全套電子課件：工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)

工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)緒論材料與成形技術(shù)的經(jīng)濟(jì)地位材料的發(fā)展史材料的分類本課程在人才培養(yǎng)中的地位和作用本課程的內(nèi)容和要求第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能

1.1材料原子的相互作用

1.2晶體材料的原子排列

1.3非晶態(tài)材料中的原子排列

1.4合金的晶體結(jié)構(gòu)

1.5高聚物的結(jié)構(gòu)

1.6陶瓷的結(jié)構(gòu)

1.7工程材料的性能

本章小結(jié)

1.1材料原子的相互作用第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能離子鍵共價(jià)鍵金屬鍵分子鍵原子結(jié)合鍵類型1.2晶體材料的原子排列1.2.1理想晶體結(jié)構(gòu)

1).晶格

2).常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)

3).晶面和晶向的表示方法1.2.2實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)

1).單晶體與多晶體

2).晶體缺陷第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能原子排列模型晶格晶胞1.2.1理想晶體結(jié)構(gòu)第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能

晶體、非晶體晶格、點(diǎn)陣、陣點(diǎn)、晶面、晶向、常見金屬晶體結(jié)構(gòu)2).常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能XYZ3)晶向和晶面的表示方法晶面第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能

晶向和晶面的表示方法分別采用晶面指數(shù)(hkl)和晶向指數(shù)[uvw]形式（以立方晶系為例）。

晶向指數(shù)（hkl)的確定方法是：以晶胞的某一陣點(diǎn)為原點(diǎn)，三個(gè)基矢為坐標(biāo)軸，并以點(diǎn)陣基矢的長(zhǎng)度作為三個(gè)坐標(biāo)的單位長(zhǎng)度；過原點(diǎn)作一直線OP，使其平行于待標(biāo)志的晶向AB,在直線OP上選取距原點(diǎn)O最近的一個(gè)陣點(diǎn)P，確定P點(diǎn)的坐標(biāo)值；將此值乘以最小公倍數(shù)化為最小整數(shù)u,v,w,加上方括號(hào)，[uvw]即為AB的晶向指數(shù)。晶面指數(shù)的確定方法第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能-ZYXZ-YX(326)在點(diǎn)陣中設(shè)置參考坐標(biāo)系，方法與確定晶向指數(shù)時(shí)相同，但不能將坐標(biāo)原點(diǎn)選在待確定指數(shù)的晶面上；以點(diǎn)陣基矢長(zhǎng)度為單位，量出待定體晶面在各坐標(biāo)軸上截距；取三個(gè)截距的倒數(shù)，并以最小公倍數(shù)乘這三個(gè)倒數(shù)，得到三個(gè)最小的整數(shù)h、k、l;將求得的h、k、l用圓括號(hào)括起來(lái)，（hkl)即為該晶面的晶面指數(shù)。單晶體的各向異性

單晶體中不同晶面和晶向上的原子排列方式和密度不同，因而，在不同的晶面和晶向上的各種性能也不同，這種現(xiàn)象稱為各向異性。第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能1.2.2實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能單晶體多晶體晶粒晶界2).晶體缺陷種類第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能亞晶界第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能晶體缺陷的影響晶體缺陷

晶體缺陷的出現(xiàn),將使其周圍的晶格產(chǎn)生畸變,而晶格畸變使材料的強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能和電阻率、耐蝕性等物理及化學(xué)性能發(fā)生改變。第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能1.3非晶態(tài)材料中的原子排列1.3.1短程有序1.3.2亞穩(wěn)態(tài)性1.4.1合金的相結(jié)構(gòu)、組織極其關(guān)系1.4.2固溶體1.4.3金屬間化合物1.4.4合金性能1.4合金的晶體結(jié)構(gòu)第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能

溶質(zhì)原子溶劑原子間隙固溶體置換固溶體1.4.2固溶體第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能1.4.3金屬間化合物

1)正常價(jià)化合物

2)電子化合物

3)間隙化合物1.4.4合金性能

1)固溶體與固溶強(qiáng)化

2)化合物與第二相強(qiáng)化第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能1.5高聚物的結(jié)構(gòu)

高聚物又稱高分子化合物,通常由一種或幾種簡(jiǎn)單的低分子化合物聚合而成。高聚物的分子量很大，一般在104～107的范圍內(nèi)。高聚物的結(jié)構(gòu)主要是指大分子鏈的結(jié)構(gòu)，即大分子鏈的形態(tài)、和大分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。

1.5.1大分子鏈的結(jié)構(gòu)

1.5.2高聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能1.5.1大分子鏈的結(jié)構(gòu)

大分子鏈的結(jié)構(gòu)包括大分子結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成、鍵接方式、空間構(gòu)型等。

1)結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成：由C、H、N、O、Si等元素構(gòu)成。其中碳原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合的碳鏈高分子是最重要的高聚物。

2)結(jié)構(gòu)單元的鍵接方式和鏈的構(gòu)型（頭_尾連接、頭_頭連接、尾_尾連接等連接方式；空間構(gòu)型有全同立構(gòu)、間同立構(gòu)和無(wú)規(guī)立構(gòu)

3)大分子鏈的形態(tài)：（大分子鏈的幾何形態(tài)、大分子鏈的構(gòu)象及柔順性）第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能大分子鏈的幾何形態(tài)第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能線型帶有支鏈體型1.5.2高聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能1.6陶瓷的結(jié)構(gòu)

陶瓷的基本相結(jié)構(gòu)主要有:晶相、玻璃相、氣相等。其組織示意圖見下圖陶瓷的性能主要取決于晶相。陶瓷中的晶相主要有硅酸鹽、氧化物、非氧化物。

第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能1.7工程材料的性能第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能1.7.1工程材料的力學(xué)性能

1.強(qiáng)度

2.

塑性

3.硬度

4.沖擊韌性

5.斷裂韌性

6.耐磨性

7.粘彈性1.7.2工程材料的物理性能1.7.3工程材料的化學(xué)性能1.7.4工程材料的工藝性能1.強(qiáng)度第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能1)靜載時(shí)的強(qiáng)度

(1)彈性和剛度

(2)屈服點(diǎn)

(3)抗拉強(qiáng)度2)變載時(shí)的強(qiáng)度3)高溫強(qiáng)度應(yīng)變?chǔ)?%應(yīng)力?低碳鋼的應(yīng)力—應(yīng)變曲線εσ第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能2.塑性

材料在外力的作用下,產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的性能稱為塑性。其大小用伸長(zhǎng)率δ和斷面收縮率ψ來(lái)表示。

3.硬度第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能布氏硬度原理洛氏硬度原理維氏硬度原理硬度第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能布氏硬度用HB表示:當(dāng)試驗(yàn)壓力的單位為kgf時(shí)當(dāng)試驗(yàn)壓力的單位為牛頓(N)時(shí)低碳鋼:?b=3.53HB,高碳鋼:?b=3.33HB,合金調(diào)質(zhì)鋼:?b=3.19HB灰鑄鐵:?b=0.98HB,退火鋁合金:?b=4.70HB硬度第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能符號(hào)壓頭類型壓力Kgf硬度值有效范圍應(yīng)用舉例HRC120o金剛石圓錐15020~60HRC淬火鋼件HRBФ1/16inch淬火鋼球10025~100HRB軟鋼、退火鋼、銅合金HRA120o金剛石圓錐6070HRA硬質(zhì)合金、表面淬火鋼4.沖擊韌性第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能Ak=G(H-h)JJ/cm25.斷裂韌性第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能σMpa.m1/2σ6.耐磨性和粘彈性第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能耐磨性粘彈性蠕變應(yīng)力松弛滯后與內(nèi)耗1.7.2工程材料的物理性能材料第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能1.電性能

