金属材料与热处理--ppt课件

金属材料与热处理讲授人：曹学锋一、金属材料的分类二、金属材料与机械产品制造简介三、金属材料的性能四、非合金钢及分类五、钢材的热处理六、合金钢的分类与编号七、铸铁八、非铁金属及其合金（有色金属）九、金属材料的选择与分析目录一、金属材料的分类1.材料发展与社会进步有着密切关系,它是衡量人类社会文明程度的标志之一，金属材料是现代文明的基础。石器时代→青铜器时代→铁器时代2.目前，人类还处在金属器时期。虽然无机非金属材料、高分子材料的使用量与日俱增，但在可预见的时期内，仍不会改变这种状况。3、从总产量来看，钢铁材料的产量占绝对优势，占世界金属总产量的95％，而且有许多良好的性能，能满足大多数条件下的应用，价格低廉。4、在世界金属矿储量中，铁矿资源虽然比较丰富和集中，但就世界地壳中金属矿产储量来讲，则非铁金属矿储量大于铁矿储量，如铁只占5.1％，而非铁金属中铝为8.8％．镁为2.1％，钛为0.6％。5、本节课主要讲述铁及铁合金。一、金属材料的分类一、金属材料的分类黑色金属有色金属金属材料铸铁钢工程构件用钢机器零件用钢工具钢特殊性能用钢(不锈钢及耐热钢)轻金属(铝,镁,钛)重金属(铜,锌,铅,镍)贵重金属(金,银)稀有金属(钨钼钒铌钴)放射金属(镭铀钍)结构金属材料功能金属材料二、金属材料与机械产品制造简介2.本课程的主要内容金属材料的合金化基础理论碳钢、合金钢铸铁有色金属及合金金属材料的基本概念金属材料是由金属元素或以金属元素为主要材料构成的并具有金属特性的工程材料。金属材料纯金属合金二、金属材料与机械产品制造简介金属材料的分类金属材料黑色金属有色金属非合金钢低合金钢合金钢铸铁滑动轴承合金钛及钛合金其他非铁合金铜及铜合金铝及铝合金机械产品的制造过程使用制造设计机械产品加工工艺铸造压力加工焊接粉末冶金切削加工特种加工熔焊压焊钎焊金属材料的性能力学性能物理性能化学性能化学性能三、金属材料的性能1、力学性能力学性能指金属在力的作用下所显示出的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力-应变关系的性能，如弹性、强度、硬度、塑性、韧性等三、金属材料的性能1.1强度与塑性三、金属材料的性能强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。1.2塑性指标塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。1.3硬度1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。2、硬度的测试方法布氏硬度洛氏硬度维氏硬度肖氏硬度三、金属材料的性能1.4韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。常用一次摆锤冲击弯曲，试验来测定金属材料的冲击韧性。冲击试样冲击试样的原理及方法：冲击韧度越大，表示材料的冲击韧性越好。小能量多次冲击试验三、金属材料的性能1.5疲劳强度疲劳概念：在交变应力作用下，零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。三、金属材料的性能疲劳破坏的特征①疲劳断裂时无明显的宏观朔性变形，断裂前没有预兆，而是突然破坏；②引起疲劳断裂的应力很低，常常低于材料的屈服点；③疲劳破坏的宏观断口由两部分组成。2.物理性能密度熔点导热性导电性热膨胀性磁性三、金属材料的性能3.化学性能耐蚀性抗氧化性化学稳定性三、金属材料的性能4.金属的工艺性能工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的应能力。三、金属材料的性能4.1铸造性能：金属（材料）及合金在铸造工艺中获得优良铸件的能力称为铸造性能。4.2锻造性能：用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度称为锻造性能。铸铁不能锻压。4.3焊接性能：大量接性能是指金属材料对焊接加工的适应性。4.4切削加性能：切削加工（性能）金属材料的难易程度称为切削加工性能。三、金属材料的性能一、硅1、来源：炼钢后期作脱氧剂带入；2、对钢的性能影响：提高钢的强度、硬度；3、是钢中的有益元素。二、锰1、来源：炼钢脱氧剂。2、对钢的性能影响：提高钢的强度与硬度。