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金属材料与热处理-2

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2、金属材料与热处理---钢铁热处理

2、金属材料与热处理---钢铁热处理

A1以下的某温度保温适当
时间后，置于空气或水中 冷却的工艺。

螺杆表面的 淬火裂纹
1、回火的目的 ⑴减少或消除淬火内应力,
防止变形或开裂。

⑵获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回 火可调整硬度、韧性。

⑶稳定尺寸。淬火M和A’都是非平衡组织，有自发向平衡组
织转变的倾向。回火可使M与A’转变为平衡或接近平衡的组 织，防止使用时变形。
● <0.6%C时，组织为F+S；
● 0.6%C时，组织为S 。
正火温度
正火 实质上是完全退火 的变相形式，只不过 把退火炉内缓冷改为 空冷而言。 正火表示方法为Z。
正火温度


2、正火的目的
⑴ 对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同。 ⑵ 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作 组织准备。 ⑶ 普通件最终热处理。

下保温，使珠光体中的渗
碳体球化后出炉空冷。

主要用于共析、过共析钢。

球化退火的组织为铁素体基体上 分布着颗粒状渗碳体的组织，称 球状珠光体, 用P球表示。

对于有网状二次渗碳体的过共析 钢，球化退火前应先进行正火，
以消除网状.
球状珠光体

⑷ 去应力退火 将工件缓慢加热（100～150 ℃/小 时）到500~600℃ ，经过一段保温 后，随炉缓慢冷却到300~200 ℃以 下，再出炉空冷。 主要目的：1．消除内应力、稳定 尺寸、减少加工和使用过程中的变
实际加热或冷却时存在着过冷 或过热现象，因此将钢加热 时的实际转变温度分别用
Ac1、Ac3、Accm表示;冷却
时的实际转变温度分别用 Ar1、Ar3、Arcm表示。

《金属材料与热处理》课后习题答案

《金属材料与热处理》课后习题答案

第1章金属的结构与结晶一、填空：1、原子呈无序堆积状态的物体叫，原子呈有序、有规则排列的物体称为。

一般固态金属都属于。

2、在晶体中由一系列原子组成的平面，称为。

通过两个或两个以上原子中心的直线，可代表晶格空间排列的的直线，称为。

3、常见的金属晶格类型有、和三种。

铬属于晶格，铜属于晶格，锌属于晶格。

4、金属晶体结构的缺陷主要有、、、、、和等。

晶体缺陷的存在都会造成，使增大，从而使金属的提高。

5、金属的结晶是指由原子排列的转变为原子排列的过程。

6、纯金属的冷却曲线是用法测定的。

冷却曲线的纵坐标表示，横坐标表示。

7、与之差称为过冷度。

过冷度的大小与有关，越快，金属的实际结晶温度越，过冷度也就越大。

8、金属的结晶过程是由和两个基本过程组成的。

9、细化晶粒的根本途径是控制结晶时的及。

10、金属在下，随温度的改变，由转变为的现象称为同素异构转变。

二、判断：1、金属材料的力学性能差异是由其内部组织结构所决定的。

（）2、非晶体具有各向同性的特点。

（）3、体心立方晶格的原子位于立方体的八个顶角及立方体六个平面的中心。

（）4、金属的实际结晶温度均低于理论结晶温度。

（）5、金属结晶时过冷度越大，结晶后晶粒越粗。

（）6、一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。

（）7、多晶体中各晶粒的位向是完全相同的。

（）8、单晶体具有各向异性的特点。

（）9、在任何情况下，铁及其合金都是体心立方晶格。

（）10、同素异构转变过程也遵循晶核形成与晶核长大的规律。

（）11、金属发生同素异构转变时要放出热量，转变是在恒温下进行的。

（）三、选择1、α—Fe是具有（）晶格的铁。

A、体心立方B、面心立方C、密排六方2、纯铁在1450℃时为（）晶格，在1000℃时为（）晶格，在600℃时为（）晶格。

A、体心立方B、面心立方C、密排六方3、纯铁在700℃时称为（），在1000℃时称为（），在1500℃时称为（）。

A、α—FeB、γ—FeC、δ—Fe4、γ—Fe转变为α—Fe时，纯铁体积会（）。

金属材料及热处理(高起专)阶段性作业2

金属材料及热处理(高起专)阶段性作业2

金属材料及热处理(高起专)阶段性作业2总分: 100分考试时间:分钟判断题1. 奥氏体和铁素体都是碳溶于铁的固溶体。

(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：2. 珠光体是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。

(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：3. 共析钢中碳的质量分数为0.77%。

(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：4. 碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金称为钢。

(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：5. 由于白口铸铁中存在过多的渗碳体，其脆性大，所以较少直接使用。

(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：6. 接近共晶成分的合金，一般铸造性能较好。

(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：7. 共晶转变是指一定成分的液态合金，在一定的温度下同时结晶出两种不同固相的转变。

(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：8. 由一种成分的固溶体，在一恒定的温度下同时析出两个一定成分的新的不同固相的过程，称为共析转变。

(5分)参考答案：正确解题思路：9. 共晶转变虽然是液态金属在恒温下转变成另外两种固相的过程，但和结晶有本质的不同，因此不是一个结晶过程。

(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：10. 两个单相区之间必定有一个由这两个相所组成的两相区隔开。

