金属材料及热处理教案

-1-系(部)名称：机电工程学院 -2-第一讲：绪论、材料的力学性能、强度、刚度、塑性指标授课课程任课教师计划课时序号第绪论、第一章第1节绪论1讲第一节材料的力学性能定义：材料在承受外力作用时所表现出来的性能称为材料的力学性能。一、材料变形的过程三个阶段：弹性变形、弹塑性变形、断裂。二、刚度定义：工程上，指构件或零件在受力时抵抗弹性变形的能力。弹性模量E：材料在弹性变形范围内，应力与应变成正比，其比值为弹性模量E=σ/ε(MPa)。它表示的是材料抵抗弹性变形的能力，反映了材料发生弹性。三、强度——材料在静载荷下的性能指标定义：在外力作用下，材料抵抗变形或断裂的能力。物理意义：材料在每个变形阶段的应力极限值。(1)弹性极限σe材料在外力作用下发生纯弹性变形的最大应力值为弹性极限σe，即A点对应的应力值，表征材料发生微量塑性变形的抗力。及进程(及进程试样发生屈服现象时的应力值，屈服点S的应力值称为屈服强度σS，表征材料开始发生明显的塑性变形。值作为该材料的屈服强度，用σ0.2表示，称为条件屈服强度。意义同σS。 (3)抗拉强度σb材料在拉伸载荷作用下所能承受的最大应力值σb称为抗拉强度或强度极限，断裂抗力。强度是零件设计和选材的主要依据。汽车板簧和各类弹簧等。屈服强度和塑性：一般零件的抗断裂设计。四、疲劳强度—交变载荷交变载荷：载荷大小和方向随时间发生周期变化的载荷。-3-基本概念教学难点教学重点教学要求授课方式作业课后分析疲劳抗力指标：疲劳极限，又称疲劳强度，用σ－1表示。材料经过无限次应力循环不发生断裂的最大应力，即疲劳曲线上水平部分对应的应力值。疲劳断裂的原因：一般认为是，由于材料表面与内部的缺陷(夹杂、划痕、尖角等)，造成局部应力集中，形成微裂纹。随应力循环次数的增加，微裂纹逐渐扩展，使零件的有效承载面积逐渐减小，以致于最后承受不起所加载荷而突提高材料疲劳抗力的措施：通过合理选材，改善材料的结构形状，避免应力集中，减小材料和零件的缺陷；提高零件表面光洁度；对表面进行强化，喷—交变载荷材料的常用性能。1.使学生获得有关工程材料的基本理论和基本知识2.初步掌握零件设计时的合理选材、用材具有正确运用热处理技术、妥善安排加工工艺路线及材料检测等方面的知识和能力1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，4.参观教学()提高材料疲劳抗力的措施有哪些？通过本节的讲解，让学生能正确认识金属材料在机械工程中的应用的重要性。也能对金属材料的发展进行了解。增强了学生学习本门课程的兴趣。-4-段。及进程第二讲：金属材料低碳钢强度及塑性检测(拉伸实验)授课课程任课教师计划课时序号授课课程任课教师计划课时序号第2讲塑性定义：材料在外力作用下，产生塑性变形而不破断的能力称为塑性。指标：工程上常用延伸率δ和断面收缩率ψ作为材料的塑性指标。材料的δ和ψ值越大，塑性越好。塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形(塑性变要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长(延伸率)和断面的收缩(断面收缩率)两个指标来衡量。金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料(如低碳钢等)，而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料(如灰口铸铁等)。限时，虽然应力不再增加，但是试样仍发生明显的塑性变形，这种现样仍发生明显的塑性变形，这种现(3)弹性极限：材料在外力作用下将产生变形，但是去除外力后仍能恢复原状的能力称为弹性。金属材料能保持弹性变形的最大应力即兆帕(MPa)：σe=Pe/Fo式中Pe为保持弹性时的最大外力(或者说材料最大弹性变形时的载荷)。图中SB段。基本概念教学难点教学重点-5-教学要求授课方式作业课后分析况。分析金属材料的性能指标1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()4.参观教学()P293-2金属材料的塑性在机械设计和制造中的影响。要做到合理的选材就必须分析零件的受力情况。提出满足零件工作条件性能的需求。学生初次接触这节的知识，学起来较为空洞，难明，结合视频教学，效较为深刻。-6-第三讲：金属材料的韧性指标、硬度指标授课课程任课教师计划课时序号及进程基本概念教学难点教学重点教学要求金属材料与热处理第3讲-1金属材料的韧性指标、硬度指标1、冲击韧性定义：指在冲击载荷作用下，材料抵抗冲击力的作用而不被破坏的能力，是材料强度和塑性的综合表现。aK值越大，表示材料的冲击韧性越好。力相对应的单位变形量)之比，用E表示，单位兆帕(MPa)：E=σ/模数是反映金属材料刚性的指标(金属材料受力时抵抗弹性变形的能力称为刚性)。2．硬度定义：指材料表面抵抗局部塑性变形的能力，是表征材料软硬程度的一种量退火和正火钢、铸铁、有色金属等材料的硬度。相比压痕小，硬材料都可以测量，但同样不同标尺之间不可相互比较硬度值的大小。及负韧性指标、硬度指标、金属材料低碳钢硬度检测本节的重、难点是金属材料的：硬度的分类及表示方法通过对本章的学习，应着重掌握金属材料的冲击韧性和硬度的评价。-7-授课方式作业课后分析1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()4.参观教学()金属材料的韧性和硬度在机械设计和制造中的影响非常重要。要做到合理的选材就必须分析零件的受力情况。提出满足零件工作条件性能的需求。通过举例说明一些例子，让学生掌握金属材料的硬度、韧性的概念和应用。-8-第四讲：金属材料的物理和化学性能授课课程任课教师计划课时序号及进程基本概念金属材料与热处理第4讲材料是机器的物质基础。金属材料的性能是选择材料的主要依据。金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能。工艺性能是指金属材料从冶炼到成品的生产过程中，在各种加工条件下表现出来的性能；使用性能是指金属零件在使用条件下金属材料表现出来的性能。金属性能和力学性能。一、金属的物理性能1.密度金属的密度即是单位体积金属的质量，其单位为kg／m3。45g／cm3的金属叫做轻金属，如铝，钛等。金属从固体状态向液体状态转变时的温度称为熔点。熔点一般℃，钢的熔点为1538℃。熔点对于冶炼、铸造、焊接和配制合金等都很重要。熔点低于1000℃的金属称为低熔点金属，熔点在1000~点金属。3、导热性金属材料传到热量的能力4、热膨胀性金属材料在受热时体积会增大5、导电性金属材料传导电流的特性二、金属材料的化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。1、耐腐蚀性金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀作用的能力，称为耐腐蚀性。常见的钢铁生锈，就是腐蚀现象。2、抗氧化性金属材料抵抗氧化作用的能力，称为抗氧化性。