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1、热处理工艺控制及系统审核 金属材料和热处理基础概念及基础知识,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的物理性能 金属材料表现在物理范畴内的性能,主要有密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性等,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的物理性能,. 密度 单位体积物质所具有的质量称为密度。其单位是kg/m3,钢的密度大还是铁的密度大?,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的物理性能,. 熔点 金属材料从固体转变为液体时的温度称为熔点，不同金属熔点不同。当一种金属加入一种或多种其它元素时，其熔点一般比纯金属要低，加入元素越多，其熔点也更低些，有低
2、熔点和高熔点金属，制定工艺时应考虑。 钢35和钢45哪一种钢的熔点高?,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的物理性能,. 热膨胀性： 金属材料受热时，其体积膨胀而变大的性能叫热膨胀性热膨胀性又有两大特点：一是可逆的，即热涨量与冷缩量相同；二是不可避免的，因此工程上应引起重视。 随着温度升高，金属材料热膨胀性系数会改变吗？,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的物理性能,导热性： 金属材料传导热量的能力称为导热性。一般用导热率表示，单位是：E/（m.k）.各种金属材料的导热性是不同的。 纯金属的导热性为什么比合金的要好？,AIAG 金属材料和热处理基础概念及
3、基础知识 金属材料的物理性能,. 导电性: 金属材料传导电流的性能称为导电性，用电导率表示，与电阻率互为倒数，银的导电性（电导率100%）最好，其次是铜、铝。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的物理性能,. 磁性： 金属材料能够被磁铁吸引的性能称为磁性。在众多的金属材料中，只有铁、镍、钴具有明显的磁性。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的化学性能,金属材料的化学性能就是指金属在室温或高温下抵抗各种腐蚀性介质对其进行化学侵蚀的能力。当制造在腐蚀性介质中工作的机械设备及其零件时，应考虑材料的化学性能,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料
4、的化学性能,抗氧化性： . 金属材料在高温下抵抗产生氧化的能力称为抗氧化性。提高抗氧化能力的主要途径是合金化，即加入合金元素Cr、Al、Si、Ni等，在钢表面形成致密的氧化物，以保护其表面不再继续氧化。 . 可以用增重或减重的腐蚀速度来计算（5级）,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的化学性能,. 耐腐蚀性: 腐蚀是指金属和周围的介质如空气、水分、酸、碱、盐等接触，发生化学变化，使其表面受到侵蚀。金属材料抵抗上述各种化学腐蚀的能力称为耐腐蚀性。一般分为化学腐蚀和电化学（有电流产生）腐蚀，根据其破坏特征可分为：一般腐蚀、晶间腐蚀、电腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等,AIAG 金属材
5、料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的机械性能,机械性能指金属材料对外力作用的抵抗能力，以弹性、塑性、韧性、强度、硬度、疲劳、断裂韧性等指标衡量 . 弹性： 金属材料在外力作用下产生变形，当外力取消后又恢复到原来的形状和大小的一种特性，一般用弹性模数，弹性极限等衡量,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的机械性能,. 塑性： 塑性是指金属材料在外力作用下产生变形而不破坏，当外力去除后仍能使其变形保留下来的性能，它是与脆性相反的性能。用伸长率和断面收缩率衡量，数值越高，越容易压力加工,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的机械性能,. 强度 金属材料在外力作
6、用时，对变形或断裂的抵抗能力称为强度。用抗拉、抗弯、抗压、抗剪、抗扭强度和屈服强度等衡量。 对于普通碳素结构钢、低合金钢、炉用耐热钢其抗拉强度是依次递增或递减？,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的机械性能,. 硬度： 硬度是指金属材料抵抗其它更硬物体压入其表面的能力。硬度是通过试验机测定的，可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的机械性能,. 韧性： 金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力称为韧性，可分为大能量一次冲击（冲击韧性和冲击功）和小能量多次冲击抗力，工程上很多承受冲击载荷的零件多数以小能量多次冲击而导致断
7、裂的。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的机械性能,. 疲劳： 金属材料在极限强度下，长期承受交变负荷（即大小、方向反复变化的载荷）的作用，在不发生显著塑性变形的情况下抵抗断裂的能力，用疲劳极限衡量。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的机械性能,. 断裂韧性： 金属材料在裂纹存在的情况下抵抗脆性开裂的能力，是强度和塑性的综合指标。可根据其和无损探伤的方法预知零件在工作中有无脆性断裂的危险，以采取合金化和热处理的措施满足使用性能的要求。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的工艺性能,金属材料是否易于加工的性能称为工艺性能，包括铸造性
8、能、锻压性能、焊接性能和切削加工性能和热处理工艺性能等。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的工艺性能,. 铸造性能： 金属材料的铸造性能包括流动性、收缩性和偏析倾向等。 流动性指液态金属充满铸型的能力。 收缩性是指金属由液态凝固时和凝固后体积收缩的程度。 金属的偏析倾向指金属凝固过程中产生的化学成分和组织上的不均匀性，大型铸件更易产生偏析,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的工艺性能,. 锻压性能： 金属材料受锻压后，可改变自己的形状而不产生破裂的能力。如果金属材料的可塑性好，易于锻造而不发生破裂，即可锻性好。铜、铝的合金在冷态下具有很好的可锻性，碳钢