两个单相区不仅能相交于一点，而且也可以相交成一条直线。

(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：11. 相图虽然能够表明合金可能进行热处理的种类，但并不能为制定热处理工艺参数提供参考依据。

(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：12. 钢中随着碳质量分数由小到大，渗碳体量逐渐增多，铁素体量逐渐减少，铁碳合金的硬度越来越高，而塑性.韧性越来越低。

(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：13. 由于奥氏体组织具有强度低、塑性好，便于塑性变形加工的特点，因此，钢材轧制（_ ____）(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：14. 普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。

电子课件-《金属材料与热处理(少学时)(第二版)》-A02-4018 第2章

电子课件-《金属材料与热处理(少学时)(第二版)》-A02-4018 第2章
金属中原子的排列情况
绝大多数(约占85%)的金属属于三种简单晶格类型。
三、单晶体与多晶体
晶体内部的晶格排列方位完全一致的晶体称为单晶体。 实际使用的金属是由很多大小、外形和晶格排列方向均 不相同的小晶体所组成的，这样的小晶体称为晶粒，晶粒间 由不规则排列的原子构成了晶界。由很多小晶体组成的晶体 称为多晶体。
金属在结晶时，对液态金属采取机械振动、超声波振
动和电磁振动等措施，使生长中的枝晶破碎而细化，破碎 的枝晶还可作为结晶核心，从而达到提高形核率、阻碍晶 粒长大的双重目的，以细化晶粒。
三、铁的同素异构转变
金属在固态下随温度的改变由一种晶格转变为另一 种晶格的现象，称为金属的同素异构转变。
单晶体
多晶体
四、晶体的缺陷
§2-2 金属的结晶
金属从原子不规则排列的高温液体状态冷却凝固为原子 有规律排列的固体状态的过程称为结晶。
一、金属的结晶
金属的结晶过程由晶核的产生(形核)和生成枝晶(长大) 两个基本过程组成，并且这两个过程是同时进行的。
金属结晶过程示意图
二、晶粒大小对金属材料的影响
结构
一、晶体与非晶体
二、晶格与晶胞
为了更清楚地表示晶体中原子排列的规律，可将原子 简化为一个质点，再用假想的线将它们连接起来，这样就 形成了一个能反映原子在晶体中排列规律的空间格架，称 为晶格。
晶格是由许多形状、大小相同的小几何单元重复堆积 而成的。其中能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单 元称为晶胞。
从图中不难看出， 形核率越高，长大速率 相对增长较慢，则结晶 后的晶粒越细，因而在 生产中一般通过提高形 核率并控制晶粒长大速 率的方法来细化晶粒。
核率、长大速率与过冷度的关系
1.增加过冷度 金属结晶过程中过冷度越大，晶粒越细。

金属材料及热处理 02 均匀化退火讲解

金属材料及热处理 02 均匀化退火讲解
（4)均匀化处理过程中主要固态相变是高温扩散
还伴随第二相粗化和球化、溶解与析出、晶粒长大等，使组织趋于平衡态。
金属材料及热处理
3. 2 铸态合金的组织与性质特点
3. 2 铸态合金的组织与性质特点
（1）平衡与非平衡凝固过程
平衡凝固过程与组织
➢形成成分为x1的均匀固溶体(α)
非平衡凝固过程
➢冷速较大，凝固较快 ，固相扩散来不及， α相平均成分沿bc变化，且达到c，由α+β共晶 组织；枝晶生长也导致凝固有先后。 ➢得到成分不均匀的α相固溶体+非平衡共晶 组织。
金属材料及热处理
3. 2 铸态合金的组织与性质特点（附录2）
✓非平衡共晶组织中，通常， α相依附于α初晶相上， β相则以网状分布在枝晶 网胞周围，在显微组织中观察不到典型的共晶形态。即也可能有离异共晶组织
✓在生产条件下， α相固溶体呈树枝状，在枝晶胞间和晶界上除了少量的非平 衡共晶组织外，当成份超过临界浓度k时，还有非平衡过剩相（金属间化合物）是 普遍的。⇒单相成分的出现非平衡过剩相；多相成分的过剩相增多（非平衡——原过剩
相或其它新相）
✓合金元素来不及析出来，部分浓度高者在冷却过程中来不及析出，固溶体可 能会处于过饱和状态，淬火效应。
金属材料及热处理
3. 2 铸态合金的组织与性质特点
（3）铸态合金性能特点和非平衡凝固带来的危害
塑性下降
✓成分不均匀，出现非平衡脆性相，塑性下降。尤其是，在枝晶网胞或晶界上生成粗 大网状脆性相，塑性严重下降。
而晶间扩散会因晶间夹杂和空隙而难以 实现。
A
高温，长时
√√
t
枝晶偏析消除（均匀化） 溶解 均匀化
B
➢另外，第二相球化和聚集，晶粒长大，相转变等