1)導(dǎo)電性能

2)介電性能(材料在電場(chǎng)中的極化；介電常數(shù)和介電強(qiáng)度；壓電現(xiàn)象和電致伸縮現(xiàn)象；電鐵效應(yīng)）

3)磁性能（磁導(dǎo)率、磁化強(qiáng)度；抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性；磁疇結(jié)構(gòu)）。。。。（加強(qiáng)）

4)光學(xué)性能（連續(xù)光譜和特征譜線、材料與光子的交互作用）

5)熱性能（熱容、熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率）比容C=摩爾熱容/摩爾質(zhì)量線脹系數(shù)Δl=α1ΔT1.7.3工程材料的化學(xué)性能第一章工程材料的結(jié)構(gòu)與性能抗氧化性抗腐蝕性FeH2(+)(-)(+)(-)(+)Fe3CFe-Cu電池珠光體腐蝕電解液Fe3CF本章小結(jié)第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.1純金屬的結(jié)晶2.2合金的凝固2.3鐵碳合金平衡態(tài)的相變基礎(chǔ)2.4鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變2.5鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變2.6焊接接頭的相變本章小結(jié)2.1純金屬的結(jié)晶第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.1.1凝固的基本概念

1.晶體的結(jié)晶

2.非晶體的凝固2.1.2金屬的結(jié)晶2.1.3材料的同素異構(gòu)現(xiàn)象1.晶體的結(jié)晶第二章金屬的凝固與固態(tài)相變時(shí)間固體液+固固體溫度時(shí)間2.非晶體的凝固第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.1.2金屬的結(jié)晶第二章金屬的凝固與固態(tài)相變3.晶粒大小及控制晶粒度的概念

晶粒大小的控制(增大過冷度、變質(zhì)處理）1.金屬的結(jié)晶過程2.影響形核和長(zhǎng)大的因素

過冷度的影響難熔雜質(zhì)的影響晶粒度與力學(xué)性能的關(guān)系第二章金屬的凝固與固態(tài)相變晶粒度晶粒數(shù)/mm2σb(Mpa)σs(Mpa)δ(%)6.32374635.3512747044.819429410847.52.1.3材料的同素異構(gòu)第二章金屬的凝固與固態(tài)相變?chǔ)?Feγ-Feα-Fe1394oC912oC1.晶體的同素異構(gòu)2.同分異構(gòu)α-石英α-鱗石英α-方石英β-石英β-鱗石英β-方石英870oC1470oC573oC163oC180~270oC2.2合金的凝固第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.2.1二元合金相圖與凝固1.勻晶相圖

勻晶相圖的建立

杠桿定律枝晶偏析2.共晶相圖3.包晶相圖4其他相圖2.2.2合金的性能與相圖的關(guān)系2.2.3鑄錠(件)的凝固勻晶相圖的建立第二章金屬的凝固與固態(tài)相變合金的結(jié)晶過程第二章金屬的凝固與固態(tài)相變杠桿定律第二章金屬的凝固與固態(tài)相變QL+Qα=1QLX+QαX’=K解方程得:第二章金屬的凝固與固態(tài)相變共晶轉(zhuǎn)變Lcαd+βe冷卻曲線及結(jié)晶過程共晶相圖共晶相圖中的組織組成物第二章金屬的凝固與固態(tài)相變包晶相圖第二章金屬的凝固與固態(tài)相變其他相圖第二章金屬的凝固與固態(tài)相變WB/%Wsi/%共析相圖鎂-硅相圖2.2.2合金的性能與相圖的關(guān)系第二章金屬的凝固與固態(tài)相變合金的使用性能與相圖的關(guān)系合金的工藝性能與相圖的關(guān)系2.2.3鑄錠(件)的凝固第二章金屬的凝固與固態(tài)相變1-表面細(xì)晶粒層2-柱狀晶粒層3-心部等軸晶粒區(qū)影響鑄錠(件)結(jié)晶組織的因素冷卻速度加熱溫度、澆注溫度和澆注速度外加雜質(zhì)（或變質(zhì)處理）2.3鐵碳合金平衡態(tài)的相變基礎(chǔ)第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.3.1Fe-Fe3C亞穩(wěn)相圖

鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)與性能相圖分析2.3.2鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的相變2.3.3含碳量對(duì)鐵碳合金組織性能的影響2.3.4Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用2.3.1Fe-Fe3C亞穩(wěn)相圖第二章金屬的凝固與固態(tài)相變1.鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)與性能第二章金屬的凝固與固態(tài)相變鐵素體F奧氏體A滲碳體Fe3C2.相圖分析2.3.2在鐵碳合金平衡狀態(tài)下的相變第二章金屬的凝固與固態(tài)相變種類工業(yè)純鐵鋼白口鑄鐵亞共析鋼共析鋼過共析鋼亞共晶白口鐵共晶白口鐵過共晶白口鐵含碳量/%<0.02180.0218-0.770.770.77-2.112.11-4.34.34.3-6.69平衡組織FF+PPP+Fe3CⅡFe3CⅡ+P+Ld`Ld`Ld`+Fe3CⅠ鐵碳合金的分類1.鋼的平衡結(jié)晶過程2.白口鑄鐵的平衡結(jié)晶過程1.鋼的平衡結(jié)晶過程第二章金屬的凝固與固態(tài)相變1)共析鋼(Ⅰ)

杠桿定律的應(yīng)用:2)亞共析鋼(Ⅱ)WC%=0.77%*QP3)過共析鋼(Ⅲ)鋼的顯微組織圖第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.白口鑄鐵的平衡結(jié)晶過程第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.3.3含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響第二章金屬的凝固與固態(tài)相變1.含碳量對(duì)平衡組織的影響

2.含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響HB2.含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.3.4Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用第二章金屬的凝固與固態(tài)相變1.在選材上的應(yīng)用2.在鑄造工藝制訂上的應(yīng)用3.在塑性加工工藝制訂上的應(yīng)用4.在熱處理工藝制訂上的應(yīng)用2.4鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.4.1鋼在實(shí)際加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變點(diǎn)2.4.2奧氏體的形成過程及影響因素2.4.3奧氏體晶粒的長(zhǎng)大及影響因素2.4.1鋼在實(shí)際加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變點(diǎn)第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.4.2奧氏體的形成過程及影響因素第二章金屬的凝固與固態(tài)相變1.奧氏體的形成過程2.奧氏體形成的影響因素

加熱溫度和加熱速度原始組織合金元素2.4.3奧氏體晶粒的長(zhǎng)大及影響因素第二章金屬的凝固與固態(tài)相變Hell-Petch公式:奧氏體晶粒尺寸對(duì)冷卻后

加熱溫度對(duì)晶粒尺寸的影響鋼的性能的影響晶粒尺寸

加熱溫度本質(zhì)粗晶粒鋼本質(zhì)細(xì)晶粒鋼第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.1純金屬的結(jié)晶2.2合金的凝固2.3鐵碳合金平衡態(tài)的相變基礎(chǔ)

2.4鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變2.5鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變2.6焊接接頭的相變本章小結(jié)2.1純金屬的結(jié)晶第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.1.1凝固的基本概念

1.晶體的結(jié)晶

2.非晶體的凝固2.1.2金屬的結(jié)晶2.1.3材料的同素異構(gòu)現(xiàn)象1.晶體的結(jié)晶第二章金屬的凝固與固態(tài)相變時(shí)間固體液+固固體溫度時(shí)間2.非晶體的凝固第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.1.2金屬的結(jié)晶第二章金屬的凝固與固態(tài)相變3.晶粒大小及控制晶粒度的概念