3、化学稳定性化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属高温下的化学稳定性叫做热稳定性。用于制造在高温下工作的零件的金属材料，要有良好的热稳定性。金属材料的各种物理性能和各种化学性能-9-教学难点教学重点教学要求授课方式作业课后分析本节的重、难点是金属材料的各种物理性能和各种化学性能通过对本章的学习，应着重掌握金属材料的各种物理性能和各种化学性能。1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()4.参观教学()的选材就必须分析零件的受力情况。提出满足零件工作条件性能的需求。-10-授课课程任课教授课课程任课教师计划课时序号第5讲一、晶体与非晶体1、晶体：所谓晶体是指其原子(离子或分子)在空间呈规则排列的物体。(晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的相互吸引力与排斥力相平衡的结果。)原子在空间呈规则排列的固体物质称为“晶2、非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状态的(如普通玻璃、松香、树脂等)。非晶体的原子则是无规律、无次序地堆积在一起的。二、晶体结构的概念晶格：把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接起来构成空间格子称为晶格中各种方位的原子面称为“晶面”，构成晶格的最基本几何单元称为“晶及进程及进程由于晶体中原子排列的规律性，可以用晶胞来描述其排列特征。(阵点(结点)：把原子(离子或分子)抽象为规则排列于空间的几何点，称为阵点或结点。点阵：阵点(或结点)在空间的排列方式称晶体晶胞晶面晶向三、金属晶格的类型(一)体心立方晶格体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体，并且在立方体的体中心还有一个原子。-11-(二)面心立方晶格面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体，但在立方体的每个面(三)密排六方晶格由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方面心还各有一个原基本概念教学难点基本概念教学难点教学重点教学要求授课方式作业教学重点：掌握有关金属结构的基本概念：晶面、晶向、晶体、晶格、单教学难点：金属的晶体结构了解金属的晶体结构、晶格的类型1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，4.参观教学()课后分析会感到很困难。在教学过程中，我制作了多媒体课件，图文并茂，使学生对这些概念充分理解。在解释其中的名词定义时，做到通俗简要，只要概念正确即课后分析-12-纯金属的结晶纯金属的结晶第6讲任课教师计划课时序号结晶的基本概念：一切物质从液态到固态的转变过程称为凝固，如凝固后形成晶体结构，则称为结晶。金属在固态下通常都是晶体，所以金属自液态冷却转变为固态的过程，称为金属的结晶。一、纯金属的冷却曲线及过冷度及进程时虽然液体金属向外散热，但其温度并没下降，这是由于在这一温度液体开始结晶向外散热(结晶潜热)，补偿了液体对外的热量散失，结晶终了后就没及进程二、纯金属的结晶过程晶核：作为结晶核心的微小晶体晶粒：小晶体的外形呈颗粒状，称为“晶粒”晶界：晶粒与晶粒之间的界面称为“晶界”单晶体：结晶后只有一个晶粒的晶体多晶体：实际上由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体单晶体多晶体三、晶粒大小对金属力学性能的影响1)增加过冷度(过冷度的影响)-13-F力大，形核率和长大速度都大，且N的增加2)变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些合金，造成大量可以成细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。3)振动处理：四、金属晶体结构的缺陷晶体缺陷：晶体中出现的各种不规则的原子堆积现象。晶体中的空位、间隙原子、杂质原子都是点缺陷。位错局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。-14-基本概念教学难点教学重点教学要求授课方式作业课后分析多晶体，金属晶格的三种常见类型实际金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响(选讲)1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，4.参观教学()会感到很困难。在教学过程中，我制作了多媒体课件，图文并茂，使学生对这些概念充分理解。在解释其中的名词定义时，做到通俗简要，只要概念正确即-15-第七讲：金属材料的塑性变形、弹性变形授课课程金属材料与热处理任课教师刘波序号第7讲章、节名称§3.1金属材料的塑性变形、弹性变形塑性变形是金属重要特性之一，了解金属塑性变形后的组织结构变化规律和各项力学性能指标对制定和改进金属压力加工工艺，提高产品质量及合理用材具有重要意义。一、弹性变形、塑性变形与断裂金属的变形可以分为三个连续的阶段：弹性变形(全部恢复)、弹塑性变形(部分恢复)、断裂阶段(无恢复)。由于实际晶体中存在位错，因此滑移不是按刚性滑移进行的，而是由位错的移动来实现的。如下图但是位错移动滑移时，并不是整个滑移面上全部的原子同时移动，只需位错附近的少数原子作微量的移动。孪生是塑性变形的另外一种形式。及进程孪生就是晶体中的部分原子对应特定的见面(孪生面)沿着一定晶相产生剪切变形及进程2)孪晶带工程上使用的金属绝大多数是多晶体。多晶体中每个晶粒内部的变形情况与单晶体的变形情况大致相似(滑移和孪生)。但由于晶界多。在多晶体中，晶界原子排列不规则，当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来，称位错的塞积，如图下所示。若要使变形继续进行，则必须增加外力，可见晶界使金属的塑性变形抗力提高。双晶粒试样的拉伸实验表明，试样往往如图下所示呈竹节状，晶界处较粗，这说明晶界处的变形抗力大，变形较小。-16-总是高于单晶体。2、多晶体变形的过程1)具有软位向晶粒的滑移系的开动——与滑移面和滑移方向成45º移停止；3)次软位向晶粒发生滑移；4)重复2和3，直至全部晶粒都发生变形。基本概念教学难点基本概念教学难点教学重点教学重点：单晶体的塑性变形和多晶体的塑性变形的概念教学要求教学要求1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，授课方式作业4.参观教作业P293-2主要讲到了金属材料的塑性变形以及单晶体和多晶体的塑性变形的概念及过课后分析-17-冷塑性变形不仅改变冷塑性变形不仅改变了金属的外形，而且使其内部性能与组织产生一系列的变化。一、冷塑性变形对金属性能的影响成形变强化，也称加工硬化。