金属材料与热处理 第2版课件第一单元

金属材料与热处理 第2版课件第一单元
第一单元 金属的力学性能及测试
导读
• 金属材料之所以在现代工业中获得广泛应用，主要是由于其具有 加工过程和使用过程中所需要的各种优越性能，金属材料的性能 是选择材料的主要依据。
• 掌握各种金属材料的性能及其变化规律，对于正确选择和使用金 属材料、充分发挥其性能潜力、保证构件或零件质量是十分重要 的。
（一） 定义 金属材料断裂前发生塑性变形的能力。
（二）衡量指标 断后伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。
断面收缩率：试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与 原始横截面积的百分比。
1.断后伸长率（ A ）
l1-l0
A=
×100%
l0
l1——试样拉断后的标距,mm; l0——试样的原始标距,mm。
• 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 • 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 • 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。
力学性能
• 材料在力的作用下，诸如不同载荷所造成的弹性变形、塑性变形、 断裂（脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂等）以及金属抵抗变形和 断裂能力的衡量指标。
• 常用的力学性能有：强度、刚度、弹性、塑性、硬度、冲击韧性 及疲劳极限等。
a）安全，防止产生突然破坏； b）缓和应力集中；
c）金属锻压、轧制、冲压、位拔、冷弯等变形加工。
• 强度与塑性是一对相互矛盾的性能指标。 • 在金属材料的工程应用中，要提高强度，就要牺牲一部分塑性。
反之，要改善塑性，就必须牺牲一部分强度。 • 正所谓“鱼和熊掌二者不能兼得”。但通过细化金属材料的显微
的，有时却是互相矛盾的。 • 例如，一些要求高强度或高硬度或耐高温的材料常常会给压力
加工、机械加工、铸造等工艺带来不少困难，有时甚至会达到 否定某些材料的程度。

金属材料及热处理1-2-3-4次作业客观题答案

金属材料及热处理1-2-3-4次作业客观题答案

金属材料及热处理第1次作业一、单项选择题(只有一个选项正确，共15道小题)1. 高分子材料中，大分子链之间的结合键是（）。

(A) 金属键(B) 离子键(C) 共价键(D) 分子键正确答案：C解答参考：2. 结构材料要求的主要性能为（）(A) 物理性能(B) 化学性能(C) 力学性能(D) 物理和化学性能正确答案：C解答参考：3. 材料的使用温度（）。

(A) 与其韧脆转变温度无关(B) 应在其韧脆转变温度以下(C) 应与其韧脆转变温度相等(D) 应在其韧脆转变温度以上正确答案：D解答参考：4. 低碳钢拉伸应力-应变曲线上对应的最大应力值称为（）。

(A) 弹性极限(B) 屈服点(C) 抗拉强度(D) 断裂韧度正确答案：C解答参考：5. 表示金属材料弹性极限的符号是（）。

(A) σb(B) σs(C) σε(D) σp正确答案：C解答参考：6. （）是金属的韧性指标。

(A) HB(B) δ(C) K1c(D) E正确答案：C解答参考：7. 金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（）。

(A) 弹性(B) 硬度(C) 塑性(D) 强度正确答案：D解答参考：8. （）属于密排六方结构。

(A) Fe(B) Al(C) Cu(D) Zn正确答案：D解答参考：9. 金属多晶体的晶粒越细，则其（）。

(A) 强度越高，塑性越差(B) 强度越高，塑性越好(C) 强度越低，塑性越好(D) 强度越低，塑性越差正确答案：B解答参考：10. 从金属学的观点来看，冷加工和热加工是以（）温度为界限区分的。

(A) 结晶(B) 再结晶(C) 同素异构转变(D) 25℃正确答案：B解答参考：11. 钨在室温塑性变形后，与塑性变形前相比（）。

(A) 硬度明显增高，塑性明显降低(B) 硬度明显降低，塑性明显增高(C) 硬度、塑性变化不明显(D) 硬度、塑性的变化趋势一致正确答案：A解答参考：12.HCP 金属与FCC 金属在塑性上的的差别，主要是由于两者的( ) 。

《金属材料与热处理》教案

《金属材料与热处理》教案

基本概念：一、晶体与非晶体晶体：表示的是原子呈有序和有规则排列的物质。

（各向异性）非晶体：表示是原子呈无序的杂乱无章的排列形式的物质。

（各向同性）晶体和非晶体的对比项目晶体非晶体定义原子呈有序、有规则排列的物质原子呈无序、无规则堆积的物质性能特点具有规则的几何形状有一定的熔点，性能呈各向异性没有规则的几何形状有固定的熔点，性能呈各向同性典型物质石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶二、晶体的结构的概念（基本概念：）1、晶格：表示原子在晶体中排列的有规律的空间格架。

