金属学与热处理PPT课件

——专指溶入 A 中的Me，或者说成 分均匀化的。
0.5C
T
0.9C+0.5Mn 0.9C+1.2Mn
0.9+2.8Mn
Mn%↑ ，C曲线右移
τ
0.5C+2%Cr
0.5C+4%Cr
0.5C+8%Cr
τ
Cr%↑ ，C曲线右移
非碳化物形成元素：只改变C曲线位置 Co，Al，Ni，Cu，Si
T
Si
Co,Al Co, Al 外所有合金元素
例：球化退火，要求获得粒状珠光体 → 要求A 中 C 不均匀 → 控制第三、四阶段
三 奥氏体晶粒度及影响因素
1. 奥氏体晶粒度
奥氏体晶粒度表示奥氏体晶粒大小，工业上一般分为8级。 1 - 4 粗; 5 - 8 细，
8级以上 极细;
计算式： n = 2 N-1
N：晶粒度级别
n：1平方英寸视场中所包含的平均晶粒数(100X)。
1 高温转变产物 ——Fe、C均扩散 亚共析钢： F+P; 共析钢： P； 过共析钢： P+Fe3C
┗ 珠光体（Pearlite）类型
化学成分与晶格类型的转变均靠扩散实现 ——扩散类型
2 中温转变产物
——Fe不扩散，C部分扩散 α(C过饱和的）+Fe3C的机械混合物 ┗ 贝氏体类型( B) 化学成分的变化靠扩散实现 晶格类型的转变非扩散性 ——半扩散性
** 实际中由于CCT曲线测量难，可用TTT曲线代替CCT曲线作定性 分析，判断获得M的难易程度。
** 连续冷却的VC值是等温冷却C曲线中与鼻点相切的VC的1.5倍，故 可用等温冷却C曲线中VC代替或估算.
钢的珠光体转变
1 珠光体的组织形态

金属学与热处理
本课程将介绍金属学基础、金属热力学、金属相变、金属缺陷与强化、金属 热处理以及金属表面处理，让您掌握金属材料与加工的基本知识。
第一章 金属学基础
1
金属的组成
金属是由原子或离子通过共用自由电子结合而成，是导热、导电、延展、可塑性 极强的物质。
2
金属的晶体结构
金属是具有整齐排列、具有规律性的晶体结构。晶格是六面体密排结构。
3
金属的晶界和位错
晶界是晶体内部不同晶粒相交界面。位错是晶粒中原子或离子排列存在的缺陷。
第二章 金属热力学
热力学第一定律
能量可以从一种形式转换成 另一种形式，但能量总量不 变。
热力学第二定律
热量不会自己从低温转移到 高温物体，只有在做功或吸 收外界热量的情况下才可以。
热力学第三定律
在温度绝对零度的情况下， 能量变为零。
2 热处理设备
有固体加热炉、电阻炉、气体加热炉、水加热炉等。
3 热处理工艺控制
包括加热速度、加热温度、保温时间、冷却速度等控制参数。
第六章 金属表面处理
金属表面处理方法
包括化学处理、机械加工、电 化学处理、热处理、电镀等多 种方法。
金属表面处理工艺流程
表面清洁、表面活化、表面处 理、表面涂装等环节组成。
产生于晶体生长、切割、变形等过程中。
包括薄亚晶带、位错、蠕变加工硬化带。
3
面缺陷
是金属晶体的缺陷，其形状是哑铃、孔
强化机理
4
等。表现为晶界、裂纹等。
金属材料经过不同的加工或处理过程， 可以获得不同的强度、硬度、延展性等
性能。
第五章 金属的热处理
1 热处理工艺
是在一定的加热、保温和冷却条件下，对金属材料进行组织和性能控制的工艺。

举例说明
电子器件中的微型线圈需要采用真空 热处理来确保其导电性能和稳定性； 而医疗器械中常用的钛合金则需要通 过特殊的化学热处理来提高其耐腐蚀 性和生物相容性。
05
热处理设备与工艺控 制
热处理设备的分类与选择
热处理设备的分类
根据加热方式、用途和特点，热处理设备可分为多种类型，如电炉、燃气炉、 真空炉、感应炉等。
举例说明
飞机发动机中的涡轮叶片需要采用特 殊的热处理工艺来提高其高温强度和 抗疲劳性能；而医疗器械中常用的钛 合金则需要通过精细的热处理来确保 其生物相容性和力学性能。
功能金属材料的热处理
总结词
详细描述
功能金属材料具有特殊的物理和化学 性能，其热处理工艺对材料的性能具 有重要影响。
功能金属材料的热处理主要包括真空 热处理、化学热处理和磁场热处理等 工艺。这些工艺能够改变金属的表面 组织结构和化学成分，从而赋予材料 特殊的物理和化学性能。例如，磁性 材料需要进行磁场热处理来提高其磁 导率和磁感应强度；而超导材料则需 要通过真空热处理和化学热处理来确 保其超导性能。
气氛控制
对于某些热处理工艺，如渗碳、 渗氮等，需要控制炉内的气氛， 包括气体组成、压力和流量等， 以确保工件表面的质量。
热处理过程中的环境保护
减少能源消耗
采用先进的热处理技术和设备，提高能源利用率 ，减少能源浪费。
降低污染物排放
通过改进工艺和设备，降低热处理过程中产生的 有害物质排放，如废气、废水和固体废弃物等。
热处理过程中的相变
相变概念
金属在加热和冷却过程中发生的组织结构变 化，包括晶体结构的变化和相的分离。
相变机理
固态相变、液态相变和气态相变等。
相变类型
共析转变、包晶转变、固溶体脱溶等。

