出的固相成分与液相成分不同（液相成分不断改变）。3、形成单相、两相混合物、单相与两相混合物。L+StO12LLS（L+S）S冷却曲线69第五节 铁碳合金 Ferrocarbon alloy一、铁碳合金状态图1、状态图的建立通过热分析法获得Fe与C形成：FeCFe3CFe2CFeC-Wc=6.69%-Wc=9.3%-Wc=17.8%Fe3CFe2CFeC说明：GB310293规定W称为质量分数，下标为含某元素W-weight 分量、重量FeFe3C 简化状态图70二、状态图作用：（1）研究钢铁的成分、组织和性能之间关系理论基础。（2）制定热加工工艺的依据。简化 FeFe3

22、C 状态图三、基本组织1、铁素体 F Ferrite 碳在Fe中所形成的间隙固溶体。 特点：塑性、韧性好，强度、硬度低。712、奥氏体 Aaustenite 英国金相学家碳在Fe中的间隙固溶体。特点：塑性较好，强度较低3、渗碳体 Fe3C是Fe与C的化合物。特点：硬度很高，很脆，塑性几乎等于零，在钢中起强化作用。-cementite4、珠光体 Ppearlite（日本）是F与Fe3C机械混合物，WC=0.77%特点：有一定的强度、塑性，层片状。725、莱氏体 Ld-Ledeburite德国金相学家特点：硬而脆，不能进行压力加工。是高温下A与Fe3C的机械混合物 共晶反应的产物。Wc=4.3%

23、反应式： L 4.3=Ld (A+Fe3C)1148注：随温度降低至727时，A转变为P，室温下变成：P+ Fe3C共晶组织，称为 低温莱氏体 LdLd =（P+ Fe3C）F、A、 Fe3C是单相组织P、 Ld 是混合物73第二节 FeFe3C 状态图分析一、分类工业纯铁碳钢白口铸铁亚共析钢共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铸铁74力学性能变化：随碳含量增加，其强度、硬度，塑性、韧性。但当WC0.9%后，其HB，b、ak二、状态图中的特性点、线、区域组织请打开教材40页，二部分。75钢铁力学性能与碳含量WC的关系76特性点：见表22特性线：1、ACD线；2、AECF线固相线液

24、相线（其中AE线是碳钢固线）3、ECF线共晶转变线 LLd4、GS线（又称A3线）5、ES线（又称Acm线）6、PSK线共析转变线 A p（又称A1线）77三、合金的结晶过程分析亚共析钢共析钢过共析钢AF+ALEA+Fe3CL+A78三、合金的结晶过程分析AEGPQSFeLAL+AFF+A F+PPP+Fe3CA+Fe3C0.772.11 、共析钢 WC=0.77%123P、亚共析钢123412344LL+AAF+AAPP+F冷却曲线过共析钢 WC=1.0%状态图的应用：自己看P4579 四、碳素钢（简称：碳钢）carbon -steel本内容P101，重点是常见牌号的含义、性能、应用。GB/

25、T133041991规定：钢按化学成分分：非合金钢（碳钢）、低合金钢、合金钢三类。非合金钢是指WC2.11%，并含有少量Si、Mn、P、S等元素的铁碳合金。（一）、常存元素对碳钢性能的影响 （了解）1、锰 Mn作用：脱氧，FeO还原Fe；与S作用MnS降低热脆性；提高强度、硬度。有益元素2、硅 Si作用：与钢液中FeO生成炉渣，提高钢质量；溶于F中，固溶强化。有益元素。803 、硫 S作用：形成FeS(熔点1190），在晶界 处，在1100 1200 时，压力加工，产生脆裂。“热脆”。有害元素4、磷 P作用：全部溶于F中，固溶强化；、HB，在低温下引起脆断“冷脆”。有害元素（二）、碳钢分类、牌

26、号、用途（掌握内容）1、分类（1）按钢中含碳量多少分：低碳钢中碳钢高碳钢Wc 0.6%812、按钢的质量（品质）分：（S、P含量多少）普通碳素钢:优 质 钢:高级优质钢:S、P较高；Ws0.05%,Wp0.045%Ws 0.035%, Wp 0.035%;Ws 0.02%. Wp 0.03%;3、按钢的用途不同分：（1）碳素结构钢 structural steel（2）碳素工具钢 tool steel（3）特殊性能钢 special steel（4）铸 钢 casting steel适用于各种机器零件、工程结构件制造量具、刀具、模具、手锤、钳子等用于特殊要求，酸、碱、盐腐蚀环境。形状复杂，难用