2、晶胞：能够完整地反映晶格特征的最小几何单元。

3、晶面：金属晶体中通过原子中心的平面。

4、晶向：通过原子中心的直线，可代表晶格空间的一定方向。

三、金属晶格的类型1、体心立方晶格（9个原子）2、面心立方晶格（14个原子）3、密排六方晶格（17个原子）四、单晶体与多晶体晶粒——组成金属的小晶体。

晶界——由晶粒间不规则排列的原子构成。

晶体内部原子排列模型晶格和晶胞示意图a）晶格b）晶胞单晶体——晶体内部原子的排列位向是完全一致的晶体。

多晶体——由许多晶粒组成的晶体。

单晶体表现出各向异性，多晶体显示出各向同性，也称“伪无向性”。

五、金属的晶体结构的缺陷晶体缺陷——由于各种原因，实际晶体中原子的规律排列受到干扰和破坏，使晶体中的某些原子偏离正常位置，造成原子排列的不完全性。

1. 点缺陷——空位、间隙原子和置代原子无论是空位、间隙原子还是置代原子，在其周围都会使晶格产生变形，这种现象称为晶格畸变。

上述三种晶体缺陷造成的晶格畸变区仅限于缺陷原子周围的较小区域，故统称 为点缺陷。

2．线缺陷——位错位错的特点之一是很容易在晶体中移动，金属材料的塑性变形就是通过位错的运动来实现的。

在晶体中，位错的晶格畸变发生在沿半原子面端面的狭长区域，故称为线缺陷。

单晶体示意图多晶体示意图 刃型位错示意图 a ） 立体图 b ） 平面图3．面缺陷——晶界和亚晶界晶界——晶粒与晶粒之间的分界面。

金属材料与热处理-2v

金属材料与热处理-2v

授人以鱼不如授人以渔
单晶体与多晶体 对于单晶体，由于各个方向上原子排列不同，导致各个方向上的性能不同， 朱明工作室 zhubob@ 即“各向异性”的特点； 而多晶体对每个小晶粒具有“各向异性”的特点，而就多晶体的整体，由 于各小晶粒的位向不同，表现的是各小晶粒的平均性能，不具备“各向异性” 的特点。 单晶体 多晶体
2.面心立方晶格—晶胞也是一个正立方体，其金属有γ –Fe、铝、镍、铜、 铅等。一般来讲，这类金属材料的强度较低而塑性很好。 下面是面心立方的原子模型、晶格和晶胞。
授人以鱼不如授人以渔
朱明工作室 3.密排六方晶格—晶胞是一个六方柱体，其金属有铍、镁、钛、锌等。一 般来讲，这类金属材料的强度和塑性均较差。 下面是密排六方的原子模型、晶格和晶胞。
朱明工作室
zhubob@
授人以鱼不如授人以渔
模块三
铁碳合金相图
朱明工作室
zhubob@
相图是合金的成分、温度和组织之间关系的一个简明图表。合金在液态时 一般呈均匀的溶液，在结晶、冷却以后既可以是单相固溶体，亦可以是化合 物，更常见的是固溶体、固溶体与化合物、几种固溶体与化合物组成的多相 组织，也称混合物。 了解相图可以回答生产上的很多问题：比如合金系随着成分的变化，它的 组织和性能会发生样的变化？随着温度的变化它的组织和性能又如何变化？ 等等。十分有用。
（三）固溶强化 在固溶体中，当溶质含量极少时，固溶体的性能与溶剂金属基本相同。随 朱明工作室 着溶质含量的提高，通常都会是固溶体的强度、硬度升高，塑性、韧性下降， zhubob@ 称之为“固溶强化”，其影响因素有： 1.溶质原子不同，浓度不同，强化效果不同。 2.溶质原子与基体金属原子尺寸差越大，强化作用越大。 3.间隙溶质原子比置换溶质原子强化作用大。 4.溶质与基体价电子数差越大，强化作用越强。

最新版金属材料与热处理课后题解(完美版)学习情境二

最新版金属材料与热处理课后题解(完美版)学习情境二

《金属材料与热处理》学习情境二一．填空题1.金属晶格的基本类型有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种。

