金属材料与热处理 教学课件 ppt 作者 王贵斗

《金属材料与热处理 教学课件 ppt 作者 王贵斗》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属材料与热处理 教学课件 ppt 作者 王贵斗（573页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、电 子 教 案,前言 绪论 第一单元 金属材料的性能 第二单元 金属的晶体结构与结晶 第三单元 二元合金的相结构与结晶 第四单元 铁碳合金 第五单元 钢的热处理 第六单元 金属的塑性变形与再结晶 第七单元 低合金钢与合金钢 第八单元 铸铁 第九单元 非铁金属及合金,目录,前言,本书主要讲授常用金属材料的分类、成分、结构与结晶、热处理、力学性能以及应用等方面的基本知识，全书以金属材料的性能及改性为核心，以金属材料的性能与成分、组织结构、加工工艺（热处理）之间的关系为主线，重点培养学生合理选用金属材料、正确使用金属材料的能力，以充分发挥金属材料潜力，提高零（构）件的质量，延长产品寿命。,返回,绪论

2、,材料发展的历史变迁,一、金属材料的分类及其在现代工业中的地位,金属材料分类：,非铁金属（或有色金属）,钢铁（或黑色金属）,金属材料的性能与与成分、组织结构、加工工艺之间的关系,二、金属材料的性能与化学成分、组织结构、热处理之间的关系,三、金属材料的发展及材料科学的形成,金属是人类较早开发利用的材料,商周时代中国进入青铜器发展的鼎盛时期 春秋时期，我国已总结出了青铜冶铸规律：周礼.考工记“金有六齐”,司母戊大方鼎,越王勾践青铜剑,公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，淬火工艺得到迅速发展。 明清时期，中国古代工匠采用了许多热处理技。明代宋应星的天工开物对采用预冷淬火技术制锉的记载：“以已健划成纵斜

3、文理，划时斜向入，则方成焰。划后烧红，退微冷，入水健。” 新中国成立后，我国金属材料及热处理取得了快速发展。 进入21世纪后，金属材料及热处理的科研、生产进入新的发展时期 。,四、课程的性质、任务、特点和学习方法,1、金属材料及热处理是高等职业院校机械类专业重要的技术基础课。 2、本课程的任务是以金属材料的性能为核心，以培养学生的能力为目标，以金属材料及热处理技术的应用为出发点，介绍金属材料的性能与成分、组织结构、加工工艺之间的关系，介绍常用金属材料及应用等基本知识。 3、本课程既有一定的理论性，又有较强的应用性，各种概念、名词术语众多。 4、在理论学习外，要注意密切联系生产和生活实际，运用如

4、杂志、互联网等各种学习方式，广泛涉猎，勤动手，认真做好各项实验，认真完成各项作业 。,返回,第一单元 金属材料的性能,综合知识模块一 金属的物理性能与化学性能 综合知识模块二 金属的力学性能 综合知识模块三 金属的工艺性能,综合知识模块一 金属的物理性能与化学性能,能力知识点1 金属的物理性能 金属的物理性能：表示的是金属固有的一些属性，如密度、熔点、热膨胀性、磁性、导电性与导热性等。 能力知识点2 金属的化学性能 金属的化学性能：是指金属在室温或高温时抵抗各种化学介质作用所表现出来的性能，包括耐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。,能力知识点1 金属的物理性能 密度 熔点 热膨胀性 磁性 导热性

5、导电性,一、密度 定义： 单位体积材料的质量称为材料的密度。 对于运动构件，材料的密度越小，消耗的能量越少，效率越高。 一般将密度小于4.5103kg/m3的金属称为轻金属，密度大于4.5103kg/m3的金属称为重金属。,返回,二、熔点 定义： 熔点是指材料的熔化温度。金属都有固定的熔点。,熔化金属,返回,三、热膨胀性 定义： 材料在加热时单位长度的材料在温度升高一度时的伸长量。 对于特别精密的仪器要考虑选择热膨胀系数低的材料。 在材料的加工过程中更要考虑材料的热膨胀现象，如果表面和内部热膨胀不一致，就会产生内应力，当这种内应力超过材料的屈服强度时，材料就会发生塑性变形，当内应力超过了材料的

