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1、工程材料,一、工程材料的机械性能与组织结构大纲,具体内容： 1、工程材料的分类； 2、材料静载的机械性能； 3、材料动载的机械性能； 4、常用金属的晶体结构的类型； 5、金属的实际结构和晶体缺陷； 6、金属的结晶。,*1.1工程材料的分类,1、金属材料 2、高分子材料 3、陶瓷材料 4、复合材料,1.2材料静载机械性能,1、刚度 2、强度 3、塑性 4、硬度,1.3拉伸试验,测定金属的强度和塑性指标,*1.4材料的刚度,刚度是指材料对弹性变形的抗力，工程上弹性模量E称为材料的刚度。 弹性模量E越大，刚度越大。,*1.5材料的强度指标,屈服强度 抗拉强度,*1.6塑性指标,延伸率 断面收缩率,*
2、1.7三种硬度的表示方法,1、布氏硬度 HB 2、洛氏硬度 HRA、HRB、HRC 3、维氏硬度HV,*1.8材料动载机械性能指标,冲击韧性 疲劳强度 影响疲劳强度的因素 材料本质、材料的表面质量、工作条件、零件的形状、尺寸及表面残余应力等。,*1.9常见金属的晶体结构类型,体心立方结构 面心立方结构 密排六方结构,1.10金属的实际结构,是由许多晶粒组成的多晶体，晶体的性能在各个方向上相互补充和抵消，因而表现出各向同性。,*1.11晶体缺陷,点缺陷 线缺陷 面缺陷,*1.12铸态金属晶粒细化的方法,增大过冷度 变质处理 振动、搅拌,二、铁碳合金大纲,具体内容： 1、铁碳合金中的基本相； 2、
3、铁碳合金的相图分析； 3、铁碳合金分类； 4、典型铁碳合金的平衡结晶过程分析； 5、含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响； 6、钢中常存杂质元素对钢的性能的影响； 7、钢锭的种类； 8、碳钢的分类、编号和用途。,*2.1铁碳合金的基本相,铁素体F 奥氏体A 渗碳体,*2.2铁碳相图分析,珠光体P由铁素体和渗碳体组成，珠光 体的含碳量为0.77%，有较高的强度硬度 莱氏体Le由奥氏体和渗碳体组成,2.3铁碳合金分类,工业纯铁Wc0.0218% 钢0.0218% Wc 2.11% 白口铸铁2.11% Wc 6.69%,*2.4钢的特点及分类,钢的特点：高温组织为单相奥氏体，具有良好的塑性，适用于锻
4、造、轧制。 分类：亚共析钢0.0218% Wc 0.77%室温平衡组织为铁素体F+珠光体P 共析钢Wc = 0.77% 室温平衡组织为珠光体P 过共析钢0.77% Wc 2.11% 室温平衡组织为珠光体P和二次渗碳体,2.5白口铸铁的特点,流动性好，成分偏析少、分散缩孔少，具有较强的铸造性能，但由于渗碳体量过多，脆性大，不能锻造、轧制，工业上应用较少。,2.6典型铁碳合金平衡结晶过程,对所有亚共析钢，含碳量越高，则珠光体越多，铁素体含量越少。,*2.7含碳量对铁碳合金机械性能的影响,铁碳合金随含碳量增加，铁素体量减少，渗碳体量增加，硬度增加，塑性和韧性下降。,*2.8含碳量对铁碳合金工艺性能的
5、影响,1、中碳钢工削加工性能较好； 2、随着含碳量增加，可锻性差，钢加热到高温，具有良好的可锻性； 3、含碳量增加，铸件出现缺陷的倾向增大。,*2.9钢中常存的杂质元素,有益元素：Mn 使钢的强度提高 Si 使钢的强度、硬度、弹性 提高，塑性、韧性下降 有害元素：S 增大钢的热脆性 P 使钢的塑性、韧性急剧下降， 冷脆性增大。,*2.10钢锭的种类,镇静钢 沸腾钢 半镇静钢,*2.11镇静钢与沸腾钢的比较,1、沸腾钢成本低、成材率高； 2、沸腾钢表面质量好，冲压性能好，焊接性能好； 3、镇静钢的钢材质量好，用于重要结构锅炉、化工容器用钢和机械上需经热处理的受力零件；,*2.12普通碳素结构钢编
6、号,Q235C Q为屈服强度“屈”字汉语拼音第一个字母 235表示屈服强度数值， ABCD则表示钢材质量等级不同，等级依次提高,2.13优质碳素结构钢编号,45Mn 牌号用两位数字表示，表示钢中平均含碳量的万分之几，若钢中含锰量较高，须将锰元素标出，如含锰量为0.7%1.2%的钢，牌号为45Mn,2.14铸钢编号,ZG200-400 第一组数字代表最低屈服强度值 第二组数字代表最低抗拉强度值,三、金属的塑性变形与再结晶 大纲,具体内容： 1、单晶体和多晶体金属的塑性变形； 2、塑性变形对金属的组织和性能的影响； 3、再结晶的温度的计算； 4、材料热加工对金属组织和性能的影响。,3.1单晶体金属