2.晶体与非晶体的根本区别在于其内部原子是否规则排列。

3.金属晶体具有各向异性的原因的各个晶面与晶向上原子排列的紧密程度不同造成的。

4. 根据晶体缺陷的几何特点，常分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三大类。

5.金属结晶过程就是：不断地形核和晶核不断长大的过程。

6.金属结晶时冷却速度越大，过冷度就越大，金属的实际结晶温度越低。

7.常用细化晶粒的方法有增加过冷度、变质处理和振动处理。

8.在固态合金中由于各组元之间相互作用的不同，合金的组织可形成固溶体、金属化合物和机械混合物三种类型。

9.根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置不同，固溶体可分为间隙固溶体和置换固溶体两类。

10.常见二元合金相图有匀晶相图、共晶相图和共析相图三种。

11．合金中成分、结构及性能都相同的组成部分称为相。

12. 合金中各组元间按一定比例结合形成一种具有金属特性的晶体相称为金属化合物，其性能特点为熔点高、硬度高、脆性大。

13. 大多数情况下，溶质在溶剂中的溶解度随着温度升高而增大。

14. 在合金相图中固相线与液相线的距离越大，合金铸造性能越差二．选择题1.两组元在液态与固态均可彼此无限溶解的合金相图，称为匀晶相图。

A．共晶相图 B.匀晶相图 C.共析相图2. 金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变。

A．再结晶 B.同素异构转变 C.共晶转变3. 能够完整地反映晶体特征的最小几何单元称为晶胞。

A.晶胞B.晶格常数C.晶格4.合金的结晶过程是在一定温度范围内进行。

A.在一定温度范围内B.等温转变C.不确定随冷却条件变化5.在一定温度下，由一定成分的液相合金，同时结晶出成分一定的两个固相的过程称为共晶转变。

A.共析转变B.共晶转变C.匀晶转变三．简答题1．纯金属的结晶过程怎样进行的？随着液态金属的温度不断下降，金属原子的活动能力随之减弱，原子间的吸引作用逐渐增强。

电子课件-《金属材料及热处理(第三版)》模块二

电子课件-《金属材料及热处理(第三版)》模块二
一、铁碳合金的基本组织与性能
在铁碳合金中，碳可以与铁组成化合物，也可以形成固溶体，还可以形成混合物。在 铁碳合金中有以下几种基本组织：
1．铁素体 碳溶解在α-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F 表示，如图2-20 所示。由于α-Fe 是体心立方晶格，晶格间隙 较小，因此碳在α-Fe 中的溶解度很小。在727 ℃时，α-Fe 中 的最大溶碳量仅为0.021 8%。随着温度的降低，α-Fe 中的溶 碳量逐渐减小，在室温时碳的铁相似，即具有良好的塑性和韧性，而强度和硬 度较低。铁素体的显微组织如图2-21 所示。
2．奥氏体 碳溶解在γ-Fe 中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号 A 表示，如图2-22 所示。由于γ-Fe 是面心立方晶格，晶格 间隙较大，因此奥氏体的溶碳能力较强。在1 148 ℃时，其 溶 碳 量 可 达 2.11% 。 随 着 温 度 下 降 ， 溶 碳 量 逐 渐 减 小 ， 在 727 ℃时溶碳量为0.77%。 奥氏体的强度和硬度不高，但具有良好的塑性，是绝大 多数钢在高温锻造和轧制时所要求的组织。奥氏体的显微组 织如图2-23 所示。
一定成分的固溶体，在某一恒温下同时析出两种固相的转变称为共析转变。铁碳合金 共析转变的表达式为：
Fe-Fe3C 相图中的特性线及其含义见表2-6。
3．铁碳合金的分类及其室温组织 根据铁碳合金的含碳量及室温组织，铁碳合金分为以下几类。 （1） 工业纯铁 含碳量wC ≤ 0.021 8% 的铁碳合金称为工业纯铁，其室温组织为铁素体。 （2） 钢 含碳量wC 为0.021 8% ～ 2.11% 的铁碳合金称为钢。根据其含碳量及室温组织的不 同，又可分为以下几种。 亚共析钢（0.021 8% < wC < 0.77%），室温组织是铁素体和珠光体。 共析钢（wC = 0.77%），室温组织是珠光体。 过共析钢（0.77% < wC < 2.11%），室温组织是珠光体和二次渗碳体。

金属材料与热处理(全)精选全文

金属材料与热处理(全)精选全文

2、常用的细化晶粒的方法：
A、增加过冷度
B、变质处理 C、振动处理。
三、同素异构转变
1、金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的现象称为 同素异构转变。
2、具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。同一金属的同素 异构晶体按其稳定存在的温度，由低温到高温依次用希腊字母α，β，γ， δ等表示。
用HBS（HBW）表示，S表示钢球、W表示硬质合金球 当F、D一定时，布氏硬度与d有关，d越小，布氏硬度值越大，硬度越高。 （2）布氏硬度的表示方法：符号HBS之前的数字为硬度值符号后面按以下顺 序用数字表示条件：1）球体直径；2）试验力；3）试验力保持的时间 （10~15不标注）。
应用范围：主要适于灰铸铁、有色金属、各种软钢等硬度不高的材料。
2、洛氏硬度
（1）测试原理：
采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头，压入金属表面后，经规定保持时间后即 除主试验力，以测量的压痕深度来计算洛氏硬度值。
表示符号：HR
（2）标尺及其适用范围：
每一标尺用一个字母在洛氏硬度符号HR后面加以注明。常用的洛氏硬度标 尺是A、B、C三种，其中C标尺应用最为广泛。
见表：P21 2-2
§2-2金属的力学性能
学习目的：★了解疲劳强度的概念。 ★ 掌握布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的概念、硬
度测试及表示的方法。 ★掌握冲击韧性的测定方法。 教学重点与难点 ★布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的概念、硬度测
试及表示的方法。
§2-2金属的力学性能 教学过程：
复习：强度、塑性的概念及测定的方法。
2、 非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状态的（如普通玻璃、松 香、树脂等）。 非晶体的原子则是无规律、无次序地堆积在一起的。

金属材料与热处理第二章 金属的晶体结构与结晶

金属材料与热处理第二章 金属的晶体结构与结晶
(1)增加过冷度 即加快金属液的冷却速度。 (2)变质处理 即在浇注前向金属液中加入少量形核剂(又称变质 剂或孕育剂),造成大量非自发形核,使晶粒细化。 (3)振动处理 金属结晶时,对金属液进行机械振动、超声波振动
或电磁振动等,使生长中的枝晶破碎,提高形核率,达到细化晶粒的 目的。
第三节 金属的同素异构转变
一、纯金属的冷却曲线和过冷现象
纯金属都有一个固定的结晶温度(或称凝固点 ),所以纯金属的结晶过程总是在一个恒定的温度下 进行的。
二、纯金属的结晶过程
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,如图2-16所示。
图2-16 金属结晶过程示意图
图2-8 简单立方晶格中的晶向
五、金属的实际晶体结构
如果一个晶体内部其晶格位向(即原子排列的 方向)是完全一致的,则这种晶体称为单晶体,如图29a所示。
图2-9 单晶体和多晶体结构示意图 a)单晶体 b)多晶体
1.点缺陷 点缺陷是晶体中呈点状的缺陷,即在三维方向上的尺寸
都很小的晶体缺陷。
图2-10 空位和间隙原子示意图
同素异构转变是纯铁的一个重要特性,是钢 铁能够进行热处理的理论依据。金属的同素异 构转变过程与金属液的结晶过程很相似,实质上 它是一个重结晶过程,因此,同素异构转变同样遵 循结晶的一般规律:转变时需要过冷;有潜热产 生;转变过程也是在恒温下通过晶核的形成和长 大来完成的,如图2-20所示。但由于同素异构转
8.什么是过冷现象和过冷度?过冷度与冷却速度有什么关系? 它对铸件的晶粒大小有什么影响?
9.金属液结晶的必要条件是什么?试叙述纯金属的结晶过程 。
10.什么是晶粒与晶界?晶粒大小对金属力学性能有什么影 响?