即随塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而变化的情况。形变强化在生产中具有很重要的意义。形变强化可以提高金属的强度，它和属材料显得更为重要。例如18—8型奥氏体(=784~980MPa)，抗拉强度也提高了一倍。安全性。形变强化是工件能用塑性变形方法成型的必要条件。例如在图3—8所示冷冲压过程中，由于r处变形最大，当金属在r处变形到一定程度后，首先产生形变强化，使随后的变形转移到其他部分，这样便可得到壁厚均匀的冲压件。形变强化也有不利的一面。由于材料塑性的降低，给金属材料进一步冷塑性变形带来困难。为了使金属材料能继续变形加工，必须进行中间热处理，以消除形变强化，这就增加了生产成本，降低了生产率。塑性变形除了影响力学性能外，还会使金属某些物理、化学性能发生变化，如电阻增加、化学活性增大、耐蚀性降低等。以上这些引起金属性能变化的原因，均与塑性变形过程中金属的组织结构变化及相应的内应力形成有关。二、冷塑性变形对金属组织结构的影响金属塑性变形时，在外形变化的同时，晶粒的形状也发生变化。通常是晶粒沿变形方向压扁或拉长，第八讲：冷塑性变形对金属组织的影响授课课程金属材料与热处理任课教师刘波序号第8讲章、节名称§3.2冷塑性变形对金属组织的影响及进程-18-冷塑性变形除了使晶粒外形变化外，还会使晶粒内部的亚晶粒尺寸碎化，位错密度增加，晶格畸变加剧，因而增加了滑移阻力，这就是形变强化产生的原因。学冷塑性变形对金属的组织和性能的影响、形变强化的基本概念冷塑性变形对金属性能的影响以及形变强化的基本概念1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，授课方式4.参观教学()作业课后分析基本概念教学难点教学重点教学要求本节主要讲了冷塑性变形对金属性能的影响以及形变强化的基本概念-19-授课课程金属材料与热处理任课教师刘波序号第9讲经过冷塑性变形的金属，其组织结构发生变化，而且因金属各部分变形不均匀，会引起金属内部残留内应力，使金属处于不稳定状态，并使其具有恢复到原来稳定状态的自发趋势。在常温下，由于金属原子的活动能力较弱，这种恢复过程很难进行。如对冷塑性变形的金属进行加热，使原子活动能力增强，就会发生一系列组织与性能的变化。随着加热温度的升高，这种变化过程可分为回复、再结晶及晶粒长大距离的运动，所以，晶格畸变程度大为减轻，从而使内应力有所降低，这个阶段称为回复。然而这时的原子活动能力还不是很强，所以金属的显微组织无明显变化，因此力学性能也无明显改变。到250—300℃，青铜丝弹簧加热到120~150℃，就是进行回复处理，使弹簧的弹性增强，同时消除加工时带来的内应力。二、再结晶当冷塑性变形金属加热到较高温度时，由于原子活动能力增加，原子可以离开原来的位置重新排列。由畸变晶粒通过形核及晶核长大而形成新的无畸变的等轴晶粒的过程称为再结晶。再结晶过程首先是在晶粒碎化最严重的地方产生新晶粒的核心，然后晶核吞并旧晶粒而长大，直到旧晶粒完全被新晶粒代替为止。过程是在一定的温度范围内进行的。能进行再结晶的最低温度称为再及进程-20-实践证明，再结晶温度与金属的变形程度有关。金属的变形程度其再结晶温度与熔点间的关系可按下列经验公式计算：=(0.35-0.4)T为723K再结晶与液体结晶及同素异构转变的重结晶不同，再结晶过程并未形成新相，新形成的晶粒在晶格类型上与原来晶粒是相同的，只不过消除了因塑性变形而造成的晶格缺陷。性变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶为均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力的退火，称为再结晶退火。为了保证质量和兼顾生产率，再结晶退火的温度一般。大而导致晶粒粗大、力学性能变坏的情况应当注意避免。基本教学基本教学教学教学教学概念难点重点目的要求方式业小结教学重点：金属的回复与再结晶要求掌握回复与再结晶的基本概念和了解回复和再结晶的过程1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，授课4.参观教学()作本章主要介绍了金属材料回复与再结晶的过程和晶粒长大的过程本本章主要介绍了金属材料回复与再结晶的过程和晶粒长大的过程课后分析-21-第十讲：合金的相结构、二元合金相图授课课程任课教师计划课时序号及进程金属材料与热处理第10讲纯金属具有良好的物理和化学性能，但机械性能很差，价格昂贵，种类有限,工程上很少使用纯金属，。为了满足各种机器零件对不同性能的要求，因此出现了合金。合金是两种或两种以上金属元素、或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金和锌的合金；钢是铁和碳的合金；焊锡是锡和铅的合金。组成合金最基本的、独立的物质称为组元。通常，合金的组元就是组成合金的各种元素，但某些稳定的化合物也可以看成是组元。根据合金组元个数不同，把由两个组元组成的合金称为二元合金，由三个或三个以上组元组成的合金称为多元合金。组成合金的元素相互作用会形成各种不同的相。相是指合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态，并以界面互相分开的、均匀的组成部分。固态金属一般是一个相，而合金则可能是几个相。由于形成条件不同，各相可以不同的数量、形状、大小组合。在显微镜下观察，可以看到不同的组织。固态合金的相，可分成两大类：固溶体和金属化合物。若相的晶体结构与某一组成元素的晶体结构相同，这种固相称为固溶体；若相的晶体结构与组成合金元素的晶体结构均不相同，这种固相称为金属化合物。同，并包含有其它元素的合金固相，称为固溶体。其中，与合金晶体结构相同的元素称为溶剂，其它元素称为溶质。固溶体一般用α、β、(1)置换固溶体通常，当溶剂与溶质原子尺寸相近，直径差别较小，容易形成置换固溶体；当直径差别大于15%时，就很难形成置换固溶体了。置换固溶体中原子的分布通常是任意的，称之为无序固溶体。在某些条件下，原子成为有规则的排列，称为有序固溶体。两者之间的转变称为固溶体的有序化。这时，合金的某些物理性能将发生很大的变化。 -22-二、二元合金相图分的合金，就成为合金系，如A1-Si系合金、Al-Cu-Mg系合金等。由两个组元形成的合金系称为二元合金系，由三个组元形成的合金系称为三元合金系，如此类推。1、二元合金相图的建立相图几乎都是通过实验过程建立的，最常用的方法是热分析法。下面所示。2、二元合金相图的基本类型以看成是由几类最基本的相图组合而成的。基本的二元合金相图有匀晶相图、共晶相图和共析相图等,下面分别讨论。匀晶相图的二元合金系有Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、Fe-Ni、W-Mo、Cr-Mo等。2)二元共晶相图两个固相的过程称为共晶转变。合金系的两组元在液态时无限互溶，在固态下有限互溶、并在凝固过程中发生共晶转变的相图称为二元共晶相图3)二元共析相图在有些二元系合金中，当液体凝固完毕后继续降低温度时，在固个一定成分的固相的转变过程称为共析转变。