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电子课件-《金属材料与热处理(第七版)》-A02-3668 第六章

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金属材料及热处理知识第6章

金属材料及热处理知识第6章

3.热处理及性能
合金调质钢的最终热处理为调质处理，对于某些受冲击的表面耐 磨零件，也可在调质后进行表面淬火并低温回火，或调质后氮化处理。 而对于大截面的碳素调质钢零件，往往使用正火代替调质处理。
第六章 低合金钢与合金钢
第四节 合金结构钢
表6-3 常用合金调质钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能及用途 (摘自GB/T 3077-1999)
2.牌号表示及常用钢号 牌号前用字母“G”表示滚动轴承钢的类别，后附元素符号Cr和其
平均含量的千分数及其他元素符号。常用滚动轴承钢的牌号、化学成 分、热处理工艺及用途见表6-5。
3.热处理
预先热处理为球化退火，最终热处理是淬火和低温回火。
第六章 低合金钢与合金钢
第四节 合金结构钢
表6-5 常用滚动轴承钢的牌号、化学成分、热处理工艺及用途
3.热处理及性能
合金渗碳钢零件的预先热处理为正火，最终热处理一般是渗碳后 淬火加上低温回火。
第六章 低合金钢与合金钢
第四节 合金结构钢
表6-2 合金渗碳钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能及用途 （摘自GB/T 3077-1999）
第六章 低合金钢与合金钢
第四节 合金结构钢
表6-2 合金渗碳钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能及用途（续）
第六章 低合金钢与合金钢
第四节 合金结构钢
五、高锰耐磨钢
1. 化学成分
高锰耐磨钢的含碳量高，碳的质量分数w(C)=0.9%～1.45%，锰的 质量分数w(Mn)=11%～14%。
2.牌号表示及常用钢号 牌号由字母“ZG”（表示铸钢）后附元素符号Mn及其含量百分数
表示。
3.热处理
将钢加热到1 000～1 050℃高温，保温一段时间，使钢中碳化物 全部溶入奥氏体中，然后在水中快冷，使碳化物来不及析出，得到单 相奥氏体组织。

金属材料与热处理教材说课PPT课件

金属材料与热处理教材说课PPT课件

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19
2、案例分析 在教学中运用大量案例进行分析，通过案例教学使学生真正理解金属材料选取
和合理选择热处理工艺在机械加工制作工作中、在生产各行业的作用，知道金属材 料与热处理在具体应用时要遵循的原则和灵活性，体现了这门课的实践性。
3、课堂讨论 课堂讨论也是本课程常用的一种教学方法，为了使学生更为主动的学习，更为
考核学生学习成绩应加强平时训练与考察。 采用多级测评，平时学习与作业等占总成绩的40%；期 末考试（闭卷）占总成绩的60%。 由于平时的训练和考察加强了，因而在课程教学期间 学生能投入其中，较牢固地掌握所学知识。
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11
1.利用多媒体教室教学
通过多媒体让学生能比较形象的观察一些图片。
五.教学保障条件
一、课程的产生及依据
主要 内容
二、课程的地位和作用 三、课程的教育目标 四、教学内容、方法及考核
五、教学保障条件
六、教学模块展示
.
1
公共基础课程
企业 调研
毕业 调研
一.培养目标及就业岗位课程知识、能力、素质的产生课程体系 及依据专专专业业业基核拓础心展课课课程程程
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2
1.课程的地位
二.课程的地位专和业提作升课用程 ……
（4）具有对典型机械零 件进行合理选材、合理选 择毛坯种类及安排热处理 工序的能力
理论知识的实际应用
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6
三 素质目标
（1）培养学生的沟通能力及团队协作精神。 （2）培养学生分析问题、解决问题的能力。 （3）良好的职业道德和吃苦耐劳的精神。
（4）培养学生的质量、成本、安全意识。
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解基 于 企 业 文 化 的 综 合 素 质 分
7
1.教学内容

第六章 淬火与时效(1)

第六章 淬火与时效(1)