电子课件-《金属材料与热处理(第七版)》-A02-3668 第二章

电子课件-《金属材料与热处理(第七版)》-A02-3668 第二章

四、冲击韧性
金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲 击韧性。材料的冲击韧性用夏比摆锤冲击试验来测定。
夏比摆锤冲击试验机
* 五、疲劳强度
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。
将材料制成试样，对其施加交变应力，观察交变应 力R 与试样断裂前的应力循环次数N 的关系。如果将交变 应力R和N的对应关系绘制成图，就得到R—N 曲线，也称 为疲劳曲线。

(2)洛氏硬度的表示方法 符号HR前面的数字表示硬度值，后面的字母表示不
同 洛氏硬度标尺。 (3)洛氏硬度试验法的优缺点
洛氏硬度试验操作简单、迅速，可直接从表盘上读 出硬度值;压痕直径很小，可以测量成品及较薄工件;测试 的硬度值范围较大，可测从很软到很硬的金属材料，所 以在生产中广为应用，其中HRC的应用尤为广泛。但由 于压痕小，当材料组织不均匀时，测量值的代表性差， 一般需在不同的部位测试几次，取读数的平均值代表材 料的硬度。
布氏硬度试验的压痕直径较大，能较准确地反映
材料的平均性能。由于强度和硬度间有一定的近似比 例关系，因而在生产中较为常用。但由于测压痕直径 费时费力，而且不适于测高硬度材料，压痕较大，所 以只适宜对毛坯和半成品进行测试，而不宜对成品及 薄壁零件进行测试。
2. 洛氏硬度 (1)洛氏硬度的测试原理 常用的洛氏硬度标尺有A、B、C三种，其中C标尺应用最广。
坏的能力称为耐腐蚀性。
金属材料的腐蚀
2.高温抗氧化性 在高温下金属材料易与氧结合，形成氧化皮，造成金
属的损耗和浪费，因此高温下使用的零件，要求材料具有 高温抗氧化的能力。
§2-4 金属材料的工艺性能
金属材料的工艺性能是金属材料对不同加工工艺 方法的适应能力，包括铸造性能、锻压性能、焊接性 能、切削加工性能和热处理性能等。

金属材料与热处理(最全)

金属材料与热处理(最全)

