总复习金属材料热处理资料PPT课件
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金属材料及其热处理PPT课件
第13页/共31页
（1）金属锻压加工的特点
① 锻压加工后，可使金属获得较细密的晶粒，能合理控制金属纤 维方向，使纤维方向与应力方向一致，提高零件的性能。
② 锻压加工后，坯料的形状和尺寸发生改变而其体积基本不变， 与切削加工相比，可节约金属材料和加工工时。
③ 除自由锻造外，其他锻压方法如模锻、冲压等，都具有较高的 劳动生产率。
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（2）合金钢的牌号 我国合金钢的编号是按照合金钢中的含碳量，以及所含合金元素 的种类（元素符号）、含量来编制的。一般牌号的首位是表示 碳的平均质量分数的数字，表示方法与优质碳素钢的编号是一 致的。对于结构钢，平均质量分数以万分数计，对于工具钢， 以千分数计。
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（3）铸钢的牌号及用途 ① 工程用铸造碳钢的牌号前面是ZG（“铸钢”二字汉语拼音字 首），后面第一组数字表示屈服点，第二组数字表示抗拉强度， 若牌号末尾标字母H（焊），则表示该钢是焊接结构用碳素铸钢。 ② GB/T5613—1995《铸钢牌号表示方法》规定，以化学成分表 示的铸钢牌号中“ZG”后面一组数字表示铸钢的名义万分碳含量， 其后排列各主要合金元素符号及其名义百分含量。
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铸造、锻压和焊接是机械制造中最常用的三种金属热 加工方法。其产品大多是零件的毛坯。
1. 铸造
铸造：熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝 固后获得具有一定形状与性能的铸件的成形方法。
铸件：用铸造方法得到的金属件。铸件一般作为毛坯使用 ，需要进行切削后才能成为零件。
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第17页/共31页
焊接有连接性能好，省工省料，成本低，重量轻，可 简化工艺等优点，所以应用广泛。但同时它也存在一些不 足之处，如结构不可拆，更换修理不方便；焊接接头组织 性能变坏；存在焊接应力，容易产生焊接变形；容易出现 焊接缺陷等。有时焊接质量成为突出问题，焊接接头往往 是锅炉压力容器的薄弱环节，实际生产中应特别注意。
（1）金属锻压加工的特点
① 锻压加工后，可使金属获得较细密的晶粒，能合理控制金属纤 维方向，使纤维方向与应力方向一致，提高零件的性能。
② 锻压加工后，坯料的形状和尺寸发生改变而其体积基本不变， 与切削加工相比，可节约金属材料和加工工时。
③ 除自由锻造外，其他锻压方法如模锻、冲压等，都具有较高的 劳动生产率。
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（2）合金钢的牌号 我国合金钢的编号是按照合金钢中的含碳量，以及所含合金元素 的种类（元素符号）、含量来编制的。一般牌号的首位是表示 碳的平均质量分数的数字，表示方法与优质碳素钢的编号是一 致的。对于结构钢，平均质量分数以万分数计，对于工具钢， 以千分数计。
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（3）铸钢的牌号及用途 ① 工程用铸造碳钢的牌号前面是ZG（“铸钢”二字汉语拼音字 首），后面第一组数字表示屈服点，第二组数字表示抗拉强度， 若牌号末尾标字母H（焊），则表示该钢是焊接结构用碳素铸钢。 ② GB/T5613—1995《铸钢牌号表示方法》规定，以化学成分表 示的铸钢牌号中“ZG”后面一组数字表示铸钢的名义万分碳含量， 其后排列各主要合金元素符号及其名义百分含量。
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铸造、锻压和焊接是机械制造中最常用的三种金属热 加工方法。其产品大多是零件的毛坯。
1. 铸造
铸造：熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝 固后获得具有一定形状与性能的铸件的成形方法。
铸件：用铸造方法得到的金属件。铸件一般作为毛坯使用 ，需要进行切削后才能成为零件。
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焊接有连接性能好，省工省料，成本低，重量轻，可 简化工艺等优点，所以应用广泛。但同时它也存在一些不 足之处，如结构不可拆，更换修理不方便；焊接接头组织 性能变坏；存在焊接应力，容易产生焊接变形；容易出现 焊接缺陷等。有时焊接质量成为突出问题，焊接接头往往 是锅炉压力容器的薄弱环节，实际生产中应特别注意。
金属材料与热处理(全) PPT
属于这种晶格的金属有：铬Cr、钒V、钨W、钼Mo、及α-铁α-Fe
3、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体， 但在立方体的每个面上还各有一个原子。
属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等
大家六方晶格：由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方 面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。
§2-2金属的力学性能
学习目的：★ 理解金属材料性能（工艺性能、使用 性能）的概念、分类。
★掌握强度的概念及其种类、应力的概念及符号。 ★★掌握拉伸试验的测定方法；力——伸长曲线的几
个阶段；屈服点的概念。 教学重点与难点 1、理解力——伸长曲线是教学重点； 2、强度、塑性是教学难点。
教学过程：
复习
3、纯铁的同素异构转变：
1394℃