晶粒大小的控制(增大過冷度、變質(zhì)處理）1.金屬的結(jié)晶過程2.影響形核和長(zhǎng)大的因素

過冷度的影響難熔雜質(zhì)的影響結(jié)晶過程晶粒度與力學(xué)性能的關(guān)系第二章金屬的凝固與固態(tài)相變晶粒度晶粒數(shù)/mm2σb(Mpa)σs(Mpa)δ(%)6.32374635.3512747044.819429410847.52.1.3材料的同素異構(gòu)第二章金屬的凝固與固態(tài)相變?chǔ)?Feγ-Feα-Fe1394oC912oC1.晶體的同素異構(gòu)2.同分異構(gòu)α-石英α-鱗石英α-方石英β-石英β-鱗石英β-方石英870oC1470oC573oC163oC180~270oC2.2合金的凝固第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.2.1二元合金相圖與凝固1.勻晶相圖

勻晶相圖的建立

杠桿定律枝晶偏析2.共晶相圖3.包晶相圖4其他相圖2.2.2合金的性能與相圖的關(guān)系2.2.3鑄錠(件)的凝固勻晶相圖的建立第二章金屬的凝固與固態(tài)相變合金的結(jié)晶過程第二章金屬的凝固與固態(tài)相變杠桿定律第二章金屬的凝固與固態(tài)相變QL+Qα=1QLX+QαX’=K解方程得:第二章金屬的凝固與固態(tài)相變共晶轉(zhuǎn)變Lcαd+βe冷卻曲線及結(jié)晶過程共晶相圖共晶相圖中的組織組成物第二章金屬的凝固與固態(tài)相變包晶相圖第二章金屬的凝固與固態(tài)相變其他相圖第二章金屬的凝固與固態(tài)相變WB/%Wsi/%共析相圖鎂-硅相圖2.2.2合金的性能與相圖的關(guān)系第二章金屬的凝固與固態(tài)相變合金的使用性能與相圖的關(guān)系合金的工藝性能與相圖的關(guān)系2.2.3鑄錠(件)的凝固第二章金屬的凝固與固態(tài)相變1-表面細(xì)晶粒層2-柱狀晶粒層3-心部等軸晶粒區(qū)影響鑄錠(件)結(jié)晶組織的因素冷卻速度加熱溫度、澆注溫度和澆注速度外加雜質(zhì)（或變質(zhì)處理）2.3鐵碳合金平衡態(tài)的相變基礎(chǔ)第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.3.1Fe-Fe3C亞穩(wěn)相圖

鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)與性能相圖分析2.3.2鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的相變2.3.3含碳量對(duì)鐵碳合金組織性能的影響2.3.4Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用2.3.1Fe-Fe3C亞穩(wěn)相圖第二章金屬的凝固與固態(tài)相變1.鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)與性能第二章金屬的凝固與固態(tài)相變鐵素體F奧氏體A滲碳體Fe3C2.相圖分析2.3.2在鐵碳合金平衡狀態(tài)下的相變第二章金屬的凝固與固態(tài)相變種類工業(yè)純鐵鋼白口鑄鐵亞共析鋼共析鋼過共析鋼亞共晶白口鐵共晶白口鐵過共晶白口鐵含碳量/%<0.02180.0218-0.770.770.77-2.112.11-4.34.34.3-6.69平衡組織FF+PPP+Fe3CⅡFe3CⅡ+P+Ld`Ld`Ld`+Fe3CⅠ鐵碳合金的分類1.鋼的平衡結(jié)晶過程2.白口鑄鐵的平衡結(jié)晶過程1.鋼的平衡結(jié)晶過程第二章金屬的凝固與固態(tài)相變1)共析鋼(Ⅰ)

杠桿定律的應(yīng)用:2)亞共析鋼(Ⅱ)WC%=0.77%*QP3)過共析鋼(Ⅲ)

鋼的顯微組織圖第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.白口鑄鐵的平衡結(jié)晶過程第二章金屬的凝固與固態(tài)相變

共晶白口鐵結(jié)晶過程示意圖共晶白口鐵顯微組織示意圖2.3.3含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響第二章金屬的凝固與固態(tài)相變1.含碳量對(duì)平衡組織的影響

2.含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響HB2.含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.3.4Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用第二章金屬的凝固與固態(tài)相變1.在選材上的應(yīng)用2.在鑄造工藝制訂上的應(yīng)用3.在塑性加工工藝制訂上的應(yīng)用4.在熱處理工藝制訂上的應(yīng)用2.4鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.4.1鋼在實(shí)際加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變點(diǎn)2.4.2奧氏體的形成過程及影響因素2.4.3奧氏體晶粒的長(zhǎng)大及影響因素2.4.1鋼在實(shí)際加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變點(diǎn)第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.4.2奧氏體的形成過程及影響因素第二章金屬的凝固與固態(tài)相變1.奧氏體的形成過程2.奧氏體形成的影響因素

加熱溫度和加熱速度原始組織合金元素2.4.3奧氏體晶粒的長(zhǎng)大及影響因素第二章金屬的凝固與固態(tài)相變Hell-Petch公式:奧氏體晶粒尺寸對(duì)冷卻后

加熱溫度對(duì)晶粒尺寸的影響鋼的性能的影響晶粒尺寸

加熱溫度本質(zhì)粗晶粒鋼本質(zhì)細(xì)晶粒鋼

晶粒尺寸d2.5鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變2.5.1過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖

2.5.2過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變圖2.5.3過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及性能第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.5.1過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖第二章金屬的凝固與固態(tài)相變共析碳鋼的C曲線C曲線的位置和形狀的影響因素1.含碳量的影響2.合金元素的影響3.奧氏體化溫度和保溫時(shí)間的影響第二章金屬的凝固與固態(tài)相變1.含碳量的影響第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.合金元素的影響第二章金屬的凝固與固態(tài)相變共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖2.5.2過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線第二章金屬的凝固與固態(tài)相變時(shí)間45鋼的CCT圖2.5.3過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及性能第二章金屬的凝固與固態(tài)相變A`的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類型:珠光體(P)、馬氏體(M)、貝氏體(B)1.珠光體類型組織珠光體轉(zhuǎn)變

AF+Fe3C0.77%0.0218%6.69%面心立方體心立方復(fù)雜斜方2.馬氏體類型組織

馬氏體中固溶碳引起的晶格畸變

馬氏體正方度與含碳量的關(guān)系

碳鋼含碳量與馬氏體硬度的關(guān)系

3.貝氏體類型組織

馬氏體的晶格畸變第二章金屬的凝固與固態(tài)相變馬氏體正方度與含碳量的關(guān)系第二章金屬的凝固與固態(tài)相變馬氏體組織

板條馬氏體片狀馬氏體碳鋼含碳量與馬氏體硬度的關(guān)系第二章金屬的凝固與固態(tài)相變貝氏體組織第二章金屬的凝固與固態(tài)相變上貝氏體下貝氏體P、B、M轉(zhuǎn)變的異同點(diǎn)珠光體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度范圍高溫轉(zhuǎn)變Ar1~550oC中溫轉(zhuǎn)變550oC~MS低溫轉(zhuǎn)變MS~Mf擴(kuò)散性C、Fe原子均擴(kuò)散C原子擴(kuò)散Fe原子不擴(kuò)散無(wú)擴(kuò)散組成相兩相：F、Fe3C兩相：F(C)、Fe3C（>350oC)或F、FeXC(<350oC)單相:F(C)合金元素的分布合金元素?cái)U(kuò)散，重新分布合金元素不擴(kuò)散合金元素不擴(kuò)散相變的完全性相變可在恒溫下進(jìn)行到底恒溫下相變的完全程度與轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。溫度越低，轉(zhuǎn)變?cè)讲怀浞郑蠥殘存在。主要在連續(xù)冷卻過程中進(jìn)行，相變不徹底，有A殘存在。第二章金屬的凝固與固態(tài)相變2.6焊接接頭的相變第二章金屬的凝固與固態(tài)相變低碳鋼焊接時(shí)熱影響區(qū)內(nèi)的組織變化0__焊縫1__熔合區(qū)2__過熱區(qū)3__重結(jié)晶區(qū)4__部分相變區(qū)5__基體金屬熱影響區(qū)2.6.1焊縫缺陷氣孔非金屬夾雜物裂紋未焊透咬邊焊縫金屬化學(xué)成分不均勻柱狀晶組織2.6.2熱影響區(qū)內(nèi)的組織變化本章小結(jié)第二章金屬的凝固與固態(tài)相變