27、锻造方法成形的铸钢件。82（三）碳钢的牌号、用途1、碳素结构钢 GB7001988牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法四部分组成。其中质量等级分别用A、B、C、D表示。A的S、P量高，D的S、P量最低，且质量最好。如：Q235A . FQ“屈”字汉语拼音字首235s235MPaA质量等级 A级F脱氧方法，指“沸腾钢”制造的钢材，一般不标出。牌号有：Q195；Q215；Q235；Q255；Q275五类。见教材105页 表52。832、优质碳素结构钢S、P含量较低，用于重要零件GB69988规定：牌号用两位数字表示。其中两位数字表示含碳量万分之几。如：08F、10、15、2

28、0、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75。 如: 45钢是WC=0.45%用途见表52，P106。20Mn、65Mn等称 含锰量较高的优质碳素结构钢。3、碳素工具钢GB129888规定：牌号用“碳”字汉语拼音字首“T”+数字表示。数字表示WC的千分之几。如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。如T10钢WC=1%；T10A中的“A”表示为高级优质碳素工具钢。用途见P112，表5984补充：铸 钢 GB/T56131995牌号：用“铸钢”汉语拼音字首 ZG表示。如：ZG200400 用变速箱体、壳等，焊接性好。200s200MPa400b400MPa还有：Z

29、G230450；用力不大的阀体、轴承盖。ZG270500热轧曲轴、连杆等注意：碳钢分类；说出常见钢号 20、45、65Mn、Q235B、Q235A、T7、T10、T10A、T12、ZG200400等，属哪类钢，有何性能特点，用途。85作业：机械工程材料实验与习题 （1）P67 ：225（2） P68 ：238 （默画相图） （3） P69：242 （计算题） 上作业本！ 239；24086第三章 金属的塑性变形与再结晶本章重点：1、变形机理。2、形变后组织性能特点。第一节 金属的塑性变形 plastic deformation of metal一、单晶体的塑性变形1、弹性变形：受力变形，外力卸

30、去后，又回到原状态现象。2、塑性变形：外力取消后，物体的变形不完全恢复的现象。变形的基本方式：滑移位错造成的。87滑移变形的实质：在切应力作用下，某一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生位移。此现象称“滑移”二、实际多晶体塑性变形1、晶粒本身的变形（滑移变形）主要的2、晶粒之间的变形（晶间变形）次要的88第二节 冷塑性变形对组织、性能的影响一、晶粒被拉长（压扁），性能趋于各向异性1122受力变形二、产生冷变形强化（加工硬化）现象work hardened随变形程度的增加，其强度、硬度，塑性、韧性的现象如：手弯铁丝；冷卷弹簧；推土机前板；不锈钢刀三、产生内应力（残余应力）解决办法：去应力退火

31、8990第三节 变形金属在加热时的变化一、回复 recovery 晶格歪扭现象消失的过程。T回（0.250.3)T熔T回回复加热温度 ，单位 KT熔绝对熔化温度， 单位 K热力学温度单位二、再结晶 recrystallization对回复后的金属继续加热，由于原子获得了更大的活动能力，晶粒外形发生变化。进而由碎晶粒变成完整晶粒的过程，此时没有应力出现。加工硬化现象消失。通过：形核、长大方式完成。再结晶后晶格类型没有变化。T再0.4 T熔碳 钢 T再0.5 T熔合金钢 T再0.6 T熔91三、晶粒长大若T再继续升高，则晶粒长大、变粗，力学性能大大下降。所以要严格控制加热温度、保温时间。第四节 金

32、属的热加工 hot working一、热加工与冷加工概念1、热加工：当加热温度大于再结晶温度时，变形工艺称热加工。2、冷加工：cold working T加小于T再称冷加工特点：如：金属铅在室温下变形属热加工金属钨在1000时变形属冷加工热加工变形量大，表面粗糙，无加工硬化现象，有再结晶。冷加工变形量小，表面光滑，有加工硬化现象，无再结晶。92二、热加工对组织、性能的影响1、材料中的气孔、间隙压合，使组织致密，晶粒细化，力学性能高2、形成锻造流线forging flow line（纤维组织），产生各向异性.钢锭中夹杂物沿晶界被压伸长，与变形方向一致，好似一条条细线。平行流线方向抗拉强度、塑性好

