金属材料与热处理 (2)优秀PPT.ppt
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1、金属材料与热处理第一页,本课件共有32页第一章 常用金属材料 在机械、工程等工业领域中,采用的材料种类及品种繁在机械、工程等工业领域中,采用的材料种类及品种繁多、涉及范围及其广泛。多、涉及范围及其广泛。随着生产的迅速发展,特别是电子随着生产的迅速发展,特别是电子产业、航空航天技术的突飞猛进,不断地对材料的性能产业、航空航天技术的突飞猛进,不断地对材料的性能 提出提出了愈来愈高的要求。而传统单一材料往往不能全面满足强度、了愈来愈高的要求。而传统单一材料往往不能全面满足强度、韧性、重量和稳定性等方面的要求,为使各种材料之间的优韧性、重量和稳定性等方面的要求,为使各种材料之间的优点互补,获得性能更加
2、优越的材料,人们研制出各种新型复点互补,获得性能更加优越的材料,人们研制出各种新型复合材料。就是由两种或两种以上不同材料的组合材料,其性合材料。就是由两种或两种以上不同材料的组合材料,其性能通常兼有组成材料的各种优点,有着非常广阔的发展前景。能通常兼有组成材料的各种优点,有着非常广阔的发展前景。中国经过几十年的努力,钢铁工业已同过去的仅中国经过几十年的努力,钢铁工业已同过去的仅能生产能生产 100 100 多个钢种、多个钢种、400 400 多个品种的钢材发展到现多个品种的钢材发展到现在能生产在能生产10001000多个钢种、多个钢种、4 4万多个品种的钢材,特别万多个品种的钢材,特别是国防工
3、业和高精尖技术,包括原子弹、氢弹、导弹、是国防工业和高精尖技术,包括原子弹、氢弹、导弹、核潜艇、通讯卫星、火箭等需要的关键金属核潜艇、通讯卫星、火箭等需要的关键金属 材料。都材料。都已由国内自行研制开发成功,最大限度满足了其需要。已由国内自行研制开发成功,最大限度满足了其需要。第二页,本课件共有32页1、1金属材料的性能为更合理使用金属材料,充分发挥其作用,必为更合理使用金属材料,充分发挥其作用,必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能(情况下应具备的性能(使用性能使用性能)及其在冷热加)及其在冷热加工过程中材料应具备的性能(工过
4、程中材料应具备的性能(工艺性能)。)。材料的使用性能包括材料的使用性能包括物理性能(如比重、熔(如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等)、点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等)、化化学性能学性能(耐用腐蚀性、抗氧化性),(耐用腐蚀性、抗氧化性),力学性能力学性能(机械性能)。材料的工艺性能指材料适应冷、(机械性能)。材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。热加工方法的能力。第三页,本课件共有32页1 1)机械性能(力学性能):机械性能是指金属材料机械性能(力学性能):机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。在外力作用下所表现出来的特性。1、1 强度:材料在外力(载荷)作
5、用下,抵抗变形强度:材料在外力(载荷)作用下,抵抗变形和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应力。和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应力。1 1、2 2 屈服点(s):称屈服强度,指材料在拉抻过程中,材料所受应力达到某一临界值时,载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L时应力值,单位用牛顿/毫米(N/mm)表示。1、3 抗拉强度(抗拉强度(bb)也叫强度极限指材料在拉断前)也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿承受最大应力值。单位用牛顿/毫米毫米 (N/mm N/mm)表示。)表示。第四页,本课件共有32页1 1、4 4 延伸率(延伸率():材料在拉伸断裂后,总伸长与原始):材料在
6、拉伸断裂后,总伸长与原始标距长度的百分比。标距长度的百分比。1 1、5 5 断面收缩率()材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。1、6 硬度:指材料抵抗其它更硬物压入其表面的能力,硬度:指材料抵抗其它更硬物压入其表面的能力,常用硬度按其范围测定分布氏硬度(常用硬度按其范围测定分布氏硬度(HBSHBS、HBWHBW)和洛)和洛氏硬度(氏硬度(HKAHKA、HKBHKB、HRCHRC)1 1、7 7 冲击韧性(冲击韧性(AkAk):材料抵抗冲击载荷的能力,单):材料抵抗冲击载荷的能力,单位为焦耳位为焦耳/厘米厘米 (J/cm J/cm).2 2)工艺性能:指材料承受各种加工、处理的能
