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1、第一部分 工程材料 材料的力学性能,一、静态力学性能 力学性能： -曲线 硬度：HB、HRC、HV 二、动态力学性能 K、 -1,第一部分 工程材料 结构,外来晶核（变质处理） 提高冷却速度 振荡 结晶过程：形核、长大晶粒大小控制细晶强化 结晶 理想晶体晶胞、晶面、晶向三种晶格 （纯）金属晶体 组元 + 实际晶体区别：缺陷塑变基础 其它元素合金固溶体（间隙固溶、置换固溶）晶格畸变 碳 弥散强化（第二相强化） 固溶强化 铁碳合金 钢 铸铁 铁素体（F） 奥氏体（A） 珠光体（P）,相图：结晶、溶解度、表象点信息（相、成分、相对量-杠杆定律）、三相反应,材料力学行为 同晶格类型中的滑移面,体心立方
2、晶格 ：六个滑移面 、每滑移面上有两个滑移方向共有十二个滑移系 面心立方晶格：四个滑移面、每个滑移面上有三个滑移方向共十二个滑移系 密排六方晶格：只有一个滑移面，此面上有三个滑移方向 晶体通过位错移动产生滑移,细晶强化,多晶体塑性变形时，晶界阻碍位错滑移，故强度较单晶体高，且晶粒愈细，晶界愈多，强度愈高，硬度愈大。另一方面，因晶粒愈细，变形被分散到更多的晶粒内进行，每晶粒变形也较均匀，所以塑性、韧性也愈好。,塑性变形对金属组织性能的影响,1.冷变形强化 冷变形强化属位错强化 2. 产生各向异性:纤维组织 3.产生织构 4.残余应力,回复与再结晶,“回复和再结晶”过程的驱动力: 点阵畸变能 冷塑
3、性变形量 1.回复 : 特征：显微组织无明显变化，晶粒仍保持伸长状；点阵畸变能大大降低，内应力显著减小，强度和硬度变化不大。 应用：去应力退火 。如电缆,2. 再结晶,再结晶通常是指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶核的形成及长大，以无畸变的新晶粒逐渐取代变形晶粒的过程。 过程：形核及长大 条件：冷变形+足够高的温度 特征：晶体缺陷基本消失，形成无畸变的新等轴晶粒；冷变形强化现象完全消除 与重结晶区别：无晶体结构转变（不是重结晶）,晶粒长大,冷塑性变形金属材料经再结晶后，一般可得到细而均匀的等轴状晶粒。 如加热温度过高或时间过长，会出现晶粒长大或二次再结晶造成晶粒粗化，力学性能相应
4、变坏。 晶粒长大：靠晶界推移，晶粒相互吞并（大晶粒吞吃小晶粒）。 晶粒越均匀，晶粒长大的倾向越小。 影响再结晶后晶粒大小的因素 退火加热温度;冷变形量;,热加工与冷加工的区别,热加工与冷加工的区别是以金属材料的再结晶温度为分界。再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷加工。再结晶温度以上进行的塑性变形加工称为热加工，热加工的下限温度一般应在再结晶温度以上一定范围。 金属材料热加工时，在塑性变形的同时再结晶也随之发生，冷变形强化现象随即消除。 热加工对材料的组织和性能的影响 改善铸锭和坯料的组织和性能;产生流线组织,二元合金,基本相： F、 A、 Fe3C（室温相？） 基本组织： F、 A、 Fe3C
5、、 P、Ld,钢的热处理,钢在加热时的转变,非平衡冷却,奥氏体 化： A形核- A长大、残余Fe3C溶解-A均匀化,俗称C曲线 横向： A过冷区（反应物区） 过渡区（转变区） 产物区（P？、B？） 纵向： 高温区（扩散转变P ） 中温区（半扩散B） 低温区（非扩散M？）,影响C曲线的因素： 含碳量的影响、 合金元素的影响 （合金元素只有固溶于奥 氏体中时才能起上述作用） 原始组织的影响、 加热温度和保温时间的影响 总之，A越稳定，C曲线越右,珠光体、贝氏体、马氏体转变的异同点,第一部分 工程材料 热处理（四把火）,1 钢的普通热处理：退火和正火、淬火与回火 名称、工艺(温度)、组织、性能、应用