33、。垂直于流线方向抗剪切力大，抗拉强度低。曲轴齿轮裂纹93 不合理 合理作业：习题册 P7294第三章 金属的塑性变形与再结晶本章重点：1、变形机理。2、形变后组织性能特点。第一节 金属的塑性变形 plastic deformation of metal一、单晶体的塑性变形1、弹性变形：受力变形，外力卸去后，又回到原状态现象。2、塑性变形：外力取消后，物体的变形不完全恢复的现象。变形的基本方式：滑移位错造成的。95滑移变形的实质：在切应力作用下，某一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生位移。此现象称“滑移”二、实际多晶体塑性变形1、晶粒本身的变形（滑移变形）主要的2、晶粒之间的变形（晶间变形

34、）次要的96第二节 冷塑性变形对组织、性能的影响一、晶粒被拉长（压扁），性能趋于各向异性1122受力变形二、产生冷变形强化（加工硬化）现象work hardened随变形程度的增加，其强度、硬度，塑性、韧性的现象如：手弯铁丝；冷卷弹簧；推土机前板；不锈钢刀三、产生内应力（残余应力）解决办法：去应力退火9798第三节 变形金属在加热时的变化一、回复 recovery 晶格歪扭现象消失的过程。T回（0.250.3)T熔T回回复加热温度 ，单位 KT熔绝对熔化温度， 单位 K热力学温度单位二、再结晶 recrystallization对回复后的金属继续加热，由于原子获得了更大的活动能力，晶粒外形发生

35、变化。进而由碎晶粒变成完整晶粒的过程，此时没有应力出现。加工硬化现象消失。通过：形核、长大方式完成。再结晶后晶格类型没有变化。T再0.4 T熔碳 钢 T再0.5 T熔合金钢 T再0.6 T熔99三、晶粒长大若T再继续升高，则晶粒长大、变粗，力学性能大大下降。所以要严格控制加热温度、保温时间。第四节 金属的热加工 hot working一、热加工与冷加工概念1、热加工：当加热温度大于再结晶温度时，变形工艺称热加工。2、冷加工：cold working T加小于T再称冷加工特点：如：金属铅在室温下变形属热加工金属钨在1000时变形属冷加工热加工变形量大，表面粗糙，无加工硬化现象，有再结晶。冷加工变

36、形量小，表面光滑，有加工硬化现象，无再结晶。100二、热加工对组织、性能的影响1、材料中的气孔、间隙压合，使组织致密，晶粒细化，力学性能高2、形成锻造流线forging flow line（纤维组织），产生各向异性.钢锭中夹杂物沿晶界被压伸长，与变形方向一致，好似一条条细线。平行流线方向抗拉强度、塑性好。垂直于流线方向抗剪切力大，抗拉强度低。曲轴齿轮裂纹101 不合理 合理作业：习题册 P72102第四章 钢的热处理 Heat treatment of carbon steel1、热处理概念 GB/T737299采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温、冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺

37、。目的：改变钢的工艺性能；强化钢材；满足使用要求。原理：改变组织。t o时间 加热保温冷却热处理工艺曲线本章重点：热处理基本理论；常用热处理工艺；热处理组织、性能特点。1032、热处理分类按目的、加热条件和特点不同分：退火、正火、淬火、回火。 是讨论的重点 （1）整体热处理 bulk heat-treatment（2）表面热处理 surface heat-treatment火焰加热法、感应加热法。（3）化学热处理 thermo-chemical treatment渗碳、渗氮、碳氮共渗等（4）特殊热处理 special hent-treatment形变热处理、磁场热处理、真空热处理、激光热处理等

