金属材料导论课件.ppt
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- 金属材料 导论 课件
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1、1.1.金属材料导论金属材料导论1.5 1.5 铁碳合金铁碳合金1.1 1.1 金属材料的主要性能金属材料的主要性能1.2 1.2 金属及合金的晶体结构金属及合金的晶体结构1.3 1.3 合金的结构合金的结构1.4 1.4 二元合金状态图二元合金状态图零件的生产工艺过程零件的生产工艺过程选材选材选毛坯选毛坯预先热处理预先热处理机械加工机械加工最终热处理最终热处理检验检验 应根据零件的性能要求、受载情况、服役条应根据零件的性能要求、受载情况、服役条 件、件、工作环境等:工作环境等:其中选材:其中选材:金属材料种类繁多,性能不一,而且材料的发展日金属材料种类繁多,性能不一,而且材料的发展日新月异,
2、而零件的性能要求、服役条件各不相同,再加上材料的新月异,而零件的性能要求、服役条件各不相同,再加上材料的资源、价格等多方面考虑。资源、价格等多方面考虑。毛坯选择毛坯选择机械加工方法机械加工方法轴轴车削车削传统的有传统的有现代的有现代的有有液态成形毛坯有液态成形毛坯塑性成形毛坯塑性成形毛坯连接成形毛坯连接成形毛坯粉末冶金成形粉末冶金成形型材等毛坯型材等毛坯车削、刨车削、刨 削、铣削削、铣削拉削、镗削、磨削等拉削、镗削、磨削等数控加工、电火花数控加工、电火花加工、激光加工等加工、激光加工等特种加工方法特种加工方法 一个具体零件的加工往往可用多种不同的加工方一个具体零件的加工往往可用多种不同的加工方
3、法,而每种加工方法所能达到的加工精度、加工质量法,而每种加工方法所能达到的加工精度、加工质量、加工范围、加工效率是不同的。、加工范围、加工效率是不同的。预先热处理预先热处理:为使切削加工能顺利进行,为使切削加工能顺利进行,可可通过预先热处理调整硬度,为切削加工做好通过预先热处理调整硬度,为切削加工做好组织准备。组织准备。最终热处理:最终热处理:使材料的性能达到要求。使材料的性能达到要求。第第1章章 金属材料导论金属材料导论材料、信息、能源称为现代技术的三大支柱。材料、信息、能源称为现代技术的三大支柱。复合材料复合材料工程材料工程材料金属材料金属材料陶瓷材料陶瓷材料高分子材料高分子材料1.1 金
4、属材料的主要性能金属材料的主要性能 本节重点:本节重点:金属材料的力学性能金属材料的力学性能主要内容:主要内容:金属材料的力学性能金属材料的力学性能,包括材料的强包括材料的强 度度 、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳 强度等。强度等。本节难点:本节难点:各性能指标的物理意义和测定方法各性能指标的物理意义和测定方法 1.1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 在低碳钢拉伸曲线中,把在低碳钢拉伸曲线中,把F-l坐标换成坐标换成-(应力(应力应变)就可应变)就可以直接在图上读出力学性能指标,以直接在图上读出力学性能指标,并且不需要做成标准试样。并且不需要做成标准试样。强度
5、强度 材料在外力作用,抵抗塑性变形和断裂的材料在外力作用,抵抗塑性变形和断裂的 能力。工程上常用的金属材料的强度指标能力。工程上常用的金属材料的强度指标 有有屈服强度屈服强度(s)和和抗拉强度抗拉强度(b)等;等;塑性塑性 材料在外力作用下产生永久变形而不破材料在外力作用下产生永久变形而不破 坏的性能。表示材料的塑性指标是:坏的性能。表示材料的塑性指标是:伸伸 长率长率和和断面收缩率断面收缩率;对于塑性差的;对于塑性差的 材料,用材料,用0.2来代替来代替s;1)使材料具有良好的成形性;)使材料具有良好的成形性;2)受到外力变形时,有强化作用。)受到外力变形时,有强化作用。硬度硬度 材料抵抗更