为塑性提高，虽然强度有下降）。
3. 与铸造态合金比较：塑性提高。铸态组织（第二相）
MSE___材料科学与工程学院
中南大学
c. 固溶处理的应用
金属材料热处理
1.目的：获得过饱和固溶体(尽可能使基体成分均匀)。
热处理强化铝合金中常用
2.在某些合金如QBe 、Cr18Ni9钢等可作为冷变形前的软化处 理（中间退火）。
中南大学
金属材料热处理
Note:
At the early stage of formation of G.P zone, the clustering sequence is changeable, e.g. in the Al-Mg-Si alloys. The general sequence is as follows: Through Atomic Probe Field Ion Microscopy-(APFIM) Clusters of Si atoms Clusters of Mg atoms
金属材料热处理
列
G.P（spheric）→’（flake） →（Ag2Al） G.P（pole） → ’’→ → ’→ (Mg2Si) G.P（plate）→’’（plate）→ ’ → (CuAl2)
Cu
Fe Ni
Cu-Be
Fe-C (pure Fe) Ni-Cr-Al-Ti
G.P（plate）→’ →(2)（CuBe）
分解驱动力：体积Gibbs能之差。
分解阻力： 梯度能：化学键失去平衡导致能量增加。浓度梯度 应变能：成分分离必然引起晶格常数变化从而导致共格应变能。
MSE___材料科学与工程学院
中南大学 G T
2’
2

工程材料-第六章_钢的热处理ppt课件

工程材料-第六章_钢的热处理ppt课件

第六章 钢的热处理－§6.3 钢在冷却时的转变
2.按热处理在工件生产过程中的位置和作用不同分类
预备热处理：为随后的加工或热处理作准备
热处理工艺
最终热处理：赋予工件所需的力学性能
举例：
零件的典型加工工艺路线：
毛坯
（锻件）
预备热处理
（退火、正火）
机加工
（车削）
最终热处理
（淬火、回火）
精加工
（磨削）
第六章 钢的热处理－§6.1 热处理的基本概念
四、钢的临界转变温度（Critical Temperature of Steels）
②相界处晶格畸变较大，原子排列不规 则，有利于获得奥氏体的fcc结构要求。
③相界处碳浓度相差较大，有利于获得 A形核所需的碳浓度要求。
FA Fe3C
A形核
第六章 钢的热处理－§6.2 钢在加热时的转变
2.奥氏体的长大
A晶核形成后,将通过F→A转变和Fe3C溶 入A的过程不断长大。
分析：
AF Fe3C
冷 却
却
时间
➢ 等温冷却（Isothermal Cooling）
将A快速冷至临界温度以下某一温度，使A在该温度下转变成其他组 织，然后再冷却至室温。
➢ 连续冷却（Continuous Cooling）
A在逐渐降温至室温的过程中转变成其他组织。
第六章 钢的热处理－§6.3 钢在冷却时的转变
一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程 过冷奥氏体（Undercooling Austenite）：
s0＝0.60～1.0m，形成温度为Ar1～650C
➢ 索氏体（Sorbite） 符号：S
s0＝0.25～0.3m，形成温度为650C～600C