9、在加热状态下可锻性也好，脆性材料（铸铁）几乎不可锻。（控制好加热和冷却规范）,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的工艺性能,. 焊接性能： 金属材料是否容易用焊接的方法焊成优良的接头的性能称为焊接性能。用接头强度与母材强度相比来衡量可焊接性，两者接近可焊性好，一般低碳钢具有良好的可焊性，中碳钢中等，高碳钢、高合金钢、铸铁、铝合金的焊接性较差。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的机工艺性能,. 热处理性能： 金属材料能否通过加热、保温、和冷却的方法以改变内部组织的性能，衡量的指标为：淬硬性、淬透性、淬火变形及开裂趋势、表面氧化及脱碳趋势、过热及过烧敏感趋
10、势、回火稳定性、回火脆性等,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属材料的工艺性能,. 切削加工性能（可切削性） 金属材料是否容易被刀具切削的性能称为切削加工性能。它与材料的组织成分、硬度、强度、塑性、韧性、导电性、表面硬化程度及热处理等因素有关。一般，有色比黑色材料可切削性好。铸铁比钢好，中碳钢比低碳钢好，不锈钢和耐热钢差。（适宜的硬度HB170-230足够的脆性）,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属学基础知识,晶体 . 构成晶体物质的原子都是按一定几何形状有规则地排列的，所有的固体金属和合金都是晶体 . 晶体与非晶体比较有如下特点： 组成晶体的原子在空间呈有规则排
11、列 晶体都有一定的熔点 晶体具有各向异性,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属学基础知识,晶格 . 晶体内部的原子是按一定规则排列，为了便于分析研究和描述，人为地把原子看成一个点，用假象的线条将各原子中心连接起来，这样用于描述原子在晶体中排列形式的空间格架称为结晶格子，简称晶格 晶胞 . 为了简化起见，从晶格中取出一个完整反映晶格结构特征的最小单元，称为晶胞。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属学基础知识,常见的晶格类型 主要有三种： 1）体心立方晶格 它的晶胞是一个立方体。在立方体的八个角和立方体的中心，各排列一个原子。属于这类晶格类型的金属有钨、铬、钒及铁等,
12、AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属学基础知识,常见的晶格类型 主要有三种： 2）面心立方晶格 它的晶胞也是一个立方体。在立方体的 八个角和六个面的中心，各排列一个原子。属于这类晶 格类型的金属有铜、铝、金及铁等。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属学基础知识,常见的晶格类型 主要有三种： 3）密排六方晶格 它的晶胞是一个立方柱体。在柱体的每个角上，以及上、下底面的中心都排列一个原子，在晶胞中间还排列有三个原子。属于这类晶格类型的金属有镁、铍、镉几锌等,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属学基础知识,晶粒-金属结晶后由外型不规则的而内部晶体排列方向一
13、致的每个微小晶体称为晶粒。晶粒度等级 （ASTM） .晶粒与加热温度有关？ .晶粒与碳含量有关？ .晶粒与加热时间和保温时间有关？ .晶粒和加热速度有关？ . ,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属学基础知识,单晶体-晶体中由一个晶粒组成的晶体则称此晶体为单晶体。单晶体中所有晶胞都按相同的方向排列，单晶体材料只在特定环境下使用，如制造半导体硅元件所用的材料，就是单晶体 多晶体-由许多结晶方位不同的晶粒集合组成的晶体称为多晶体。工业中用的金属材料一般都是多晶体。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属学基础知识,.铁的同素异构现象 有些金属在固体下，其晶体结构会随温度的
14、变化而发生改变。金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格，这种现象称为金属的同素异构转变，由同素异构转变得到的不同晶格的晶体，称为同素异构体。一般用西腊字母、表示。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属学基础知识,.铁碳合金 .合金-是由两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素融合而成具有金属特性的物质。 . 常见的合金晶体结构 固溶体 金属化合物 机械化合物,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属学基础知识,.铁碳合金： 钢和铸铁都是以铁和碳两种元素为主所组成的铁碳合金。含碳量小于2.11%的铁碳合金叫钢，含碳量大于2.11%的铁碳合金叫铸铁。根据含碳量
15、的不同，铁碳合金可分为以下几种基本组织。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属学基础知识,.铁素体-碳溶于-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体，称为铁素体。用F表示。由于铁素体的含碳量低，所以铁素体的组织与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，而硬度和强度较低。 (另有铁素体。是碳溶于-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体）,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属学基础知识,.奥氏体-碳溶于-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体，称为奥氏体，用A表示。由于奥氏体的溶碳比铁素体多，因此奥氏体的强度和硬度较铁素体高，并且是单一的固溶体，所以其塑性较好，变形抗力较低。绝大多数钢在进行压力加工和热
16、处理时，都加热到奥氏体区域。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属学基础知识,.渗碳体-渗碳体是Fe和C的金属化合物，当碳的含量超过在铁中的溶解度时，多余的碳和铁以一定的比例化合，形成Fe3C，称为渗碳体。其含碳量为6.69%。渗碳体具有复杂的晶格，它的硬度很高，而塑性和韧性很差，脆性很大。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属学基础知识,.珠光体-铁素体和渗碳体组成的机械化合物，称为珠光体，用P表示。珠光体的含碳量为0.77%，由于它是硬的渗碳体和软的铁素体相间组成的机械化合物，所以其机械性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，有一定的塑性。,AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识 金属学基础知识,.莱氏体-奥氏体和渗碳体组成的机械化合物称为莱氏体，用Ld表示。含碳量在4.3%，莱氏体的性能和渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。