6、硬的物体压入其内的能力。最材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。最 常用的硬度指标有:常用的硬度指标有:布氏硬度(布氏硬度(HB)和和 洛氏硬度洛氏硬度 (HRA-C)。布氏硬度和洛氏硬。布氏硬度和洛氏硬 度试验原理和使用范围均不相同;度试验原理和使用范围均不相同;零件发生疲劳破坏是没有预兆而零件发生疲劳破坏是没有预兆而突然断裂突然断裂,此时,此时发生疲劳破坏的应力远远小于抗拉强度,甚至比屈服发生疲劳破坏的应力远远小于抗拉强度,甚至比屈服强度还小,非常危险。强度还小,非常危险。小结:金属材料的力学性能是在外力作用下表小结:金属材料的力学性能是在外力作用下表现出的力学性能,在实际生产中应用相当广泛。
7、现出的力学性能,在实际生产中应用相当广泛。1.1.2 金属材料的物理、化学性能(略)金属材料的物理、化学性能(略)冲击韧度冲击韧度 金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的 能力。常用的指标有能力。常用的指标有冲击韧度冲击韧度(Ak)。疲劳强度疲劳强度 金属材料抵抗交变载荷的作用而不金属材料抵抗交变载荷的作用而不 破坏破坏 的能力。常用的指标有的能力。常用的指标有疲劳强度疲劳强度(-1)。思思 考考 题题1 将钟表发条拉成一直线,问这是弹将钟表发条拉成一直线,问这是弹性变形还是塑性变形?怎样判断它的性变形还是塑性变形?怎样判断它的变形性质?变形性质?2 2 疲劳
8、破坏有什么危害?在什么情疲劳破坏有什么危害?在什么情况下发生疲劳破坏,产生原因是什况下发生疲劳破坏,产生原因是什么?如何提高零件的疲劳强度?么?如何提高零件的疲劳强度?1.2 金属及合金的晶体结构金属及合金的晶体结构2.2.金属的结晶:原子由无序状态向金属的结晶:原子由无序状态向有序状态转变的过程。有晶体形成。有序状态转变的过程。有晶体形成。本节重点:本节重点:金属结晶的概念、结晶过程金属结晶的概念、结晶过程本节难点:本节难点:合金的结构合金的结构1.1.三种常见的金属的晶格三种常见的金属的晶格类型:类型:体心立方体心立方 面心立方面心立方 密排六方密排六方基本概念基本概念 凝固:凝固:一般非
9、晶体由液态向固态转变的过程一般非晶体由液态向固态转变的过程。结晶:结晶:由液态金属转变为固态晶体的过程。由液态金属转变为固态晶体的过程。晶体:晶体:原子排列时有序的,原子在三维空间做规则原子排列时有序的,原子在三维空间做规则 的、周期性的、重复排列。有一定的熔点和的、周期性的、重复排列。有一定的熔点和 凝固点,性能趋向各向异性。凝固点,性能趋向各向异性。非晶体非晶体:原子排列杂乱无章呈无序状态,没原子排列杂乱无章呈无序状态,没 有一有一 定的熔点和凝固点,性能趋向定的熔点和凝固点,性能趋向 各向同性。各向同性。晶体中的原子排列晶体中的原子排列 金金 属属 的的 结结 晶晶纯金属的冷却曲线(理想
10、状态)纯金属的冷却曲线(理想状态)CT L ab S0a:结晶开始点结晶开始点 b:结晶终了点:结晶终了点金金 属属 的的 结结 晶晶纯金属的冷却曲线(实际)纯金属的冷却曲线(实际)C LT0T1S0T0T0:理论结晶温度:理论结晶温度T1T1:实际结晶温度:实际结晶温度 T=T0-T1T=T0-T1(过冷度)(过冷度)金金 属属 的的 结结 晶晶合金的冷却曲线合金的冷却曲线Ca bLsL+s0a a:结晶开始点:结晶开始点 b b:结晶终了点结晶终了点 合金的结晶是在一个合金的结晶是在一个温度范围内完成。温度范围内完成。金金 属属 的的 结结 晶晶结晶的必要条件结晶的必要条件-过冷度过冷度金
