金属材料培训资料课件

工程材料基础知识培训材料简介材料牌号及命名方法热处理基础知识铸铁、钢、铝及铝合金等常用金属简介材料简介材料发展历史与未来

材料伴随着人类文明一路同行，它是衡量人类社会文明程度的标志之一。历史学家也根据人类曾经使用过的材料，将历史时代划分为石器、青铜器和铁器时代。有着悠久文明的中国更是同样有着悠久的材料制造技术历史。殷商时代已进入青铜器时代，闻名的司母戊大方鼎便是那个时期的代表。进入现代以后，材料的发展更是迅猛，50年代主要发展了金属材料，60年代以后陶瓷材料、高分子材料和复合材料得到了发展，80年代以来，信息材料和能源材料得到了迅速的发展。随着科学技术的发展，新材料的领域不断扩展，如光电子材料、低维材料、薄膜材料和生物材料不断受到重视，预计在不久的将来，人们可以利用计算机从原子、分子的尺度进行材料设计，还有可能实现根据要求设计出符合一定用途的最佳成分和最佳生产工艺的新型材料。工程材料简介黑色金属铸铁钢有色金属重有色金属轻有色金属贵重有色金属稀有有色金属高分子材料陶瓷材料橡胶塑料复合材料塑料基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料铸铁牌号中代号后面的一组数字，表示抗拉强度代号后面有两组数字时，第二组数字代表伸长率值合金元素含量大于或等于1%时，用整数表示合金元素含量小于1%时，一般不标注，只有对该合金特性有较大影响时，才予以标注碳素结构钢屈服点数值碳素工具钢碳素工具钢平均含碳量（用千分之几表示含锰量高低（含锰低不标，含锰高标“Mn”品种说明（优质钢不标，高级优质钢用“A”表示低合金钢在低合金钢的牌号前面的两个数字表示低合金钢的名义万分碳含量Mn或Si元素名义百分含量大于等于1%时，须将元素标出，元素代号后面的1（元素名义百分含量）省略；如果元素名义百分含量大于等于2时，数字不省略如果存在其他较重要的元素，该元素代号需要标出来。无论元素的百分含量是否超过1%合金结构钢在合金结构钢的牌号前面的两个数字表示合金结构钢的名义万分碳含量元素名义百分含量大于等于1%时，须将元素标出，元素代号后面的1（元素名义百分含量）省略；如果元素名义百分含量大于等于2时，数字不省略如果存在其他较重要的元素，该元素代号需要标出来。无论元素的百分含量是否超过1%合金工具钢平均含碳量（用千分之几表示元素名义百分含量大于等于1%时，须将元素标出，元素代号后面的1（元素名义百分含量）省略；如果元素名义百分含量大于等于2时，数字不省略碳的名义千分含量铬的元素代号钨的元素代号钨的名义百分含量硅的元素代号铬的元素代号铬的名义百分含量钼的元素代号钒的元素代号含碳量大于1%时，数字省略高速工具钢钨的元素代号钨的名义百分含量铬的元素代号铬的名义百分含量钒的元素代号钴的元素代号钴的名义百分含量热处理基础知识下面主要给大家介绍一下热处理的基础知识。Fe-C相图A3线Acm线A1线根据Fe-C相图，碳钢在缓慢加热或冷却过程中，在PSK线、GS线和ES线上都要发生组织转变，通常把PSK线称为A1线，GS线称为A3线，ES称为Acm线，而该线上的相变点，相应地用A1点、A3点及Acm点来表示。Fe-C相图说明AC1:钢加热时，开始形成奥氏体的温度；

AC3：亚共析钢加热时，所有铁素体均转变为奥氏体的温度；

Ar1：钢高温奥氏体化后冷却时，奥氏体分解为铁素体和珠光体的温度；

Acm：过共析钢在平衡状态下，奥氏体和渗碳体或碳化物共存的最高温度，即过共析钢的上临界点。

根据Fe-C相图，碳钢在缓慢加热或冷却过程中，在PSK线、GS线和ES线上都要发生组织转变，通常把PSK线称为A1线，GS线称为A3线，ES称为Acm线，而该线上的相变点，相应地用A1点、A3点及Acm点来表示。

A1、A3和Acm都是平衡状态下的相变点。在实际生产中，钢的加热和冷却速度都比较快，故其相变点在加热时要高于平衡相变点，冷却时要低于平衡相变点，且加热和冷却速度越大，其相变点偏离平衡相变点也越多。通常将实际加热时的各相变点温度用Ac1、Ac3和Accm表示，冷却时的各相变点温度用Ar1、Ar3和Arcm表示。注意，实际的相变临界温度不是固定的，一般手册中给出的数据仅供参考。铁碳合金典型金相组织

