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1、先进材料成形技术及理论刘 芳课 程 简 介一、课程性质：一、课程性质：专业和专业前沿专业和专业前沿二、主要内容：二、主要内容： 金属材料及热处理；金属材料及热处理； 铸造成型技术；铸造成型技术； 压力加工成型技术；压力加工成型技术； 焊接成型技术；焊接成型技术； 粉末冶金及其成型；粉末冶金及其成型； 高分子材料及其成型；高分子材料及其成型； 工业陶瓷及其成型；工业陶瓷及其成型； 复合材料及其成型；复合材料及其成型； 快速成型技术简介；快速成型技术简介； 成型材料与方法选择成型材料与方法选择课 程 简 介三、教材1、指定用书1材料成型工艺基础，刘建华，西安电子科技大学出版社，2007.2、参考书
2、1材料成形技术，毛萍莉，机械工业出版社，20072金属材料成形与加工，毛卫民，清华大学出版社，20083先进材料成形技术及理论，樊自田，化学工业出版社，2006四、考核方式重要的线：固相线;液相线; 包晶反应线; 共晶反应线; 共析反应线（A1）; A3; Acm相：相：L :液相液相;:高温铁素体高温铁素体; (F):铁素体铁素体; (A):奥氏体奥氏体; Fe3C:渗碳体渗碳体包晶点J：共晶点C： (Le)共析点S： (P)组元：Fe，Fe3C1.3 铁碳平衡相图1.3 铁碳相图铁碳平衡相图工业纯铁的平衡结晶过程组织组成物：F，（，（Fe3C）工业纯铁的室温平衡结晶组织共析钢的平衡结晶过程
3、组织组成物：P组成相：F，Fe3C共析钢的室温平衡结晶组织层片状层片状P：窄条窄条Fe3C，宽条宽条F亚共析钢的平衡结晶过程组织组成物：F，P组成相：F，Fe3C亚共析钢的室温平衡结晶组织白色块状的F，层片状的P（黑色块状）；白色网状F包围P过共析钢的平衡结晶过程组织组成物：Fe3C，P组成相：F，Fe3C网状Fe3C分布在层片状P周围过共析钢的室温平衡结晶组织共晶白口铸铁的平衡结晶过程组织组成物：Le（P+Fe3CFe3C）共晶白口铸铁的室温平衡结晶组织白色的Fe3C基体上分布着黑色条状或粒状的P亚共晶白口铸铁的平衡结晶过程组织组成物：P+ Fe3C +Le（P+Fe3CFe3C）亚共晶白口
4、铸铁的室温平衡结晶组织Fe3C分布在粗大块状的P的周围；Fe3C基体上分布着条状或粒状的P过共晶白口铸铁的平衡结晶过程组织组成物：Fe3C +Le（P+Fe3CFe3C）过共晶白口铸铁的室温平衡结晶组织长条状Fe3C分布在Le上1.4 金属材料热处理v定义：将金属或合金在固态范围内采用适当的方式进行加热、保温盒冷却，以改变其组织，从而获得所需要性能的一种工艺方法。1.4.1 钢在加热时的组织转变奥氏体形核奥氏体长大剩余渗碳体的溶解奥氏体成分均匀化1.4.2 钢在冷却时的组织转变温度时间加加热热保温保温临界点临界点实线：连续冷却虚线：等温冷却1.4.2 钢在冷却时的组织转变1、等温冷却、等温冷却
5、q过冷奥氏体等温转变曲线 (TTT曲线、C曲线）q孕育期：鼻子处最短共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线1.4.2 钢在冷却时的组织转变（1）珠光体转变高温转变A1550扩散型转变层片状（P，S，T）片间距越小，综合性能越好（2）贝氏体转变中温转变550Ms；半扩散型转变，上贝氏体（上B）：羽毛状；性能差；550350 ；下贝氏体（下B)：350 MS ；黑色针状；综合性能好1.4.2 钢在冷却时的组织转变（3）马氏体转变低温转变qMs-Mfq无扩散型转变；晶格重组；C过饱和，晶格畸变，固溶强化q无孕育期q在一定温度范围内进行。转变量只取决于转变温度，而与保温时间无关q残留奥氏体；与含碳量有关q体积
6、膨胀，内应力1.4.2 钢在冷却时的组织转变亚共析钢、过共析钢等温转变曲线1.4.2 钢在冷却时的组织转变2、连续冷却、连续冷却（1）共析钢的连续冷却uCCT曲线u临界冷却速度u无贝氏体转变亚共析钢、过共析钢的连续冷却转变1.4.3 钢的热处理工艺热处理普通热处理退火正火淬火回火表面热处理表面淬火化学热处理火焰加热表面淬火感应加热表面淬火渗碳渗氮碳氮共渗渗金属等1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理1.退火v 加热到适当的温度，保温一定时间后，随炉缓慢冷却随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺vAC3以上2030 ，保温，炉冷v细化晶粒、均匀组织、降低硬度、改善切削加工性能v亚共析钢（
7、1）完全退火（2）等温退火vAC3以上，保温，急冷至珠光体区，v等温转变，缓冷1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理（3）球化退火v使碳化物球化，获得粒状珠光体v加热略高于AC1，保温较长时间，炉冷至600度后空冷v共析钢、过共析钢、合金工具钢v降低硬度、改善切削加工性能，为淬火作准备（4）扩散退火q熔点以下100200 ，保温1015h，缓冷q均匀组织q完全退火代替（5）去应力退火q 低于AC1（500650 ），保温（与工件的截面尺寸有关），炉冷q 消除残余应力1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理2. 正火vAC3和ACcm以上3050，保温，空冷v
8、亚共析钢：F+S；共析钢：S；过共析钢SFe3Cv用途：（1）最终热处理：细化晶粒、均匀组织，提高强度、硬度和韧性（2）预先热处理（3）改善切削加工性能（低碳钢）1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理3.淬火：加热、保温、急冷淬火温度：n亚共析钢：AC3以上3050；提高硬度n共析钢、过共析钢：AC1以上3050 ；提高硬度和强度；改善马氏体形态，降低脆性；减少残余奥氏体1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理4. 回火n将钢加热到AC1以下某一温度，保温一定时间，冷却到室温n目的a. 消除淬火应力，降低脆性b. 稳定工件尺寸（M、残余A不稳定）c. 获得要求的强度、硬度、塑性、韧性1.4.3
9、钢的热处理工艺-普通热处理（1）低温回火v温度：150-250 v组织：回火M残余奥氏体v作用：（a）降低应力、提高韧性（b）保持高硬度、耐磨性 v用途：刀具、模具、滚动轴承、渗碳件、表面淬火件 1.4.3 钢的热处理工艺-普通热处理（2）中温回火u温度：350-500 u组织：回火Tu作用：（a）较高的强度、硬度，良好的塑性和韧性（b）高的弹性极限u用途：弹簧、热锻模具（3）高温回火u温度：500-650 u组织：回火Su作用：优良的综合机械性能调质处理：淬火高温回火u用途：冲击和交变载荷1.4.3 钢的热处理工艺-表面热处理v仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺vv分类 感应加热 火焰加热 电接触加热 电解加热1.4.3 钢的热处理工艺-化学热处理v将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素溶入它 的表面，改变其化学成分和组织，达到改变表面性能的目的v耐磨性、耐蚀性、抗氧化性能、疲劳强度v渗碳、渗氮、碳氮共渗等