11、属的结晶过程:金属的结晶过程:原子团原子团 形核形核 晶核长大晶核长大 小晶粒小晶粒 晶粒(外形不规则的晶粒(外形不规则的小晶体)小晶体)形核:形核:自身晶核、外来晶核自身晶核、外来晶核晶核长大方式:晶核长大方式:树枝状方树枝状方 式式晶界晶界晶粒间的分界面;晶粒间的分界面;单晶体单晶体结晶方位完全一致的的晶体结晶方位完全一致的的晶体多晶体多晶体由多晶粒组成的晶体结构由多晶粒组成的晶体结构细化晶粒的方法细化晶粒的方法增加冷却速度,增大过冷度;增加冷却速度,增大过冷度;增加外来晶核增加外来晶核;采用机械、超声波振动、电磁搅拌等;采用机械、超声波振动、电磁搅拌等;晶粒粗细对材料力学性能的影响晶粒粗
12、细对材料力学性能的影响 晶粒越细,强度越高,塑性和韧性也越好。晶粒越细,强度越高,塑性和韧性也越好。金属的同素异构转变金属的同素异构转变1538c1394c912c室温室温-Fe-Fe-Fe体心立方体心立方面心立方面心立方体心立方体心立方金属的同素异构转变的慨念金属的同素异构转变的慨念 金属在固态下,随着温度的改变其金属在固态下,随着温度的改变其晶体结构发生变化的现象。晶体结构发生变化的现象。金属的同素异构转变的意义金属的同素异构转变的意义 可以用热处理的方法即可通过加可以用热处理的方法即可通过加热、保温、冷却来改变材料的组织,热、保温、冷却来改变材料的组织,从而达到改善材料性从而达到改善材料
13、性 能的目的。能的目的。1.3 合合 金金 的的 结结 构构概念概念合金、组元、相;合金、组元、相;固溶体:置换固溶体、间隙固溶体;固溶体:置换固溶体、间隙固溶体;金属化合物;金属化合物;固溶强化的概念。固溶强化的概念。本节要点:本节要点:研究金属材料的加工工艺,必须了解金研究金属材料的加工工艺,必须了解金属及合金的晶体结构和结晶。属及合金的晶体结构和结晶。1.3.1 合金的结构合金的结构概念概念合金:合金:由由两种或两种以上两种或两种以上的元素通过的元素通过熔炼熔炼后后 所获得的新的物质仍然具有所获得的新的物质仍然具有金属特性金属特性。组元:组元:组成合金的基本元素。组成合金的基本元素。相:
14、相:凡是成分相同、结构相同并与其他部凡是成分相同、结构相同并与其他部 分有界面分开的均匀组成部分。分有界面分开的均匀组成部分。例如:单一的液例如:单一的液 单一的固相;单一的固相;液相、固相两相共存;液相、固相两相共存;问题:问题:水、油混装在一个瓶子里,是几个相?水、油混装在一个瓶子里,是几个相?将奶粉加开水冲一杯牛奶又是几个相?将奶粉加开水冲一杯牛奶又是几个相?1.3.2 合金的结构合金的结构固溶体固溶体 固溶体:固溶体:由两种组元相互溶解后所组成的新的物由两种组元相互溶解后所组成的新的物质仍然保持其中某一组元的晶体结构。质仍然保持其中某一组元的晶体结构。置换固溶体:置换固溶体:A组元的原
15、子取代了组元的原子取代了B组元的原子。组元的原子。当当A、B两个组元的原子直径相差不大时,两个两个组元的原子直径相差不大时,两个组元可以以任何比例溶解,形成无限固溶体,反之则组元可以以任何比例溶解,形成无限固溶体,反之则为有限固溶体。为有限固溶体。间隙固溶体:间隙固溶体:A组元溶入组元溶入B组元的的间隙中。只能组元的的间隙中。只能形成有限固溶体。形成有限固溶体。例如:例如:C溶入溶入-Fe或或-Fe 所形成的铁素体、奥氏体所形成的铁素体、奥氏体。置换固溶体和间隙固溶体的区别置换固溶体和间隙固溶体的区别1.3.4 合金的结构合金的结构固溶强化固溶强化 A、B两组元相互溶解后所形成的新的物质两组元
展开阅读全文