《金属材料与热处》PPT课件_OK

《金属材料与热处》PPT课件_OK
金属材料与热处理
主编
2021/9/3
1
课题5 金属材料的表面处理
• 课题引入 课题说明 课题目标 5.1 金属材料表面处理概述 5.2 表面淬火 5.3 表面化学热处理技术 5.4 化学氧化与磷化处理 5.5 电镀技术 5.6 表面气相沉积技术 5.7 其他表面处理技术 5.1 思考题
2021/9/3
2021/9/3
11
３.火焰淬火操作要点及注意事项
•(１)对被淬火表面预先进行认真清理和检查，淬火部位不允许有脱碳层、氧化皮、 气孔、砂眼和裂纹等缺陷。 (２)根据零件淬火部位及技术要求选择合适的喷嘴。 (３)在淬火前零件一般应进行预备热处理，如正火或调质处理，以保证零件心部的 强度和韧性。 (４)合理调整氧、乙炔混合气。 (５)火焰淬火温度比普通淬火温度要高，一般取880～950℃。 (６)合理选择淬火介质。 (７)工作结束后，先关断氧气，再关断乙炔，等熄灭后再开少量氧气吹出烧嘴中剩 余气体，最后再关掉氧气。 (８)工件淬火后必须立即回火，以消除应力，防止开裂。
2021/9/3
32
5.3.4 渗硼技术
•２.液体渗硼 • •盐浴渗硼是利用硼砂作为供硼源，无水硼砂（N 2B 4O 7）在高温熔融状态和 还原剂作用下，有活性硼原子产生。在高温下游离状态的活性硼原子，被工件表面 吸附，与铁原子生成硼化物eB和e 2B。盐浴渗硼多采用坩埚电阻炉，而且多是自
•渗硼温度为〖WTBZ〗900～1000℃〖WTBZ〗，时间为4～6h。盐浴配制完成后加 热到渗硼温度，保温0 5h，再搅拌一次，方可放入渗硼工件。渗硼工件要吊装在 坩埚内，每隔0 5～1h将工件适当地移动，以保证渗硼层均匀。达到渗硼保温时间 后，即可出炉。不需淬火的工件从盐浴中取出，空冷，由于有粘在工件上的盐浴液 保护，渗硼层不致损坏。需要淬火的工件应立即转入中性盐浴中加热，然后淬火。

金属材料与热处理第六章答案

金属材料与热处理第六章答案

1 滑移与孪生的区别及它们在塑性变形过程中的作用。

答：滑移与孪生的区别：（1）滑移是晶体两部分发生相对滑动，不改变晶体位向，孪生是晶体一部分相对另一部分发生均匀切变，发生位向的改变，孪生面两侧原子呈镜面对称。

（2）滑移面上的原子移动的距离是原子间距的整数倍，而孪生方向移动的原子不是原子间距的整数倍。

（3）滑移是个缓慢的过程，孪生产生速度极快。

（4）滑移是在晶体内各晶粒内部产生不均匀，而孪生在整个孪生区内部都是均匀的切变。

作用：晶体产生塑性变形过程主要依靠滑移机制来完成的；孪生所需的临界应力要高很多，对塑性变形的贡献比滑移小得多，但孪生改变了部分晶体的空间取向，使原来处于不利取向的滑移系转变为新的有利取向，激发晶体滑移。

2面心立方、体心立方、密排六方金属的主要塑性变形方式是什么？温度、变形速度对其有何影响？铝、铁、鎂中哪种金属的塑性最好？哪种最差？答：面心立方、体心立方有较多的滑移系，塑性变形以滑移为主，而密排六方金属对称性低，滑移系少，塑性变形方式主要是孪生。

变形温度越高，滑移越容易，孪生产生的几率越小，反之变形温度越高，滑移越困难，产生孪晶的几率越大。

变形速度越大，滑移常来不及产生足够大的变形，因此导致切应力增大，产生孪晶的几率也增大。

铝为面心立方结构、铁为体心立方结构、镁为密排六方结构，因此铝的塑性最好，镁的塑性最差。

3绘图说明常见fcc、bcc结构金属的滑移系有哪些？这两种晶体结构的密排面、密排方向是哪些？与滑移系之间有何关系？答：FCC晶格：滑移面就是最密排面：｛111｝包括(111), (111), (111), (111);滑移方向就是最密排方向：〈110〉每个滑移面上有三个，如图中箭头所示。

一个滑移面与滑移面上的一个滑移方向构成一个滑移系，因此滑移系数: 4×3=12BCC晶格：滑移面：｛110｝(110), (011), (101), (110), (011), (101)共6个滑移方向：〈111〉，每个滑移面上两个，如图箭头所示。