6、抗拉强度时，材料就会发生破坏。,返回,不同材料的磁滞回线,磁滞回线,铁磁性材料：在外加磁场中，能强烈被磁化的金属材料，如铁、钴、镍等。 顺磁性材料：在外加磁场中呈现十分微弱的磁性的金属材料，如锰、铬、钼等。 抗磁性材料：能够抗拒或减弱外加磁场磁化作用的金属材料，如铜、金、银、铅、锌等。,四、磁性 定义： 金属在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能称为磁性。,软磁性材料,硬磁性材料,半硬磁性材料,返回,在寒冷的冬季，用手去摸铁和木头，感觉一样吗？,五、导热性 材料的导热性用热导率表示。材料的的热导率越大，说明导热性越好一般来说，金属越纯，其导热能力越强，金属的导热能力以银为最好，铜、铝次之。 金属与

7、合金的热导率远高于非金属材料。导热性是金属材料的重要性能之一。导热性好的材料其散热性也好，可用来制造热交换器等传热设备的零部件。在制定各类热加工工艺时，也必须考虑材料的导热性，以防止材料在加热或冷却过程中，由于表面和内部产生温差，膨胀不同形成过大的内应力，引起材料变形或开裂。,返回,六、导电性 材料的导电性一般用电阻率表示。通常金属的电阻率随温度升高而增加，而非金属材料则与此相反。,返回,高分子材料一般都是绝缘体，但有的高分子复合材料也有良好的导电性。陶瓷材料虽然也是良好的绝缘体，但某些特殊成分的陶瓷却是有一定导电性的半导体。,能力知识点2 金属的化学性能,耐蚀性 抗氧化性 化学稳定性,一、耐

8、蚀性 定义： 金属在常温下抵抗氧、水及其他化学介质腐蚀破坏作用的能力称为耐蚀性。金属的耐蚀性是一个重要的性能指标，尤其对在腐蚀介质（如酸、碱、盐、有毒气体等）中工作的零件，其腐蚀现象比在空气中更为严重。 在选择材料制造零件时，应特别注意金属的耐蚀性，要选用耐蚀性良好的金属或合金制造。,二、抗氧化性 定义： 金属在加热时抵抗氧化作用的能力称为抗氧化性。 随温度升高，金属的抗氧化性降低，例如钢材在铸造、锻造、焊接、热处理等热加工作业时，氧化比较严重。,三、化学稳定性 定义： 化学稳定性是金属的耐蚀性与抗氧化性的总称。 金属在高温下的化学稳定性称为热稳定性。在高温下工作的设备（如锅炉、加热设备、汽轮

9、机、喷气发动机等）部件，需要选择热稳定性好的耐热钢等材料制造。,综合知识模块二 金属的力学性能,能力知识点1 强度、刚度及弹性 能力知识点2 塑性 能力知识点3 硬度 能力知识点4 韧度 能力知识点5 疲劳,能力知识点1 强度、刚度及弹性,一、拉伸曲线与应力应变曲线,拉伸试样,万能试验机,1.拉伸曲线,退火低碳钢的拉伸曲线,式中 F试样所承受的载荷(N)； S0试样的原始横截面积(2)。,应力：试样单位面积上承受的载荷， 即：,应变：试样单位长度的伸长量，即：,式中 L试样标距长度的伸长量； L0试样的原始标距长度。,退火低碳钢的应力-应变曲线,2.应力-应变曲线,二、刚度和弹性 1.弹性模量

10、 定义: 材料在弹性范围内，应力与应变的比值称为弹性模量，即：,E标志着材料抵抗弹性变形的能力。 金属的E值随温度的升高而逐渐降低。,2.弹性极限 定义: 材料在不产生塑性变形时所能承受的最大应力值称为弹性极限,即：,式中 Fe试样在不产生塑性变形时所承受的最大应力值； S0试样的原始标横截面积。,三、强度 定义: 强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。,1.屈服强度 屈服强度是指拉伸试验过程中，力不增加试样仍然能继续伸长时的应力，用s表示： 式中 Fs试样发生屈服时的载荷，即屈服载荷（N）； S0试样的原始横截面积（mm2）。,屈服强度的定义,脆性材料的屈服：试样卸除载荷

11、后，其标距部分的残余伸长率达到试样标 距长度的0.2%时的应力，用符号0.2表示。,应用：s和0.2常作为零件选材和设计的依据。,式中 F0.2试样标距发生0.2%残余伸长时的载荷（N）； S0试样的原始横截面积（mm2）。,规定残余伸长强度,2.抗拉强度:抗拉强度是指材料在断裂前所承受的最大应力,又称强度极限,用b表示，即 式中 Fb试样拉断前承受的最大载荷（N）； S0试样的原始横截面积（mm2）。,应用：脆性材料制作机械零件和工程构件时的选材和设计的依据。,抗拉强度的定义,能力知识点2 塑性,金属材料在静载荷作用下产生永久变形而不致引起破坏的性能。,（一） 定义,（二）衡量指标,伸长率：

