工程材料及热处理
工程材料及热加工—钢的热处理工艺
2.2.4钢的淬透性 • 定义：淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。它是 钢的固有属性，也是选材和制订热处理工艺的重要依据 之一。
• 影响因素：钢的临界冷却速度； 过冷奥氏体的稳定性。 • 评定方法：用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深 度或临界淬透直径(Dk)来表示。 ⑴淬透层的深度定义为由表面至半马氏体区的深度。 半马氏体区的组织是由50%马氏体和50%分解产物所组 成。 ⑵指圆柱状钢试样在规定的淬火介质中能全部淬透的 最大直径。当冷却介质一定时，Dk愈大，淬透性愈好。 • 测定方法：最常用的方法是末端淬火法，简称为端淬 法。
•
三、钢的回火
• • 定义：是将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度，保 温一定时间，然后冷却至室温的一种热处理工艺。 目的： 减小或消除淬火应力； 提高钢的塑性和韧性，获得良好的综合力学性能； 稳定组织和工件尺寸。 分类及应用： ⑴低温回火(150~250℃) 组织为回火马氏体。 （ 58～64HRC ） 部分降低钢中残余应力和脆性，而保持钢在淬 后所得到的高强度、硬度和耐磨性。 广泛应用于工具、量具、滚动轴承、渗碳工件 以及表面淬火工件等。
2.2.2淬火冷却介质 最常用的是水、盐水、油、熔盐。 水：形状简单、截面尺寸较大的碳钢。（高温慢，低温快） 盐水：高温快，低温快。 油：合金钢或小尺寸碳钢件。 （高温太慢，低温慢） 熔盐（盐浴）：形状复杂、变形要求严格的件。最接近理 想冷却介质。
2.2.3淬火方法 • 单液淬火：在一种介质中连续冷却获得马氏体。 操作简单，易于自动化，易于产生缺陷，适 用于形状简单的小件。 • 双液淬火：先后在两种介质中冷却。 操作复杂，难以控制。 • 分级淬火:淬入稍高于Ms的介质中，待内外温差一致后 取出，缓冷得到马氏体。 减少应力和变形，适用于小件。 • 等温淬火：淬入稍高于Ms的介质中，等温转变为下B。 强度高，塑性、韧性好，应力小，变形小， 多用于形状复杂、要求高的工件。
P91钢管道焊接及热处理施工工法
P91钢管道焊接及热处理施工工法P91钢管道焊接及热处理施工工法一、前言：P91钢是一种高温高压力下常用的材料，广泛应用于石化、核电等领域的管道工程中。
针对P91钢管道的施工特点和需求，制定了P91钢管道焊接及热处理施工工法，旨在保证工程质量和安全性。
二、工法特点：1. 与其他钢材不同，P91钢焊接后需要进行热处理，以消除焊接产生的应力和提高材料的力学性能。
2. 该工法采用特殊焊接材料和工艺参数，能够有效控制焊接热影响区的显微组织和性能。
3. 施工过程中充分考虑P91钢的高温、高压等特性，采取合适的隔热措施，保证焊接质量和工人的安全。
三、适应范围：该工法适用于P91钢管道的焊接和热处理，广泛应用于石化、核电、火力发电等行业的管道工程。
四、工艺原理：通过对施工工法与实际工程之间的联系、采取的技术措施进行具体的分析和解释，让读者了解该工法的理论依据和实际应用。
1. 选择合适的焊接参数和焊接材料，控制焊接热输入和焊接速度，以保证焊缝的质量。
2. 采用预热、焊接后热处理等措施，消除焊接产生的应力和提高材料的力学性能。
五、施工工艺：对施工工法的各个施工阶段进行详细的描述，让读者了解施工过程中的每一个细节。
1. 准备工作：对管道进行清洁和检查，准备焊接材料和设备。
2. 焊接工艺：采用TIG焊接和电弧焊接等方法进行焊接，保证焊缝的质量和外观质量。
3. 热处理工艺：采用正火或脱碳退火等工艺对焊接区域进行热处理，提高材料的力学性能。
4. 后处理工艺：对焊接区域进行清理、修整和防腐处理，保证工程质量和使用寿命。
六、劳动组织：根据施工需要，确定施工队伍的组成和工作分工，确保施工进度和质量。
1. 针对P91钢管道的特点，需要具备一定的焊接和热处理技术经验的工人。
2. 设置工班长和技术指导专家，对施工过程进行监督和指导。
七、机具设备：对该工法所需的机具设备进行详细介绍，让读者了解这些机具设备的特点、性能和使用方法。
1. 焊接设备：包括TIG焊机、电弧焊机等。
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告工程材料综合实验处理报告单位：过程装备与控制工程10-1班实验者: 侯鹏飞学号10042107胡兴文学号10042108李东升学号10042110【实验名称】工程材料综合实验【实验目的】运用所学的理论知识和实验技能以及现有的实验设备，通过自己设计实验方案、独立实验并得出实验结果，达到进一步深化课堂内容，加强对《工程材料》课程理论的系统认识，并提高分析问题和解决问题的能力。
通过做这个实验，使学生们可以充分了解以下知识，并学会操作一些必要的仪器和设备：1、研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系；3、了解碳钢的热处理操作；4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；5、观察热处理后钢的组织及其变化；6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。
【实验材料及设备】1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）【实验内容】三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。