基本教学基本教学教学教学教学概念难点重点目的要求方式本节的教学重、难点是二元合金相图的建立与分类通过本节的学习，让学生能分析二元合金相图。1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，授课4.参观教学()作业课后分析-23-第十一讲：合金的力学性能与相图的关系授课课程任课教师计划课时序号及进程基本概念教学难点教学重点教学要求授课方式作业课后分析金属材料与热处理第11讲合金的力学性能与物理性能决定于合金的成分及组织，合金的某性能，并作为选用材料和制定工艺的参考。1、当合金形成单相固溶体当合金形成单相固溶体时，合金的性能与组元的性质及溶质原子的溶入量有关。对于一定的溶剂和溶质来说，溶质溶入溶剂量愈多，总的来说，形成单相固溶体的合金具有较好的综合力学性能。但是，固溶强化使合金所能提高的强度、硬度有限。2、当合金形成两相混合物共晶和共析转变都会形成两相混合物。如图1－38，在单相α固在两相区内，合金性能介于两组成相之间，与成分呈直线关系，是两相的平均值。但应指出，只是当合金两相的晶粒较粗且分布均匀时，时，合金的力学性能将偏离直线关系而出现如虚线所示的高峰。合金的铸造性能取决于合金结晶区间的大小。共晶成分的合金在恒温下结晶，固、液两相区间为零，结晶温度最低，故流动性最好。在结晶时易形成集中缩孔，铸件的致密性好，故铸造合金应选用共晶成分附近的合金。合金的力学性能与相图的关系。关系。通过本节的学习，掌握凸轮和从动件的结构及材料，以及棘轮机构和槽轮1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，4.参观教学()-24-第十二讲：纯铁、纯铁的同素异构转变授课课程任课教师计划课时序号及进程基本概念教学难点教学重点金属材料与热处理第12讲概念：有些金属在固态下，存在着两种以上的晶格形式，这类金属在冷却或加热过程中，随着温度的变化，在的温度，由低温到高温依次用希腊字的冷却曲线：可见，液态纯铁在1538℃进行结晶，得到具有体心立方晶格的δ—Fe，继续冷却到1394℃时发生同素异构转变，δ—Fe转变为eFe为体心立方晶格的α—Fe，如再继续冷却到室温，晶格的类型不再发生变化。(体心立方晶格)(面心立方晶格)(体心立方晶格)金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程有许多放出和吸收潜热；转变过程也是一个形核和晶核长有本身的特点，例如：同素异构转变时，新晶格的晶核优先在原来晶粒的晶界处形核；转变需要较大的过冷度；晶格的变化伴随着金属体积的变化，转变时会产生较大的内应力。例如γ—Fe转变为。α—Fe时，铁的体积会膨胀约1％，这是钢热处理时引起应力，导致工件变形和开裂的重要原因。纯铁、同素异构转变、同素异构体同素异构转变的概念-25-教学要求授课方式作业通过本节的学习，理解同素异构转变的概念。1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，4.参观教学()课后分析-26-第十三讲：金相检测试验：金相显微镜的使用授课课程任课教师计划课时序号金属材料与热处理第13讲金相检测试验：金相显微镜的使用一、实习目的1、加深学生对课堂所学理论的理解和掌握，达到根据零件的工作条件正确选择材料及正确制定实施热处理工艺的目的。2、使学生充分了解和掌握材料和热处理的基本方法和知识。及进程基本概念3、使学生能操作金属材料热处理的全过程，并独立制作出合格的金相试样。二、实习任务1、根据零件的工作条件选择零件材料及制定正确的热处理工艺；2、选择毛坯的种类，选择成型的方法，绘制出毛坯的图样；3、制定工艺方案及拟定工艺路线4、通过热处理的质量分析，能出不运用已学知识达到分析问题并解决问题的教学难点教学重点教学要求授课方式作业课后分析-27-第十四讲：纯铁、铁碳合金相图及性能、纯铁的同素异构转变授课课程任课教师计划课时序号授课课程任课教师计划课时序号第14讲一、铁碳合金的基本相和基本组织铁是具有同素异构的金属。铁碳合金的基本组元是Fe与Fe3C，属于二元合金。其基本相有铁素体、奥氏体和渗碳体三种。由基本相氏体和低温莱氏体六种。二、铁碳合金相图分为相组成物，加括号部分为组织组成物)。定有直接的指导意义。相图中有五个基本相，相应的有五个单相区：即液相区L、δ固熔体相区(亦称高温铁素体)δ、奥氏体相区A，铁素体相区F，渗碳体相区Fe3C。F+Fe3C。及进程A+F+Fe3C。根据相接触法则，相图中两相区的两个组成相由其相邻的两个单相区决2、共析钢的结晶过程:氏体。奥氏体冷却到727℃(3点)时，发生共析转变，形成珠光体。温度继C一起，不易分辨。因此，共析钢室温组织仍为珠光体，它是呈片状的铁素体与线条为渗碳体3、亚共晶白口铸铁结晶过程：Ⅱ，至(727℃)时，发生共析转变，初晶奥氏体和共晶奥氏体都转变为珠光体，在室温下的组织是P、Fe3CⅡ和Ld＇。-28-eC再发生变化。当温度继续下降到2点(1148℃)剩余液相碳含量达到基本概念教学难点教学重点教学要求授课方式作业课后分析铁碳合金相图的、共析钢、亚共析钢、过共析钢铁碳合金相图的分析、典型铸铁的结晶过程通过本节的学习，理解铁碳合金相图的成分1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，4.参观教学()-29-授课课程金属材料与热处理任课教师刘波序号第15讲碳含量大于2.11％的三种白口铸铁均发生共晶转变。共晶产物莱氏体冷却至共析线后转变为低温莱氏体，反应式为：Fe3C、P和Ld＇一旦形成，在随后的冷却过程中不再发生相变。，及进程基本概念教学难点教学重点教学要求授课方式和Fe3CⅡ组成，这种组织称为低温莱氏体Ld＇。口铸铁结晶过程：合金冷却到1点，结晶出初晶奥氏体，冷却到2点(1148℃)时，奥氏体Ⅱ，至(727℃)时，发生共析转变，初晶奥氏体和共晶奥氏体都转变为珠光体，在室温下的组织是P、Fe3CⅡ和Ld＇。eC中不再发生变化。当温度继续下降到2点(1148℃)剩余液相碳含量程：1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，-30-作业课后分析4.参观教学()-31-第十六讲：金相实验2：亚共析钢的金相分析实验授课课程任课教师计划课时序号及进程基本概念金属材料与热处理第16讲亚共析钢的金相分析实验一、实习目的1、加深学生对课堂所学理论的理解和掌握，达到根据零件的工作条件正确选择材料及正确制定实施热处理工艺的目的。2、使学生充分了解和掌握材料和热处理的基本方法和知识。3、使学生能操作金属材料热处理的全过程，并独立制作出合格的金相试样。二、实习任务1、根据零件的工作条件选择零件材料及制定正确的热处理工艺；2、选择毛坯的种类，选择成型的方法，绘制出毛坯的图样；3、制定工艺方案及拟定工艺路线4、通过热处理的质量分析，能出不运用已学知识达到分析问题并解决问题的教学难点教学重点教学要求1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，授课方式4.