38、。104第一节 钢在加热时的组织转变GPQSEAFF+AA+Fe3CpF+PP+Fe3C加热时： “C” 下标如：AC1 ；AC3 ；AccmAC3AccmAC1冷却时：“ r ” 下标如：Ar1； Ar3 ；ArcmAr3Ar1Arcm一、奥氏体的形成以共析钢为例，室温 PF+Fe3C混合物F体心 立方 WC=0.0218%;Fe3C密排六方 WC=6.69%AC1A 面心立方 WC=0.77%*奥氏体形成的过程是 Fe、C原子的扩散过程105Fe3CFA 核AA形成过程：1、奥氏体的形核与长大2、剩余Fe3C的溶解3、奥氏体的均匀化6.69%0.0218%二、影响 A 形成的因素1、加热速

39、度、温度的影响。2、原始组织的影响。3、化学成分的影响106三、奥氏体晶粒大小与控制1、晶粒度 晶粒的大小程度，称晶粒度。GB639486规定：有10个级别，1 级最粗10 级最细。见教材P632、晶粒大小与控制（1）起始晶粒度（2）实际晶粒度（3）本质晶粒度 P刚刚转变为A时的晶粒大小。经热处理后获得的晶粒大小。原材料的晶粒大小（未加热时）。（1）合理选择加热温度和保温时间。（2）选择原始材料晶粒 粒状 P 组织。（3）加入一定量的合金元素，抑制 A 晶粒长大。107第二节 钢在冷却时组织转变A1温度时间O连续冷却等温冷却一、过冷A的等温冷却转变过冷A冷却到 A1 线以下暂时存在的A。等温冷

40、却将 A 由高温冷却到 A1 线以下某个温度等温停留一段时间，然后冷却下来的方式。等温转变在等温保持时，过冷 A 发生的转变1、等温转变曲线的建立以共析钢为例步骤（1）制成若干101.5 mm的试样。108（2）将试样加热到850900，保温一段时间。A1tO850900（3）将试样分别放入不同温度的等温槽（炉）中，如：700、650、600、550、500、450、400、200等700650650600550500450200230Ms2、曲线分析时间温度组织转变关系曲线 ，简称“T T T ”线。TimeTemperatureTransformPBM按温度划分三个区：高温区：A1550

41、珠光体型转变 P 中温区：550Ms 贝氏体型转变B低温区：Ms（230）以下 马氏体型转变M1093、过冷 A 等温转变产物的组织与性能550600650A1MsPBM（1）珠光体型转变产物 P由于冷却速度不等，得到的P 层片厚薄不同，三种：、A1650，T小，P 粒粗，160HBS250HBS “ P”表示。P、650600， T 稍大，P 粒较细，薄F与Fe3C，”S”表示，sarbite 索氏体，2535HRC。S、600550，T大，P 粒很细，用 T 表示，troostite 托氏体；35HRC48HRC。T（2）贝氏体型转变 - B bainite727奥氏体转变成过饱和铁素体和

42、极细小的渗碳体的混合物，称 “贝氏体”。分B上、B下，B上硬脆无使用价值，B下力学性能较好。生产中常用。350B上B下（3）马氏体型转变M martensiteT极大，Fe、C原子不能扩散，C全部溶于Fe中，体积，产生应力。面心立方：Fe体心立方FeT+M+AM+A110碳在Fe中的过饱和固溶体，称为马氏体。硬度很高：62HRC65HRC，耐磨性好。二、过冷 A 连续冷却转变A1550MsV1炉冷V2空冷V3油冷V4 水冷PSTVK1、连续冷却转变曲线又称“C C T ”曲线Continuous Cooling TransformVK临界冷却速度 V1P 170220HBS V2S 25HRC

43、35HRC V3T+M 45HRC55HRC V4M+A 55HRC65HRC2、马氏体的形态、性能晶体结构：体心立方体心正方，体积增大。形态、性能：片状M ，WC1%，HB高，、ak差。板条状M，WC0.6%,良好，较高ak,强韧性。111第三节 钢的退火与正火一、退火 annealing GB/T72321999概念：将工件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺，称退火。属整体热处理的一种。分：完全退火、等温退火、球化退火、去应力退化、再结晶退火等。1、完全退火 full annealing（1）概念：将工件加热到AC3+3050完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平衡组织