1、设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方式）。
做实验前完成。
样品加热温度保温时间冷却方式20# 880℃25min 空冷45# 淬火880℃高温回火600℃淬火25min高温回火25min水冷T10 900℃30min 水冷2、选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。
样品20# 45# T10 硬度HRB50 HRC20 HR633、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。
4、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。
样品成分组织性能20# 马氏体F+P冲压性与焊接性良好45# 马氏体F+P经热处理后可获得良好的综合机械性能T10 马氏体+奥氏体P+Fe3C II硬度高，韧性适中【实验步骤】1、观察平衡组织并测硬度：（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并拍摄显微组织；（3）测试硬度。
机械工程材料及钢的热处理
常用金属材料
铸铁 碳素钢 合金钢 有色金属材料
常用金属材料
1、铸铁：铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合 金。
性能：具有良好的铸造性、耐磨性、吸振性及 切削加工性能，而且价格低廉，生产设备简单。 因此，它是应用最多的一种金属材料。
高速铣削给落地式铣镗床带来了结构 上的变 化，主 轴箱居 中的结 构较为 普遍， 其刚性 高，适 合高速 运行。 滑枕驱 动结构 采用线 性导轨 ，直线 电机驱 动，这 种结构 是高速 切削所 必需的 ，国外 厂家在 落地式 铣镗床 上都已 采用， 国内同 类产品 还不
多见，仅在中小规格机床上采用线性 导轨。 高速加 工还对 环境、 安全提 出了更 高的要 求，这 又产生 了宜人 化生产 的概念 ，各厂 家都非 常重视 机床高 速运行 状态下 ，对人 的安全 保护与 可操作 性，将 操作台 、立柱 实行全 封闭式 结构， 既安全 又美观 。
回火：将淬火后的工件加热到临界温度 以下，保温一定时间后在空气或水或油 中冷却。
目的：硬度、强度略有降低，但消除了 内应力和脆性。
调质：淬火＋高温回火，可以使钢材获 得良好的综合机械性能。
表面化学热处理
化学热处理是将钢件放在某种化学介质 中，通过加热、保温、冷却的方法使介 质中的某些元素渗入钢件表面，改变了 表面层的化学成分，从而使其表面具有 与内部不同的特殊性能。一般都是使表 面获得高硬度、高疲劳极限，以及耐磨、 防腐蚀性能。
钢的热处理可以改善钢的加工工艺性能、提高 钢的机械性能、增加寿命、耐磨性等。
热处理方法：
1、退火：将钢件加热到临界温度以上20－30
度，经保温一段时间后随热处理炉（或埋入石 灰石、沙中冷却）缓慢冷却至500度以下，然 后在空气中冷却。
热处理定义及目的
热处理定义及目的
热处理是一种通过加热和冷却来改变材料的物理和化学性质的工艺方法。
热处理的主要目的是改善材料的硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能，以满足不同工程要求。
通过热处理，可以改变材料的晶体结构和组织状态，从而提高材料的整体性能。
热处理通常包括加热、保温和冷却三个过程。
加热过程是将材料加热到一定温度，使其达到相应的组织状态；保温过程是在一定温度下让材料保持一段时间，使组织结构发生改变；冷却过程则是将材料从高温快速冷却到室温，固定新的组织结构。
热处理的定义和目的在于优化材料的性能，使其更适合特定的工程应用。
例如，对于金属材料，热处理可以提高其硬度和强度，延长材料的使用寿命。
对于玻璃材料，热处理可以改善其耐热性和耐冲击性。
对于塑料材料，热处理可以调节其软化温度和弯曲强度。
在工程领域中，热处理是非常重要的一环。
各种零部件、工具和设备都需要经过热处理来提高其性能和可靠性。
例如，汽车发动机的曲轴、凸轮轴等关键零部件需要经过淬火和回火等热处理工艺，以提高其耐磨性和耐久性。
刀具、模具等工具也需要经过热处理，以增强其硬度和耐用度。
总的来说，热处理是一项非常重要的工艺，在现代工业生产中发挥着不可替代的作用。
通过热处理，材料的性能得以优化，工程产品
的质量和性能得到提升。
因此，深入了解热处理的原理和方法，对于工程技术人员来说至关重要。
只有不断探索和应用新的热处理工艺，才能满足不断变化的工程需求，推动工业制造的发展。
机械工程材料与热处理-精品
第一章金属材料的力学性能•工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。
•强度是指金属材料在静力作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。
•抗拉强度。
b是材料在破断前所承受的最大应力值。
•塑性是指金属材料在静力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。
•塑性指标：伸长率和断面收缩率。
•硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。
•硬度包括：布氏硬度（HBW）、维氏硬度（HV）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）第二章金属与合金的晶体结构•在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列。
