金属材料导论.ppt
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1、,1.金属材料导论,1.5 铁碳合金,1.1 金属材料的主要性能,1.2 金属及合金的晶体结构,1.3 合金的结构,1.4 二元合金状态图,零件的生产工艺过程,选材,选毛坯,预先热处理,机械加工,最终热处理,检验,应根据零件的性能要求、受载情况、服役条 件、工作环境等:,其中选材:金属材料种类繁多,性能不一,而且材料的发展日新月异,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。,毛坯选择,机械加工方法,轴,车削,传统的有,现代的有,有液态成形毛坯,塑性成形毛坯,连接成形毛坯,粉末冶金成形,型材等毛坯,车削、刨 削、铣削 拉削、镗削、磨削等,数控加工、电火花加工、激光加
2、工等特种加工方法,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。,预先热处理: 为使切削加工能顺利进行,可通过预先热处理调整硬度,为切削加工做好组织准备。,最终热处理: 使材料的性能达到要求。,第1章 金属材料导论,材料、信息、能源称为现代技术的三大支柱。,复合材料,工程材料,金属材料,陶瓷材料,高分子材料,1.1 金属材料的主要性能,本节重点:金属材料的力学性能,主要内容:金属材料的力学性能,包括材料的强 度 、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳 强度等。,本节难点: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
3、,在低碳钢拉伸曲线中,把F-l坐标换成 -(应力应变)就可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。,强度 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 有屈服强度(s)和抗拉强度(b)等;,塑性 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:伸 长率和断面收缩率;对于塑性差的 材料,用0.2来代替s; 1)使材料具有良好的成形性; 2)受到外力变形时,有强化作用。,硬度 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:布氏硬度(HB)和 洛氏硬度 (HRA-C)。布氏硬度和洛氏硬 度试验原理和使用范围均不相同;,零件发生
4、疲劳破坏是没有预兆而突然断裂,此时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。,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。,1.1.2 金属材料的物理、化学性能(略),冲击韧度 金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的 能力。常用的指标有冲击韧度(Ak)。,疲劳强度 金属材料抵抗交变载荷的作用而不 破坏 的能力。常用的指标有疲劳强度(-1) 。,思 考 题,1 将钟表发条拉成一直线,问这是弹性变形还是塑性变形?怎样判断它的变形性质?,2 疲劳破坏有什么危害?在什么情况下发生疲劳破坏,产生原因是什么?如何提高零件的疲劳强度?,1.2 金属
5、及合金的晶体结构,2. 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。,本节重点:金属结晶的概念、结晶过程,本节难点:合金的结构,1. 三种常见的金属的晶格类型: 体心立方 面心立方 密排六方,基本概念,凝固:一般非晶体由液态向固态转变的过程 。,结晶:由液态金属转变为固态晶体的过程。,晶体: 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 凝固点,性能趋向各向异性。,非晶体: 原子排列杂乱无章呈无序状态,没 有一 定的熔点和凝固点,性能趋向 各向同性。,晶体中的原子排列,金 属 的 结 晶,纯金属的冷却曲线(理想状态),金 属 的 结 晶,纯金属
6、的冷却曲线(实际),金 属 的 结 晶,合金的冷却曲线,金 属 的 结 晶,结晶的必要条件-过冷度,金属的结晶过程:,原子团,形核,晶核长大,小晶粒,晶粒(外形不规则的小晶体),形核:自身晶核、外来晶核,晶核长大方式:树枝状方 式,晶界晶粒间的分界面;,单晶体结晶方位完全一致的的晶体 多晶体由多晶粒组成的晶体结构,细化晶粒的方法,增加冷却速度,增大过冷度; 增加外来晶核; 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的慨念 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。 金属的同素异构转
7、变的意义 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,从而达到改善材料性 能的目的。,1.3 合 金 的 结 构,概念 合金、组元、相; 固溶体:置换固溶体、间隙固溶体; 金属化合物; 固溶强化的概念。,本节要点: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。,1.3.1 合金的结构概念,合金:由两种或两种以上的元素通过熔炼后 所获得的新的物质仍然具有金属特性。 组元:组成合金的基本元素。 相: 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。 例如:单一的液 单一的固相; 液相、固相两相共存;,问题: 水、油混装在一个瓶子里,是几个相? 将奶粉加开
8、水冲一杯牛奶又是几个相?,1.3.2 合金的结构固溶体,固溶体: 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。,置换固溶体:A组元的原子取代了B组元的原子。 当A、 B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,反之则为有限固溶体。,间隙固溶体:A组元溶入B组元的的间隙中。只能形成有限固溶体。 例如:C溶入-Fe或-Fe 所形成的铁素体、奥氏体。,置换固溶体和间隙固溶体的区别,1.3.4 合金的结构固溶强化,A、B两组元相互溶解后所形成的新的物质既不是A组元的结构,也不是B组元的结构,而是自身的一种独立的结构。,例如: Fe和C所形成的化合
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