本章主要介紹了純金屬結(jié)晶、合金結(jié)晶的基本過程（形核、核長(zhǎng)大），影響形核、長(zhǎng)大的因素（過冷度、高熔點(diǎn)難熔雜質(zhì)），影響和控制晶粒大小的因素（V冷、變質(zhì)處理）。還重點(diǎn)介紹了相圖，根據(jù)相圖分析合金的冷卻過程，合金性能與相圖的關(guān)系。此外，重點(diǎn)介紹了鐵碳合金狀態(tài)圖及其應(yīng)用。還重點(diǎn)介紹了鋼在冷卻過程中的轉(zhuǎn)變。一般介紹了焊接接頭的相變。思考題2-1金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是什么?晶核的N和G受到哪些因素的影響?2-2為什么材料一般希望獲得細(xì)晶粒?細(xì)化晶粒的方法有哪些?2-4已知A(熔點(diǎn)685℃)與B(熔點(diǎn)560℃)二組元在液態(tài)時(shí)無(wú)限互熔;在320℃時(shí),A溶于B的最大溶解度為31%,室溫時(shí)為12%,但不溶于A;在320℃,含42%B的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng).要求:⑴作出A—B合金相圖;⑵分析含A為25%時(shí)合金的結(jié)晶過程.2-5為什么鑄造合金常選用共晶成分合金?而塑性加工的合金常選用單相固溶體成分的合金?2-8何謂鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體？它們的結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)性能等各有何特點(diǎn)？

2--9分析含碳量分別為0.45%、1.0%、3%、4.7%的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至室溫時(shí)的結(jié)晶過程，并畫出室溫下的顯微組織示意圖。

2--10根據(jù)鐵碳相圖計(jì)算：⑴室溫下含碳0.45%的鋼中珠光體和鐵素體各占多少⑵室溫下含碳1.0%的鋼中珠光體和二次滲碳體各占多少;⑶鐵碳合金中,二次滲碳體的最大百分含量。第二章金屬的凝固與固態(tài)相變思考題2—11某工廠倉(cāng)庫(kù)積壓了許多碳鋼（退火狀態(tài)），由于鋼材混雜，不知道鋼的化學(xué)成分，現(xiàn)找出其中一根，經(jīng)過金相分析后，發(fā)現(xiàn)其組織為珠光體+鐵素體，其中鐵素體占80%，問此鋼材的含碳量大約是多少？

2—13以共析碳鋼為例，比較其過冷奧氏體在連續(xù)冷卻和等溫冷卻時(shí)組織轉(zhuǎn)變規(guī)律的不同。

2—14奧氏體的形成過程分哪幾個(gè)階段？影響奧氏體形成過程的因素有哪些？

2—15過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有哪幾種類型？比較這幾種轉(zhuǎn)變類型的異同點(diǎn)。第二章金屬的凝固與固態(tài)相變第三章金屬材料的塑性變形3.1單晶體和多晶體的塑性變形3.2金屬的形變強(qiáng)化3.3塑性變形金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化3.4塑性加工性能及影響因素本章小結(jié)3.1單晶體和多晶體的塑性變形3.1.1單晶體的塑性變形1.滑移2.孿生3.1.2多晶體金屬塑性變形的特點(diǎn)1.晶粒取向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊?.晶界對(duì)塑性變形的影響第三章金屬材料的塑性變形鋅單晶體的滑移變形示意圖滑移特點(diǎn)：①滑移是在切應(yīng)力作用下完成的；②滑移時(shí)移動(dòng)的距離是原子間距的整數(shù)倍；③滑移的同時(shí)由于正應(yīng)力組成的力偶作用，推動(dòng)晶體轉(zhuǎn)動(dòng)，力圖使滑移面轉(zhuǎn)向與外力一致的方向。④滑移的實(shí)質(zhì)是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。因此滑移的實(shí)際臨界切應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論臨界切應(yīng)力。第三章金屬材料的塑性變形1.單晶體的滑移單晶體滑移變形示意圖第三章金屬材料的塑性變形位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起的滑移變形示意圖未變形彈性變形彈塑性變形塑性變形第三章金屬材料的塑性變形滑移面的確定第三章金屬材料的塑性變形常見金屬晶格中的主要滑移系體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格(110)*6(111)*4底面*1[111]*2[110]*3底面對(duì)角線*36*24*31*3第三章金屬材料的塑性變形2.孿生孿生變形示意圖*試比較滑移和孿生的異同點(diǎn)第三章金屬材料的塑性變形1.晶粒取向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊懺诙嗑w中，各晶粒的位向不同(如圖所示)，那些滑移面與外力方向成45°角的晶粒（其取向?yàn)椤败浳幌颉保┦紫劝l(fā)生滑移,但它們的滑移變形會(huì)受到其它晶粒（硬位向）的阻礙,進(jìn)一步增加外力,才能使處于硬位向的晶粒也滿足臨界切應(yīng)力條件,產(chǎn)生滑移.因此,多晶體的滑移變形是分期分批進(jìn)行的；又由于硬位向的阻礙作用,多晶體的變形抗力比單晶體的大,即強(qiáng)度高.第三章金屬材料的塑性變形圖3.5多晶體塑性變形示意圖第三章金屬材料的塑性變形2.晶界對(duì)塑性變形的影響第三章金屬材料的塑性變形3.2金屬的形變強(qiáng)化3.2.1形變強(qiáng)化現(xiàn)象3.2.2塑性變形后金屬的組織結(jié)構(gòu)的變化

(1)晶粒破碎,亞結(jié)構(gòu)增多(2)晶粒拉長(zhǎng),出現(xiàn)纖維組織或織構(gòu)(產(chǎn)生各向異性)3.2.3塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力的危害:(1)降低工件的承載能力(2)使工件的形狀和尺寸發(fā)生變化(3)降低工件的耐蝕性第三章金屬材料的塑性變形3.2.1形變強(qiáng)化現(xiàn)象定義:金屬經(jīng)過冷態(tài)下的塑性變形(冷加工)后,其強(qiáng)度、硬度提高,而塑性、韌性降低的現(xiàn)象叫做形變強(qiáng)化,或加工硬化或冷作硬化.形變強(qiáng)化還使物理、化學(xué)性能發(fā)生變化,如電阻增大,耐蝕性降低.在冷加工時(shí),形變強(qiáng)化使金屬塑性降低,進(jìn)一步加工困難,應(yīng)安排中間退火工藝.第三章金屬材料的塑性變形3.3塑性變形金屬在加熱時(shí)組織和性能變化3.3.1回復(fù)T回=（0.25~0.3)T熔T回、

T熔為絕對(duì)溫度3.3.2再結(jié)晶定義:經(jīng)冷變形的金屬當(dāng)加熱到T再時(shí),會(huì)在變形最激烈的區(qū)域自發(fā)形成新的細(xì)小等軸晶粒,叫做再結(jié)晶這一過程實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)形核和長(zhǎng)大的過程,但晶格類型不變,只是改變了晶粒外形.T再=0.4T熔