7、的塑性变形方式,滑移 孪生,*3.2塑性变形对金属组织和性能的影响,1、晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性 2、晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化 3、织构现象的产生 4、残余内应力,*3.3再结晶温度,T再=（0.350.4）T溶 金属的熔点越高，再结晶温度越高。,*3.4热加工对金属组织的性能的影响,1、通过热加工，可使铸态金属中的气孔焊合，从而使其致密得以提高； 2、通过热加工，从而使晶粒细化，机械性能提高； 3、通过热加工，可使铸态金属形成流线，增大纵向的强度、塑性和韧性，可提高零件使用寿命。,四、钢的热处理大纲,具体内容： 1、热处理的概念； 2、钢在加热时的转变； 3、钢的冷却
8、转变； 4、钢的退火与正火，钢的淬火，钢的回火； 5、钢的表面热处理； 6、热处理的缺陷及防止方法。,*4.1热处理概念,热处理是用来改变金属材料组织和性能的一种非常重要的工艺方法。,4.2钢在加热时的转变,钢材加热，珠光体转变为奥氏体。,* 4.3钢的冷却转变,在等温冷却转变情况下，转变温度、转变时间和转变产物之间的关系曲线称之为过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线） 钢经奥氏体化后在不同冷却速度的连续冷却条件下，过冷奥氏体的转变产物，转变开始及转变终了时间与转变温度之间的曲线称过冷奥氏体连续冷却曲线（CCT曲线）,* 4.4退火与正火时机选择及区别,一般安排在锻造或铸造之后，切削加工之前， 正火
9、与退火的区别是冷却速度快，组织细，强度和硬度有所提高。,* 4.5退火与正火工艺的选择,对低、中碳结构钢以正火作为预先热处理；高碳结构钢和工具钢及合金钢则以退火为宜； 如工件性能要求不高，一般采用正火，零件形状复杂，则采用退火； 正火比退火生产周期短，耗能少，操作方便，应优先考虑正火。,* 4.6钢的退火的应用,完全退火和等温退火，用于亚共析成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材，有时用于焊接结构。 球化退火用于共析成分的碳钢、合金钢 去应力退火（低温退火）用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机加工后零件的残余内应力。 再结晶退火主要用于冷拔、冷拉和冷冲压等冷变形工件。,* 4.7最常用的
10、淬火方法,单液淬火法 双液淬火法 分级淬火法 等温淬火法,* 4.8钢的淬硬性,主要取决于马氏体的含碳量，即取决于淬火前奥氏体的含碳量。,* 4.9钢的回火的目的,降低脆性，减少或消除内应力，防止工件变形或开裂。 获得工艺要求的机械性能。 稳定工件尺寸。 对一些高淬透性的合金钢，采用高温回火，使碳化物聚集长大，降低硬度，以利切削加工，同时可缩短软化周期。,4.10回火种类及应用,低温回火，150-250 58-64HRC 工模具、滚动轴承等 中温回火，350-500 35-45HRC 各类弹簧等 高温回火（调质）500-650 25-35HRC 连接和传动的结构零件,* 4.11钢的表面热处理
11、（渗碳）,向钢的表面层渗入碳原子的过程。 目的是使工件在热处理后表面具有高硬度和耐磨性，而心部仍保持一定强度以及较高的韧性和塑性。,* 4.12热处理缺陷,过热和过烧 氧化和脱碳,五、合金钢大纲,具体内容： 1、合金元素在钢中的作用； 2、合金钢的分类及牌号； 3、合金结构钢的概念； 4、调质钢、渗碳钢、弹簧钢、滚动轴承钢的相关内容。,5.1碳钢在性能方面的不足,碳钢的淬透性低 碳钢的回火抗力差 碳钢不能满足一些特殊性能的要求,5.2合金元素对淬火钢回火转变过程的影响,提高回火稳定性 产生二次硬化现象 消除回火脆性,5.3合金的分类（按主要用途分）,合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢,*5.4