奥氏体(austenite)

奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体，常用符号A表示。它仍保持γ－Fe的面心立方晶格。其溶碳能力较大，在727℃时溶碳为ωc＝0.77％,1148℃时可溶碳2.11％。奥氏体是在大于727℃高温下才能稳定存在的组织。奥氏体塑性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工时所要求的组织。奥氏体是没有磁性的。

铁素体(ferrite)

碳溶于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示，具有体心立方点阵。由于α-Fe是体心立方晶格结构，它的晶格间隙很小，因而溶碳能力极差，在727℃时溶碳量最大，可达0.0218％,随着温度的下降溶碳量逐渐减小，在600％时溶碳量约为0.0057％，在室温时溶碳量几乎等于零。因此其性能几乎和纯铁相同，铁素体的显微组织与纯铁相同，呈明亮的多边形晶粒组织，有时由于各晶粒位向不同，受腐蚀程度略有差异，因而稍显明暗不同。铁素体在770℃以下具有铁磁性，在770℃以上则失去铁磁性。

珠光体（pearlite）珠光体是奥氏体(奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体)发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。简言之珠光体就是铁素体与渗碳体的机械混合物。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片状珠光体。用符号P表示，含碳量为ωc＝0.77％。在珠光体中铁素体占88%,渗碳体占12%,由于铁素体的数量大大多于渗碳体,所以铁素体层片要比渗碳体厚得多.在球化退火条件下,珠光体中的渗碳休也可呈粒状,这样的珠光体称为粒状珠光体.

渗碳体（cementite）分子式：Fe3C。铁和碳形成的化合物。钢中的碳化铁（Fe3C）相。具有正交晶体结构，其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高HBW＝800，塑性、韧性几乎为零，脆性很大，延伸率接近于零。渗碳体的含碳量为ωc＝6.69％，熔点1227℃。热力学稳定性不高，在一定条件下，会发生分解，形成石墨。在230℃以下，具有一定的磁性。渗碳体内经常固溶有其他元素。在碳钢中，一部分铁为锰所置换；在合金钢中铁为铬、钨、钼等元素所置换，形成合金渗碳体。在铁碳合金中有不同形态的渗碳体，渗碳体在钢和铸铁中一般呈片状、球状或网状。其数量、形态与分布对铁碳合金的性能有直接影响，可作为铁碳合金的重要强化相。