6、、举例 目的及必要条件,退火 软化 正火 常化（以正代退、以正火代调质、 先正后退） 淬火 强硬化 回火 韧化（淬火后）,淬火+低温回火： 目的：降低组织应力，保留较高硬度， 组织：回火马氏体 应用：耐磨件 淬火+中温回火 目的：高弹、韧、疲劳性， 组织：回火托氏体 应用：弹性元件、热锻模 淬火+高温回火（调质） 目的：综合力学性能 组织：回火索氏体 应用：重要零件,S与S回? T与T回? B上与B下? M高与M低? 钢的淬硬性：主要取决于钢的含碳量 钢的淬透性：主要取决于合金元素含量,钢的表面淬火,表面淬火是将零件表面层以极快的速度加热到淬火温度，当热量还末传至工件心部，即迅速用淬火介质快速
7、冷却，使表层淬成马氏体，而内部保持原始组织。 表面淬火前常进行调质或正火以保证心部性能,化学热处理, 强化表面，提高零件的某些力学性能，如表面硬度、耐磨性、疲劳强度和多次冲击抗力。 保护零件表面，提高某些零件的物理化学性质，如耐高温及耐腐蚀等。因此，在某些方面可以代替含有大量贵金属和稀有合金元素的特殊钢材。,渗碳：（900950）， 目的：提高钢件表层的硬度和耐磨性，而其内部仍保持原来的高塑性和韧性成分。 后热处理：淬火+低温回火 应用：汽车调速齿轮 氮化： （500600）， 目的：提高表面硬度和耐磨性，并提高疲劳强度和抗蚀性 应用：1）耐磨性要求很高的精密零件，如精密齿轮、高精度机床主轴、
8、镗床镗杆、精密丝杆等； 2）较高温度下工作的耐磨零件，如汽缸套筒、气阀及压铸模等。 为保证心部有足够的强度，氮化前应先进行调质。,钢结构钢普通结构钢 渗碳钢 优质结构钢调质钢 弹簧钢 碳素工具钢 滚动轴承钢 工具钢普通低合金工具钢 刃具钢 高速钢 冷作模具钢 模具钢 热作模具钢,碳钢的特点 低碳钢：塑、韧，适用于各种冷、热加工与焊接； 中碳钢：可得到各种性能的较佳配合，淬火效果也显著优于低碳钢， 在制造齿轮、轴、弹簧等机械结构零件等方面得到广泛的应用； 高碳钢：硬度、耐磨性较高，有一定淬火效果，可用于制作刃、模、量具,五、 金属材料,钢种、成分特点、热处理、组织、性能、应用、钢号 碳钢的特点
9、低碳钢：塑、韧，适用于各种冷、热加工与焊接； 中碳钢：可得到各种性能的较佳配合，淬火效果也显著优于低碳钢，在制造齿轮、轴、弹簧等机械结构零件等方面得到广泛的应用； 高碳钢：硬度、耐磨性较高，有一定淬火效果，可用于制作刃、模、量具 合金钢的特点,合金元素在钢中的作用,非碳化物形成元素： Ni、Co、Al、Si等。 碳化物形成元素（按与碳亲合力由弱到强排） ： Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti,渗碳钢： C%：0.10%0.25% Me%： Mn、Ni、Cr、B、V、Ti、Mo 耐磨同时又承受冲击或交变载荷的零件 下料锻造正火加工齿形渗碳预冷淬火低温回火喷丸精磨。 调质钢： C%：0.2
10、5%0.50% Me%：Mn、Ni、Cr、Si、BMo、W 、V、Ti 热处理：调质，S回，综合力学性能 正火，S，（厚大件、要求不高件），一般 淬火+中、低回，T回、 M回 ，较高 ，多冲、耐磨 调质+表淬+低回，心：S回，表： M回 调质+氮化， 调质钢主要用于各种重要的承受冲击载荷或负荷较大的机器零件，如曲轴、连杆、蜗杆、轴类等零件。,弹簧钢： Si，中、高C% 碳素弹簧钢0.6%0.9%；合金弹簧钢0.5%0.7% Mn、Cr、V 弹簧钢主要用来制造各种弹性元件，尤其是各种弹簧。 热处理后冷成型：钢丝直径8mm，板簧厚度h5mm，先淬火+中温回火，得T回，成型后150去应力退火。 成型