《金属材料及热处理》课件

《金属材料及热处理》课件
金属材料的耐磨性能提升
热处理：通过加热和冷却，改变金属材料的微观结构，提高耐磨性
合金化：添加其他元素，形成合金，提高耐磨性
表面处理：如电镀、喷涂、涂层等，提高耐磨性
结构设计：优化金属材料的形状和尺寸，提高耐磨性
05
金属材料的应用领域
航空航天领域
飞机制造：铝合金、钛合金、不锈钢等金属材料广泛应用于飞机制造
热处理的应用
提高金属材料的强度和硬度
改善金属材料的塑性和韧性
消除金属材料的内应力和变形
提高金属材料的耐磨性和耐腐蚀性
改善金属材料的表面质量和尺寸精度
提高金属材料的使用寿命和可靠性
04
金属材料的性能改善
金属材料的强度提升
热处理：通过加热和冷却改变金属的微观结构，提高强度
合金化：通过添加其他元素形成合金，提高强度
03
淬火是将金属材料加热到一定温度后迅速冷却，使材料内部形成马氏体组织，提高硬度和耐磨性
04
回火是将淬火后的金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使马氏体组织转变为回火马氏体，降低硬度和脆性，提高韧性和塑性
05
正火是将金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使材料内部组织均匀化，提高塑性和韧性
06
退火是将金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使材料内部组织软化，降低硬度和脆性，提高塑性和韧性
热处理工艺流程
加热：将金属材料加热到预定温度
保温：保持金属材料在预定温度下保温一段时间
冷却：将金属材料冷却到室温或低于室温
回火：将金属材料加热到一定温度后冷却，以消除内应力，提高韧性和塑性
淬火：将金属材料加热到一定温度后快速冷却，以获得高硬度和耐磨性
退火：将金属材料加热到一定温度后缓慢冷却，以消除内应力，提高塑性和韧性
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与碳素钢相比，在相同的回火温度下，合金钢比相同 含碳量的碳素钢具有更高的硬度和强度。在强度要求相同 的条件下，合金钢可在更高的温度下回火，以充分消除内 应力，使其韧性更好。
高的回火稳定性使钢在较高温度下仍能保持高硬度和 高耐磨性。金属材料在高温下保持高硬度的能力称为红硬 性，这种性能对一些工具钢具有重要意义。
等微合金元素，形成碳氮化合物粒子进行强化，同时通 过微合金元素的细化晶粒作用，获得较高的强度。 2.锅炉、压力容器用低合金钢
压力容器绝大多数由钢板拼焊而成，在制造过程中
压力容器钢板要经受冷、热加工，所以要求压力容器钢 板具有良好的工艺性能，并且具有一定强度和足够的韧 性，以保证在正常工作条件下承受外载荷而不发生脆性 破坏。
§6-2 低合金钢与合金钢的分类和牌号
一、低合金钢与合金钢的划分
低合金钢与合金钢是按所含合金元素的质量分数来划分的。
二、低合金钢的分类(GB/T13304.2—2008)
1.按质量等级分类 (1)普通质量低合金钢 (2)特殊质量低合金钢 (3)优质低合金钢 2.按主要性能及使用特性分类
低合金钢按主要性能及使用特性分类，可分为可焊接
耐磨钢主要应用于巨大压力和强烈冲击载荷作用下工作 的零件，如起重机和拖拉机的履带、挖掘机铲斗的斗齿、碎 石机的颚板、铁路道岔、防弹钢板等。
耐磨钢制成的产品
一、不锈钢
不锈钢主要指在空气、水、盐水溶液、酸及其他腐蚀 性介质中具有高度化学稳定性的钢，又称不锈耐酸钢。只 能抵抗大气腐蚀的钢是一般不锈钢，而在一些化学介质(如 酸类)中能抵抗腐蚀的钢称为耐酸钢。一般不锈钢不一定耐 酸，而耐酸钢大都具有良好的耐腐蚀性能。
