《工程材料》课件：06-第二章.ppsx

1、上次课回顾上次课回顾2.2.3 2.2.3 铁碳合金的结晶铁碳合金的结晶 1 1、铁碳相图、铁碳相图 2 2、合金的平衡结晶过程、合金的平衡结晶过程 3 3、铁碳合金的成分、铁碳合金的成分- -组织组织- -性能关系性能关系 4 4、F Fe e-F-Fe3e3C C合金相图的应用合金相图的应用各成分合金组织组成物的计算各成分合金组织组成物的计算各成分合金组织组成相的计算各成分合金组织组成相的计算二元合金的结晶二元合金的结晶课堂作业课堂作业1、画出、画出Fe-Fe3C相图，并标明图中各点的字母、成分及相图，并标明图中各点的字母、成分及 温度，注明各种成分的合金在室温下的平衡组织。温度，注明各种

2、成分的合金在室温下的平衡组织。2、计算、计算W（C）=1.3%的的Fe-Fe3C合金在室温平衡组织合金在室温平衡组织 中组成相和组中组成相和组织组成物的相对重量织组成物的相对重量 。本次课内容本次课内容2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工 2.3.1 2.3.1 金属的塑性变形金属的塑性变形 1、单晶体的塑性变形、单晶体的塑性变形 2 2、多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 3 3、合金的塑性变形、合金的塑性变形 4 4、塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响 2.3.2 2.3.2 金属的再结晶金属的再结晶 回复回复/ /再结晶再结晶/ /晶粒长大晶粒长大 2.3

3、.3 2.3.3 塑性变形和再结晶的工程应用塑性变形和再结晶的工程应用 金属的金属的热加工热加工/ /冷加工冷加工/ /喷丸强化喷丸强化/ /再结晶退火再结晶退火2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理 2. .4. .1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变1 1、A的形成的形成2 2、影响影响A形成速度的因素形成速度的因素3、影响、影响A晶粒度的因素晶粒度的因素2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2.3.1 金属的塑性变形金属的塑性变形1、单晶体的塑性变形、单晶体的塑性变形(1)滑移滑移金属变形的主要方式金属变形的主要方式在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的在切应力的作用下，晶体的一部分

4、沿一定的晶面上的一定方向晶面上的一定方向相对于另一部分发生相对于另一部分发生滑动滑动。 滑移的概念：滑移的概念：2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2.3.1 金属的塑性变形金属的塑性变形1、单晶体的塑性变形、单晶体的塑性变形(1)滑移滑移金属变形的主要方式金属变形的主要方式 滑移的特点：滑移的特点： 滑移是晶体内部滑移是晶体内部位错位错在在切应力切应力作用下运动的结果。作用下运动的结果。 滑移总是沿着滑移总是沿着密排面密排面和其上的和其上的密排方向密排方向进行。进行。 滑移时晶体伴随有滑移时晶体伴随有转动转动。2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2.3.1 金属的塑性变形金属

5、的塑性变形1、单晶体单晶体的塑性变形的塑性变形(2) 孪生孪生滑移困难时发生较多滑移困难时发生较多在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面和晶向分沿一定晶面和晶向发生发生切变切变的过程。的过程。(3) 滑移与孪生区别滑移与孪生区别 原子位移的间距不同。原子位移的间距不同。 临界切应力不同：滑移小，孪生大临界切应力不同：滑移小，孪生大 变形速度不同：孪生的变形速度快变形速度不同：孪生的变形速度快 晶格畸变程度不同：滑移小，孪生大晶格畸变程度不同：滑移小，孪生大 塑性变形程度不同：滑移大，孪生小塑性变形程度不同：滑移大，孪生小 难易程度不同：难易

6、程度不同：2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2.3.1 金属的塑性变形金属的塑性变形2、多晶体的塑性变形、多晶体的塑性变形(1) 晶界在变形中的作用晶界在变形中的作用 晶界上滑移困难，提高了金属的强度。晶界上滑移困难，提高了金属的强度。 变形分散在各晶粒内，应力不集中，提高了塑性。变形分散在各晶粒内，应力不集中，提高了塑性。 细晶强化细晶强化是金属的一种重要的是金属的一种重要的强韧强韧化手段。化手段。(2) 多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 多晶体中每个晶粒位向不一致。多晶体中每个晶粒位向不一致。 变形时晶粒分批地逐步地变形，变形时晶粒分批地逐步地变形， 变形分散在材料各处。变形分散