912℃
δ-Fe → γ- Fe → α – Fe
体心
面心
体心
4、金属的同素异构转变，也称为“重结晶”。
其与液态金属结晶有许多相似处：有一定转变温度，有过冷现象； 有潜热放出和吸收 ； 也由形核、核长大来完成。 不同处：∵属固 态相变 ，∴ 转变需较大的过冷度；新晶核优先在原晶界处形核；转 变中有体积的变化，会产生较大内应力。
金属材料与热处理(全)
第一章：金属的结构与结晶
§1-1金属的晶体结构
★学习目的：了解金属的晶体结构。 ★重点：有关金属结构的基本概念： 晶面、晶向、 晶体、晶格、单晶体、晶体，金属晶格的三种常见 的类型。 ★难点：金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。
§2-1金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
1、晶体：所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。 （晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的 相互吸引力与排斥力相平衡的结果。）原子在空间呈规则排列的固体 物质称为“晶体”。
3、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体， 但在立方体的每个面上还各有一个原子。
属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等
大家六方晶格：由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方 面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。
§2-2金属的力学性能
学习目的：★ 理解金属材料性能（工艺性能、使用 性能）的概念、分类。
★掌握强度的概念及其种类、应力的概念及符号。 ★★掌握拉伸试验的测定方法；力——伸长曲线的几
个阶段；屈服点的概念。 教学重点与难点 1、理解力——伸长曲线是教学重点； 2、强度、塑性是教学难点。
教学过程：
复习
3、纯铁的同素异构转变：
1394℃
912℃
δ-Fe → γ- Fe → α – Fe
体心
面心
体心
4、金属的同素异构转变，也称为“重结晶”。
其与液态金属结晶有许多相似处：有一定转变温度，有过冷现象； 有潜热放出和吸收 ； 也由形核、核长大来完成。 不同处：∵属固 态相变 ，∴ 转变需较大的过冷度；新晶核优先在原晶界处形核；转 变中有体积的变化，会产生较大内应力。
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第一章：金属的结构与结晶
§1-1金属的晶体结构
★学习目的：了解金属的晶体结构。 ★重点：有关金属结构的基本概念： 晶面、晶向、 晶体、晶格、单晶体、晶体，金属晶格的三种常见 的类型。 ★难点：金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。
§2-1金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
1、晶体：所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。 （晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的 相互吸引力与排斥力相平衡的结果。）原子在空间呈规则排列的固体 物质称为“晶体”。
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晶界：
小角度晶界─相邻晶粒的位向差小于10°的晶 界。基本上由位错构成。
大角度晶界─相邻晶粒的位向差大于10°的晶 界。原子排列比较混乱，结构比较复杂。
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55
亚晶界： 晶粒内部位向差小于 1° 的亚结构，也称为亚晶
粒，亚晶之间的界面，称为亚晶界。通常由位错构成。
亚晶界
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56
相界：不同结构的晶粒之间的界面 界面结构类型: 共格界面, 半共格, 非共格
同晶向上的原子排列方式和排列 紧密程度是不一样的。下页的两 个表给出了体心立方晶格和面心 立方晶格中各主要晶面、晶向上 的原子排列方式和紧密程度。
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41
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42
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43
五、晶体的 同素异构转变(多晶型性转变) 金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现
象称之为同素异构转变。（温度、压力）
α-Fe单晶体，密排方向 [111] 的弹性模量 E=290,000MN/m2，而非密排方向100的 E=135,000MN/m2。
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45
七、多晶体的伪各向同性 如Fe，不同方向上E均为210000MN/m2左右。 原因：实际材料为多晶体，各单晶粒分布的方向
不同，各向异性相互抵消，而呈现无向性。 ——伪各向异性。
如 Fe晶体，室温～912℃，体心立方，α- Fe，
912 ℃～1394 ℃，面心立方，γ-Fe， 1394 ℃ ～熔点1538 ℃ ，体心立方，δ-Fe。 Fe, Mn, Ti , Co 等少数金属具有同素异构转变。 性能随之变化。