44、（P+F）的退火工艺。AA3Ac3完全退火P+F（2）目的：细化晶粒，提高性能；消除应力，防止变形；降低硬度。提高切削加工性。（3）应用：亚共析钢；铸件；锻件；焊接件。1122、球化退火 spheroidizing annealing（1）、概念：使工件中碳化物球状化而进行的退火工艺。A+Fe3CP+Fe3CAAc13050完全退火球化退火加热温度Ac1+3050 （2）目的：HB，切削加工性（195HBS左右）；为淬火做准备。（3）应用：过共析钢，模具钢，合金工具钢。3、去应力退火 tress relievisng（1）、概念：将工件加热到500600左右，保留一段时间，然后随炉冷到2003

45、00，再空冷的方法。去应力 退火500600（2）、目的：去除内应力，稳定尺寸，减少变形。（3）、应用：铸件，锻造件，焊接件，切削加工件。113二、正火 normalizingAF+AA+Fe3CP+Fe3CSFPG1、概念：将工件加热到奥氏体化状态，然后在空气中冷却的热处理工艺。2、加热温度：Ac3或Accm+3050正火AccmAc330503、目的：细化晶粒，调整硬度，消除网状Fe3C。4、应用：碳钢件。三、退火与正火的选择1、使用性能：工件要求不高，用正火；形状复杂、大件用退火。2、可加工性：WC0.45%碳钢用正火；高碳钢用退火，HB。3、经济性：正火经济；退火工艺繁杂；114第四节

46、 钢的淬火与回火一、淬火 quenching卒ZU（兵）CU（忽然）蘸1、概念将工件加热到奥氏体化后以适当的方式冷却获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。2、目的：提高硬度，高弹性和耐磨性。3、加热温度亚共析钢：AC3+3050过共析钢：AC1+3050AA+Fe3C M+A少M+Fe3C+ A很少4、保温时间：太短奥氏体化不均匀，出现软点；太长钢件表面出现氧化、脱碳、晶粒粗大。1155、淬火冷却介质水：较快，易变形开裂。油：较慢，减少变形，如10#、20#机油。食盐水：冷却能力提高，加10%NaCI，6、淬火方法 P80 自己看7、钢的淬透性和淬硬性（1）淬透性 hardenability

47、：获得硬度深度和硬度分布的能力。硬度层越深，淬透性越好。（2）淬硬性 hardening capacity ：淬火后获得的最高硬度的能力。取决于WC的含量；注意：淬火后硬度高的钢，不一定淬透性好； 淬火后硬度低的钢，也可能具有高的淬透性。当WC0.7%，随WC，淬透性；当WC0.7%，随WC，淬透性。116（3）对力学性能的影响：淬透性好的钢，力学性能高；淬透性差的钢，尤其是心部力学性能底，受力易变形。二、回火 tempering1、概念：淬火后的工件，再加热到A1以下某一温度、保温一定时间，然后冷却到室温的工艺。2、目的：（1）使工件获得要求的力学性能；（2）稳定工件尺寸；（3）消除或减少内

48、应力；（4）改善工件的切削加工性。3、回火方法 （组织转变、性能、应用）（1）低温回火 （150250）lowtemperature tempering获得组织 M回；5865HRC；用于 高碳钢、工具钢（刀具、量具、模具）、滚动轴承钢。（2）中温回火117（2）中温回火 （350500）；mediumtemperatur tempering回火后 b、s 较高，内应力消除，ak 较好。回火组织：T回；用于弹簧钢制造的弹性件、锻模。（3）高温回火 ( 500650)；hightemperatuer tempering回火组织：S回；特点是 综合力学性能好。应用广泛，汽车、拖拉机、机车，承受较大

49、载荷的结构零件，如：轴、齿轮等。淬火+高温回火称调质处理，简称：调质。trawn说明：回火组织与等温冷却转变组织的区别：S回、T回 是粒状，而 S、T 是片状；正火与调质硬度很接近，但结构件一般经调质而不正火后用，因调质综合力学性能好。1184、回火脆性：一般来讲，随回火温度，其、HB，、ak，但在250350之间其ak的现象，称“回火脆性”。碳化物沿着马氏体周围析出，形成脆性薄壳，受力易裂纹。1、退火、正火、淬火、回火简称“四把火”的概念、工艺、目的、应用。 小结：2、回火后的组织性能、应用如何？作业：P 74；119第五节 钢的表面热处理和化学热处理简介一、表面热处理 surface he