7、力的那工艺性能:指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。些性能。2 2、1 1 铸造性能:指金属或合金是否适合铸造的一些工铸造性能:指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能,主要包括流动性能、充满铸模能力;收缩性、艺性能,主要包括流动性能、充满铸模能力;收缩性、铸件凝固时体积收缩的能力;偏析指化学成分不均性。铸件凝固时体积收缩的能力;偏析指化学成分不均性。第五页,本课件共有32页2 2、2 2 焊接性能:指金属材料通过加热或加热和加压焊焊接性能:指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法,把两个或两个以上金属材料焊接到一起,接口接方法,把两个或两个以上金属材料焊接到一起,接口处能满足使用目的的特性
8、。处能满足使用目的的特性。2 2、3 3 冷弯性能:指金属材料在常温下能承受弯曲而不冷弯性能:指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度(外角)或弯心(外角)或弯心直径直径 d d对材料厚度对材料厚度 a a的比值表示,的比值表示,a a愈大或愈大或 d/a d/a愈小,则愈小,则材料的冷弯性愈好。材料的冷弯性愈好。2 2、4 4 冲压性能:金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲压。检验方法用杯突试验进行检验。2 2、5 5 锻造性能:金属材料在锻压加工中能承受塑性变形锻造性能:金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破
9、裂的能力。而不破裂的能力。第六页,本课件共有32页3)化学性能:指金属材料与周围介质扫触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。3、1 耐腐蚀性:指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。3、2 抗氧化性:指金属材料在高温下,抵抗产生氧化皮能力。第七页,本课件共有32页1、2金属材料金属材料是应用最广泛的材料,目前仍占据材料工业金属材料是应用最广泛的材料,目前仍占据材料工业的主导地位。包括黑色金属的型钢、钢板及钢带、钢的主导地位。包括黑色金属的型钢、钢板及钢带、钢管、钢丝、钢丝绳,有色金属的棒材、线材、板材、管、钢丝、钢丝绳,有色金属的棒材、线材、板材、带材及箔材、管材等带材及箔材、管材等9 9大类。大类。
10、黑色金属:如生铁、铁合金、铸铁、钢、合金钢等。黑色金属:如生铁、铁合金、铸铁、钢、合金钢等。钢和生铁都是以铁为基础,以碳为主要添加元素的钢和生铁都是以铁为基础,以碳为主要添加元素的合金,统称为铁碳合金。合金,统称为铁碳合金。习惯上把碳含量习惯上把碳含量2.11%2.11%的归类于铁,碳含量的归类于铁,碳含量2.11%2.11%的归类于钢。当铁中含的归类于钢。当铁中含C C在在0.03%1.2%0.03%1.2%范范围时则为钢,含围时则为钢,含C1.2%2.5%C1.2%2.5%的铁缺乏实用性,的铁缺乏实用性,一般不进行工业生产。一般不进行工业生产。第八页,本课件共有32页1 1)铸铁铸铁 :铸
11、铁是以铁铸铁是以铁-碳碳-硅为主的多元铁硅为主的多元铁基合金。基合金。普通铸铁的化学成分一般为普通铸铁的化学成分一般为24碳,碳,13硅,硅,0.020.25硫,硫,0.051.0磷。磷。铸铁的铸造性能优良,因而通常采用铸造铸铁的铸造性能优良,因而通常采用铸造的方法制造成铸件使用,故称之为铸铁。的方法制造成铸件使用,故称之为铸铁。铸铁是人类使用最早的金属材料之一。到铸铁是人类使用最早的金属材料之一。到目前为止,铸铁仍是一种被广泛使用的金目前为止,铸铁仍是一种被广泛使用的金属材料。属材料。第九页,本课件共有32页铸铁中的碳主要是以石墨的形态存在,所以,铸铸铁中的碳主要是以石墨的形态存在,所以,铸
12、铁的组织是由金属基体和石墨所组成的。铁的组织是由金属基体和石墨所组成的。铸铁的金属基体有珠光体、铁素体、铁素体珠光体,经热处理后有马氏体、贝氏体等组织,它们相当于钢的组织。铸铁中石墨的形态可分为六种铸铁中石墨的形态可分为六种:型为片状石墨型为片状石墨;型为蟹状石墨型为蟹状石墨;型为蠕虫状石墨型为蠕虫状石墨;型为聚集状型为聚集状(团絮状团絮状)石墨石墨;型为不规则或开裂状石墨型为不规则或开裂状石墨;型为球状石墨。型为球状石墨。第十页,本课件共有32页总之,铸铁的组织特点,是在钢的基体总之,铸铁的组织特点,是在钢的基体上分布着不同形状的石墨见图上分布着不同形状的石墨见图1-1。图图1-1 铸铁中石