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44
六、晶体的各向异性
不同晶面和晶向上原子密度不同， 原子间距离 不同， 结合力不同－－晶体在不同方向上的力学、 物理和化学性能有所差异－－各向异性。
小角度晶界─相邻晶粒的位向差小于10°的晶 界。基本上由位错构成。
大角度晶界─相邻晶粒的位向差大于10°的晶 界。原子排列比较混乱，结构比较复杂。
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亚晶界： 晶粒内部位向差小于 1° 的亚结构，也称为亚晶
粒，亚晶之间的界面，称为亚晶界。通常由位错构成。
亚晶界
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相界：不同结构的晶粒之间的界面 界面结构类型: 共格界面, 半共格, 非共格
同晶向上的原子排列方式和排列 紧密程度是不一样的。下页的两 个表给出了体心立方晶格和面心 立方晶格中各主要晶面、晶向上 的原子排列方式和紧密程度。
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五、晶体的 同素异构转变(多晶型性转变) 金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现
象称之为同素异构转变。（温度、压力）
α-Fe单晶体，密排方向 [111] 的弹性模量 E=290,000MN/m2，而非密排方向100的 E=135,000MN/m2。
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七、多晶体的伪各向同性 如Fe，不同方向上E均为210000MN/m2左右。 原因：实际材料为多晶体，各单晶粒分布的方向
不同，各向异性相互抵消，而呈现无向性。 ——伪各向异性。
如 Fe晶体，室温～912℃，体心立方，α- Fe，
912 ℃～1394 ℃，面心立方，γ-Fe， 1394 ℃ ～熔点1538 ℃ ，体心立方，δ-Fe。 Fe, Mn, Ti , Co 等少数金属具有同素异构转变。 性能随之变化。
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六、晶体的各向异性
不同晶面和晶向上原子密度不同， 原子间距离 不同， 结合力不同－－晶体在不同方向上的力学、 物理和化学性能有所差异－－各向异性。
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三、金属结构材料的应用情况(1)
1.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。
2.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％。
四、金属材料发展的历史(3)
5.在非铁金属冶金方面，19世纪80年代发电 机的发明，使电解法提纯铜的工业方法得 以实现，开创了电冶金新领域；同时，用 熔盐电解法将氧化铝加入熔融冰晶石，电 解得到廉价的铝，使铝成为仅次于铁的第 二大金属；20世纪40年代，用镁作还原剂 从四氯化钛制得纯钛，并使真空熔炼加工 等技术逐步成熟后，钛及钛合金的广泛应 用得以实现。同时，其他非铁金属也陆续 实现工业化生产。
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 。
焊接性能：
大量接性能是指金属材料对焊接加 工的适应性。 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。
第三单元
金属的晶体结构与结晶
一、金属材料的晶体结构
晶体与非晶体 非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状 况的，称为非晶体。如：普通玻璃、松香、 树脂等。 晶体：凡原子呈有序、有规则排列的物质， 金属的固态、金刚石、明矾晶体等。 性能：晶体有固定的熔、沸点，呈各向异性， 非晶体没有固定熔点，而且表现为各向同性。
•强度的指标
强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。 1、屈服点
Re= Fs/S0
符号： Re 材料产生屈服现象时的最小应力
Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（mm）
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二、Fe-Fe3C合金相图分析
A
L A
δH J
B
N
A
L
LA E
LFe3C
D
C
F
G
Ld
FA
F
P
S
PF
AFe3CⅡ PFe3CⅡ
P
AF3eCⅡLd Ld Fe3C
PF3C eⅡLd Ld Fe3C L d
K
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Q FFe3CⅢ
1. 会画相图 5个单相（区）： 7个两相区： 3条平行线：包晶反应、共晶反应、共析反应 室温时，各类铁碳合金平衡组织示意图会画 室温时，三类铁碳平衡合金
调质处理 ＝ 淬火 ＋
高温回火高温500回～火650
S回
25～35
强韧性好，即具有良好 的综合力学性能。
重要结构件、机械零 件：连杆、轴、齿轮
250~350℃没有进行回
火，因为这时钢容易发生
低温回火脆。
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14
第六章 合金钢
一、原理
1.合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 2.合金元素提高回火稳定性 3.两类回火脆的概念及消除方法
二、合金钢的编号
合金结构钢： 两位数字 ＋ Me＋ 数字 （ A ）
平均含碳量的 万分之几
合金元 素符号
合金元素平均含 量的百分之几
合金工具钢 数字＋合金元素符号＋数字