铸铁、钢、铝及铝合金等常用金属简介下面主要给大家介绍一下常用的几种金属材料。铸铁——灰铸铁和球墨铸铁铸铁与碳钢相比较，其化学成分除了较高的C、Si含量外（C2.5%-4.0%、Si1.0%-3.0%），还含有较高的杂质元素Mn、P、S。由于铸铁中的碳主要以石墨（G）形式存在的，所以铸铁的组织是由金属基体和石墨所组成的。铸铁的组织特点，可以看成是在钢的基体上分布着不同形状的石墨。铸铁的机械性能主要取决于基体组织及石墨的数量、形状、大小、分布。石墨的机械性能很低，硬度仅为HB3-5，抗拉强度约为20Mn/m2，延伸率接近于零。而珠光体的抗拉强度为800-1000MN/m2，铁素体的抗拉强度为350-400MN/m2。石墨与基体相比，其强度和塑性小得多，故分布于金属基体的石墨可视为空洞。由于石墨的存在减少了铸件有效承载面积，且使受力时石墨尖端处产生应力集中，已造成脆性断裂。因此铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低。虽然铸铁的机械性能不如钢，但由于石墨的存在，却赋予了铸铁许多钢所不及的性能，如良好的耐磨性，高消振性、低缺口敏感性以及优良的切削加工性能。另外铸铁铸造时收缩率小，其铸造性能优于钢。一）灰铸铁灰口铸铁中的碳主要以片状石墨存在，断口成灰色，灰口铸铁具有良好的铸造性能和切削加工性能，且价格低廉，制造方便，因而应用比较广泛。缸体和缸盖都是使用灰口铸铁灰铸铁组织是由金属基体和片状石墨所组成，有时会出现磷共晶。灰铸铁的质量主要决定于石墨的数量、形状、大小和分布，其次是基体组织。灰铸铁的石墨分布形状分为六种：A、B、C、D、E、F。A型最常见，且此类铸铁的性能也较好，B型由于石墨聚集分布，强度有所下降，C型使铸铁性能显著恶化。D型由于石墨密集分布，有损于铸铁的力学性能，E型由于石墨分布更明显的方向性，F型属于正常的合格组织。灰铁的石墨长度也分为八级。一般说来，铸铁的力学性能，特别是强度随着石墨的长度增大而下降。。二）球墨铸铁球墨铸铁是一种在铸态下石墨呈球状结晶的铸铁。球墨铸铁是通过在浇注前往铁水中加入一定量的球化剂以及孕育剂，而使石墨结晶为球状。由于石墨呈球状，因而对于基体的削弱和造成应力集中的程度都较小，使球墨铸铁具有很高的强度，同时具有良好的塑性和韧性。球铁是使用广泛的材料之一，大部分凸轮轴、主轴承盖、风扇支架等都是由球铁铸造而成的。球墨铸铁按基体组织不同，分为铁素体基体球铁；珠光体基体球铁；珠光体+铁素体基体球铁和贝氏体基体球铁四类：退火处理后的球墨铸铁基体为铁素体，它使球墨铸铁具有高的韧性；正火组织有两种，当880-920度高温正火时，可得到珠光体+少量牛眼状分布的铁素体球铁，当840-860度中温不完全奥氏体化正火，正火后得到珠光体家块状忒素体球墨铸铁；淬火后高温回火得到回火索氏体为基体的球墨铸铁；等温淬火后得到贝氏体为基体的球墨铸铁。球铁的好坏由石墨大小、球化等级、珠光体级别、珠光体粗细、珠光体数量、分散分布铁素体数量等评定。紧固件选用的材料一般为碳素结构钢或者合金结构钢，多采用调质处理，一般选用中碳钢，采用淬火后高温回火进行热处理，金相组织为回火索氏体，从而使得紧固件具有较好强度和韧性综合性能。曲轴采用的材料为合金结构钢，对于曲轴主轴颈和连杆轴颈部位一般会进行感应淬火处理，主轴颈和连杆轴颈表面获得马氏体组织，使得主轴颈和连杆轴颈表面具有较高的强度和耐磨性。挺杆体一般采用铸铁，而一部分电控发动机的挺杆体采用碳素结构钢作材料，采用了渗碳+淬火的热处理工艺，使得挺杆体具有一层耐磨的表面层。连杆采用的材料也是合金结构钢，连杆采用锻造而成，未经过淬火等热处理工艺，其金相组织为正火态的组织，即为珠光体+铁素体。活塞销采用的合金结构钢，先表面渗碳，然后进行淬火，表面获得强度较高的马氏体。气阀弹簧采用的合金结构钢，采用淬火+回火，其金相组织为回火马氏体。齿轮一般采用合金结构钢，不同的材料不同的齿轮热处理工艺不同，对于有先渗碳然后淬火的热处理工艺，有采用硬氮化处理（气体渗氮，渗氮后不进行热处理）的，有采用软氮化处理（工件在560±10度进行的氮碳共渗）的。还有其他一些零件，这里就不一一介绍了。钢简单介绍一下铝及铝合金。铸铝也应用较多的材料之一。油底壳夹紧板和齿轮室都是铸铝件，都是Al-Si合金。以下图为Al-Si合金二元相图，结合此相图为大家介绍一下铝合金。1）合金元素低于最大溶解度D时，合金加热后可成为单相α固溶体，塑性好，便于加工，故称“变形铝合金”。2）合金元素量大于D点后，由于出现共晶组织，其塑性差，但流动性好，适宜于铸造，故称为“铸造铝合金”。但有些合金，特别是某些耐热铝合金，它的成分已超过最大的溶解度D，但仍能进行锻造加工，仍属于“变形铝合金”。3）在变形铝合金中，按成分还可分为“热处理可强化铝合金”和“热处理不可强化铝合金”。按照合金性质和用途，“变形铝合金”可以分为防锈铝合金、硬铝合金、锻铝合金和超铝合金，分别标为“LF”“LY”“LD”“LC”铝及铝合金铝合金的热处理1）退火把合金加热到一定温度，保温一定时间，然后在炉中和空气中缓慢冷却。退火又分为三类：扩散退火，消除合金铸件的程分偏析及非平衡共晶组织，提高塑性。通常是加热到固相线下10-30度，长时间保温，然后空冷或炉冷。再结晶退火，经过变形和合金，加热到再结晶温度以上，然后空冷，以消除加工硬化，改善塑性。低温退火，在再结晶温度以下保温空冷，以改善塑性，同时保留一定的加工硬化效果。此类退火温度一般为180-300度。2）固溶强化把合金加热到溶解度曲线以上，保温一定时间，然后匀速冷却，得到过饱和固溶体组织，以便于随后通过时效来提高强度。3）时效上述的固溶处理所得到的过饱和固溶体处于亚稳定状态，所以，固溶处理后在一定温度下，随着时间增长，过饱和固溶体逐渐析出硬化相，使合金硬度、强度升高，即为时效。室温下析出的现象为自然时效，加热到一定温度保温时析出为人工时效。4）回归自然时效后的合金在200-250度下短期保温