3、是钢中的有益元素四、非合金钢及分类非合金的种类及影响三、硫1、来源：生铁带入；2、对钢的性能影响：对钢造成热脆性；3、是钢中的有害元素。四、磷1、来源：生铁带入；2、对钢的性能影响，对钢造成冷脆性；3、是钢中的有害元素。四、非合金钢及分类1、按钢的含碳量分类：1、低碳钢：C≤0.25%2、中碳钢：0.25%＜C＜0.6%3、高碳钢：C≥0.6%四、非合金钢及分类2、按钢的质量分类：1、普通钢：S≤0.05%，P≤0.045%2、优质钢：S≤0.035%，P≤0.035%]3、高级优质钢：S≤0.025%，P≤0.025%四、非合金钢及分类3、、按钢的用途分类：1、结构钢：主要用于制造各种机械零件和工程构件。C＜0.7%2、工具钢：主要用于制造各种刀具、模具和量具。其含碳量大于0.70%四、非合金钢及分类4、非合金钢钢的牌号及用途四、非合金钢及分类4.1、优质碳素结构钢：牌号：用两位数字表示钢中平均含碳量的十分之几。分类：1）、08~25钢，属于低碳钢性能：强度、硬度较低、塑性、韧性及焊接性良好；用途：冲压件、焊接结构件及渗碳件如：深冲器件、压力容器等。2）、30~55钢属于中碳钢性能：较高的强度和硬度，是塑性和韧性随含碳量的增加而逐步降低。用途：制作受力较大的机械零件。如：连杆、曲轴、齿轮等3）、60钢以上属于高碳钢。性能：有较高的强度、硬度和弹性；用途：制造较高强度、耐磨性和弹性的零件如：气门弹簧、弹簧垫圈等4.2、碳素工具钢：牌号：T+数字（平均含碳量的千分数）如：T12A：表示平均含碳量为1.2%的高效优质碳素工具钢。T7~T8：钻头、模具等T9~T10：丝锥、板牙等T11~T13：锉刀、削刀等四、非合金钢及分类4.3、铸造碳钢：牌号：ZG+数字—数字第一组数字：屈服点第二组数字：抗拉强度值如：ZG270—500，应用：制造形状复杂力学性能要求较高的机械零件。四、非合金钢及分类五、钢材的热处理1、热处理：热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。热处理的目的：1.1提高零件的使用性能；1.2充分发挥钢材的潜力；1.3延长零件的使用寿面；改善工件的工艺性能，提高加工质量，减小刀具的磨损。钢的热处理方法：退火、正火、淬火、回火及表面热处理等五种。热处理使钢性能发生变化的原因：由于铁有同素异转变，从而使钢在加热和冷却过程中，发生了组织与结构变化。2、退火概念：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。退火的主要目的是：降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工；细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织上的准备；消除钢中的残余内应力，以防止变形帮开裂。五、钢材的热处理退火的方法：完全退火：完全退火是将钢加热到完全奥氏体（Ac3以上30~500C），随之缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺方法。应用：中碳钢及低、中碳合金结构钢的锻件、铸件、热轧型材等。球化退火：球化退火是将钢加热到AC1以上20－300C，保温一定得时间，以不大于500C/H得冷却速度随炉冷却，使钢终碳化物呈球状得工艺方法。应用：适用于共析钢及过共析钢。如碳素工具钢，合金工具钢、轴承钢等。去应力退火：去应力退火是将钢加热到略低于A1得温度，保温一定时间后缓慢冷却得工艺方法。应用：消除塑性变形、焊接、切削加工、铸造等形成的残余内应力。五、钢材的热处理3、正火3.1、正火概念：将钢加热到Ac3或Accm以上30-500C，保温适当的时间，在空气中冷却的工艺方法。正火退火的目的基本相同，3.2、正火主要用于如下场合：•善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；•正火可细化晶粒；•消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的力学性能，并为球化退火作组织准备；•代替中碳钢和低碳合金结构钢的退火。