金属材料及热处理PPT课件

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”。

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。

随炉缓慢冷却到室温的热处理工艺。▪ （也叫均匀化退火。）
▪ 目的 ▪ 均匀钢内部的化学成分，消除偏析。
▪ 适用情况 ▪ 主要于铸造后的高合金钢。
5.去应力退火
▪ 概念
▪
为了消除由于变形加工以及铸造、焊接过程引起的
残余内应力而进行的退火称为去应力退火。
▪ 退火温度 ▪ 不超过Ac1，一般500～650℃。
▪
让其中的碳化物球化（粒化）和消除网状的二
次渗碳体。（因此叫做球化退火。）
▪ 适用钢种 ▪ 主要适用于共析或过共析的工模具钢
T10钢球化退火组织 ( 化染 ) 500
4.扩散退火（均匀化退火）
▪ 概念
▪
将工件加热到略低于固相线的温度（亚共析钢通常
为1050℃～1150℃），长时间（一般10～20h）保温，然后
40min，然后迅速放在端淬试验台上喷水冷却。
未淬透钢 淬透钢
a) 全淬透
b) 未淬透
四、钢的回火
▪ 什么是回火？ 后再淬冷火却后到再室将温工的件一加种热热到处A理c1工温艺度。以下某一温度，保温
一般是紧接淬火以后的热处理工艺。
▪ 淬火后回火目的 ◆降低或消除内应力，以防止工件开裂和变形； ◆ 减少或消除残余奥氏体，以稳定工件尺寸； ◆调整工件的内部组织和性能，以满足工件的
➢ 由于感应加热速度快，奥氏体晶粒不易长大，淬火后获得非 常细小的隐晶马氏体组织，使工件表层硬度比普通淬火高2HRC ～3HRC，耐磨性也有较大提高。
➢ 表面淬火后，淬硬层中马氏体的比体积较原始组织大，因此 表层存在很大的残余压应力，能显著提高零件的弯曲、抗扭疲 劳强度。小尺寸零件可提高2～3 倍，大尺寸零件可提高20%～ 30%。
▪ 适用钢材 中碳钢（消除魏氏组织、晶粒粗大、带状组织等）

第1节 纯铁、铁碳合金的相结构及其性能
一、纯铁的同素异构转变 二、Fe-Fe3C合金的相结构及其性能
1.纯铁的的同素异构转变
•纯铁的冷却曲线上有三种同素异构体，如图5-1 所示。液态纯铁（L）在1538℃时开始结晶出具 有体心立方晶格的δ-Fe；继续缓冷到1394℃时δFe开始转变为具有面心立方晶格的γ-Fe；再冷却 到912℃时又由γ-Fe转变为α-Fe
• 抗拉强度σb =180~280MPa • 屈服点σs=100~170MPa
• 伸长率δ×100 30~50%
• 断面收缩率ψ×100
70~80%
• 冲击韧度ak = 160~200J/cm2
• 硬度
~80HBW
铁素体在770℃以下具有磁性，在
770℃以上则失去铁磁性。
2.奥氏 ( A )
碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体。
•共晶白口铸铁的室温组织是渗碳体和珠 光体组成的机械混合物 （P+Fe3CⅡ+Fe3C），称为低温莱氏体， 用符号L´d表示。
•（二）亚共晶白口铸铁的组织转变
•参考图5-12，亚共晶白口铸铁（WC＞ 2.11~＜4.3%），液态合金缓冷至1处的亚 共晶白口铸铁组织为（A+Ld）。
•在点1~点2之间缓冷时，奥氏体含碳量沿 ES线而减少，因此，从奥氏体（包括Ld中 的A）中不断以Fe3CⅡ形式析出碳，这个 温度区域的组织是（A+ Fe3CⅡ+Ld）。 •再冷却到点2处，奥氏体含碳量降到共析 点S（WC=0.77％）发生共析转变，所有的 奥氏体都转变为珠光体（P）；再冷却到 点2以下直到室温，亚共晶组织不再转变。
PSK（A1）。 • 两个重要转变: • 共晶转变反应式 • 共析转变反应式 • 二个重要温度:共晶转变温度 1148 ℃ 、共析