11、后进行热处理：热成型后的弹簧，可于830870油淬，420450回火，亦得T回。 热成型后的弹簧也可进行等温淬火得到B下 滚动轴承钢： C%：0.951.10，Cr%：0.41.65。 锻造球化退火机加工淬火冰冷处理低温回火磨削稳定化处理 滚动轴承钢大量用来制作滚动轴承的滚珠、滚柱和内外圈。,工 具 钢,正确地使用工具钢，需要在韧性和耐磨性之间，进行优化处理。这两个互相矛盾的基本性能取决于热处理淬火、回火后马氏体的成分、形貌、硬度与碳化物的性质、类型、数量、形态和分布。 要求：高的硬度、热稳定性、热硬性、耐磨性以及足够的强度和韧性高C%:0.6%1.3% 淬火后得到过饱和度大M高碳且足够的碳化
12、物强化相提高耐磨性。 Me:Cr、W、Mo、V、Nb、Ti等强碳化物形成元素 形成多种类型碳化物 抗回火软化能力（耐回火性）、二次硬化热硬性、热稳定性。 Mn、Si 淬透性、抗回火软化能力，热处理变形， 热硬性。 淬火加热温度选择在Ac1Accm之间 回火温度的确定，主要是在消除有害应力的前提下，尽量保证高硬度来考虑的。,刃具钢：,碳素工具钢： 0.65%1.35%C 锻造后应球化退火， 最终热处理：淬火和低温回火。 淬火后的硬度一般在6065HRC。 低合金刃具钢： C%:0.8%1.5%、 Cr、Si、Mn、 W、V 热处理与承轴钢相近 高速钢： C%：0.7%1.5% Me： Cr、W、
13、V Me 10%25% 常用来制造各种切削刀具，如车刀、铣刀、拉刀、刨刀等，工作温度可达600。 锻透、高温淬火+3次高温回火,模具钢,热作模具钢：0.25%0.60% C、 Me：Cr、Ni、Mn 淬透性，辅以：Mo、W、V 二次硬化 下料锻造完全退火机加工淬火回火精磨加工(修型、抛光) 冷作模具钢：1.0%2.0% C%： 淬硬性（5060HRC）和耐磨性；Me：Cr、Mo、W、V 难熔碳化物， 耐磨性， Cr 淬透性。 下料锻造球化退火机加工淬火回火精磨成品,量具钢 热处理为球化退火、淬火及低温回火，磨削后进行人工时效，以稳定尺寸.,2.铸铁,铸铁,灰口铸铁 （C G、 G +Fe3C
14、）,C存在形式,白口铸铁 （C Fe3C）,G的形貌,灰铸铁（片状G）,蠕墨铸铁（虫状G）,球墨铸铁（球状G）,可锻铸铁（团状G）,孕育铸铁（细片状G）,普通灰铸铁（厚片状G）,影响铸铁组织和性能的因素 化学成分、冷却速度、 提高灰铸铁强度有两个基本途径： 1.改变石墨的数量、形状、大小和分布； 2.改善基体组织，在石墨的影响减少之后，以期充分 发挥金属基体的作用。,1、判断改错题（对“”，错“”，并改正。每小题2分，共20分）： 1）机械零件正常服役时其材料处于塑性状态（ ） “塑性”状态改为 “ 弹性” 2)疲劳强度是指材料抵抗塑变而不破坏的能力。（） “塑变”改为“交变载荷” 3)屈服点
15、是材料从弹性状态转向塑性状态的标志。（ ） 4)金属弹性模量是一个对金属组织不敏感的力学性能指标。（ ） 5）机械零件正常服役时其材料处于弹性状态 （ ） 6）HB硬度一般用于硬度较小的材料测量，优点是重复性较好，但是压痕大。（ ） 7）通常，布氏硬度用于测量淬火后零件的硬度,洛氏硬度用于测量未淬火零件的硬度。 （ ） 8）HBW是洛氏硬度的硬度代号。 （ ）,1.冲击韧性就是试样断口处单位面积所消耗的功。（） 2.HRC是洛氏硬度的硬度代号。（） 3. 碳钢的塑性和强度都随着含碳量的增加而降低。（） 4.通常，对于组织均匀的材料，其硬度越高，耐磨性越好。() 5.HBW是洛氏硬度的硬度代号。（） 6.金属材料的使用性能包括力学性能.铸造性能。（） 7.硬度试验中，布氏硬度测量压痕的深度。（） 8.布氏硬度适用于测量毛坯和组织不均匀材料，洛氏硬度适用于测量成品件的硬度。（） 9.生产中常用于测量退火钢、铸铁及有色金属的硬度方法是布氏硬度法。（） 10.硬度试验中，洛氏硬度测量试样表面压痕直径大小。（）,材料的硬度越高，其强度也越高，这
