《工程材料(概要)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程材料(概要)（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、工程材料1绪论一、本教材的内容及组织形式1. 了解学生先修课程情况（材料力学、工程材料、金工实习等）2. 运用实例介绍工程设计制造过程3. 介绍教材内容及组织形式热 加 工 （ 铸 造 、 锻 压 、 焊 接 ） 材 料 加 工 冷 加 工 （ 冲 压 、 其 他 压 力 加 工 ） 机 加 工 （ 切 削 加 工 、 特 种 加 工 ） 二、学习要求：1. 学习态度2. 课堂纪律3. 作业情第一章 金属材料结构与性能第一节 概述一、金属材料分类纯 金 属 金 属 材 料 合 金 2种 金 属 or: 金 属 +非 金 属 ； 具 有 金 属 特 性 二、金属材料特性共同点：较高强度、良好塑性
2、、高导电性导热性、金属光泽化 学 成 分 不 同 ， 性 能 不 同 不 同 点 ： 性 能 的 多 样 多 变 性 同 一 金 属 材 料 ， 不 同 加 工 和 处 理 性 能 不 同 三、金属材料性能提 高 硬 度 、 强 化 强 度 1) 性 能 的 提 高 提 高 塑 性 ， 软 化 材 料 ， 提 高 加 工 性 能 化 学 成 分 基 础 2) 影 响 因 素 内 部 组 织 和 状 态 根 据 处 理 手 段 第二节 金属材料的结构一、金属的结晶1 晶体：纯金属+合金 特征：原子在空间的有规则排列2 结晶过程1) 过冷度：T 与冷却速度有关。 冷速越大，T 越大。工程材料22)
3、 晶核形成和成长晶粒大小和形核多少及晶核成长速度有关。形核越多，长大速度越慢，则晶粒越细。提 高 强 度 、 硬 度 晶 粒 细 化 强 化 改 善 塑 性 、 韧 性 二、金属的晶体结构晶体结构：原子排列方式1晶格 晶胞（边长为晶格常数，埃）2常见晶格类型体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格3缺陷空位和间隙、位错和晶界三、合金的晶体结构1固溶体：1) 定义：固态下，溶质原子 溶剂，保持溶剂晶格2) 分类：置换固溶体：溶质原子置换溶剂原子间隙固溶体：溶质原子嵌入溶剂原子空隙3) 固溶强化：晶 格 畸 变 强 度 、 硬 度 、 电 阻 值 均 升 高 塑 性 、 韧 性 都 下 降 2金属
4、化合物：相互化合成新晶格，特点：熔点高，硬度高，脆性大。3机械混合物：两种组元或固溶体 or : 固溶体+金属化合物，保持各自晶格，其性能取决于各组元的性能、相对数量、大小形状及分布。第三节 金属材料的机械性能失效：机械性能：又称力学性能，指材料在外力作用下所显示的性能。一、静载荷下的机械性能：主要有强度、刚度、弹性、塑性、韧性硬度。1静拉伸试验：应力应变曲线工程材料3 S e b 抗 拉 强 度 E 0 2弹性与刚度：刚度：抵抗弹性变形能力（形状、尺寸、材料弹性模量 EE=/ 弹性：产生弹性变形的能力（对应弹性极限 e 的应变 e3强度：抵抗塑性变形和断裂的能力。s：屈服强度（屈服极限）对屈
5、服现象不明显（如高强度钢）：r0.2（对应 =0.2% ）表示 形变强化：b：抗拉强度，拉断前所承受的最大应力。强度依据：一般地，塑性材料：s 脆性材料：b4塑性：断裂前产生塑性变形的能力，延伸率：=L/L0，截面收缩率： = F/F05硬度：硬物压入时的抵抗能力。布氏硬度：淬硬钢球 HBS(W)=P/F a) 洛氏硬度：120锥角金刚石 or：1.588mm （1/16）淬硬钢球，HRA，HRBHRCb) 维氏硬度：136正四棱锥金刚石压头，HV=P/F 特点：载荷小，压入深度浅，适于成品、薄层检验。二、动载荷下的机械性能：主要有冲击韧性、抗疲劳性能1 冲击韧性 k：破裂前吸收的能量。摆锤式