※金屬再結(jié)晶后,消除了殘余應(yīng)力和形變強(qiáng)化現(xiàn)象3.3.3晶粒長(zhǎng)大3.3.4冷變形和熱變形3.3.5金屬纖維組織及其應(yīng)用第三章金屬材料的塑性變形形變強(qiáng)化金屬的回復(fù)和再結(jié)晶示意圖第三章金屬材料的塑性變形晶粒長(zhǎng)大示意圖臨界變形度織構(gòu)第三章金屬材料的塑性變形3.3.4冷加工和熱加工在T再溫度以下的塑性變形叫冷加工;T再溫度以上的塑性變形叫熱加工.冷加工產(chǎn)生形變強(qiáng)化,進(jìn)一步變形困難;熱加工消除了形變強(qiáng)化現(xiàn)象,若對(duì)鑄錠進(jìn)行熱加工,能使鑄錠的氣孔及縮松焊合、提高致密度、并能細(xì)化晶粒,還能形成纖維組織.第三章金屬材料的塑性變形3.3.5金屬纖維組織及其應(yīng)用定義:纖維組織的各向異性特點(diǎn):不能用熱處理方法消除應(yīng)用:麻花鉆的軋制、汽車半軸的局部鐓粗等。第三章金屬材料的塑性變形纖維組織的應(yīng)用第三章金屬材料的塑性變形3.4塑性加工性能及影響因素3.4.1塑性加工性能及其指標(biāo)塑性、變形抗力3.4.2塑性加工性能的影響因素1.金屬的本質(zhì)

(1)化學(xué)成分的影響(2)金屬組織的影響

2.加工條件

(1)變形溫度的影響(2)變形速度的影響(3)應(yīng)力狀態(tài)的影響第三章金屬材料的塑性變形變形溫度的影響提高溫度有利于金屬塑性變形，但溫度過高將產(chǎn)生過熱、過燒脫碳、氧化等缺陷。鍛造溫度即始鍛溫度與終鍛溫度間的溫度范圍。第三章金屬材料的塑性變形變形速度的影響第三章金屬材料的塑性變形應(yīng)力狀態(tài)的影響第三章金屬材料的塑性變形擠壓時(shí)金屬應(yīng)力狀態(tài)拉拔時(shí)金屬應(yīng)力狀態(tài)本章小結(jié)

鍛造、軋制、擠壓、沖壓等都是塑性變形。這些塑性變形的目的不僅是為了得到零件的外形和尺寸，更重要的是為了改善金屬的組織和性能。

塑性變形的主要形式是滑移和孿生，是在切應(yīng)力的作用下進(jìn)行的，塑性變形將產(chǎn)生形變強(qiáng)化，形成纖維組織，具有各向異性。塑性變形后的金屬加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生回復(fù)或再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大，其形變強(qiáng)化現(xiàn)象消除。第三章金屬材料的塑性變形第4章金屬材料熱處理熱處理分類4.1退火與正火4.2鋼的淬火4.3鋼的表面淬火4.4鋼的回火4.5鋼的淬透性4.6固溶處理與時(shí)效強(qiáng)化4.7鋼的化學(xué)熱處理4.8熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性及技術(shù)條件標(biāo)注4.9熱處理技術(shù)新進(jìn)展本章小結(jié)熱處理分類加熱冷卻普通熱處理:退火、正火、淬火、回火表面淬火:感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱淬火表面熱處理化學(xué)熱處理:滲碳、滲氮、滲金屬其他熱處理：形變熱處理、超細(xì)化熱處理、真空熱處理

熱處理工藝曲線保溫臨界溫度時(shí)間溫度第4章金屬材料熱處理4.1退火與正火4.1.1退火

1.完全退火

2.球化退火

3.擴(kuò)散退火(均勻化退火)

定義、應(yīng)用范圍、后處理

4.去應(yīng)力退火定義、應(yīng)用范圍、目的4.1.2正火第4章金屬材料熱處理完全退火與等溫退火第4章金屬材料熱處理定義：應(yīng)用范圍：目的：工藝：等溫退火高速鋼等溫退火與完全退火的比較球化退火第4章金屬材料熱處理定義：應(yīng)用范圍：目的：工藝：T10鋼球化退火正火定義：將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（過共析鋼）以上30~50℃，保溫適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后在靜止空氣中冷卻的熱處理叫正火。應(yīng)用范圍：目的：

（1）要求不高的結(jié)構(gòu)件，可作為最終熱處理。（2）改善低碳鋼的切削加工性（以防粘刀）。（3）共析鋼、過共析鋼正火后可消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。各種退火及正火的加熱溫度范圍第4章金屬材料熱處理碳鋼的硬度與熱處理的關(guān)系第4章金屬材料熱處理各種退火及正火的加熱溫度范圍第4章金屬材料熱處理4.2鋼的淬火定義、目的4.2.1淬火加熱溫度和加熱時(shí)間

4.2.2淬火冷卻介質(zhì)4.2.3淬火冷卻方法

1.單介質(zhì)淬火法

2.雙介質(zhì)淬火法

3.分級(jí)淬火法

4.等溫淬火法

5.冷處理第4章金屬材料熱處理4·2·1淬火加熱溫度和加熱時(shí)間第4章金屬材料熱處理碳鋼的淬火加熱溫度范圍合金鋼的淬火加熱溫度稍微高一些，是臨界點(diǎn)以上50~100℃。加熱時(shí)間：箱式爐：1~2min/mm鹽浴爐：0·4~1min/mm合金鋼適當(dāng)延長(zhǎng)4·2·2淬火冷卻介質(zhì)

第4章金屬材料熱處理各種淬火方法示意圖1—單介質(zhì)淬火法2—雙介質(zhì)淬火法3—分級(jí)淬火法4—等溫淬火法5—冷處理4·2·3淬火冷卻方法第4章金屬材料熱處理4.3鋼的表面淬火4.3.1感應(yīng)加熱表面淬火

4.3.2火焰加熱表面淬火4·3·3激光加熱表面淬火第4章金屬材料熱處理感應(yīng)加熱表面淬火

示意圖第4章金屬材料熱處理高頻100~500kHz0.5~2.0mm中頻2.5~8kHz2~10mm工頻50Hz10~15mm特點(diǎn)：加熱速度快、時(shí)間短、氧化脫碳少、變形小、晶粒細(xì)小、硬度高，表面層具有較大的殘余壓應(yīng)力，可提高疲勞強(qiáng)度。但設(shè)備昂貴。淬火前調(diào)質(zhì)或正火，淬后需低溫回火。火焰加熱表面淬火示意圖第4章金屬材料熱處理4.4鋼的回火4.4.1回火目的4.4.2回火組織轉(zhuǎn)變及性能變化4.4.3回火工藝及應(yīng)用4.4.4回火脆性第4章金屬材料熱處理4·4·1回火目的（1）消除或降低應(yīng)力，防止變形或開裂。（2）調(diào)整性能（硬度）（3）穩(wěn)定組織，穩(wěn)定形狀和尺寸，保證精度。第4章金屬材料熱處理4.4.2回火組織轉(zhuǎn)變及性能變化1.鋼在回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變※(1)馬氏體的分解（200℃以下）

(2)殘余奧氏體分解(200~300℃)(3)滲碳體的形成(250~400℃)(4)滲碳體的聚集長(zhǎng)大(400℃以上)2.回火后的組織和性能

(1)回火馬氏體(250℃以下)(2)回火托氏體(350~450℃)(3)回火索氏體(500~650℃)第4章金屬材料熱處理淬火鋼回火時(shí)的變化過程第4章金屬材料熱處理40鋼回火后的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系第4章金屬材料熱處理4.4.3回火工藝及應(yīng)用1.低溫回火(150~250℃)2.中溫回火(350~500℃)3.高溫回火(500~650℃)第4章金屬材料熱處理4.4.4回火脆性第4章金屬材料熱處理第一類回火脆性第二類回火脆性防止和減弱第二類回火脆性的措施:①合金鋼回火時(shí),加熱到500~650℃)快速冷卻;②大型零件在鋼中加Mo、W、Nb等合金元素;③提高合金的純度,減少N、O、P等雜質(zhì)元素含量;④采用變形熱處理或二次淬火,避免雜質(zhì)的偏聚.鋼的韌性與回火溫度的關(guān)系4.5鋼的淬透性第4章金屬材料熱處理淬硬層深度概念：淬透性概念:淬透性的影響因素：