•这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。
•能够完全反应晶格特征的、最小的几何单元称为晶胞。
•原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距地一半。
•配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。
•致密度：K二箸（n为原子个数）V照•晶面指数确定方法：（工）设坐标（2）求截距（3）取倒数（4）化整数（5）列括□•晶向指数确定方法：（1）设坐标（2）求坐标值（3）化整数（5）列括号•晶体缺陷包括：点缺陷（空位、间隙、置换）、线缺陷（刃型位错、螺型位错）、面缺陷（晶界、亚晶界）第三章金属与合金的结晶•金属的实际结晶温度Tn低于理论结晶温度T。
的现象，称为过冷现象。
理论结晶温度与实际结晶温度的差4T称为过冷度，过冷度△!'二To・Tn•实践证明，金属总是在一定的过冷度下结晶的，过冷是结晶的必要条件。
同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低。
•纯金属的结晶过程是在冷却曲线上平台所经历的这段时间内发生的。
它是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。
•细化晶粒的方法：在增加过冷度②变质处理③附加振动•共晶反应和a+B相互转化（恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的固相）⑦渗碳体+奥氏体一莱氏体•共析反应：、和a+B相互转化（恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的固相）/铁素体+渗碳体一珠光体•包晶反应：L+a和B相互转化（恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相）•过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：过冷度和冷却速度是两个不同的概念。
工程材料与热加工复习资料-学生(含部分答案)
工程材料与热加工复习资料第1章材料的力学性能疲劳断口的三个区域。
疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和最后断裂区三部分组成5．金属塑性的2个主要指标。
伸长率和断面收缩率6．金属的性能包括力学性能、_物理___性能、_化学_性能和__工艺_性能。
7．材料的工艺性能包括哪些？包括铸造性、焊接性、锻压性、切削性以及热处理性。
第2章金属的晶体结构与结晶二、问答题1．金属中常见的晶体结构有哪几种？(α-Fe、γ-Fe是分别是什么晶体结构)。
体心立方体晶格、面心立方体晶格、密排六方晶格。
α-Fe 是体心立方体晶格结构γ-Fe是面心立方体晶格结构晶体和非晶体的特点和区别。
2．实际晶体的晶体缺陷有哪几种类型？点缺陷、线缺陷、面缺陷。
3点缺陷分为：空位、间隙原子、置换原子4．固溶体的类型有哪几种?置换固溶体、间隙固溶体5．纯金属的结晶是由哪两个基本过程组成的?晶体的形成、晶体的长大6．何谓结晶温度、过冷现象和过冷度?纯金属液体在无限缓慢的冷却条件下的结晶温度，称为理论结晶温度金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象理论结晶温度与实际结晶温度的差叫做过冷度过冷度与冷却速度有何关系？结晶时冷却的速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度就越低。
7．晶粒大小对金属的力学性能有何影响?在一般情况下，晶粒越细，金属的强度、塑性和韧性就越好。
细化晶粒的常用方法有哪几种?增加过冷度、变质处理、振动或搅拌8．什么是共析转变？在恒定温度下，有一特定成分的固相同时分解成两种成分和结构均不同的新固相的转变成为共析转变二、填空题1．珠光体是由___铁素体_____和____渗碳体_____组成的机械混合物(共析组织)。
2．莱氏体是由_____奥氏体___和____渗碳体_____组成的机械混合物(共晶组织)。
3．奥氏体在1148℃时碳的质量分数可达____2.11%______，在727℃时碳的质量分数为____0.77%___。
4. 根据室温组织的不同，钢可分为___共_____钢、____亚共____钢和____过共___钢。
航空航天大学《工程材料及热加工工艺》课件
焊接性能：焊缝处形成冷裂或热裂及形成气孔的倾向，低碳钢的焊接性能好，高碳钢及铸铁的焊接性能差。。
压力加工性能：包括冷压力加工（冷冲压、冷轧、冷挤压）和热压力加工（如锻造、热轧、热挤压等）时材料的塑性和变形抗力。有可热加工的温度范围、抗氧化性和加热、冷却要求。变形铝合金、铜合金、低碳钢的压力加工性能好、而高碳钢就差。
优点：材质机械性能好，纤维组织基本不切断。 缺点： a.轴流转子形状复杂，不能容易从锻模中取出。叶片间整模块无法起模。 b.采用分块的锻造模具，成本太高，精密程度达不到，仍需加工，留加工余量。精密锻造模具成本更大，且需用精度高，压力大的专用锻压设备。 c.飞机结构件批量不大。每一件摊派的模具成本费用不小。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