热处理的应用与效果
应用
热处理广泛应用于各种金属材料，如钢铁、有色金属、合金 等。通过合理的热处理工艺，可以显著提高金属材料的机械 性能、物理性能和化学性能，满足各种工程应用的需求。
效果
热处理可以改变金属材料的硬度、韧性、强度、耐磨性、耐 腐蚀性等机械性能，提高其抗疲劳性能和抗腐蚀性能，延长 使用寿命。同时，热处理还可以改善金属材料的加工性能和 焊接性能，提高生产效率和产品质量。
04 金属材料与热处理的关系
金属材料的性能与热处理的关系
金属材料的性能
金属材料的性能包括力学性能、物理性能和化学性能等，这些性能在很大程度上取决于 其内部结构和相组成。
热处理对金属材料性能的影响
通过控制加热、保温和冷却等热处理工艺参数，可以改变金属材料的内部结构和相组成，从而显著提 高或改善其各种性能。例如，热处理可以细化金属材料的晶粒，提高其强度和韧性；可以改变金属材
时间，可以改变金属材料内部的相组成。
金属材料的缺陷与热处理的关系
要点一
金属材料的缺陷
要点二
热处理对金属材料缺陷的影响
金属材料的缺陷包括裂纹、气孔、夹杂物和未熔合等，这 些缺陷可能会降低金属材料的性能。
通过适当的热处理工艺，可以减少或消除金属材料的缺陷 ，提高其性能。例如，通过退火处理可以软化金属材料， 减少其内应力，从而减少裂纹的产生；通过固溶处理可以 溶解金属材料中的杂质和气体，提高其纯净度。
03 金属材料的热处理工艺
退火工艺
总结词
退火是热处理工艺中的一种，通过加热和缓慢冷却金属材料，以消除内应力、 提高塑性和韧性，达到改善材料性能的目的。
详细描述
退火工艺通常包括将金属材料加热到再结晶温度以下，保持一段时间，然后缓 慢冷却至室温。退火可以细化晶粒、消除内应力、降低硬度、提高塑性和韧性， 改善金属材料的加工性能和综合力学性能。
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授人以鱼不如授人以渔
选材思路： 1.由于有活塞的遮盖，工作环境温度场最高不大于 朱明工作室 zhubob@ 750℃；也由于有润滑油的润滑和冷却，连杆大、小头 温度场相差小于100℃，故不必作专门的温度影响考虑。 2.由于活塞的速度运动规律是“0→max→0”,故连 杆的受力形式是“规律性变幅循环应力”，要进行疲劳 强度的校核。 3.由于发动机有专门的配重设计，故不必考虑过多 振动问题，倒是要在连杆的截面形状上选取合理的高刚 度形状来解决扭转载荷问题。 4.设计时作“承受载荷较大的金属结构件”（各种 机械设计手册包括我们的课本的有关图表）考虑选材的 力学性能指标（主要是抗拉强度b ）。
表示方法：“T”＋碳平均含量的千分数，若为高级 优质碳素工具钢则在牌号后加“A”，如“T12A”。
4.铸钢
表示方法：“ZG”＋屈服点数值＋抗拉强度 （或旧标准：“ZG”＋碳平均含量的万 分数）。 授人以鱼不如授人以渔
三、那什么叫做“冶炼时的脱氧程度的不同”呢？ 这就要上溯到钢的铸锭工艺了。钢的浇注期或冶炼 朱明工作室 zhubob@ 末期，根据对钢的脱氧方法的不同，可生产出镇静钢、 沸腾钢和半镇静钢。 1.镇静钢—钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铝进行充 分的脱氧，使钢的含氧量＜0.01％，以至钢液在凝固 时不析出CO，得到成分比较均匀，组织比较致密的钢锭， 这种钢就叫镇静钢。 2.沸腾钢—在冶炼末期对钢液仅进行轻度脱氧，而 使相当数量的氧留在钢液中，则钢液注入钢模后，钢中 的氧与碳发生化学反应，析出大量的CO，引起钢液的沸 腾，这种钢就叫沸腾钢。 3.半镇静钢—脱氧程度介于镇静钢与沸腾钢之间。
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二、碳钢的分类（课本P49 ）
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1.碳素结构钢
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表示方法：“Q”＋屈服点数值（Ｍｐａ）＋质量等 级符号（A、B、C、D） ＋脱氧方法（F、b、Z、TZ）。
2.优质碳素结构钢 碳钢
表示方法：采用两位数字表示，代表该钢平均含碳 量的万分数。
3.碳素工具钢
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朱明工作室
zhu钢成分比较均匀， 组织比较致密。虽然由于有 缩孔，使钢锭的成材率较半 镇静钢低，但切除缩孔的部 分能用于对机械性能要求高 的机材用料，也可用作重要 的焊接结构。
朱明工作室
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zhubob@
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4.如果两个恒温转变中有两个相同的相，那么在 这两条水平线之间一定是由这两个相组成的两相区。 朱明工作室
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简介“相律” 先介绍“平衡相”：将给定成分的合金在一定温度 朱明工作室 zhubob@ 下，停留足够长时间，使各相达到数量不变的动平衡状 态，这时存在的相，就叫做平衡相。 再介绍“自由度”：指在不改变系统平衡相的数目 的条件下，可以独立改变的、影响合金状态的因素，如 温度、平衡相成分等的数目。 相率以下式表示： f＝C－P＋1， 即“自由度数＝组元数－平衡相数＋1” 应用： 1.对纯金属来说，组元数C＝1，当自由度数f＝0时 平衡相具有最大值，代入，PMAX＝1－0＋1＝2，即纯金 属最多只能有两个平衡相共存。
沸腾钢一般是低碳钢，含硅量低，具有良好的塑性， 常用于冷冲压件，如汽车的油箱、蒙皮（08F钢）。由于 朱明工作室 zhubob@ 有气泡，故一般不会出现缩孔。轧成钢坯后，头部切除量 很小，成材率高，宜于轧薄板。但成分偏析大，组织不致 密，机械性能不均匀，冲击韧性值低，不适用于对机械性 能要求高的零件。
简介“相区接触法则” 1.两个单相区只能交于一点，而不能交成一条线。 朱明工作室
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Pb Sn
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2.两个单相区之间必定有一个由这两个单相组成的 两相区。 朱明工作室
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Pb Sn
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3.三相共存时必定是一条水平线，每一条水平线必 定和三个两相区相遇。 朱明工作室
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朱明工作室
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金属材料与热处理 ---4
