材料的结构和性能控制a.ppt

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1、2.12.1 纯纯金属的结晶金属的结晶2.22.2 合金的结晶合金的结晶2.32.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2.42.4 钢的热处理钢的热处理2.52.5 钢的合金化钢的合金化2.6 2.6 表面技术表面技术第第2 2章章 金属材料的金属材料的 组织与性能控制组织与性能控制 a a2.3.1金属的塑性变形金属的塑性变形2.3.2塑性变形后的金属在加热时组织塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化和性能的变化2.3.3金属材料的热加工和冷加工金属材料的热加工和冷加工2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2.3.2.3.1 1金属的塑性变形金属的塑性变形1 1单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形2

2、 2多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形3 3塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响1 1单晶体单晶体的塑性变形的塑性变形单晶体变形的基本形式单晶体变形的基本形式 弹性变形、塑性变形（滑移弹性变形、塑性变形（滑移 和和 孪生）孪生）正应力正应力使晶格发生使晶格发生弹性变形弹性变形或或断裂断裂切应力切应力使晶格发生使晶格发生弹性歪扭弹性歪扭或或塑性变形塑性变形塑性变形的实质塑性变形的实质 原子移动到新的稳定位置原子移动到新的稳定位置滑移滑移在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生滑动。沿一

3、定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生滑动。滑移的实现滑移的实现 借助于借助于位错运动位错运动刃型刃型位错运动位错运动动画演示动画演示混合型混合型位错运动位错运动动画演示动画演示孪生孪生在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变，产生塑性变形。和晶向（孪生方向）发生切变，产生塑性变形。黄铜中的孪晶黄铜中的孪晶晶界原子排列较不规则，阻碍晶界原子排列较不规则，阻碍位错运动位错运动，使形抗力增大。，使形抗力增大。晶粒小晶粒小 晶界多晶界多 变形抗力大变形抗力大 强度，硬度强度，硬度（细晶强

4、化细晶强化）晶粒小晶粒小 变形分散，应力集中小变形分散，应力集中小 塑性塑性，韧性，韧性2 2多晶体多晶体的塑性变形的塑性变形3 3塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响(1)晶粒拉长，晶粒拉长，纤维组织纤维组织 各向异性各向异性(沿纤维方向的强度、塑性最大）沿纤维方向的强度、塑性最大）变形变形10%100变形变形40%100 变形变形80%纤维组织纤维组织100 工业纯铁工业纯铁不同变形度不同变形度的显微组织的显微组织（2）织构织构绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。晶粒拉长，但未出现晶

5、粒拉长，但未出现织构织构。晶粒拉长，且出现晶粒拉长，且出现织构织构。（3）加工硬化加工硬化（形变强化（形变强化强化材料的手段之一）强化材料的手段之一）加工硬化的原因加工硬化的原因塑性变形塑性变形 位错密度增加位错密度增加，相互缠结，相互缠结(亚晶界亚晶界)，运动阻力加大，运动阻力加大 变形抗力变形抗力金属在冷变形时，强度、硬度金属在冷变形时，强度、硬度，塑性、韧性，塑性、韧性。P21，图图1-17（4）残余内应力残余内应力 由金属内部不均匀变形引起由金属内部不均匀变形引起残余内应力的危害残余内应力的危害引起零件加工过程变形、开裂。引起零件加工过程变形、开裂。耐蚀性耐蚀性2.3.22.3.2塑性

6、变形后的金属在加热时塑性变形后的金属在加热时 组织和性能的变化组织和性能的变化1 1回复回复2 2再结晶再结晶3 3晶粒长大晶粒长大1.1.回复回复塑性变形后的金属塑性变形后的金属在低温加热时，发生在低温加热时，发生回复过程回复过程（去应力退火去应力退火）：位错和点缺陷大大位错和点缺陷大大，内应力显著，内应力显著，强度、硬度略有，强度、硬度略有。回复温度回复温度=（0.25 0.3）T02.2.再结晶再结晶塑性变形后的金属塑性变形后的金属在较高温度加热时，发生在较高温度加热时，发生再结晶再结晶过程过程（再结晶退火再结晶退火）：）：通过重新形核、长大，生成新的等轴晶粒，晶格类型不变。通过重新形核

7、、长大，生成新的等轴晶粒，晶格类型不变。加工硬化消除加工硬化消除 强度、硬度大大强度、硬度大大，塑性、韧性大大，塑性、韧性大大。最低最低再结晶温度再结晶温度 TR纯金属纯金属TR=（0.4 0.35）T0合金合金TR=（0.5 0.7）T0温度单位：绝对温度温度单位：绝对温度(K)预变形度对预变形度对TR的影响的影响再结晶后的晶粒度再结晶后的晶粒度加热温度加热温度 T 晶粒直径晶粒直径 D预变形度的影响预变形度的影响3.3.晶粒长大晶粒长大变形变形80%工业纯铁再结晶退火工业纯铁再结晶退火 显微照片显微照片 100变形变形80%600退火退火8小时小时 变形变形80%400退火退火8小时小时加