12、合金结构钢,在碳素结构钢基础上加入一种或几种合金元素的钢以提高钢的性能、减轻工程结构和零件的重量，延长使用寿命。 对于形状复杂、截面较大、要求较高机械性能的工程结构件或零件采用合金结构钢。,* 5.5合金结构钢的分类,工程用钢，低合金高强度钢，不进行热处理 机器用钢，经热处理，调质钢、渗碳钢、易切削钢、弹簧钢、轴承钢。,5.6低合金高强度钢性能特点,较高的强度 具有足够的塑性、韧性及良好的焊接性能。 具有良好的耐蚀性和低的冷脆转变温度。,* 5.7调质钢性能特点,具有良好的综合机械性能，即具有高的强度、硬度和良好的塑性、韧性。 具有良好的淬透性。,* 5.8调质钢典型牌号、用途,低淬透性合金调
13、质钢 40Cr 中淬透性合金调质钢40CrMn 40CrNi 高淬透性合金调质钢40CrMnMo,5.9渗碳钢的性能特点,具有高硬度和高耐磨性,心部具有足够的韧性和强度,表硬里韧. 具有良好的热处理工艺性能，如高的淬透性和渗碳能力。,* 5.10渗碳钢的典型牌号和用途,低淬透性合金渗碳钢20Cr小轴、小齿轮、活塞销 中淬透性合金渗碳钢20CrMn汽车、拖拉机的变速齿轮、离合器 高淬透性合金渗碳钢20Cr2Ni4,* 5.11弹簧钢的性能特点,具有高的弹性极限 具有高的疲劳强度 具有足够的塑性和韧性,*5.12滚动轴承钢性能要求,高强度、硬度和耐磨性 高的接触疲劳强度和弹性极限 良好的尺寸稳定性
14、,5.13常用的不锈钢分类（按组织特点分）,马氏体不锈钢，铁素体不锈钢，奥氏体不锈钢，奥氏体-铁素体型不锈钢，沉淀硬化不锈钢,六、铸铁大纲,具体内容： 1、铸铁、铸铁的石墨化的概念； 2、灰铸铁、可锻铸铁的、球墨铸铁的性能和应用。,6.1铸铁、铸铁石墨化的概念,铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。 铸铁的石墨化就是铸铁中碳原子析出和形成石墨的过程。,6.2灰口铸铁的分类（按石墨的形态分类）,灰铸铁 石墨形态 片状 HT 可锻铸铁 团絮状 KT 球墨铸铁 球状 QT 蠕墨铸铁 蠕虫状 RT,*6.3灰铸铁的性能与应用,灰铸铁具有优良的铸造性能、良好的切削加工性、耐磨性、减振性、抗压性能和低的缺
15、口敏感性。 灰铸铁主要用于制造承压力和振动的零部件。 如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体、卡盘。,*6.4可锻铸铁的性能与应用,强度、塑性和韧性均比灰铸铁高，接近于铸钢。 可锻铸铁常用于制造形状复杂且承受冲击载荷的薄壁零件。 如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。,*6.5球墨铸铁的性能,球墨铸铁具有高的机械性能、良好的铸造性、耐磨性、可切削加工性及低的缺口敏感性。,*6.6球墨铸铁的应用,球墨铸铁可部分替代中碳钢和某些合金钢用于制造载荷较大、受力复杂的重要零件。 通常珠光体球墨铸铁常用于制造拖拉机或柴油机的曲轴、连杆、凸轮轴、各种齿轮及大型水压机活塞等。铁素体球墨铸铁常用于制造受
16、压阀门、机器底座及汽车后轮壳等。,七、有色金属及合金大纲,具体内容： 1、铝及铝合金的性能特点； 2、铝合金的热处理的工艺； 3、铝及铝合金分类牌号和用途； 4、铜及铜合金的性能特点； 5、铜及铜合金分类牌号和用途。,7.1铝及铝合金的性能特点,纯铝密度小、熔点低、导电性、导热性能优良，碳化率低，抗大气腐蚀性能好，还具有极好的塑性和较低的强度，易于加工成形，并有良好的低温性能。 铝合金的比强度高和抗疲劳性好，铸造性能好。,*7.2铝合金的热处理,常用的热处理工艺分为退火、固溶处理（淬火）和时效处理。 退火的目的在于消除工件的冷变形强化，内应力及成分偏析，并提高工件的塑性。,7.3时效处理,在室温放置或在低于固溶度线的某一温度下加热，使过饱和的固溶体分解出强化相并过渡到稳定状态，合金的强度、硬度明显升高的现象。 自然时效-室温下进行 人工时效-加热条件下进行,*7.4铝合金的分类及用途,1、变形铝合金 防锈铝合金