(1)鋼的含碳量

(2)合金元素

(3)鋼中未溶物質(zhì)淬硬性概念：淬透性與選材的關(guān)系:(1)動(dòng)載和交變載荷下;(2)彈簧類零件

(3)軸類零件

(4)工具類零件工作截面的不同冷卻速度4.6固溶處理與時(shí)效強(qiáng)化第4章金屬材料熱處理固溶處理:時(shí)效強(qiáng)化:時(shí)效需滿足的條件:舉例:鋁合金時(shí)效強(qiáng)化特點(diǎn):Wc為4%的Al-Cu合金的時(shí)效曲線4.7鋼的化學(xué)熱處理

定義:鋼的化學(xué)熱處理是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫,使一種或幾種元素滲入表層,以改變其化學(xué)成分組織和性能的熱處理工藝.

化學(xué)熱處理的基本過程:(1)活性原子的產(chǎn)生

2CO2[C]+O22NH32[N]+3H2(2)活性原子的吸收

(3)活性原子的擴(kuò)散舉例:鋼的滲碳第4章金屬材料熱處理鋼的滲碳1.滲碳方法

氣體滲碳、固體滲碳、液體滲碳2.滲碳工藝參數(shù)滲碳溫度:900~950℃

滲層表面含碳量:0.85%~1.05%

滲層厚度:與滲碳時(shí)間有關(guān),與工件的尺寸有關(guān)3.滲碳后的熱處理直接淬火法、一次淬火法、二次淬火法滲碳件淬火后應(yīng)進(jìn)行低溫回火(150~200℃),

以減少應(yīng)力和脆性.回火后的組織是馬氏體和滲碳體,硬度達(dá)58~64HRC.第4章金屬材料熱處理鋼的氣體滲碳第4章金屬材料熱處理

定義:工件在氣體滲碳劑中進(jìn)行滲碳的工藝,稱為氣體滲碳.活性碳原子的獲得:通入煤氣、液化石油氣等,或滴入易分解的液體有機(jī)物,如煤油、甲醇、丙酮等.CnH2nn[C]+NH2

2CO[C]+CO2CO+H2[C]+H2O特點(diǎn):滲碳過程、滲層厚度容易控制,滲碳時(shí)間短,生產(chǎn)效率高質(zhì)量好.

風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)廢氣火焰爐蓋砂封電阻絲耐熱罐工件爐體氣體滲碳示意圖4.8熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性和

技術(shù)條件標(biāo)注4.8.1熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性

(1)力求避免尖角、棱角

(2)截面厚薄盡量均勻

(3)形狀盡量對(duì)稱和封閉

(4)采用組合結(jié)構(gòu)4.8.2熱處理技術(shù)條件的標(biāo)注第4章金屬材料熱處理避免尖角設(shè)計(jì)第4章金屬材料熱處理避免厚薄懸殊第4章金屬材料熱處理采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)第4章金屬材料熱處理采用封閉結(jié)構(gòu)第4章金屬材料熱處理5

×

×

×

□熱處理技術(shù)條件的標(biāo)注附加分類工藝代號(hào)加工方法工藝名稱工藝類型熱處理基礎(chǔ)分類工藝代號(hào)第4章金屬材料熱處理表4.6熱處理工藝分類及代號(hào)工藝名稱代號(hào)工藝類型代號(hào)

工藝名稱代號(hào)加熱方法代號(hào)

熱處理5

整體熱處理

1退火1

加熱爐感應(yīng)

12正火2淬火3淬火和回火4調(diào)質(zhì)5穩(wěn)定化處理6

火焰3固溶熱處理;水韌處理7固溶處理和時(shí)效8續(xù)表4.6熱處理工藝分類及代號(hào)工藝名稱代號(hào)工藝類型代號(hào)

工藝名稱代號(hào)加熱方法代號(hào)

熱處理5

表面熱處理

2表面淬火和回火1

電阻激光

45物理氣相沉積2化學(xué)氣相沉積3等離子體2氣相沉積4續(xù)表4.6熱處理工藝分類及代號(hào)工藝名稱代號(hào)工藝類型代號(hào)

工藝名稱代號(hào)加熱方法代號(hào)

熱處理5

化學(xué)熱處理3滲碳1

電子束等離子體67碳氮共滲2滲氮3氮碳共滲4滲其他非金屬5滲金屬6

其他

8多元共滲7熔滲8熱處理技術(shù)條件標(biāo)注舉例第4章金屬材料熱處理45鋼Ⅱ軸45鋼搖桿表面淬火標(biāo)注實(shí)例4.9熱處理技術(shù)新進(jìn)展4.9.1形變熱處理

1.高溫形變熱處理

2.低溫形變熱處理4.9.2超細(xì)化熱處理4..9.3真空熱處理

1.真空退火

2.真空淬火

3.真空滲碳4.9.4離子轟擊熱處理4.9.5激光熱處理4.9.6電子束熱處理4.9.7計(jì)算機(jī)輔助熱處理生產(chǎn)第4章金屬材料熱處理本章小結(jié)

熱處理安排在各種加工工序之間，既可用于消除上一道工藝所產(chǎn)生的缺陷，也可為下一道工藝創(chuàng)造條件，更重要的是可以充分發(fā)揮鋼材的潛力，提高工件的使用性能，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，延長(zhǎng)工件的使用壽命。因此，熱處理是強(qiáng)化鋼材的重要工藝之一。熱處理的方法很多，他們都是由加熱、保溫、冷卻三個(gè)階段組成，因此，應(yīng)重點(diǎn)掌握各種熱處理在以上三階段的組織變化。第4章金屬材料熱處理第五章金屬材料表面改性處理5.1轉(zhuǎn)化膜處理

5.2電鍍5.3離子沉積

5.3.1化學(xué)氣相沉積法

5.3.2物理氣相沉積法5.4熱噴涂5.5涂裝5.6表面著色和染色本章小結(jié)5.1轉(zhuǎn)化膜處理

轉(zhuǎn)化膜處理是將工件浸入某些溶液中,在一定條件下使其表面形成一層致密的保護(hù)膜,提高工件防腐蝕的能力,增加裝飾作用。常用的轉(zhuǎn)化膜處理有氧化處理和磷化處理.5.1.1氧化處理

1.鋼的氧化處理(發(fā)藍(lán)處理)

定義:

工藝過程:

應(yīng)用:2.鋁的氧化過程5.1.2磷化處理定義:

工藝過程:★

應(yīng)用:第五章金屬材料表面改性處理鋼鐵工件發(fā)藍(lán)處理工藝過程化學(xué)除油水洗酸洗水洗氧化水洗補(bǔ)充處理水洗吹干檢驗(yàn)★影響因素:堿濃度、溫度、工件含碳量第五章金屬材料表面改性處理鋼鐵工件發(fā)藍(lán)處理工藝過程溶液組成及質(zhì)量濃度溫度/℃時(shí)間/min1化學(xué)除油并水洗苛性鈉30~50、碳酸鈉30~50、磷酸三鈉30~40、水玻璃5~10＞6010~152酸洗后水洗硫酸150~200、緩蝕劑0.5~150~605~103氧化并水洗苛性鈉550~650、硝酸鈉130~180135~14515~204補(bǔ)充處理重鉻酸鉀或肥皂30~5085~9010~155水洗6吹干7檢驗(yàn)鋁的氧化處理鋁的氧化目的：化學(xué)氧化工藝：堿性溶液化學(xué)氧化酸性溶液化學(xué)氧化鉻酸鹽化學(xué)氧化磷酸鹽—鉻酸鹽化學(xué)氧化電化學(xué)氧化工藝（陽(yáng)極氧化）：常用電解液有：硫酸（WH2SO4為15%~20%）、鉻酸（WCrO3）為3%~10%）、

