《工程材料总复习》PPT课件.ppt

工程材料,总复习,使用性能,工艺性能,纯金属,合金,工业用钢,有色金属及其合金,铸铁,结晶,塑性变形,热处理,一、性能,使用性能1、力学性能刚度：材料抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量：E=/强度：材料抵抗变形和破坏的能力。指标：抗拉强度b材料断裂前承受的最大应力。屈服强度s材料产生微量塑性变形时的应力。,条件屈服强度0.2残余塑变为0.2%时的应力疲劳强度-1无数次交变应力作用下不发生破坏的最大应力。塑性：材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标为、。硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为HB、HRC。,冲击韧性：材料抵抗冲击破坏的能力。指标为k.材料的使用温度应在冷脆转变温度以上。断裂韧性：材料抵抗内部裂纹扩展的能力。指标为K1C。2、化学性能耐蚀性：材料在介质中抵抗腐蚀的能力。抗氧化性：材料在高温下抵抗氧化作用的能力3、耐磨性：材料抵抗磨损的能力。,二、晶体结构,纯金属的晶体结构1、理想金属晶体：原子呈规则排列的固体。晶格：表示原子排列规律的空间格架。晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元。,三种常见纯金属的晶体结构,2、实际金属,多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体.晶界：晶粒之间的交界面。晶体缺陷晶格不完整的部位点缺陷空位：晶格中的空结点。间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。置换原子：取代原来原子位置的外来原子。,线缺陷位错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的交接线。面缺陷晶界和亚晶界亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶亚晶界：亚晶粒之间的交界面。晶界的特点：原子排列不规则；阻碍位错运动；熔点低；耐蚀性低；产生内吸附；是相变的优先形核部位。,金属的晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使得金属塑性变形的抗力越高。晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目越多,变形越均匀，在断裂前将发生较大塑性变形。强度和塑性同时增加，在断裂前消耗的功大，因而韧性也好.细晶强化：通过细化晶粒来提高强度、硬度和塑性、韧性的方法。,合金元素在钢中的作用,1、强化铁素体；2、形成化合物第二相强化3、扩大（C,Mn,Ni,Co）或缩小（Cr,Si,W,Mo）A相区4、使S、E点左移5、影响A化6、溶于A(除Co外),使C曲线右移,Vk减小,淬透性提高。7、除Co、Al外，使Ms、Mf点下降。,合金钢与碳钢相比，为什么它的力学性能好,热处理变形小,8、提高耐回火性（淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力）9、产生二次硬化(含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A转变为M回，使硬度不仅不下降，反而升高的现象)10、防止第二类回火脆性：W、Mo(回火脆性：淬火钢在某些温度范围内回火时，出现的冲击韧性下降的现象。),纯金属的组织1、结晶：金属由液态转变为晶体的过程结晶的条件过冷：在理论结晶温度以下发生结晶的现象。过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差。结晶的基本过程晶核形成与晶核长大形核自发形核与非自发形核长大均匀长大与树枝状长大,结晶晶粒度控制方法：增加过冷度；变质处理；机械振动、搅拌2、纯金属中的固态转变同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。固态转变的特点：形核部位特殊；过冷倾向大;伴随着体积变化。,3、再结晶再结晶条件：冷塑性变形加热时的变化：回复再结晶晶粒长大再结晶：冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程.再结晶不是相变过程。再结晶温度：发生再结晶的最低温度。纯金属的最低再结晶温度T再0.4T熔影响再结晶晶粒度的因素：加热温度和时间；预先变形程度,4、塑性变形：金属塑性变形方式：滑移和孪生滑移的特点：只能在切应力的作用下发生；沿密排面和密排方向发生；位移量是原子间距整数倍；伴随着转动滑移的机理：通过位错运动实现。,孪生特点(密排六方的金属)孪生使晶格位向发生改变；所需切应力比滑移大得多，变形速度极快，接近于声速；孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距。冷热加工：以再结晶温度划分冷加工组织：晶粒被拉长压扁、亚结构细化、织构：变形量大时，大部分晶粒的某一位向与外力趋于一致的现象。