常用的不锈钢按化学成分可分为铬不锈钢、铬镍不锈钢 和铬锰不锈钢等，按金相组织特点又可分为奥氏体不锈钢、 马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。
活中无处不在。这些塑料制品大都是通过塑料模具压注出来 的。
塑料制品与塑料模具
三、合金量具钢
量具是测量工件尺寸的工具，如游标卡尺、量规和样 板等。它们的工作部分一般要求具有高硬度、高耐磨性、 高的尺寸稳定性和足够的韧性。
量规和样板
§6-6 特殊性能钢
具有特殊的物理性能和化学性能的钢称为特殊性能钢。
常用的提高淬透性的合金元素主要有钼、锰、铬、镍 和硼等，如微量的硼(0.0005%~0.003%)能明显提高钢的淬 透性。
五、提高钢的回火稳定性
淬火钢在回火时抵抗软化的能力称为钢的回火稳定性。 合金钢在回火过程中，由于合金元素的阻碍作用，使马氏 体不易分解，碳化物不易析出，即使析出后也不易聚集长 大，从而保持较大的弥散度，所以钢在回火过程中硬度下 降较慢。
高速钢成形刀具
二、合金模具钢
1. 冷作模具钢 冷作模具钢用于制造使金属在冷状态下变形的模具，
如冲裁模、拉丝模、弯曲模、拉深模等。
冲裁模
2. 热作模具钢 热作模具钢用于制造使金属在高温下成形的模具，如
热锻模、压铸模、热挤压模)等。
热锻模、压铸模和热挤压模
3.塑料模具钢 从儿童玩具到我们每天使用的生活用品，塑料制品在生
合金渗碳钢的应用
二、合金调质钢
合金调质钢用于制造一些受力较复杂的，要求具有良 好的综合力学性能的重要结构件。
三、合金弹簧钢
合金弹簧钢的含碳量一般为0.45%~0.70%。若含碳量过 高，则塑性和韧性降低，疲劳极限也会下降。合金弹簧钢中 可加入的合金元素有锰、硅、铬、钒和钨等。加入硅、锰主 要是提高钢的淬透性，同时提高钢的弹性极限，其中硅的作 用最为突出。但硅元素含量过高易使钢在加热时脱碳，锰元 素含量过高则易使钢产生过热。因此，重要用途的弹簧钢必 须加入铬、钒、钨等，它们不仅使钢材具有更高的淬透性， 不易过热，而且可在高温下保持足够的强度和韧性。
第六章 低合金钢与合金钢
§6-1 合金元素在钢中的作用
一、强化铁素体
大多数合金元素(除铅外)都能溶于铁素体，形成合金铁 素体。由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异会引 起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用，因而会使合金钢 中铁素体的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。有些合金元 素对铁素体韧性的影响与它们的含量有关，如Si<1.00%， Mn<1.50%时，铁素体的韧性没有下降，当含量超过此值时， 则 韧 性 有 下 降 的 趋 势 ; 而 铬 和 镍 在 适 当 范 围 内 (Cr≤2.0% ， Ni≤5.0%)，在明显强化铁素体的同时，还可使铁素体的韧性 提高，从而提高合金钢的强度和韧性。
3.铁道用低合金钢 铁道用低合金钢主要用于制造铁路钢轨、铁路用辗
钢整体车轮等。 4.矿用低合金钢
矿用低合金钢主要用于制造煤机、矿用结构件等。
§6-4 合金结构钢
合金结构钢主要指机械结构用合金钢，它主要用于制 造机械零件，如轴、连杆、齿轮、弹簧、轴承等。
一、合金渗碳钢
合金渗碳钢经渗碳+淬火+低温回火的典型热处理后， 便具有“外硬内韧”的性能，用于制造既具有优良的耐磨 性和耐疲劳性，又能承受冲击载荷的零件。
低合金钢的应用
一、低合金高强度结构钢
二、低合金耐候钢
低合金耐候钢是在低碳非合金钢的基础上加入少量铜、 铬、镍等合金元素，使钢表面形成一层保护膜的钢。为了进 一步改善耐候钢的性能，还可再添加微量的铌、钒、钛、钼、 锆等其他能增强耐大气腐蚀性能的合金元素。