草酸（WH2CO4為2%~10%）為了防止陽(yáng)極氧化生成的多孔結(jié)構(gòu)被腐蝕和污染，必須進(jìn)行封閉處理。常用蒸汽封閉法、鹽溶液封閉法、石蠟或油類或樹脂類封閉法。第五章金屬材料表面改性處理磷化處理工藝磷化工藝分類

溶液成分的質(zhì)量濃度

/g。L-1溶液溫度/oC處理時(shí)間/min低溫磷化磷酸錳鐵鹽30~40硝酸鹽140~160氟化鈉2~5

室溫

30~45中溫磷化磷酸二氫鋅25~40硝酸鋅80~10050~7015~20高溫磷化磷酸錳鐵鹽30~35硝酸鋅55~6590~9810~15第五章金屬材料表面改性處理5.2電鍍

定義:在電解液中-零件表面鍍上金屬薄層,-保護(hù)和裝飾作用,

也可用于部分修復(fù).

對(duì)非金屬材料電鍍,應(yīng)先進(jìn)行金屬化處理,如化學(xué)鍍.電鍍工藝過程:

工件預(yù)處理(除銹、除油、清洗）工件作陰極被鍍金屬作陽(yáng)極在電解液中電鍍普通鍍鉻工藝:應(yīng)用:①修復(fù)磨損、增大尺寸;②提高耐腐蝕性;③提高耐磨性;④提高表面美觀裝飾性;⑤特殊用途,如:防局部滲碳的鍍銅、防局部滲氮的鍍錫、提高導(dǎo)電性的鍍銀等.

刷鍍第五章金屬材料表面改性處理普通鍍鉻工藝

預(yù)處理和鍍前處理電鍍標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻溶液鉻酐250g/L、硫酸2.5g/L

電鍍溫度42~50oC、陽(yáng)極鉛（常加6%銻或錫）、電壓6~12V，電流密度16~40A/dm2，補(bǔ)充鉻酐使溶液成分保持穩(wěn)定.

電鍍后處理漂洗烘烤除氫175~180℃第五章金屬材料表面改性處理刷鍍示意圖第五章金屬材料表面改性處理1—工件2—鍍液3—供液瓶4—棉花包套5—陽(yáng)極6—鍍筆7—直流電源8—接液盤鍍鉻的刷鍍液的組成和工藝條件組成和工藝條件質(zhì)量濃度/g.L-1硝酸鉻Cr(NO3)氨水NH4OH水合肼草酸丁二酸F-53PH值陽(yáng)極380~42011030~40180~220160~1800.056.8~7.5石墨第五章金屬材料表面改性處理5.3.1化學(xué)氣相沉積法

定義:化學(xué)氣相沉積是在高溫下將爐內(nèi)抽成真空或通入氫氣,然后通入反應(yīng)氣體并在爐內(nèi)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),使工件表面形成覆層的方法,簡(jiǎn)稱CVD法.

應(yīng)用:刀具、模具、工具、零件等,目的是提高其耐磨性.TiCl4+CH4+H2TiC+4HCl+H2

特點(diǎn):反應(yīng)溫度高,需通入大量氫氣,工件易產(chǎn)生氫脆,且不安全,廢氣HCl有毒.第五章金屬材料表面改性處理5.3.2物理氣相沉積法定義:物理氣相沉積法是把金屬蒸氣離子化后在高壓靜電場(chǎng)使離子加速并沉積于金屬表面形成覆層的方法,簡(jiǎn)稱PVD法.特點(diǎn):沉積溫度低,速度快,滲層成分和結(jié)構(gòu)可控制,無(wú)公害.1.真空濺射:(以沉積TiC為例）工藝方法：在真空鐘罩內(nèi)通入氬氣，在真空度為1。33×10-1Pa的氬氣中，作為陰極的碳化鈦帶有負(fù)1~4kV的高壓。在陰極靶與工作臺(tái)之間的兩側(cè)有兩根鎢絲作為燈絲，燈絲被加熱到白熱狀態(tài)并使其帶有0~100kV負(fù)偏壓時(shí)發(fā)射電子，使鐘罩內(nèi)氬氣電離氬離子（Ar+）以極快速度轟擊碳化鈦靶，使碳化鈦以分子狀態(tài)濺射并沉積于安裝在工作臺(tái)上作為陽(yáng)極的工作表面，在工件表面涂覆一層高硬度碳化鈦。速度:1.1~1.5μm/h、刀具碳化鈦的厚度達(dá)4~6μm、模具的厚度達(dá)6~8μm，其硬度達(dá)2500-4000HV。第五章金屬材料表面改性處理高頻離子鍍裝置示意圖第五章金屬材料表面改性處理1—工件2--高頻激勵(lì)線圈3—鈦4—?dú)怏w入口5—針閥6—測(cè)溫?zé)犭娕?.4熱噴涂定義:在高溫?zé)嵩醋饔孟?將金屬、合金、金屬陶瓷、陶瓷等材料熔化或部分熔化,并通過高速氣流使其成為霧化微粒,噴向工件表面后構(gòu)成噴涂層的方法稱為熱噴涂.熱噴涂工藝過程：表面制備、預(yù)熱、預(yù)噴粉、噴熔、冷卻、噴層后期加工熱噴涂方法：電弧噴涂、火焰噴涂、等離子弧粉末噴涂應(yīng)用：用于鋼材抗大氣腐蝕時(shí)，噴鋁層0.1mm，噴鋅層0.15mm，在靜止?fàn)顟B(tài)下可保護(hù)基體達(dá)10年之久。用于耐熱構(gòu)件上，如工作溫度≤500℃，則噴鋁0.175mm后不需其他處理；工作溫度≤900℃，噴鋁合金后，在800~900℃加熱擴(kuò)散；工作溫度≤1000℃，則噴鎳鉻合金0.375mm后再噴0.10的鋁層，并涂煤膏瀝青溶液，干后再進(jìn)行加熱擴(kuò)散。用于修理磨損曲軸和機(jī)床傳動(dòng)軸時(shí)，先用鎳?yán)笤儆秒娀釃娡糠▏婁摚?5鋼、彈簧剛），修復(fù)磨損表面。第五章金屬材料表面改性處理電弧熱噴涂原理第五章金屬材料表面改性處理1—送絲槍2--噴頭3—防光罩4—空氣帽5—工件6—空氣噴嘴7—前導(dǎo)管8—金屬絲火焰噴涂原理第五章金屬材料表面改性處理1—工件2—金屬絲噴孔3—氧-乙炔噴孔4—空氣帽5—混合室6—送絲滾輪7—金屬絲等離子弧粉末噴涂示意圖第五章金屬材料表面改性處理1—涂層2—電源3—鎢極4---噴嘴5—冷卻水6—等離子焰7—飛行中的粉末粒子8—工件5.5涂裝

定義:利用噴射、涂飾等方法，將有機(jī)涂料涂覆于工件表面并形成與基體牢固結(jié)合的涂覆層過程稱為涂裝。目的：提高耐磨性、美化工件表面（掩飾表面缺陷、豐富色彩）、保護(hù)表面免受外界（空氣、水分、陽(yáng)光及其他腐蝕介質(zhì)）侵蝕。還可色彩偽裝、防紅外偽裝、電氣絕緣等。涂料一般由成膜材料、顏料、溶劑、助劑四部分組成。方法：浸涂法、空氣噴涂法、靜電噴涂法、電泳涂裝法、粉末涂裝法第五章金屬材料表面改性處理浸涂法