50、at-treatment1、概念：将工件快速加热，表面达到淬火温度立即淬火（喷水），表面层获得 M ，而心部保持了原有的韧性、塑性且达到表面耐磨的工艺。2、应用：齿轮、凸轮、套筒、顶杆等， WC=0.4%0.5%较好。3、方法：按加热方式不同，分为：感应加热和火焰加热（1）感应加热表面淬火原理“集肤效应”120高频加热：200KHZ300KHZ ；0.32.5mm,小件；轴；齿轮中频加热：1KHZ10KHZ；210mm；较大件，凸轮，曲轴工频加热：50HZ；硬度层 1020mm；应用大件 特点：a、生产率高，加热速度快；b、淬火后晶粒细、硬度高；c、加热不氧化、不脱碳、不变形；d、有较高疲劳强

51、度；e、缺点是设备投资大。应用大批量生产小件，齿轮等。（2）、火焰加热用乙炔氧气混合气体燃烧的火焰。特点：操作简单，效率低；表面层26mm，工作表面严重氧化，质量难以控制。应用 单件、小批生产。第六节 化学热处理 简介Thermochemical treatment一、概念：是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变化学成分、组织和性能的热处理工艺。121二、工艺方法1、渗碳：向工件表面深入碳原子过程，WC，渗碳层0.52mm.（1）目的：提高耐磨性；此时心部有良好的韧性；“外强里韧”。（2）应用：低碳钢，低合金钢。（3）方法：气体渗碳，固体渗碳。（4）

52、热处理：渗碳、淬火+低温回火。2、氮化：向工件表面渗入活性氮原子形成硬度极高的合金氮化物。（1）目的：提高硬度、耐磨性，提高疲劳强度，耐蚀性。（2）应用：含较高合金元素的钢，V、W、AI、Mo、Cu等（3）方法：离子渗氮氨气第七节 钢的热处理新工艺、新技术 P95 自己看。 122本章总结：1、什么是热处理？分类；为什么要进行热处理？2、加热、冷却时组织如何转变的？冷却速度对组织有何影响？3、“四把火”的概念、工艺、应用，工序安排。4、何谓表面热处理，化学热处理；机理是什么？有何特点，应用如何？作业 P76 ；40，41，42123第五章 合 金 钢 alloy-steel一、分类1、按含合金

53、元素量多少：（1）低合金钢（2）中合金钢（3）高合金钢W含量10%W含量=5%10%2、按用途分：（1）合金结构钢（2）合金工具钢（3）特殊性能钢轴、齿轮、钢筋、型钢等刀具、模具、手用工具等不锈钢、耐热钢、耐蚀钢等二、合金元素在钢中的作用（了解）1、与铁作用：固溶于铁素体中，固溶强化，力学性能。1242、与碳作用：固溶于铁素体；形成碳化物，HB、b.总的看来：在碳钢的基础上，加入些合金元素，提高淬透性，提高综合力学性能，满足使用要求。第一节 合金结构钢一、低合金高强度钢：GB/T15911994 （原：低合金钢）牌号：标出 化学元素和含量，含碳量WC两位数字+元素符号+数字含元素量的%1.5%

54、不标出 1.52.5%用 2表示2.53.5%用 3表示主加元素WC的万分之几例如：40Cr 、60Si2Mn 、20CrMnTi合金元素总量5%，主要用于桥梁、井架、电视塔架、船舶等。1251、成分 ： WC0.2%；合金元素强化铁素体。2、性能：良好的、ak，较高的b、s；3、钢号、用途 ：P107 表54 Q295 ；Q345 ； Q390 ；Q420；Q460常用的是：Q345 代替旧标准 16Mn4、热处理：热轧后，正火状态使用。二、合金渗碳钢 GB3077991、成分：WC0.25%；目的保证心部有良好的塑性、韧性。2、性能：良好的淬透性；经渗碳后，耐磨性，-1，良好的、ak ，

55、抗冲击。3、钢号、用途： P108 表55统一数字代号：20Cr-A20202; 20CrMnTi-A262021264、热处理：渗碳、淬火+低温回火，58HRC62HRC三、合金调质钢 GB/T3077991、成分：Wc=0.25-0.50%；过高，ak；过低，淬不硬，不高。2、性能：具有良好的综合力学性能。3、钢号、用途：P109 表56 代号40Cr-A204024、热处理：淬火+高温回火S回四、合金弹簧钢 GB1222841、成分：Wc=0.5-0.7% 过低，e不高，屈服比低；过高-1、 ak 2、性能：具有高的b；高的屈强比s/b， -1、足够的、 ak 3、钢号、用途：P110