参观教学()作业课后分析-32-及进程及进程影响、碳钢的分类、碳钢的牌号、用途授课课程任课教师计划课时序号金属材料与热处理第17讲概念：碳钢目前工业上使用的钢铁材料中，碳钢占有很重要的地位。由于碳钢冶炼方便，加工容易，价格低且在许多场合碳钢的性能可以满足要求，故在工业中应用非常广泛。用的碳钢含有少量的锰、硅、硫、磷等元素，这些元素是从矿石、燃料和冶炼等渠道进入钢中的。杂质对钢的力学性能有重要的影响。二、杂质元素对钢的影响如下：硫化合成MnS，可以减轻硫的有害作用。有益。有益。热加工时导致钢变脆而开裂，“热脆”。有害。三、碳钢的分类(1)按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构(2)按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢；(3)按脱氧方法可分为沸腾钢(F)、镇静钢(Z)、半镇静钢(b)和特殊镇静钢(TZ)；(WC0.25%—0.6%)和高碳钢(WC>0.6%)；(5)按钢的质量可以把碳素钢分为普通碳素钢(含磷、硫较高)、优质碳素钢(含磷、硫较低)和高级优质钢(含磷、硫更低)和特级优质钢。说明：一般碳钢中含碳量较高则硬度越大，强度也越高，但塑性较低。四、常见的碳钢及牌号1、碳素结构钢工艺性能(如焊接性和冷成形性)优良。应用：一般工程结构和普通机械零件。如Q235可制作螺栓、螺母、销子、吊钩和不太重要的机械零件以及建筑结构中的螺纹钢、型钢、钢筋等2、优质碳素结构钢-33-基本概念教学难点教学重点教学要求授课方式作业课后分析牌号：例45、65Mn、08F应用：制造重要机械零件的非合08F，碳的质量分数低，塑性好，强度低，用于冲压件如汽车和仪表外壳；20，塑性和焊接性好，用于强度要求不高的零件及渗碳零件，例如机罩、焊接容器，小轴、螺母、垫圈及渗碳齿轮等；45，40Mn，经调质后综合力学性能良好，用于受力较大的机械零件，如齿造各种弹簧、机车轮缘、低速车轮。3、碳素工具钢牌号：例如T12钢表示Wc=1.2%的碳素工具钢。特点：属共析钢和过共析钢，强度、硬度较高，耐磨性好适用于制造各种低速T4、铸钢牌号：例如ZG200-400，表示σs≥200MPa，σb≥400MPa的铸钢。性能：铸造性能比铸铁差，但力学性能比铸铁好；应用：主要用于制造形状复杂，力学性能要求高，而在工艺上又很难用锻压等方法成形的比较重要的机械零件，例如汽车的变速箱壳，机车车辆的车钩和联轴器等。碳钢、碳钢牌号碳钢的概念杂质元素对钢的影响碳钢的分类常见的碳钢及牌号见的分类和常见的碳钢及牌号1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，4.参观教学()碳钢的概念杂质元素对钢的影响碳钢的分类以及常见的碳钢及牌号-34-授课课程金属材料与热处理任课教师刘波序号第18讲一一、概念：钢的热处理如右图所示。寸。面能被活性介质的原子渗入从而改变表面化学成分。二、钢在加热时的组织转变不发生相变的纯金属或合金则不能用热处理方法强化。在Fe-Fe3C相图中，A1、A3和Acm是碳钢在极缓慢地加热或教学内容能极缓慢，因此不可能在平衡临界点进行组织转变。由图1-48所示，际冷却时各临界点的位置分别为Ar1、Ar2和Arcm。第一阶段：奥氏体形核，钢在加热到A1时，奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳-35-A，原子偏离平衡位置处于畸变状态，具有较高能量。B、与晶体内部比较，晶界处碳的分布是不均匀的，这些都为形成奥氏体晶核在成分、结构和能量上提供了有利的条件。第二阶段：奥氏体晶核长大，是新相奥氏体的相界面向着铁素体和渗碳体这两个方向同时推移的过程。，的因素原子的扩散速度随温度升高呈指数关系增长，当晶粒增大到一定的程度，随着延续保温时间，晶粒不再明显长大。当含碳量在一定范围之内，随含碳量的增加，碳在钢中的扩散速度增加，奥氏体晶粒长大的倾向增大。当含碳量超过一定数值，则形成二次渗碳体。大多数合金元素都组织晶粒长大。合理选择钢的原始组织及加入一定量的合金元素等。基本概念教学难点教学重点教学要求授课方式作业课后分析热处理、加热转变钢在加热时的转变通过本节的学习，理解热处理工艺的基本概念，方法和分类。明白钢在加热过1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，4.参观教学()热处理工艺的基本概念，方法和分类。明白钢在加热过程中的转变过程。-36-第十九讲：过冷奥氏体转变图授课课程金属材料与热处理任课教师刘波序号第19讲概念：钢在非平衡冷却时的转变冷却过程是钢热处理的关键的一步。由于在热处理生产中，冷却eC冷却到室温有两种方式。1)连续冷却把奥氏体化的钢置于某种冷却介质(如空气、水、油)中，连续冷却到室温。度，保持恒温，使过冷奥氏体发生等温组织转变，待转变结束后再连续冷却到室温。及进程过冷奥氏体在不同温度下的等温转变，将使钢的组织与性能发生明显的变化。而过冷奥氏体等温转变曲线是研究过冷奥氏体等温转变的重要工具。过冷奥氏体等温转变曲线的建立过冷奥氏体等温转变曲线是利用过冷奥氏体转变产物的组织形态和性能的变化来测定的。1)珠光体转变由面心立方晶格的奥氏体转变为由体心立方晶格的铁素体和复杂六方晶格的渗碳体组成的珠光体，要发生晶格的转变和铁、碳原子的扩散。其转变过程是一个在固态下形核和长大的过程。珠光体中铁素体与渗碳体的层片间距离，随转变温度的降低(即-37-珠光体型组织分为珠光体、索氏体、托氏体。珠光体组织中层片间距离越小，相界面越多，则塑性变形的抗力形而不脆断，使塑性和韧性逐渐提高。这就是冷拔钢丝要求具有索氏体组织才容易变形而不至因拉拔而断裂的原因。2)贝氏体转变过冷奥氏体在550℃~Ms点温度范围内等温保温时，将转变为贝氏体组织，用符号B表示。由于过冷度较大，贝氏体转变时只发生氏体是由含饱和碳的铁素体与弥散分布的渗碳体组成的非层状两相组织。3)马氏体转变与C曲线相遇，则将发生马氏体转变。由于马氏体转变温度极低，过冷度度很大，形成速度极快，因此，铁、碳原子都不能进行扩散，奥氏体只能发生非扩散性的晶格转变，溶碳量为ωC＝0.0218%，这样奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的马氏体的组织形态主要有板条状和片状两种。碳含量＜0.2％的低碳马氏体在光学显微镜下呈现为平行成束分布的板条状组织。在每个板条内存在有高密度位错，因此板条状马氏体又称为位错马氏体。因此片状马氏体也称为孪晶马氏体。碳含量介于两者之间的马氏体，则为板条状马氏体与片状马氏体的混合组织。3、过冷奥氏体连续冷却转变曲线实际热处理生产中，过冷A的转变大多是在连续冷却过程中进行的。共析碳钢连续冷却转变曲线，也称为连续冷却C曲线，又称为CCT曲线。CCT曲线有以下一些主要特点：1)CCT曲线只有上半部分，而无下半部分。2)CCT曲线P转变区有三条曲线构成。