6、冲击实验第二章 铁碳合金第一节 概述一、钢：2.11%A 1534 E 1147 C F D K 6.67 4.3 2.11 0.77 S G 910 723 钢 生 铁 温 度 含 碳 量 (%C) 工程材料4二、 铁碳合金图：含碳量：5%，脆，无实用价值； Fe3C：6.67%C，为一稳定化合物，可看作一组元。第二节 铁碳合金基本组织和性能一、铁：910：-Fe，体心立方晶格。 9101390：-Fe ，面心立方晶格铁素体：碳溶于 -Fe 中的固溶体，性能接近纯铁，强度、硬度低，塑性很好。奥氏体：碳溶于 -Fe（溶解度大， 0.772.11%）二、渗碳体：硬度高（HBS=800） ，塑性低
7、，一定条件下分解为 Fe+C第三节 铁碳合金状态图的分析一、初次结晶过程A 1534 E 1147 C F D 6.67 4.3 2.11 奥 氏 体 液 体 温 度 含 碳 量 (%C) 液 +奥 液 +Fe3C 莱氏体奥 +莱 莱 + Fe3C ACD：液相线 AECF：固相线 C：共晶点A：纯铁熔点 D：Fe3C 熔点 ECF：共晶线共晶：一定条件（温度、成分） ，同时结晶出两种不同晶体，形成一特殊共晶体组织（机械混合物） 。14.3% （过共晶生铁）：1147时进行共晶转变，莱+Fe3C。二、二次结晶工程材料5P 奥 氏 体 E(1147) 2.11 0.77 S G 910 723
8、温 度 含 碳 量 (%C) 珠光体铁 素 体+珠光 体 珠 光 体 +Fe3C 奥 + Fe3C 奥 +铁 素 体 P：共析点 ES：碳在 -Fe 中溶解度曲线 GS：冷却时奥氏体析出铁素体的转变线（同素异构转变）共析转变：含 碳 0.77%的 钢 冷 至 723 （ S点 ） 时 转 变 成 铁 素 体 （ 0.02%） 奥 氏 体 珠 光 体 （ 共 析 体 ） 析 出 渗 碳 体 （ 6.67%） 10.77% （过共析钢）：常温组织：渗碳体+珠光体。含碳量越高，则渗碳体越多，则硬度越高，韧性降低。4生铁：共晶生铁：莱氏体 珠光体+渗碳体（）亚共晶生铁：奥+ 莱氏体 珠光体+渗碳体（）
9、+ 莱氏体过共晶生铁：渗碳体（）+ 莱氏体 莱氏体+渗碳体（）第四节 碳钢一、碳及杂质对钢性能的影响1碳HBS 0.8 1.0 k b C% 亚共析钢：含碳量越高，硬度、强度越高，塑性、韧性降低。过共析钢：含碳量越高，硬度越高，强度先高后低。工程材料62P ：冷脆性：强度、硬度提高，塑性、韧性下降。常温影响更显著。含磷量加以限制。3S ：热脆性： FeS 与 Fe 形成共晶体，熔点 985，多存在于晶界，在 10001200锻、轧时易开裂。含硫量加以限制P、 S 优点：使切易屑断，改善切削性能。易断钢：P(0.080.15%)，S(0.150.5%)4Si：强、硬度提高，熔于铁素体。5Mn：熔
10、于铁素体、Fe3C，强度、硬度提高，减少 S 钢的危害。二、钢的分类1按含碳量分:低碳钢：0.25%。中碳钢：0.250.60% 。高碳钢：0.60%2按钢的质量分：质量高低主要根据有害物质 S、P 含量分。普通碳素钢：S、P 含量高，P0.045%，S0.050% ，优质碳素钢：S、P 含量低， S、P0.035%，高级优质碳素钢：S、P 含量很低， P0.035% ，S0.030%3按用途分：碳素结构钢：机械零件和工程结构，0.7%，碳素工具钢：工具用钢，0.7%4按冶炼脱氧程度分：沸腾钢：不脱氧；镇静钢：完全脱氧。优质钢和合金钢一般都是。半镇静钢：半脱氧。三、碳素结构钢1 普通碳素结构钢