浸涂法是將工件浸入漆槽中進(jìn)行涂裝的方法，自動(dòng)浸涂是將工件置放在懸鏈上，借懸鏈沿軌道的運(yùn)動(dòng)自動(dòng)浸入漆槽中涂漆。特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、省工省料、，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，常用于大批量生產(chǎn)的流水線上。第五章金屬材料表面改性處理空氣噴涂法

噴涂法是利用壓縮空氣，用噴槍將油漆霧化并噴射到工件上的方法。特點(diǎn)：漆膜均勻、平滑、噴射靈活。適合各種大小的工件。但漆的利用率低。第五章金屬材料表面改性處理靜電噴涂

靜電噴涂是用靜電噴槍使油漆霧化并帶有負(fù)電荷，與接地的工件間形成高壓靜電場(chǎng)，靜電引力使漆霧均勻沉積在工件表面，形成均勻的漆膜。特點(diǎn)：漆膜均勻、生產(chǎn)率高（比空氣噴涂高1~3倍）、油漆利用率高（可達(dá)80%~90%）、污染少、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。第五章金屬材料表面改性處理電泳涂裝

電泳涂裝是將電泳漆用水稀釋到固體成分為10%~15%工件作為直流電正極浸入電泳槽內(nèi)，電泳漆中的樹脂和顏料在電場(chǎng)作用下移向陽(yáng)極并沉積于工件表面，形成不溶于水的漆層，然后用水沖去附于工件表面的殘液，烘干后形成均勻的漆層。特點(diǎn)：漆膜厚度均勻、質(zhì)量好、邊緣覆蓋好，涂料利用率高（可達(dá)95%以上），生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，污染小。第五章金屬材料表面改性處理粉末涂裝

粉末涂裝的基本方法有靜電噴涂法和硫化床法兩種。1）粉末靜電噴涂的電源由高壓靜電發(fā)生器供給，其產(chǎn)生的高電壓接到噴槍的內(nèi)部或前端。粉末在供粉器中與空氣流混合，進(jìn)入噴槍，在噴槍內(nèi)部和出口處帶上電荷。在靜電場(chǎng)的作用下，粉末粒子飛向接地的工件上，當(dāng)粉末涂覆一定厚度時(shí)，后來(lái)的粉末由于同性相斥而不能被吸附，使膜厚均勻地覆蓋工件。被噴涂的工件在固化爐中將粉層熔融、流平和固化，形成均勻的膜層。2）硫化床法是在容器內(nèi)裝一孔徑為0.4~0.8μm的多孔板，在板上的粉末由于板下的壓縮空氣通入而產(chǎn)生沸騰狀，加熱后的工件浸入沸騰的粉層而粘上粉末層，其厚度可根據(jù)工件浸入時(shí)間和工件預(yù)熱溫度來(lái)調(diào)整，然后再經(jīng)過烘烤進(jìn)行固化，形成平滑的膜層。第五章金屬材料表面改性處理5.6表面著色和染色

●金屬的著色是通過化學(xué)或電化學(xué)等處理方法,使金屬自身表面產(chǎn)生色調(diào)的變化并保持金屬光澤的工藝.

著色方法：①化學(xué)法：是利用溶液與金屬表面產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)生成氧化物、硫化物等有色化合物。②置換法：是溶液中金屬離子進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)并沉積在工件表面，形成有色薄膜。③熱處理法：是將工件置于一定環(huán)境氛圍中熱處理，使其表面形成具有適當(dāng)結(jié)構(gòu)和色彩的氧化膜。④電解法：是將工件置于一定的電解液中進(jìn)行電解處理，使工件表面形成多孔、無(wú)色的氧化膜，然后再進(jìn)行著色或染色處理，形成各種色彩的膜層。著色前處理：電鍍（鋼鐵）著色后處理：涂覆一層透明的保護(hù)膜

●金屬的染色是通過金屬表面的微孔或吸附作用和化學(xué)反應(yīng)將染料均勻涂覆在金屬表面，也可利用電解法使金屬離子與染料共同沉積在金屬表面形成色彩。第五章金屬材料表面改性處理銅的著色處理金屬顏色溶液備注銅黑色NaOH50g/L、K2SO510g/L古青銅色K2S10~50g/L仿金色Na2S2O3120g/L、Pb（C2H3O2）240g/L黃銅蘭色Pb（C2H3O2）215~30g/L、Na2S2O360g/L、HC2H3O230mL/L溫度：82℃金屬綠色Fe（NO3）2。6H2O7.4g/LNa2S2O344.7g/L溫度：71℃淺棕色BaS3.7g/L（NH4）2CO31.9g/L第五章金屬材料表面改性處理鋁的著色處理顏色溶液備注青銅色-黑色硫酸鎳25g/L、硫酸鎂20g/L硫酸銨15g/L、硼酸25g/L10~17V0.2~0.4A/dm2，pH：4.4，2~15min，溫度20℃淺黃-深古銅硫酸亞錫10g/L硫酸10~15g/L、穩(wěn)定劑適量8~16V，pH：1~1.5，2.5min金綠色硝酸銀0.5g/L、硫酸10g/L10V，Ph：3，3min淺黃色亞硝酸鈉0.5g/L、硫酸5g/L8V，Ph2，3min紅棕色草酸5g/L、草酸鐵5~80g/L硫酸0.5~4.5g/L20~35V，5.2A/dm2，20~22℃，15~25μm第五章金屬材料表面改性處理本章小結(jié)

本章主要介紹了常見的幾種金屬材料表面改性處理方法：轉(zhuǎn)化膜處理（氧化處理、磷化處理）、電鍍、離子沉積（化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法）、熱噴涂、涂裝、表面著色和染色。表面改性的目的是提高金屬材料的耐蝕性、耐磨性，同時(shí)，也可對(duì)裝飾金屬表面的外觀。第五章金屬材料表面改性處理第六章金屬材料6.1工業(yè)用鋼概述6.2合金元素在鋼中的作用6.3結(jié)構(gòu)鋼6.4工具鋼6.5特殊性能鋼6.6鑄鐵6.7鋁及其合金6.8銅及其合金6.9軸承合金6.10新型金屬材料本章小結(jié)6.1工業(yè)用鋼概述6·1·1鋼中雜質(zhì)6·1·2鋼的分類與編號(hào)第六章金屬材料6.1.1鋼中常存雜質(zhì)常存雜質(zhì)

對(duì)鋼的影響Mn脫氧殘留在鋼中,室溫下形成置換固溶體,產(chǎn)生固溶強(qiáng)化;與硫化合成MnS,減輕熱脆現(xiàn)象.是有利元素.Si脫氧殘留在鋼中,脫氧能力比Mn強(qiáng).能產(chǎn)生固溶強(qiáng)化.是有利元素.S由礦石和燃料殘留鋼中.固態(tài)下S不溶入Fe,形成FeS,FeS與Fe形成低熔點(diǎn)的(985℃)共晶體(Fe+FeS),并分布在晶界上,熱加工時(shí)共晶體熔化,產(chǎn)生熱脆.Mn與S能形成熔點(diǎn)為1620℃的MnS,它在高溫時(shí)塑性好.是有害元素.P由礦石殘留在鋼中,溶入鐵素體后,會(huì)產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象.是有害元素.第六章金屬材料6.1.2鋼的分類與編號(hào)1.鋼的分類碳低碳鋼(WC≤0.25%)

素中碳鋼(WC=0.3%~0.6%)

按鋼高碳鋼(WC＞0.6%)

化錳鋼學(xué)鉻鋼成按合金元素種類分硼鋼分合鉻鎳鋼分金硅錳鋼鋼低合金鋼(＜5%)

按合金元素含量分中合金鋼(5%~10%)