绪论
四、学习方法 前后联系，理论与实践、实验联系。 五、主要参考书 《金属学与热处理》崔忠圻主编（第1版） 六、金属材料及研究手段发展史简介
第一章 金属与合金的晶体结 构
【重点】1.金属晶体学的基本概念 2.金属中常见的三种晶体结构及特征参数 3.晶向及晶面指数的确定 4.合金相的结构及性能特征 5.晶体缺陷及其对金属材料性能的容】知识点1 金属原子间的结合 知识点2 金属的晶体结构 知识点3 合金相结构 知识点4 实际金属的晶体结构
第二节 金属的晶体结构
• 2、晶面及晶面指数(hkl)的确 定 • 晶面对面：在晶体中，由一系 列原子所组成的平面。
• 晶面指数的确定步骤：
• 1）设空间坐标（坐标原点设在 所求晶面外）； • 2）求截距； • 3）求截距的倒数； • 4）将截距的倒数化为最小整数 ； • 5）将最小整数列入圆括号中。
110 [ 110 ] [ 101 ] [ 011 ] [ 1 10 ] [ 1 01 ] [ 0 1 1 ] [ 1 1 0 ] [ 10 1 ] [ 01 1 ] [ 1 1 0 ] [ 1 0 1 ] [ 0 1 1 ]
111 [ 111 ] [ 1 11 ] [ 1 1 1 ] [ 11 1 ] [ 1 1 1 ] [ 1 1 1 ] [ 1 1 1 ] [ 1 1 1 ]
•
第二节 金属的晶体结构
• 三、三种典型的金属晶体结构 • 1、面心立方结构 • 例:γ -Fe Al Cu等
• 2、体心立方结构 • 例:α -Fe W Cr等
• 3、密排六方结构 • 例: Zn Mg Be等
4.晶体结构特征参数
2 a 4
3 a 4

降低汽车零部件的制造成本， 提高生产效率
提高汽车零部件的耐磨性、 耐腐蚀性和疲劳强度
提高汽车零部件的尺寸精度 和形状精度，保证其装配精
度和性能稳定性
热处理在航空航天工业的应用
提高材料强度和韧性
改善加工性能和焊接性能
改善疲劳性能和耐磨性
提高零件的尺寸稳定性和可靠性
提高耐腐蚀性和抗氧化性
延长零件的使用寿命和维护周期
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金属学及热处理PPT课 件
汇报人：
目录
01 02 03 04 05 06
添加目录项标题 金属学基础
金属的热处理原理 金属的热处理工艺 金属热处理的应用 金属热处理的未来发展
01
添加目录项标题
02
金属学基础
金属材料的分类
按照化学成分分类：铁、铜、铝、锌等 按照组织结构分类：单相、多相、复合等 按照性能分类：高强度、高韧性、耐腐蚀等 按照用途分类：建筑、汽车、航空、电子等
热处理工艺：包括加热速度、保温时间、冷却速度等
热处理效果：影响金属的力学性能、物理性能和化学性能
热处理的分类
退火：将金属加热到一定温度，保温一定时间 后冷却，以消除内应力，降低硬度，提高塑性 和韧性
正火：将金属加热到一定温度，保温一定时间后 冷却，以细化晶粒，提高硬度和强度
淬火：将金属加热到一定温度，保温一定时间后 快速冷却，以获得高硬度和高耐磨性
热处理与环境保护的结合
绿色热处理技术：采用环保材料和工艺，减少污染排放 节能减排：优化热处理工艺，降低能耗，减少碳排放 循环利用：回收利用废热、废气、废液等，实现资源循环利用 环保法规：遵守环保法规，确保热处理过程符合环保要求
热处理在智能制造领域的应用前景