11、：C：0.06 0.38 P、S 含量高，一般不需要热处理。钢号表示法：Q 数字质量等级脱氧方法其中：Q：屈服强度 数字：最低屈服强度数值，MPa 质量等级：由低到高分为 A、B、C 、D 四级。脱氧方法：F：沸腾钢， b：半镇静钢，Z：镇静钢，TZ：特殊镇静钢根据供应状态分两类：A 级：保证力学性能其它：保证力学性能，保证化学成分2 优质碳素结构钢：按化学成分和力学性能供应，常需热处理。表示法：两位数字 MnF(b)其中：两位数字：平均含碳量的万分之几。 Mn：含 Mn 量高时标注（Mn：0.701.20%）F：沸腾钢，b：半镇静钢可以细分为：冷冲压钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢。四、碳素工具钢
12、:C：0.651.35%根据 S、P ，分优质碳素工具钢、高级优质碳素工具钢。表示方法：T 数字 MnAT：碳 数字：平均含碳量千分之几 Mn：含 Mn 量高时标注 A：高级优质碳素工具钢。五、铸钢C：0.200.60% 含碳量过高塑性差，易冷裂。铸造碳钢：ZG 两组数字两组数字：最低屈服强度数值+最低抗拉强度数值。铸造合金钢ZG 合金钢铸造性能差：流动性差，易产生分散缩孔，偏析严重，收缩率大，易开裂和变形第五节 铸铁铸铁按其碳中存在形态，可分为以下几种：工程材料7（1）白口铸铁:断口呈白色，以渗碳体形式存在。冷硬铸铁：（2）HT:以自由状态的片状石墨存在，端口呈暗灰色。（3）可锻铸铁:以团絮
13、状石墨存在。白口铸铁经长时间高温退火处理（又称石墨化退火）而得到。（4）球墨铸铁:以自由态的球状石墨存在。（5）蠕墨铸铁:以蠕虫状石墨存在。一、铸铁的石墨化及其影响因素1 铸铁的石墨化铸铁中碳以石墨状态析出的过程称为铸铁的石墨化。析出方式液 体 和 奥 氏 体 中 析 出 渗 碳 体 高 温 分 解 （ Fe3C） Fe + C 高 温 2 影响石墨化的因素1） 化学成分C、Si：促进石墨化元素。 碳当量：控制铸铁组织和性能的主要措施。S：阻碍石墨化元素。Mn：阻碍石墨化元素。P：对石墨化影响不大。2） 冷却速度冷却快，越易的道白口组织；冷却慢，越利于石墨化进行。冷却速度受造型材料、铸造方法、
14、铸件壁厚等因素的影响。二、HT3 HT 的组织和性能1）HT 的化学成分和组织根据化学成分和冷却速度对石墨化影响，HT 可能出现三种不同基体的组织：铁素体 HT(铁素体+C)、珠光体 HT（P+C） 、铁素体珠光体 HT(铁素体+P+C) HT 实际上是在钢的基提上分布了大量的片状石墨。2）HT 的性能HT 的抗拉强度和塑性大大低于相同基体的钢。HT 的抗压强度同相同基体的钢差不多。HT 的性能主要取决于基体的性能和石墨的数量、形状、大小和分布状况。其中以细晶粒的珠光体基体和细片状石墨组成的 HT 的性能最优。石墨组织的优点：易断屑，良好的铸造性，减摩、减震，降低缺口敏感性。4 HT 的孕育处
15、理 孕育铸铁（变质铸铁）目的：细化和减少石墨片，提高 HT 的力学性能。孕育剂：促进石墨化的物质，主要有硅铁，硅钙合金。使用适应适当调整其化学成分，降低 C、Si 含量，以减弱石墨化程度，避免石墨片数量过多和粗大。5 HT 的牌号及用途HT 数字其中： 数字表示最抵抗拉强度，Mpa。三、可锻铸铁：俗称马铁。工程材料8白 口 铸 铁 Fe3C 团 絮 状 石 墨 长 时 间 高 温 退 火 可锻铸铁不可锻。牌号：KT 类别+数字 1数字 2 其中：类别：H黑心可锻铸铁，Z 珠光体可锻铸铁四、球墨铸铁6 球化孕育处理球化剂：使 C 以球状石墨析出，强烈阻碍石墨化，易形成白口。孕育处理：以增加球状石墨数量，减小球径，圆整形状，使分布均匀。7 牌号 QT 数字 1数字 28 其中：数字 1：最低抗拉强度 数字 2：最低延伸率五、蠕墨铸铁1 组织金属基体上分布着蠕虫状石墨。2牌号： RuT 数字其中：数字：最低抗拉强第三章 钢的热处理第一节 概述热处理：将金属在固态下通过的方式，改变合金的内部组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。热处理不改变零件的外形和尺寸，只改变材料的组织和性能 热处理的三阶段：加热、保温、冷第二节 钢的热处理基