明确了零件的使用性能后，把使用性能的要求，通过分析、计算量化成具体数值，再按这些数值从手册的材料性能数据大致应用范围选材。
常见的力学性能指标有HRC或HBS，σs , σb ；
非常规力学性能指标如KIC及腐蚀介质中的力学性能；
05
对特殊性能要求的零件，如电性能、磁性能、热性能等。
分析零件的工作条件与环境，确定零件的技术要求。 通过分析实验，结合同类零件失效分析结果提出失效抗力指标，并以此作为选材的基本依据。 根据力学计算，确定零件的主要力学指标。 决定热处理及其他表面强化方法。 试验、投产。对关键零件批量生产前要进行试验、初步确定材料选择，热处理方法是否合理，热加工性能好坏。满意后可批量生产。
第一章《工程材料及热加工工艺》课程设计的有关事项
1.1 课程设计的目的
《工程材料与热加工基础》是工程类专业必修的一门工艺性、实践性很强的综合性技术基础课，其内容包括工程材料学、铸造、锻压、焊接等。为提高学生的工程实践能力和综合运用所学知识分析解决实际问题的能力，在学习该课程后进行为期一周的课程设计，其目的是：
工程材料及热加工工艺基础课件
第一章 绪 论
一、材料科学的开展 二、物质的状态 三、原子间的结合键 四、工程材料的分类及热加工工艺
材料是人类生产和生活 所必须的物质根底。
“神舟”四号飞船成功返 回
锉刀
手
锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机
材料的开展水平和利用程度已成为人类文明进步的标志。
➢材料的发展与人类社会简图
包括： 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 高分子复合材料
玻璃纤维增强高分子复合材料
现代航空发动机燃烧室 温度最高的材料就是通 过粉末冶金法制备的氧 化物粒子弥散强化的镍 基合金复合材料。很多 高级游艇、赛艇及体育 器械等是由碳纤维复合 材料制成的，它们具有 重量轻，弹性好，强度 高等优点。
4、分子键
原子态惰性气体范德华力
特点：分子键很弱，晶体低熔点，低沸点，低硬度，易压缩
塑料，橡胶 链与链 → 范德华力 硬度<金属 耐热性差，不具有导电能力
机械零件加工工艺
铸造
锻压 材
料
焊接
型材
粉末冶金
毛
热处理
零
坯
件
切削加工
熔点高、硬度高、 耐腐蚀、脆性大
分为陶瓷、水泥、 玻璃、耐火材料
传统陶瓷又称普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、长石 等)为原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。 特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料的陶瓷，常 用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。
陶瓷制品
陶瓷发动机
高分子材料
共
以分子键和共价键为
1912年发现了X-射线对晶体的作用并在随后被用于晶体衍射 分析，使人们对固体材料微观构造的认识从最初的假想到科 学的现实。
Si表面的重构图象
工程材料热处理实验报告
工程材料综合实验车辆工程10-1班实验者：陈秀全学号：10047101冯云乾学号：10047103高万强学号：10047105一实验目的1、区别和研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系；3、了解碳钢的热处理操作；4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；5、观察热处理后钢的组织及其变化；6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。
二实验设备及材料1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）三实验内容三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。
4、实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方式）。
样品加热温度保温时间冷却方式20# 880℃25min 空冷45# 淬火880℃高温回火600℃淬火25min高温回火25min水冷T10 900℃30min 水冷5、测试硬度样品20# 45# T10硬度HRB50 HRC20 HR636、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。
7、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。
样品成分组织性能20# 马氏体F+P冲压性与焊接性良好45# 马氏体F+P经热处理后可获得良好的综合机械性能T10 马氏体+奥氏体P+Fe3C II硬度高，韧性适中四实验步骤：8、观察平衡组织并测硬度：（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并绘制显微组织；（3）测试硬度。
9、进行热处理。
10、观察热处理后的组织并测硬度：（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并绘制显微组织。
五实验报告：11、三种材料在退火状态下显微组织和性能（硬度）的异同；样品显微组织性能（硬度）20# 白色颗粒为铁素体，黑色块状为珠光体(F+P) 冲压性与焊接性良好45# 灰黑色区为细片状及粗片状珠光体，沿晶界析出白色条状铁素体。