主讲: 朱明
高级技师、经济师、工程师 高级技能专业教师 汽车维修高级考评员
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模块五 钢的热处理
朱明工作室
zhubob@
我们下面用一道实际的生产问题来重温钢的热处理 知识。 用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉， 并随工件一起加热到1000℃保温，当出炉后再次吊装工 件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。答案是这样的： 冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的，在 这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大，强度增加，处 于加工硬化状态。在1000℃时保温，钢丝将发生回复、 再结晶和晶粒长大过程，组织和结构恢复到软化状态。 在这一系列变化中，冷拉钢丝的加工硬化效果将消失， 强度下降，在再次起吊时，钢丝将被拉长，发生塑性变 形，横截面积减小，强度将比保温前低，所以发生断裂。
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一、常存元素对钢性能的影响(课本P47） 1.硅—钢中的有益元素，溶入铁素体而使钢的强度 朱明工作室 zhubob@ 和硬度提高，还能提高钢液的流动性，有利于铸造成型， 但含量不超过0.5％。 2.锰—也是钢中的有益元素，也能溶入铁素体而使 钢的强度和硬度提高，还能与硫形成MnS，从而减轻硫 的有害作用,但含量应控制在0.25～0.8％之间。 3.硫—钢中的杂质元素，硫↑，钢的脆性↑。特别是 FeS与Fe形成共晶体造成“热脆”。含量控制在＜0.05 ％。 4.磷—钢中的杂质元素，使钢的焊接性能变坏。特 别是磷结晶时会形成脆性很大Fe3P，使钢在室温下出现 的塑性和韧性急剧下降（“冷脆”）。含量控制在＜ 0.045％。
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任务一选择制造发动机连杆的材料
朱明工作室
zhubob@
发动机连杆的作用是把发动机活塞的往复直线运动 转变为旋转的扭矩输出，可以说，五种形式的载荷就有 了三种（拉伸、压缩和扭转），服役条件也算是苛刻了。 连杆正常使用应为25×104Km，因此，必须具有较高的 强度和韧性，才能使之达到的寿命设计。因此，为其选 择合适的材料是至关重要。 说明：金属材料的“服役时间”单位一般取小时， 但也视材料应用时的受力状态而言，如有时取“次数” （受弯状态），这里取汽车的行走里程（Km),数据也很 保守。
一、钢的临界温度 朱明工作室 zhubob@ A1、A3、Acm各相变点是固态下铁碳合金的组织转变线， 是在极其缓慢加热和冷却条 件下得到的。 在实际生产中，固态相变时都有不同程度的过热度或 过冷度（见右图）。为便于区别，将加热时各相变点用ACl、 AC3、ACcm表示，冷却时各相变点用Arl、Ar3、Arcm表示。
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二、钢的奥氏化过程 钢在热处理时，必须将钢加热到一定的温度，其目 朱明工作室 zhubob@ 的是使钢的组织转变为奥氏体组织，通常把这种加热转 变过程称为钢的奥氏体化过程。 从铁碳相图中看到，钢加热到727℃（状态图的PSK 线，又称A1温度）以上的温度珠光体转变为奥氏体。这 个加热速度十分缓慢，实际热处理的加热速度均高于这 个缓慢加热速度，实际珠光体转变为奥氏体的温度高于 A1，定义实际转变温度为Ac1。Ac1高于A1，表明出现热滞 后，加热速度愈快，Ac1愈高，同时完成珠光体向奥氏体 转变的时间亦愈短。 共析碳钢（含0.77%C）加热前为珠光体组织，一般 为铁素体相与渗碳体相相间排列的层片状组织，加热过 程中奥氏体转变过程可分为五步进行，见下图。
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谈谈钢的热处理的历史沿革
在从石器时代进化到铜器时代和铁器时代的过程中， 朱明工作室 zhubob@ 热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770～前 222年，中国人在生产实践中就已发现，铜和铁的性能 会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处 理就是当时制造农具的重要工艺。
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液相区 固相区
朱明工作室 共晶点 zhubob@
（液＋固）相区
C的溶解曲线 共晶转变线
共析点 C的溶解曲线 共析体
共析转变线
共晶体 过共析体 亚共晶体 过共晶体
亚共析体
铁素体＋珠光体 珠光体
珠光体＋二次渗碳体
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莱氏体＋一次渗碳体 莱氏体＋珠光体＋二次 渗碳体 莱氏体
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综合上述，制造发动机连杆的材料有优质碳素结构 钢（课本P49表4－2)和铸钢（课本P50表4－3）。对于 朱明工作室 zhubob@ 速度高、受力较大的连杆，应选择优质碳素钢，如45﹟ 钢等。当然，也可使用40﹟、50﹟、45Mn、35CrMo、 42CrMo、40Cr合金钢用模锻工艺制造 （课本P51 ） 。 实际生产中的一般情况是（考虑到相当大的安全系 数），受力小使用状态下选用铸钢，受力大使用状态下 则选用高标号优质碳素结构钢锻打成型（模锻）；两种 选材都采用零件的截面为“工”字型，这是除了“箱型” 的截面外，抗弯和抗扭能力最好的截面形状了。 顺便说说，连杆螺栓及螺母、曲轴轴瓦盖螺栓使用 材料为：40CrA,35CrMo,40MnB（调质）；正常使用寿命 为10×104Km。
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讨论：害与利的转化 “热脆之‘害’”——从铁—硫相图上知道，这是 朱明工作室 zhubob@ 因为钢在结晶接近完成时生成（989℃）的硫化物共晶 体在钢锻造（1000℃以上）时熔化且被压裂，造成钢的 晶界碎裂的危害。但这种有害作用在一定的条件下可以 转化，比如：有意增加硫的含量的同时适当增加锰的含 量，可以用于生产易削钢（比如钢的旧标准中的“A型 钢”，这种钢只检验力学性能而不检验化学成分），用 途很广。 “冷脆之‘害’”——钢中含磷量高引至冷脆是表 层原因，从铁—磷相图可以看出，铁磷合金的结晶温度 范围很宽，磷具有严重的偏析倾向才是深层原因。因此， 可以变害为利：比如在炮弹钢中加入较多的磷，可使钢 的脆性增大，爆炸时破片增多而增大杀伤力；还可以利 用磷的固溶强化作用和抗腐蚀性，炼成铁路钢轨钢等。