3)与CCT曲线相切的冷却速度线，是保证过冷A在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到M区的最小冷却速度，称为M临界冷却速度，用vk表示。基本概念教学难点教学重点基本概念教学难点教学重点教学要求授课方式钢在非平衡时的转变、奥氏体转变曲线变曲线1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，-38-作业课后分析4.参观教学()转变曲线、冷奥氏体等温转变产物的组织与性能。第二十讲：钢常用的热处理工艺、退火和正火授课课程金属材料与热处理任课教师刘波序号第20讲章、节名称§6.2钢常用的热处理工艺、退火和正火1、钢的退火和正火退火和正火是生产中应用很广泛的预备热处理工艺，主要用于改善材料的切削加工性能。对于一些受力不大、性能要求不高的机器零件，也可以做为最终热处理。等温退火将奥氏体化后的钢快冷至珠光体形成温度等温保温，使过冷奥氏体转变为珠光体，空冷至室温。球化退火将过共析碳钢加热到Ac1以上20~30℃，保温2~4h，使片状渗碳体发生不完全溶解断开成细小的链状或点状，弥散分布在奥氏体基体上，在随后的缓冷过程中，或以原有的细小的渗碳体质点及进程为核心，或在奥氏体中富碳区域产生新的核心，形成均匀的颗粒状及进程均匀化退火(扩散退火)将工件加热到1100℃左右，保温10~体晶粒十分粗大，必须进行一次完全退火或正火来细化晶粒，消除过热缺陷。去应力退火将工件随炉缓慢加热到500~650℃，保温，随炉缓慢冷却至200℃出炉空冷。主要用于消除加工应力。2)正火：将亚共析碳钢加热到Ac3以上30~50℃，过共析碳钢加热到Accm以上30~50℃，保温，空气中冷却的方法称为正火。适用于碳素钢却也会获得马氏体组织。对于低碳钢、低碳低合金钢，细化晶粒，提高硬度(140~190HBS)，改善切削加工性能；对于过共析钢，消除-39-二次网状渗碳体，有利于球化退火的进行。基本概念教学难点教学重点教学要求授课方式作业课后分析退火、去应力退火、球化退火、正火退火与正火的工艺、作用通过本节的学习，理解钢的预备热处理相关知识。1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，4.参观教学()退火、去应力退火、球化退火、正火的概念、用途-40-第二十一讲：钢的淬火与回火金金属材料与热处理第21讲却速度快速冷却，从而发生马氏体转变的热处理工艺。淬火钢得到的组织主要是马氏体(或下贝氏体)，此外，还有少量残提高钢的硬度和耐磨性。1)淬火加热温度碳钢的淬火加热温度可利用Fe-Fe3C相图来选择。对于亚共析碳钢，适宜的淬火温度为Ac3+30~50℃，使碳钢完全奥氏体化，淬火后获得均匀细小的马氏体组织。对于过共析碳钢，适宜的淬火温度为Ac1+30~50℃。淬火前先进行球化退火，使之得到粒状珠光体组织，淬火加热时组织为细小奥氏体晶粒和未溶的细粒授课课程任课教师计划课时序号及进程-41-粒状渗碳体组织。对于低合金钢，淬火加热温度也根据临界点Ac1或Ac3来确定，一般为Ac1或Ac3以上50~100℃。高合金工具钢中含高。2)淬火加热时间为了使工件各部分完成组织转变，需要在淬火加热时保温一定的时间，通常将工件升温和保温所需的时间计算在一起，统称为加热时间。影响淬火加热时间的因素较多，如钢的成分、原始组织、工件形状和尺寸、加热介质、炉温、装炉方式及装炉量等。钢在淬火加热过程中，如果操作不当，会产生过热、过烧或表面氧化、脱碳等缺陷。过热是指工件在淬火加热时，由于温度过高或时间过长，造成奥氏体晶粒粗大的现象。过热不仅使淬火后得到的马氏体组织粗大，使工件的强度和韧性降低，易于产生脆断，而且容易引起淬火裂纹。对于过热工件，进行一次细化晶粒的退火或正火，然后再按工艺规程进行淬火，便可以纠正过热组织。过烧是指工件在淬火加热时，温度过高，使奥氏体晶界发生氧化或出现局部熔化的现象，过烧的工件无法补救，只得报废。3)淬火冷却介质淬火冷却时，既要快速冷却以保证淬火工件获得马氏体组织，关键操作。(1)理想淬火冷却速度由共析钢过冷奥氏体等温转变曲线得知，要得到马氏体，淬火的冷却速度就必须大于临界冷却速度。但是淬火钢在整个冷却过程中并不需要都进行快速冷却。关键是在过冷奥快速冷却。而从淬火温度到650℃之间以及400℃以下，特别是300~200℃以下并不希望快冷。因为淬火冷却中工件截面的内外温度差会引起热应力。另外，由于钢中的比容(单位质量物质的体积)不同，使工件的体积胀大，如冷却速度较大，工件截面上的内外温度差将增大，使马氏体转变不能同时进行而造成相变应力。冷却速度越大，热应力和相变应力越大，钢在马氏体转变过程中便容易引起变形与裂纹。(2)常用淬火介质工件淬火冷却时，要使其得到合理的淬火冷却速度，必须选择适当的淬火介质。目前生产中应用的冷却介质是水和油。当冷却介质为20℃的自来水，工件温度在200~300℃时，平均冷却速度为450℃/s；工件温度在340℃时，平均冷却速度为775℃/s；工件温度在500~650℃时，平均冷却速度为135℃/s。因它的冷却速度很小，而在200~300℃需要慢冷时，它的冷却速度反而很大。4)淬火方法-42-基本概念教学难点教学重点教学要求授课方式作业生产中应根据钢的化学成分、工件的形状和尺寸，以及技术要求等来选择淬火方法。选择合适的淬火方法可以在获得所要求的淬火组织和性能条件下，尽量减少淬火应力，从而减小工件变形和开裂的倾向。回火是将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，保温，然后冷却是为了稳定组织，消除淬火应力，提高钢的塑性和韧性，获得强度、硬度和塑性、韧性的适当配合，满足各种工件不同的性能要求。根据回火温度可将钢的回火分为三类。1)低温回火(150~250℃)和高耐磨性，降低淬火应力和脆性。它主要用于各种高碳钢的刃具、量具、冷冲模具、滚动轴承和渗碳工件。2)中温回火(350~500℃)中温回火后的组织为回火托氏体，它是由尚未发生再结晶的针状铁素体和弥散分布的极细小的片状或粒状渗碳体组成，其形态仍为淬火马氏体的片状或板条状。的韧性，回火托氏体的硬度为35~45HRC。中温回火主要用于处理各种弹簧、锻模。3)高温回火(500~650℃)高温回火后的组织为回火索氏体，它是由已再结晶的铁素体和均匀分布的细粒状渗碳体组成。由于铁素体发生了再结晶失去了原来淬火马氏体的片状或板条状形态，呈现为多边形颗粒状，同时渗碳体聚集长大。淬火、低温回火、中温回火、高温回火、淬透性通过本节的学习，理解钢的最终热处理相关知识。掌握淬火与回火的性能和方法。1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，4.参观教学()1、钢的淬火1)淬火加热温度2)淬火加热时间3)淬火冷却介质(1)理想淬火冷却速度-43-(2)常用淬火介质4)淬火方法课后分析第二十二讲：表面热处理、其他热处理授课课程金属材料与热处理任课教师刘波序号第22讲一、钢的形变热处理形变热处理是把塑性变形(锻、轧等)和热处理工艺紧密结合起来的一种热处理方法。由于它可以使钢同时受到形变强化和相变强化，因此可以大大提高钢的综合力学性能，另外，它还能大大简化钢件生产流程，节省能源，因而受到愈来愈广泛的重视。