12、试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。,断面收缩率：试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比。,伸长率（ ）,式中 LU试样拉断后标距的长度(mm)； L0试样的原始标距(mm)。,断面收缩率（）,式中 SU试样拉断后断裂处的最小横截面积； S0试样的原始横截面积（mm2）。,超塑状态 通常情况下金属的伸长率不超过90% ，而有些金属及其合金在某些特定的条件下，最大伸长率可高达1000%2000% ，个别的可达6000% ，这种现象称为超塑性。由于超塑状态具有异常高的塑性，极小的流动应力，极大的活性及扩散能力，在压力加工、热处理、焊接、铸造、甚至切削加工等很多领域被中应用

13、。,硬度原理,1、定义：硬度就是材料的软硬程度，指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。 2、压痕硬度：是指在规定的静态试验力下将压头压入材料表面，用压痕深度或压痕表面面积来评定的硬度。布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度都属于压痕硬度。 3、硬度分类 布氏硬度 HB 洛氏硬度 HR 维氏硬度 HV,能力知识点3 硬度,铝,钢,压痕硬度原理图,一、布氏硬度,布氏硬度试验是指用一定直径的 球体（钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量的表面压痕直径计算硬度的一种压痕硬度试验。,布氏硬度试验原理图,布氏硬度试验,原理 表示方法 压头选择 优缺点,1.

14、原理,使用刚球压头时布氏硬度值用符号HBS表示；使用硬度合金压头时用符号HBW表示。 在实际测试时，不必用公式计算，一般用读数显微镜测出压痕直 径d，然后根据 d大小查表，即可求出所测的硬度值。,测量比较软的材料。测量范围 HBS450、HBW650的金属材料。,3. 优缺点,2. 应用,压痕大，测量准确，但不能测量成品件。,二、洛氏硬度试验,原理 试验条件和应用 优缺点,1. 原理,2. 应用范围,返 回,上一页,下一页,回主页,常用洛氏硬度标度的试验范围,优点：操作简便、迅速，效率 高，可直接测量成品件 及高硬度 的材料。,3. 优缺点,缺点：压痕小，测量不准确， 需多次测量。,2.冲击试

15、样,能力知识点4 韧性,1.定义 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。,一、冲击试验方法与原理,计算公式,3.试验原理：试样被冲断过程中吸收的能量即冲击吸收功（A k ）等于摆锤冲击试样前后的势能差。,试验过程,冲击韧度（a k）：冲击吸收功除以试样缺口处截面积。,二、低温脆性,图1-13 冲击吸收功-温度曲线示意图,三、冲击试验的用途 1.评定材料的低温脆性情况，可以测定材料的韧脆转变温度。 2.评定材料的冶金质量和热加工产品质量。通过测定AK和对试样断口分析，能揭示材料的内部缺陷，如气泡、夹渣、偏析等冶金缺陷和过热、过烧、回火脆性等热加工缺陷。这些缺陷使材料的冲击吸收功明显下降，因此，

16、目前用冲击试验来检验冶炼、热处理及各种热加工工艺和产品的质量。,能力知识点5 疲劳,一、疲劳现象,1.定义 疲劳断裂是指在循环载荷的作用下，零件（或构件）经过较长时间工作或多次应力循环后所发生的突然断裂现象。,交变应力与重复应力示意图,2.循环应力,1）疲劳断裂是一种低应力脆断，断裂应力低于材料的屈服强度，甚至低于材料的弹性极限； 2）断裂前，零件没有明显的塑性变形，即使伸长率和断面收缩率很高的塑性材料也是如此； 3 ）疲劳断裂对材料的表面和内部缺陷非常敏感，疲劳裂纹常在表面缺口（如螺纹、刀痕、油孔等）、脱碳层）夹渣物、碳化物及孔洞等处形成； 4 ）实验数据分散性较大（手册上的数据是统计数据）。,3.疲劳断裂的特点,4.疲劳断口,疲劳断口示意图,疲劳源多位于零件的表面，疲劳裂纹扩展区具有海滩状条纹，称为贝纹线。瞬时断裂区形貌与材料的塑性有关，塑性材料呈纤维状，脆性材料则呈结晶状。,1 疲劳源