56、表57； 60Si2Mn1274、热处理：（1）冷成形弹簧：当d8mm, 200250去应力退火；淬火+中温回火。五、滚动轴承钢 （专用）应用在高速运转中。1、成分：Wc=0.95-1.1%, 目的保证高硬度、耐磨性；加Wcr=0.4-1.6%，提高淬透性。2、性能：较高的-1，HB，e一定的ak3、钢号、用途： p112 ,常用的 GCr15 小型套圈，直径12%1、铬不锈钢：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13，见表513 P1222、铬镍不锈钢：1Cr18Ni9Ti 、0Cr18Ni9另：铁素体不锈钢：1Cr17容器，日用品二、耐磨钢 GB568098 P123 3、又称“高锰

57、钢”，强烈冲击力作用下发生硬化现象。如牌号：ZGMn131； ZGMn132 ；等应用 防弹板、铁道叉、履带板、颚板、铲斗、保险箱等。三、耐热钢 P121 自己阅小结： 作业 P78131第六章 铸 铁 cast iron P124 第二节本章重点：铸铁的分类、常用的牌号、应用。一、什么是铸铁？GB561195一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称，称为铸铁。补充：生铁 ：pigiron 铁矿石在高炉中炼出来的。炼铁（Ironmaking)工艺，分铸造生铁和炼钢生铁（WSi1.25%)两种；铸造生铁与其他材料一起熔化后，获得的材料，叫铸铁；炼钢生铁通过进一步的熔炼，得到钢材，此过程称炼钢 st

58、eelmaking。特点：铸铁有良好的铸造性、耐磨性、减摩性、减振性、切削加工性等优良性能，且制造容易、价格便宜，在工业生产中应用广泛。132二、铸铁分类按碳的存在形式分1、白口铸铁 white cast-iron碳以碳化物（Fe3C)形式出现。断口：银白色，硬而脆；很难切削加工，很少直接用于零件.2、灰口铸铁 gray cast-iron碳以石墨形式出现。断口：呈灰色；常用材料。按石墨的形状不同，又分为：（1）灰 铸 铁片 状石墨（2）球墨铸铁球 状石墨（3）可锻铸铁团絮状石墨（4）蠕墨铸铁蠕虫状石墨3、麻口铸铁 mottled cast-iron碳以 Fe3C+石墨 形式出现。断口：白色与

59、灰色之间；此类铸铁脆性很大，很少使用。白口灰口麻口另：合金铸铁（向铸铁中加入合金元素，改善性能）。133第一节 铸铁的石墨化及影响因素一、铸铁石墨化铸铁中石墨的形成过程称为“石墨化”。石墨 “ G ” 表示，graphite是碳的一种结晶形式，六方晶格，碳原子呈层片状排列； 性能：、ak很低，硬度为3HBS；实践证明：冷却速度快Fe3C冷却速度慢 G二、石墨化影响因素1、化学成分：随C、SiG核，有利于 G 析出；S阻碍 G ，促进白口化，所以严格控制。2、冷却速度：V原子来不急扩散，G难以进行；易白口。V小易得到灰口。所以设计时：合理选择 铸件壁厚。薄 件 白口厚大件灰口134第二节 灰铸铁

60、 gray cast一、成分、组织、性能1、成分：Wc=2.6%3.5%；Wsi=1.13%；Mn=0.61.3%2、组织（1）F+片状G；（2）F+P+片状G；（3）P+片G3、性能：（1）力学性能：压高；b低；、ak较差；（2）其他性能：铸造性好；减振性好；减摩性好；切削加工性好；低的缺口敏感性。135二、灰铸铁的牌号、用途GB943988牌号： H T b MPa灰铸铁简称“灰铁”，汉语拼音字母首如：HT150；HT200；见表515 P127；主要应用于 床身、箱体、底座等。三、热处理1、消除应力退火2、消除白口组织改善切削加工性能退火3、表面淬火 如车床导轨136第三节 球墨铸铁 n