根据形变温度的高低，可分为中温形变热处理和高温形变热处理两种。中温形变热处理是把钢加热至奥氏体化，保温一段时间，迅速及进程后淬火得到马氏体组织的综合热处理工艺。中温形变热处理的目的是保持一定塑性，大幅度提高强度和耐磨性。它主要用于强度要求极度高的中碳合金钢零件，如飞机的起落架、高速钢刀具、模具、冲头及进程二、钢的表面淬火表面淬火是对工件表层进行淬火的工艺。它是将工件表面进行快速加热，使其奥氏体化并快速冷却获得马氏体组织，而心部仍保持原来塑性、韧性较好的退火、正火或调质状态的组织。表面淬火后需进行低温回火，以减少淬火应力和降低脆性。表面淬火可有效提高工件表面层的硬度和耐磨性，达到外硬内韧的效果，并可造成表面层压应力状态，提高疲劳强度，延长工件的使用寿命。1.感应加热表面淬火-44-1、感应加热表面淬火感应加热表面淬火法是把工件放入由空心铜管绕成的感应线圈中，当感应线圈通以交流电时，便会在工件内部感应产生频率相同、方向相反的感应电流。感应电流在工件内自成回路，故称为“涡流”。涡流在工件截面上的分布是不均匀的，表面电流密度最大，心部电流集中于工件表面的涡流，几秒种可使工件表面温度升至800~1000℃，而心部温度仍接近室温，在随即喷水(合金钢浸油)快速冷却后，就感应加热时，工件截面上感应电流密度的分布与通入感应线圈中层深度愈小。因此可通过调节通入感应线圈中的电流频率来获得工件不同的淬硬层深度，一般零件淬硬层深度为半径的1／10左右。对于小直径(10~20mm)的零件，适宜用较深的淬硬层深度，可达半径的1／5，对于大截面零件可取较浅的淬硬层深度，即小于半径1／10以下。2、火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火法是用乙炔一氧火焰(最高温度3200℃)或煤气一氧火焰(最高温度2000℃)，对工件表面进行快速加热，并随即喷水冷却。淬硬层深度一般为2~6mm。适用于单件小批量生产以及大型零件(如大型轴类、模数齿轮等)的表面淬火。火焰加热表面淬火的优点是设备简单，成本低，灵活性大。缺点是加热温度不易控制，工件表面易过热，淬火质量不够稳定。3.激光加热表面淬火3、激光加热表面淬火激光加热表面淬火是以高能量激光束扫描工件表面，使工件表面实现表面相变硬化。三、钢的化学热处理化学热处理是将工件置入含有活性原子的特定介质中加热和保等)渗入工件表面，以改变表层的化学成分和组织，达到工件使用性能要求的热处理工艺。其特点是既改变工件表面层的组织，又改变化学成分。它可比表面淬火获得更高的硬度、耐磨性和疲劳强度，并可提高工件表层的耐蚀性和高温抗氧化性。各种化学热处理都是由以下三个基本过程组成的。1)分解由介质中分解出渗入元素的活性原子。活性原子由钢的表面进入铁的晶格形成溶体，或与钢中的某种元素形成化合物。里迁移，形成一定厚度的扩散层。1、渗碳:渗层组织:淬火后为碳化物、马氏体、残余奥氏体。渗层厚度(mm)，0.3~1.6，表面硬度，57~63HRC，作用与特点，提高表面硬度、耐-45-基本概念教学难点教学重点教学要求授课方式作业常用于低碳钢、低碳合金钢、热作模具钢制作的齿轮、轴、活塞、销、链条。渗碳件渗碳后，都要进行淬火、低温回火，回火温度一般为150~200℃。经淬火和低温回火后，渗碳件表面为细小片状回火马氏体及少量渗碳体，硬度可达58~64HRC，耐磨性能很好。心部组织决定于钢的淬透性。普通低碳钢如15、20钢，心部组织为铁素体和珠光体，硬度为10~15HRC。低碳合金钢如20CrMnTi心部组织为回火低碳马及一定的塑性。2.液体氮化也称软氮化，低温氰化，或者氮碳共渗，在渗氮过程中，碳原子也参与，因而比一般的单一气体渗氮具有更高的渗速，在渗层表面硬度相当的情况下，氮化层的脆性也比气体氮化小，软氮化因此得名。氮化主要是往炉中加入纯氨，在200℃以上氨分解为活性氮原子，在500~580℃时，活性氮原子往钢件表面渗氮和扩散，得到0.3~0.5mm厚的高硬度、耐腐蚀、抗疲劳的氮化层。表面热处理、化学热处理各种热处理的方法和掌握通过本节的学习，理解钢的最终热处理相关知识。掌握淬火与回火的性能和方法。1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，4.参观教学()一、钢的形变热处理二、钢的表面淬火1、感应加热表面淬火2、火焰加热表面淬火3、激光加热表面淬火三、钢的化学热处理1)分解由介质中分解出渗入元素的活性原子。的方式有两种，即活性原子由钢的表面进入铁的晶格形成溶体，或与钢中的某种元素形成化合物。里迁移，形成一定厚度的扩散层。1、渗碳:2.液体氮化-46-课后分析课后分析第二十三讲：授课课程任课教师计划课时序号金属材料、中碳钢热处理实验金属材料与热处理第23讲金属材料、中碳钢热处理实验一、实习目的及进程基本概念教学难点教学重点1、加深学生对课堂所学理论的理解和掌握，达到根据零件的工作条件正确选择材料及正确制定实施热处理工艺的目的。2、使学生充分了解和掌握材料和热处理的基本方法和知识。3、使学生能操作金属材料热处理的全过程，并独立制作出合格的金相试样。二、实习任务1、根据零件的工作条件选择零件材料及制定正确的热处理工艺；2、选择毛坯的种类，选择成型的方法，绘制出毛坯的图样；3、制定工艺方案及拟定工艺路线4、通过热处理的质量分析，能出不运用已学知识达到分析问题并解决问题的-47-教学要求1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，授课方式4.参观教学()作业课后分析授课课程金属材料与热处理任课教师刘波序号第24讲概念：钢中的合金元素合金元素是为了改善和提高钢的力学性能和使钢获得某些特殊的物理、化学性能而专门加入的元素。1、合金元素在钢中的分布：在平衡状态中，合金元素在钢中存在形式和分布主要有以下五种：(1)与铁形成固溶体，不与碳形成任何碳化物。及进程(2)部分固溶于铁素体，另一部分与碳形成碳化物。但每一种元素固溶于铁素体和形成碳化物的倾向并不相同，因而其在铁素体和碳化物及进程(3)不少元素与钢中的氧、氮、硫形成简单的或复合的非金属夹杂物。(4)一些元素彼此作用形成金属间化合物。2、合金元素在钢中的作用合金元素对钢中基本相的影响-48-1)非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。这些元素与碳亲合力很弱，在钢中不和碳化合，而是溶入铁素体内形成合原子半径相差愈大，或两者晶格类型不同，则造成的晶格畸变愈大，固溶强化效果也愈显著。下图为退火状态各合金元素对碳钢性能的影响。2)中强碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W等。一般能够置换渗碳体中的铁原子而形成合金渗碳体，如(Fe、Mn)3C、(Fe、Cr)3C、(Fe、W)3C等，合金渗碳体仍具有渗碳体的复杂六方晶格。渗碳体是一种稳定性最低的碳化物，因为Fe与C的亲和力较弱。合金渗碳体较渗碳体稳定性略为提高，硬度也较高，是一般低合金钢中存在的主要碳化物。