三、低合金专用钢
1.汽车用低合金钢 它是在低碳钢中，通过单一或复合添加铌、钛、钒Leabharlann 四、低合金钢与合金钢的牌号
五、钢铁及合金牌号统一数字代号体系
(GB/T17616—2013)
钢铁及合金牌号统一数字代号体系，简称“ISC”，它 规定了钢铁及合金产品统一数字代号的编制原则、结构、分 类、管理及体系表等内容。
§6-3 低合金钢
低合金钢是在碳素结构钢的基础上加入了少量(一般总合 金元素的质量分数不超过3%)的合金元素而得到的。由于合金 元素的强化作用，低合金钢比碳素结构钢(含碳量相同)的强度 要高得多，并且具有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性和焊接性 能。 低合金钢广泛用于制造工程构件。
四、滚动轴承钢
滚动轴承钢主要用于制造各种滚动轴承的内、外圈 及滚动体。
滚动轴承及构件
§6-5 合金工具钢
合金工具钢按用途可分为合金刃具钢、合金模具钢和 合金量具钢。
一、合金刃具钢
合金刃具钢主要用于制造车刀、铣刀、钻头等各种金 属切削刀具。合金刃具钢要求具有高硬度、高耐磨性、高 热硬性及足够的强度和韧性等。
合金刃具钢的应用
1. 低合金刃具钢
2. 高速钢 高速钢是一种具有高红硬性、高耐磨性和足够强度的
合金工具钢。钢中含有较多的碳(0.7%~1.5%)和大量的钨、 铬、钒、钼等强碳化物形成元素。
高速钢常用于制造切削速度较高的刀具(如车刀、铣 刀、钻头等)和形状复杂、载荷较大的成形刀具(如齿轮铣 刀、拉刀等)。
二、耐热钢
耐热钢是指在高温下具有良好的化学稳定性和较高的
强度，能较好地适应高温条件的特殊性能钢。钢的耐热性 包含高温抗氧化性和高温强度两个指标。在高温下具有抗 高温介质腐蚀能力的钢称为抗氧化钢;在高温下仍具有足够 力学性能的钢称为热强钢。耐热钢是抗氧化钢和热强钢的 总称。
三、耐磨钢
耐磨钢指在巨大压力和强烈冲击载荷作用下能发生硬化 的高锰钢。
三、细化晶粒
几乎所有的合金元素都有抑制钢在加热时奥氏体晶
粒长大的作用，达到细化晶粒的目的。强碳化物形成元 素铌、钒、钛等形成的碳化物，以及铝(Al)在钢中形成 的AlN 和Al2O3，均能强烈地阻碍奥氏体晶粒的长大，使 合金钢在热处理后获得比碳素钢更细的晶粒。
四、提高钢的淬透性
除钴外，所有的合金元素溶解于奥氏体后，均可增加 过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，使C形曲 线右移，从而减小钢的淬火临界冷却速度，提高钢的淬透 性。
的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢筋钢、 铁道用低合金钢、矿用低合金钢和其他低合金钢。
三、合金钢的分类(GB/T13304.2—2008)
1.按质量等级分类 (1)优质合金钢 (2)特殊质量合金钢 2.按主要性能及使用特性分类 (1)工程结构用合金钢 (2)机械结构用合金钢 (3)不锈、耐腐蚀和耐热钢 (4)工具钢 (5)轴承钢 (6)特殊物理性能钢 (7)其他 如焊接用合金钢等。
二、形成合金碳化物
1. 合金渗碳体 锰、铬、钼、钨等弱、中强碳化物形成元素倾向于形
成合金渗碳体。合金渗碳体较渗碳体略稳定，硬度也略高， 但明显提高低合金钢的强度。 2. 特殊碳化物
钒、铌、钛等强碳化物形成元素能与碳形成特殊碳化
物。特殊碳化物比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度和耐 磨性，而且更稳定，不易分解。当钢中的特殊碳化物呈弥 散分布时，将显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而不降 低其韧性。