,加工硬化：随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。冷加工使内应力增加，耐蚀性下降，提高。热加工：形成纤维组织、带状组织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。,3、铁碳合金相图,点：符号、成分、温度,S,Q,P,N,K,J,H,G,F,E,D,C,B,A,A+Fe3C,A+F,L+A,A+,L+,F,A,L,L+Fe3C,F+Fe3C,A+Fe3C,A+Fe3C+Le,Le,Le+Fe3C,Le+Fe3C,Le,P+Fe3C+Le,P+Fe3C,P+F,P,F+Fe3C,莱氏体Le(A+Fe3C)Le(P+Fe3C),珠光体P(F+Fe3C),复相组织组成物：,组织组成物标注,相区标注,线：液固相线、水平线、固溶线、固溶体转变线,C%,温度,L,典型合金的结晶过程（以共析钢为例）,时间,温度,四、钢的热处理,热处理原理1、加热时的转变奥氏体化步骤：A形核；A晶核长大；残余渗碳体溶解；A成分均匀化。奥氏体化后的晶粒度：初始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度。实际晶粒度：给定温度下奥氏体的晶粒度。本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大倾向。,2、冷却时的转变,等温转变曲线及产物,650,600,550,350,P,S,T,B上,B下,M,M+A,AP,AS,AT,AB上,AB下,AM,过冷A,过冷A,过冷A,过冷A,过冷A,用C曲线定性说明连续冷却转变产物,根据与C曲线交点位置判断转变产物,P,均匀A,细A,等温退火,P,P,退火,(炉冷),正火,(空冷),S,淬火,(油冷),T+M+A,等温淬火,B下,M+A,分级淬火,M+A,淬火,(水冷),M回,150-250,T回,350-500,S回,500-650,?,?,?,?,P,T+S回,S,T+B下+M+A,3、回火时的转变碳钢：马氏体的分解；残余奥氏体分解；-碳化物转变为Fe3C；Fe3C聚集长大和铁素体多边形化W18Cr4V钢：560三次回火。析出W、Mo、V的碳化物，产生二次硬化。回火冷却时，A转变为M。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。强化钢铁材料最经济有效的热处理工艺是淬火+回火,它包含了四种基本强化方法。,热处理工艺,热处理工艺（续）,五、工业用金属材料,工业用钢,工业用钢（续）,工业用钢（续）,铸铁,石墨化：铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程。,碳在铸铁中主要存在的形式,石墨形态对铸铁性能的影响。灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的石墨形态有何不同。,有色金属及其合金,1高分子工程材料包括塑料、合成纤维、橡胶和胶粘剂等。,包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料等。聚四氟乙烯俗称“塑料王”聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃），聚酰胺（尼龙或锦纶）,2、陶瓷材料的相组成特点，它们对陶瓷性能各起什么作用陶瓷材料通常由三种不同的相组成，即晶相(1)、玻璃相(2)和气相(3)气孔。,玻璃纤维增强聚合物复合材料（玻璃钢）,复合材料基体相和增强相,选材原则,汽车齿轮,汽车齿轮主要分装在变速箱和差速器中。汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要求比机床齿轮高。一般用合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi制造。渗碳齿轮的工艺路线为：下料锻造正火切削加工渗碳、淬火及低温回火喷丸磨削加工,汽车后桥齿轮,材料的选用,机械工程材料,轴类零件选材方法及常用材料,选择原则：根据载荷大小、类型等决定。主要受扭转、弯曲的轴，可不用淬透性高的钢种受轴向载荷轴，因心部受力较大，应具有较高淬透性材料：经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢一般轴类零件使用碳钢，如35、40、45、50钢，经正火、调质或表面淬火热处理改善性能；载荷较大并要限制轴的外形、尺寸和重量，或轴颈的耐磨性等要求高时采用合金钢，如40Cr、40MnB、20Cr、20CrMnTi等；也可以采用球墨铸铁和高强度灰铸铁作曲轴材料。,机械工程材料,材料的选用,刃具的选材,简单的手用刃具：用碳素工具钢制造，如T8、T10、T12等。低速切削、形状较复杂的刃具：丝锥、板牙、拉刀等可用低合金刃具钢9SiCr、CrWMn制造，可在300C的温度下使用。高速切削用的刃具：高速钢(W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等)制，600C使用；硬质合金，1000C使用；陶瓷制造，1500C使用。,机械工程材料,材料的选用,