3)强碳化物形成元素：Mo、W、Ti、Zr、Nb、V。这些合金元素Me，如Cr7C3、有复杂晶格的合金渗碳体稳定性更高。3、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响类钢称为莱氏体钢。区扩大，但Cr、Mo、W、V、Ti、Si、Al等元素使奥氏体相区缩小，为铁素体形成元素。当加入量达到一定值时，使室温下的组织成为单相奥氏体或单相铁素体，这类钢称为奥氏体钢或铁素体钢。温度改变，因此，合金钢热处理工艺应根据多元铁基合金系分析。基本概念教学难点教学重点教学要求授课方式作业合金元素合金元素在钢种的作用、合金元素对钢种的基本相影响，对合金相图的影响通过本节的学习，理解：1、合金元素在钢中的分布2、合金元素在钢中的作用1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，4.参观教学()钢中的合金元素1、合金元素在钢中的分布2、合金元素在钢中的作用-49-1)非碳化物形成元素2)中强碳化物形成元素3)强碳化物形成元素3、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响课后分析第二十五讲：授课课程任课教师计划课时序号及进程合金元素对热处理的影响、低合金结构钢金属材料与热处理第25讲合金元素对钢热处理的影响合金元素对钢热处理的影响一、合金元素对钢热处理的影响1)合金元素对钢加热转变的影响除了镍、钴以外，大多数合金元素特别是强碳化物形成元素，使提高，保温时间延长。细小马氏体组织。2)合金元素对钢冷却转变的影响高，C曲线右移或形成珠光体和贝氏体两个转变区。除Co、Al外，后残余奥氏体量增多。3)合金元素对回火转变的影响淬火合金钢进行回火时，其组织转变与碳钢相似。但由于合金元素的加入，使其在回火转变时具有如下特点：-50-度下降的能力称为回火稳定性。硬度升高的现象称为二次硬化。冲击韧度剧烈下降的现象，称为回火脆性。一、合金钢在Fe-C合金中加入一些其它的金属或非金属元素构成的钢，称金元素。合金元素的加入使碳钢的淬透性、强度、硬度、耐热性、耐腐性、耐磨性等都得到了很大程度的提高。1、合金结构钢合金结构钢是用于制造工程结构和机器零件的钢。用于工程结构的钢大多是普通质量的钢，承受静载荷的作用；用于机器零件的钢大多是优质钢，承受动载荷的作用，一般均需热处理，充分发挥钢材的潜力。低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上加入少量(ω输油管等。普通低合金结构钢的碳的质量分数较低，一般为ωC=少量稀土元素，以消除钢中有害杂质，改善杂质物形状的分布，减弱其脆性。供货状态为热轧正火状态，显微组织为铁素体、珠光体的混值＋质量等级符号(A、B、C、D、E)三个部分按顺序排列，如Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等。合金结构钢通常是在优质碳素结构钢的基础上加入一些合金元素而形成的钢种。合金元素通常为ωMe<5％，故该钢种属于低、中合金钢。合金结构钢的牌号表示方法由三部分组成，即“数字＋元素符号＋数字”。前面两位数字表示平均碳质量分数的万倍；合金元素以化学符号表示，合金元素后面的数字表示合金元素质量分数的百倍，素符号后相应标出2、3、4┅。我国合金结构钢中，主加元素一般为锰、硅、铬、硼等，它对提高淬透性和力学性能起主导作用。辅加元素主要有钨、钼、钒、钛、铌等。合金结构钢都是优质钢、高级优质钢(牌号后加A)或特级优质钢(牌号后加E)。按其用途及工艺特-51-点可分为渗碳用钢点可分为渗碳用钢、调质用钢。基本概念教学难点教学重点教学要求授课方式作业课后分析合金元素对热处理的影响、合金结构钢合金元素对热处理的影响，对合金相图的影响1、合金元素在钢中的分布2、合金元素在钢中的作用1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，4.参观教学()一、合金元素对钢热处理的影响1)合金元素对钢加热转变的影响、2)合金元素对钢冷却转变的影响3)合金元素对回火转变的影响第二十六讲：特殊性能钢授授课课程任课教师计划课时序号金属材料与热处理第26讲-52-一、不锈钢的定义及特性1、定义：在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢，具有美观的表面和良好的耐腐蚀性能，不必经过镀色等表面处理，而发挥其固有的表面性能,使用于多方面的钢铁的一种，通常称为不锈钢(以不锈、耐蚀性为主要特性，且铬含量至少为10.5%，碳含量最大不超过1.2%的钢不锈钢含有铬而使表面形成很薄的铬膜，这个膜隔离开与钢内侵入的氧气起耐腐蚀的作用。保持不锈钢的耐腐蚀性，钢必须含有10.5%的铬。特性：耐腐蚀性能好，比普通钢长久耐用高耐高温氧化及强度高，因此能够抗火灾常温加工，即容易塑性加工不必表面处理，简便、维护简单清洁，光洁度高焊接性能好2、不锈钢的分类不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢Cr素体系列、马氏体系列；及进程Cr-及进程b.金相组织分类：奥氏体不锈钢。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。铁素体不锈钢在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%~30%，具有外精炼技术(AOD或VOD)的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低，因此使这类钢获得广泛应用。马氏体不锈钢器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍半-53-奥氏体(或半马氏体)沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。双相不锈钢沉淀硬化不锈钢基本概念教学难点教学重点教学要求授课方式作业课后分析不锈钢的定义和分类不锈钢的定义和分类了解不锈钢的定义和分类以及使用场景1.课堂讲授(√)，2.演示教学(√)，3.实践教学()，4.参观教学()不锈钢的定义及特性2、不锈钢的分类奥氏体不锈钢铁素体不锈钢马氏体不锈钢第二十七讲：耐热钢、高温合金、耐磨钢-54-授课课程金属材料与热处理任课教师刘波序号第27讲机械性能外，还要求具有特殊性能的零件。二、其种类很多，机械制造中主要使用不锈耐酸钢、耐热钢、耐磨钢。耐酸钢包括不锈钢与耐酸钢。能抵抗大气腐蚀的钢称为不锈钢。而在一些化学介质(如酸类等)中能抵抗腐蚀的钢称为耐酸钢。通常也将这两类钢统称为不锈钢。一般不锈钢不一定耐酸，而耐酸钢则一般都具有良好的耐蚀性能。表示。当含碳量≤0.03％及≤0.08％者，在钢号前分别冠以“00”或“0”，例如不常用分类：1)马氏体不锈钢常用马氏体不锈钢含碳量为0.1--0.45％,含铬量为12--14％，属铬不锈钢。随着钢中含碳量的增加，钢的强度、硬度、耐磨性提承及一些医疗器械。及进程2)铁素体不锈钢常用含碳