8、热温度加热温度 T 和和 加热时间加热时间 t 晶界迁移、晶界迁移、晶粒晶粒合并长大。合并长大。2.3.2.3.3 3金属材料的热加工和冷加工金属材料的热加工和冷加工1 1热加工对组织和性能的影响热加工对组织和性能的影响2 2冷加工对组织和性能的影响冷加工对组织和性能的影响1 1热加工对组织和性能的影响热加工对组织和性能的影响热加工热加工 在在 TR 以上温度进行的变形加工，以上温度进行的变形加工，如钢材的热锻和热轧。如钢材的热锻和热轧。热加工时，塑性变形引起的加工硬化效应随即被再结晶过程的软化作用所消除。热加工时，塑性变形引起的加工硬化效应随即被再结晶过程的软化作用所消除。热加工对组织和性能

9、的影响热加工对组织和性能的影响1）打碎柱状晶、树枝晶，形成等轴晶，机械性能改善。）打碎柱状晶、树枝晶，形成等轴晶，机械性能改善。2）压合铸件中的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和机械性能。）压合铸件中的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和机械性能。3）产生）产生 流线流线 分布分布 非金属夹杂物沿变形方向分布，引起各向异性。非金属夹杂物沿变形方向分布，引起各向异性。锻造曲轴锻造曲轴切削加工曲轴切削加工曲轴冷加工对组织和性能的影响冷加工对组织和性能的影响冷加工冷加工 在在 TR 以下温度进行的变形加工，以下温度进行的变形加工，如低碳钢的冷拔、冷冲如低碳钢的冷拔、冷冲。冷加工时，无冷加工时，无再结晶

10、过程，与前述塑性变形对组织和性能的影响相同，再结晶过程，与前述塑性变形对组织和性能的影响相同，如产生加工硬化等。如产生加工硬化等。小结小结重点要求重点要求 一般要求一般要求 1.1.金属在冷加工时组织和性能的变化。金属在冷加工时组织和性能的变化。2.2.金属再结晶时组织和性能的变化。金属再结晶时组织和性能的变化。3.3.加工硬化、细晶强化的概念。加工硬化、细晶强化的概念。1.1.塑性变形的本质和滑移机理。塑性变形的本质和滑移机理。2.2.热加工对金属组织和性能的影响。热加工对金属组织和性能的影响。思考题思考题1.1.用下述三种方法制成齿轮，那一种方法较为理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再

11、加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。2.2.冷加工与热加工后的金属能否根据其显微组织加以区别？为什么？3.3.铜只能通过冷加工并经随后加热才能细化晶粒，而铁则不需要冷加工，只需加热到一定温度即可细化晶粒，分析两者差别的原因。作作 业业 2 2c cP 9 14week8,Oct 192.2.7),8)7),8)3.3.6),6),9),10),10)4.4.3),5)3),5)5.5.16),17)16),17)作业作业2 2b b 参考答案参考答案 P 9-102.2.14)14)珠光体的本质是：珠光体的本质是：15)15)一块纯铁在一块纯铁

12、在912912发生发生-FeFe -FeFe 转变时，体积将转变时，体积将层片状的共析体层片状的共析体(F+(F+共析共析 Fe3C)Fe3C)16)16)在铁碳合金室温平衡组织中，含在铁碳合金室温平衡组织中，含FeFe3C CII最多的合金成分点最多的合金成分点为为：减小。减小。2.11%2.11%，含含 LeLe最多的合金成分点最多的合金成分点为为：4.3%4.3%17)17)用显微镜观察某亚共析钢，若估计其中的珠光体含量体积分数用显微镜观察某亚共析钢，若估计其中的珠光体含量体积分数 为为80%80%，则此钢的碳的质量分数为：，则此钢的碳的质量分数为：0.77%0.77%80%=0.616

13、%80%=0.616%3.3.14)14)铁素体的本质是碳在铁素体的本质是碳在-FeFe 中的间隙相。（中的间隙相。（）NoNo15)2015)20 钢钢 比比 T12T12 钢钢 的碳质量分数要高。（的碳质量分数要高。（）NoNo16)16)在退火状态（接近平衡组织）在退火状态（接近平衡组织）4545 钢钢 比比 2020 钢钢 的塑性和强度都高。的塑性和强度都高。（）NoNo17)17)在铁碳合金平衡结晶过程中在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为只有碳质量分数为4.3%4.3%的铁碳合金的铁碳合金 才能发生共晶反应。（才能发生共晶反应。（）NoNo4.4.10)10)奥氏体是奥氏体是

14、：a.a.碳在碳在-FeFe 中的间隙固溶体中的间隙固溶体b.b.碳在碳在-FeFe 中的间隙固溶体中的间隙固溶体c.c.碳在碳在-FeFe 中的有限固溶体中的有限固溶体作业作业2 2b b 参考答案参考答案 P 11-1312)12)T10 T10 钢的碳的质量分数为钢的碳的质量分数为：a.a.0.10.1%b.b.1.01.0%c.c.1010%13)13)铁素体的机械性能特点是：铁素体的机械性能特点是：a.a.强度高、塑性好、硬度低强度高、塑性好、硬度低b.b.强度低、塑性差、硬度低强度低、塑性差、硬度低c.c.强度低、塑性好、硬度低强度低、塑性好、硬度低11)11)珠光体是一种：珠光体是一种：a.a.单相单相固溶体固溶体b.b.两相混合物两相混合物c.Fec.Fe 与与 C C 的化合物的化合物of 2.3(2a)of 2.3(2a)