五、钢材的热处理4、淬火4.1、概念：将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保温一定时间，然后以适当速度冷却，获得马氏体或下马贝氏组织的热处理工艺称为淬火；4.2、目的：主要获得马氏体，提高钢的强度和硬度。工艺：a、淬火加热温度：亚共析钢的淬火加热：Ac3以上30~500C过共析钢的淬火加热：Ac1以上30~500Cb、淬火冷却介质：油、水、盐水、碱水等。c、淬火方法：单液淬火法：碳钢一般用水作冷却介质；合金钢用油作冷却介质。双介质淬火：如，先水后油；先水后空气。马氏体分液淬火；贝氏体等温淬火。五、钢材的热处理钢的淬透性和淬硬性淬火缺陷：氧化与脱碳过热和过烧变形与开裂硬度不定五、钢材的热处理5、回火回火的概念：将钢淬火后，再加热到Ac1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。回火目的：消除内应力；获得所需要的力学性能；稳定组织和尺寸淬火钢在回火时组织与性能的变化马氏体分解；残余奥氏体分解渗碳体的形成渗碳体的聚集长大。其基本的趋势是：随着回火温度的升高，钢的强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。五、钢材的热处理回火的分类及应用低温回火：T1=1500C~2500C组织：回火马氏体；性能：具有高硬度，高耐磨性和一定的韧性；应用：刀具、量具、冷冲压模具等中温回火：T1=3500C~5000C组织：回火托氏体；应用：刀具、量具、冷冲压模具等性能：具有高的弹性极限、屈服点；应用：弹性零件。高温回火：T1=500C~6500C组织：回火索氏体；性能：综合力学性能；应用：受力结构体。调质：生产中常把淬火及高温回火的复合热处理工艺称为调质。五、钢材的热处理6、表面热处理与化学热处理概述：在机械设备中，有许多零件（如齿轮、活塞销、曲轴等）是在冲击载荷及表面摩擦条件下工作的。这类零件表面必须具有高硬度和耐磨性，而心部要有足够的塑性和韧性。这类零件要进行表面热处理常用的表面热处理方法有：表面淬火及化学热处理。表面淬火对工件表面进行淬火的工艺称为表面淬火。火焰加热表面淬火感应加热表面淬火五、钢材的热处理六、合金钢的分类与编号1.1、按化学成分分类（1）按钢中所含合金元素的种类分，可分为：锰钢、铬钢、硅钢、硅锰钢、铬锰钛钢等。（2）按钢中合金元素总质量分数分，可分为：低合金钢、中合金钢和高合金钢。1、合金钢的分类六、合金钢的分类与编号1.2．按钢的用途分类（1）合金结构钢：工程构件用钢（低合金高强度结构钢）和机械制造用钢（合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢和超高强度钢）。（2）合金工具钢：刃具钢（低合金刃具钢和高速钢）、量具钢和模具钢（冷作模具钢和热作模具钢）。（3）特殊性能钢：抗氧化钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢和易削钢等。六、合金钢的分类与编号1.3．按金相组织分类（1）按退火后的组织分：亚共析钢、共析钢、过共析钢、莱氏体钢。（2）按正火后的组织分：铁素体钢、珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。1.4．按冶金质量分类（1）普通低合金钢（2）优质低合金钢（3）优质低合金钢（4）高级优质合金钢（5）特高级优质合金钢2、合金钢的牌号2.1．合金结构钢（1）工程构件用钢（低合金高强度结构钢）由代表屈服点的汉语拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）等三个部分按顺序排列组成。如Q390A。专用工程构件结构钢：在牌号的头部（或尾部）标注出代表产品用途的符号，例如表示压力容器用钢牌号表示为“Q345R”；焊接气瓶用钢牌号表示为“Q295HP”；锅炉用钢牌号表示为“Q390g”；桥梁用钢表示为“Q420q”等等。六、合金钢的分类与编号六、合金钢的分类与编号（2）机器零件制造用钢由三部分组成，即由“二位数字+元素符号+数字”组成。前面的两位数字表示钢的碳的质量分数的万倍，元素符号表示所含合金元素，后面的数字表示合金元素含量的百倍。凡合金元素质量分数小于1.5%时，编号中只标明元素符号，一般不标含量。如果合金元素平均质量分数等于或大于1.5%、2.5%、3.5%……，则在元素符号后相应标出2、3、4……。