平均含碳量 的千分之几
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合金元素平均 含量的百分之
几
高级优质钢
15
各钢所属类别、C及合金元素含量、典型热 处理工艺、用途（举例）
C 0 .0008 100 % 6 .69 0 .0008
6L
Q QL 100 % Q Fe 3C
S'
室温下组织组成物的相对重量：
Q 6 C 0 .0008 6 S '
Q P Q ' 0 S .7 0 7 .00 10 % 0Q 8 0 ,Q ' 1 S % 0 Q P 0
相的成分＝合金的成分。 两个单相区之间一定有一个两相区；两相区中合金
处于两相平衡状态。 两平衡相成分由合金表象点水平线与两相区边界线 交点决定； 两平衡相相对重量用杠杆定律计算。 三相平衡共存表现为一水平线－－三相平衡线。
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5 5
合金的显微组织可以看作是由各个相组成的，这些相称为合 金的相组成物；也可以看作是基本组织组成的，这些基本组 织称为合金的组织组成物。
60～65HRC
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四、退火和正火 退火和正火目的
正火与退火的主要区别
五、淬火 目的
淬火温度的选择及转变产物 常用介质 淬透性、淬硬层深度 影响淬透性的决定性因素是Vk ，一般地， Vk↓，淬透性↑
六、钢的回火
目的 分类、应用 一般地、随T回↑，钢的强度、硬度↓，塑性、韧性↑。
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回火的分类、组织及应用
回火 类型
回火温度 回火 (℃ ) 组织
回火后 硬度 (HRC)
性能特点
低温回火
150～250
M回
58～64
硬度高， 耐磨性好， 脆性、 内应力降低。
用途
工具钢、滚动轴承 渗碳件、表面淬火件
中温回火 350～500
T回
35～50
良好弹性 ，高屈强比， 弹簧钢，如弹簧等弹 一定的韧性和抗疲劳性 性元件。
3
第三章 合金的结构与相图
一、固态合金的相结构 组成合金的基本的相结构按其晶体结构分为两类： 固溶体和金属间化合物。 固溶体的分类：置换固溶体、间隙固溶体 影响固溶体溶解度的主要因素: 固溶强化的概念及原因
二、二元合金相图
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二元相图小结
相图中的每一点，称为合金的表象点。 单相区中合金由：
晶体 晶格 晶胞 晶面 晶向 过冷度； 相 组织 组织组成物 相组成物 固溶强化； F A P Ld Fe3CI Fe3CII Fe3CIII； 本质晶粒度 M B下 淬火临界冷却速度Vk 淬透性 过冷A 残余奥氏体（A残） 调质处理； 热（红）硬性
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2. 铁碳合金结晶过程分析
3. 计算：室温下,某铁碳合金相组成物和组织组成物的相对重量
三、碳钢
1. 钢中常存元素；热脆、冷脆产生原因
2. 碳钢的分类、编号和用途
Q215、Q235、Q255、45、60、 T8、T10、T12
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8
室温下相组成物的相对重量：
Q6 Q Fe 3C QL
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T(℃)
定义：
T加
第五章 钢的热处理
保温
t
热处理工艺曲线 t(h)
分类：退火、正火、淬火、回火
一、钢在加热时的转变
1.共析钢加热时A的形成四个步骤 2.奥氏体晶粒度的概念
二、过冷A转变产物
1.珠光体：层片状F和 Fe3C的机械混合物，片间距越小，
2强020度年9月和28硬日 度越高。
合金的相组成物：在合金的显微组织中的基本相，如α、β固 溶体相。
合金的组织组成物：由基本相组成的单相组织和共晶体等基 本组织，如亚共晶合金的组织组成物 α 、βII、（α+β）。
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6 6
第四章 铁碳合金
一、熟悉铁碳合金中基本组织组成物的含义、特点。 F、A、P、Fe3C、Ld、Fe3CI、Fe3CII、Fe3CIII
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2. 两种马氏体的形态与性能有何不同？ 马氏体的硬度值随含碳量的提高而增加。 马氏体高硬度的原因：①过饱和的碳引起晶格畸变造成的 固溶强化；②高密度位错或孪晶引起的亚结构强化。
3. B上和B下性能有何不同？
三、过冷A转变曲线图 1. 共析钢 C曲线 2. 影响C曲线的因素 3. 淬火临界冷却速度vk（M临界冷却速度）：获得 100%M 的最小冷却速度。凡使C曲线右移的因素都减小Vk。 A M的判据为Vk。
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共析钢 TTT（C）曲线
A1~550℃(鼻温) 珠光体型转变
550~230℃(Ms点) 贝氏体型转变
Ms点~Mf (-50℃) 马氏体型转变
A→S A→T
A→P
A→M
M+Ar
P 5～25HRC S 25～35HRC T 35～40HRC B上 40～50HRC
B下 50～60HRC
2
第一章 金属的结构与结晶
一、纯金属的三种晶体结构
二、金属的实际结构与晶体缺陷 多晶体结构 晶格缺陷
三、金属的结晶与铸锭
过冷是金属结晶的必要条件。一般地，金属液体的冷速愈
大， 则ΔT愈大，ΔF也愈大，结晶驱动力愈大，结晶倾向
也愈大。
金属结晶的基本规律：
液态金属结晶时获得细晶粒的方法：
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