13、墨的六种形态铸铁中石墨的六种形态第十一页,本课件共有32页 2)2)、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点 铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分。因铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分。因此,铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织此,铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。石以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。石墨机械性能很低,硬度仅为墨机械性能很低,硬度仅为HB35,抗拉强,抗拉强度为度为20Mpa,延伸率接近零,延伸率接近零 石墨石墨石墨石墨 珠光体珠光体珠光体珠光体 铁素体铁素体铁素体铁素体抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度MPa 20
14、800MPa 20 8001000 3501000 350400400 第十二页,本课件共有32页石墨与基体相比,其强度和塑性都要小得多,石墨与基体相比,其强度和塑性都要小得多,石墨与基体相比,其强度和塑性都要小得多,石墨与基体相比,其强度和塑性都要小得多,石墨减小铸铁件的有效承载截面积,同时石墨石墨减小铸铁件的有效承载截面积,同时石墨石墨减小铸铁件的有效承载截面积,同时石墨石墨减小铸铁件的有效承载截面积,同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应力集中,形成脆尖端易使铸件在承载时产生应力集中,形成脆尖端易使铸件在承载时产生应力集中,形成脆尖端易使铸件在承载时产生应力集中,形成脆性断裂。性断裂。性断裂
15、。性断裂。因此,铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低,因此,铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低,因此,铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低,因此,铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低,一般说来,石墨的数量越少,分布越分散,一般说来,石墨的数量越少,分布越分散,形状越接近球形,则铸铁的强度、塑性和韧形状越接近球形,则铸铁的强度、塑性和韧性越高。性越高。第十三页,本课件共有32页 看出钢在断裂前,有明看出钢在断裂前,有明看出钢在断裂前,有明看出钢在断裂前,有明显的屈服阶段,其延伸显的屈服阶段,其延伸显的屈服阶段,其延伸显的屈服阶段,其延伸率较高,而铸铁则没有率较高,而铸铁则没有率较高,而铸铁则没
16、有率较高,而铸铁则没有明显的屈服阶段,铁素明显的屈服阶段,铁素明显的屈服阶段,铁素明显的屈服阶段,铁素体加球状石墨铸铁的延体加球状石墨铸铁的延体加球状石墨铸铁的延体加球状石墨铸铁的延伸率为伸率为伸率为伸率为2525,片状石,片状石,片状石,片状石墨的普通铸铁由于石墨墨的普通铸铁由于石墨墨的普通铸铁由于石墨墨的普通铸铁由于石墨边缘尖端产生应力集中,边缘尖端产生应力集中,边缘尖端产生应力集中,边缘尖端产生应力集中,从而容易造成脆性断裂,从而容易造成脆性断裂,从而容易造成脆性断裂,从而容易造成脆性断裂,延伸率约在延伸率约在延伸率约在延伸率约在1 1以下。以下。以下。以下。图图1-2 铸铁与钢的应力铸
17、铁与钢的应力-应变曲线的比较应变曲线的比较示意图示意图第十四页,本课件共有32页虽然铸铁的机械性能不如钢,但由于石墨虽然铸铁的机械性能不如钢,但由于石墨的存在,却赋予铸铁许多为钢所不及的性的存在,却赋予铸铁许多为钢所不及的性能。如良好的耐磨性、高的消振性、低的能。如良好的耐磨性、高的消振性、低的缺口敏感性以及优良的切削加工性。此外,缺口敏感性以及优良的切削加工性。此外,铸铁的碳含量高,其成分接近共晶成分,铸铁的碳含量高,其成分接近共晶成分,因此,铸铁的熔点低,约为因此,铸铁的熔点低,约为1200左右,左右,铁水流动性好;石墨结晶时体积膨胀,所铁水流动性好;石墨结晶时体积膨胀,所以铸造收缩率小,
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