教学内容 ---- 实验教学
实验一：金属的力学性能实验 实验二：铁碳合金平衡组织观察 实验三：钢的退火与正火 实验四：钢的淬火与回火
五、教材、学时安排与考核办法
教 材 : 金属学与热处理 丁建生 主 编 机械工业出版社
参考书：金属学与热处理原理 崔忠圻 主编 机械工业出版社
理论授课学时: 48学时 实验学时: 8学时 练习学时：8学时 考核办法：期末考试（开卷）70%+实验10%+平时
碳钎维合成奔驰公2019款 国产机战机改用复合材料
在材料的生产和使用方面我们
的祖先有过辉煌的成就。商周时 代青铜冶炼已达到相当大的规模， 能够铸造出875kg的司母戊鼎， 是商王朝晚期王室的青铜祭器。 它是世界青铜文化中最大的一件 青铜器。
到春秋战国时期已达到技术顶峰。著名的越王剑其 制造水平令今人惊讶! 到汉朝又发明了炒钢法，这是一 种古老的炼钢法。直到世界工业革命之前，我国的材料 生产和应用一直处于世界领先地位。
按物质结构分有：金属材料，无机非金属材料，有 机高分子材料，复合材料等；
按用途分有结构材料，功能材料等。
本教材主要涉及的是机械工程材料，并按物质结构 及用途进行简明阐述。在机械工程材料中金属材料目 前仍是最主要的材料。尤其是钢铁材料在机械工程中 仍占首要地位。本书重点阐述的内容仍放在钢铁材料 方面。
（考勤+作业+问答）20%
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课题二 材料的拉伸性能
1.1 前言 1、拉伸性能:
通过拉伸试验可测材料的弹性、强度、延性、应变 硬化和韧度等重要的力学性能指标，它是材料的基本力 学性能。
2、拉伸性能的作用、用途：
a.在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设计的主要 依据之一。

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A. 形核时的能量变化
在一定的过冷度下，液体中若出现固态晶核，该 区域的能量变化包括两个方面：
1）液体结晶为固体时体积自由能的下降V△Gv 2）新增晶核的界面自由能σS
因此总的吉布斯自由能变化量为： DG=VDGv+sS
V：晶核体积； σ：界面能；S：晶核的表面积
Δ2G021v/5：/21 单位体积内固液吉布斯自由能之差
a. =18033o
cosθ = (σLB- σSB)/ σLS，当σSB越小时，σLB便越接近于σLS， cosθ才能越接近于1。即固态质点与晶核的表面能越小， 对形核的催化效应越明显。
而表面能与晶体结构有关，两个相互接触的晶体结构越近 似，它们之间的表面能就越小，越有利于促进形核。
在铸造过程中，浇铸前往往加入形核剂，增加形核率， 以达到细化晶粒的作用。
令 20d 21(/5D /2G 1 )=0
dr
可
以rk得 =D 2G s 到 V D G 非 =D G 均 •23co 4+ sc32
o 3 s
B. 形核率
DG 非 =DG 均 •23co 4+ sco 3s
当θ=0时， DG非=0，说明不需要形核功，液相中的固相杂质质
点就是现成的晶核，可在其上直接结晶长大。
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r0 rc
24
部给来面在 分，补能这 为即偿不个 形需，能半 核要不完径 功对足全范 。形的由围
核部体内 作分积， 功，自晶 ，需由核 故要能形 称另的成 不外下的 足供降表
2021/5/21
r0 rc
25
D G=3 4r3D G v+4r2s
r
=

❖ （一）金属材料的物理性能是指金属材料在重力、温度、电 磁等物理作用下表现出的性能。包括：密度、熔点、导电性、 导热性、热膨胀性、导磁性等。
❖ 1、密度：是物体的质量与其体积的比值。 ❖ 2、熔点、是指金属材料从固态转变为液态的转变温度。 ❖ 3、导电性：是指金属传导电流的能力。 ❖ 4、导热性：是指金属传导热量的能力。 ❖ 5、热膨
k
Ak So
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*五、金属疲劳概念
由于所承受的载荷为交变载荷，零件承受的应力虽 低于材料的屈服强度，但经过长时间的工作后，仍会产 生裂纹或突然发生断裂。金属这样的断裂现象称为疲劳 断裂。金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力 称为疲劳强度。疲劳极限用符号R－1表示。
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二、金属材料的物理和化学性能
一种与外力相对抗的力，称为内力。 3．应力 应力——假设作用在零件横截面上的内力大小均匀分布，单位横截面积上的内力。
δδδ
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（2）、强度指标
（1）屈服极限——当材料产生屈服现象时的应力，它表示在材料产生明显 塑性变形时的最低应力。
（2）抗拉强度（强度极限）——是试样在拉断前所承受的最大应力。
抗拉强度越大，表示材料抵抗断裂的能力越大，即强度越高，它是设计、
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四、冲击韧性
冲击韧性——金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能 力。材料的冲击韧性用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。
断裂韧性——当外力应力或裂纹尺寸增加到一定值时， 裂纹突然快速扩展，最终使材料脆断，这个应力强度因子的 临界值，称为断裂韧性。
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冲击试样
冲击实验
试样从一定高度被击断后，缺口处单位横 截面面积上吸收的功，即表示冲击韧度值。
能的要求。它包括铸造性能、锻造性能、切削加工性能和焊接性能、热处