4.2 二元合金相图
4.2.1 二元合金相图的表示方法 4.2.2 二元合金匀晶相图分析 4.2.3 二元合金共晶相图分析
4.2.1 二元合金相图的表示方法
合金相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温 度和成分之间的关系，简称相图或状态图。
它是了解合金中各种组织的形成与变化规律的有效工 具，是合金在极缓慢冷却、接近平衡条件下测绘的，又 称平衡图。
a)间隙固溶体 b)置换固溶体 溶质原子对晶格畸变影响示意图
4.1.3 金属化合物
合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质 称为金属化合物。
金属化合物可用化学分子式来表示。金属化合物的晶格类 型不同于任一组元，一般具有复杂的晶格结构，其性能具有 “三高一稳定”的特点，即高熔点、高硬度、高脆性和良好 的化学稳定性。
相：合金中化学成分、结构相同的组成部分称为相，相与 相之间具有明显的界限。
合金的组织是指合金中不同相之间相互组合而成的综合 体 。各相的数量、形状、大小及分布方式的不同形成了 合金组织。
4.1.2 固溶体
固溶体：一种组元的原子溶入另一组元的
晶格中所形成的均匀固相，称为固溶体。溶入
的元素称为溶质，而基体元素称为溶剂。固溶
1点以上
1～2点
2～3点
共析钢结晶示意图
3点以下
珠光体显微组织
2. 亚共析钢的结晶过程分析
亚共析钢（含碳量0.0218%＜C＜0.77%）的冷却过程如 图4-15结晶出奥氏体，到2点时结晶完毕。在2点到3点之 间，奥氏体组织不发生转变；冷却到与GS线相交的3点时， 从奥氏体中开始析出铁素体。当温度降至与PSK线相交的 4点时，剩余奥氏体的含碳量达到0.77%，此时奥氏体发 生共析转变，转变为珠光体。亚共析钢室温组织由珠光体 P和铁素体F组成。

有色金属材料主要包括铝、铜、锌、镍、钛等，可以根据其特性应用于不同的 领域。
有色金属材料的用途
铝及铝合金广泛应用于航空、建筑、包装等领域；铜及铜合金用于电力、电子、 建筑等领域；其他有色金属材料也各自在工业、科技、生活中发挥重要作用。
其他金属材料的分类与用途
其他金属材料的分类
除了钢铁和有色金属外，还有一些稀 有金属和贵金属，如金、银、铂等。
培养学生的创新思维和解决问 题的能力。
课程内容
金属材料的性能特点
包括力学性能、物理性能和化学性能等。
金属材料的应用
介绍不同金属材料在工业、建筑、交通等领 域的应用。
金属材料的分类
如钢铁、有色金属、贵金属等。
金属热处理原理及技术
包括加热、冷却、保温等工艺过程及对金属 材料性能的影响。
02
金属材料的性质
生物医用金属材料
具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，在医疗器械、 人工关节等领域有广泛应用。
热处理工艺的改进与创新
真空热处理
01
可有效防止金属材料的氧化和脱碳，提高热处理质量，降低能
耗。
激光热处理
02
具有高能量密度和快速加热冷却的特点，可实现金属材料的快
速熔凝和表面强化。
化学热处理
03
通过化学反应改变金属材料的表面成分和组织结构，提高其耐
04
金属材料的分类与用途

钢铁材料的分类与用途
钢铁材料的分类
钢铁材料主要分为生铁、铸铁和 钢三大类，其中钢又可以根据碳 含量和其他合金元素进一步细分 。
钢铁材料的用途
钢铁材料广泛应用于建筑、机械 、交通、能源等各个领域，是现 代工业和基础设施建设的支柱材 料。
有色金属材料的分类与用途