7、在材料各处。 2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2.3.1 金属的塑性变形金属的塑性变形3、合金的塑性变形、合金的塑性变形位错线位错环基体第二相质点固溶体溶质2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2.3.1 金属的塑性变形金属的塑性变形4、塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响 形成纤维组织形成纤维组织(1) 塑性变形对塑性变形对金属组织结构金属组织结构的影响的影响 位错增多，位错增多，形成亚结构形成亚结构 形成形成形变织构形变织构2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2.3.1 金属的塑性变形金属的塑性变形4、塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形

8、对金属组织和性能的影响 (2) 塑性变形对塑性变形对金属性能金属性能的影响的影响 加工硬化加工硬化 各向异性各向异性 理化性能的变化理化性能的变化 残余内应力的产生残余内应力的产生2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2.3.2 金属的再结晶金属的再结晶1、回复、回复(1) 回复的概念：回复的概念：变形后的金属变形后的金属在加热温度不高时，在加热温度不高时，变形金属变形金属的组织、力学性能变化不大；的组织、力学性能变化不大；物理、化学性能部分地恢复到物理、化学性能部分地恢复到变形前的状态；变形前的状态；残余内应力显残余内应力显著下降，著下降，这一阶段称为这一阶段称为。(2)回复退火：回复

9、退火：消除残余内应力，消除残余内应力，防止变形与开裂。或称低温退防止变形与开裂。或称低温退火，去应力退火。火，去应力退火。熔点回复）（TT3 . 025. 02.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2、再、再结晶结晶 (1)再结晶：再结晶：当加热温度提高当加热温度提高到一定程度后，金属变形后到一定程度后，金属变形后被被拉长、破碎的晶粒通过拉长、破碎的晶粒通过重新重新生生核、长大变成新的均匀、细小核、长大变成新的均匀、细小的的等轴晶等轴晶。(2) 再结晶后，金属的内应力再结晶后，金属的内应力消失，力学性能与理化性能基消失，力学性能与理化性能基本上恢复到变形以前的水平。本上恢复到变形以前的水平

10、。晶格类型晶格类型在变形与再结晶过程中变否？在变形与再结晶过程中变否？2.3.2 金属的再结晶金属的再结晶700600500400300100%60%40%020%80%2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2、再、再结晶结晶 (3) 最低再结晶温度（最低再结晶温度（T再再）：大变形（大变形（70以上）的冷塑性以上）的冷塑性变形金属，经变形金属，经1小时加热后能小时加热后能完全再结晶的最低温度。完全再结晶的最低温度。(4)再结晶温度再结晶温度的的影响因素：影响因素：绝对温度熔点再）（TT4.035.0 预先变形度预先变形度 金属的熔点金属的熔点 高熔点杂质和合金元素高熔点杂质和合金元素

11、加热速度加热速度和保温时间和保温时间电解铁（电解铁（99.9%）纯铝（纯铝（99%）材料材料T再再无氧铜200 铜锌合金（95%)320 铝（99.999%）80铝（99%)290镍（99.99%）370镍（99.4%）6002.3.2 金属的再结晶金属的再结晶2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2、再、再结晶结晶 (5) 再结晶再结晶后晶粒的晶粒度后晶粒的晶粒度 加热温度加热温度 预先变形度预先变形度临界变形度临界变形度2.3.2 金属的再结晶金属的再结晶2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工3、晶粒长大晶粒长大重结晶重结晶/ /二次结晶二次结晶再结晶再结晶二次再结晶二次再结晶

12、二次再结晶二次再结晶：再结晶结束后，再结晶结束后，若金属变形较大（产生织构）若金属变形较大（产生织构）且加热温度较高，则加热时且加热温度较高，则加热时只有少量处于优越条件的晶只有少量处于优越条件的晶粒优先长大，迅速吞食周围粒优先长大，迅速吞食周围的大量小晶粒，最后获得晶的大量小晶粒，最后获得晶粒异常粗大的组织。粒异常粗大的组织。晶粒长大：晶粒长大：再结晶后，温度再结晶后，温度过高、保温时间过长，会导过高、保温时间过长，会导致晶粒的长大。致晶粒的长大。2.3.2 金属的再结晶金属的再结晶2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2.3.3塑性变形和再结晶的工程应用塑性变形和再结晶的工程应用1、

13、金属的金属的热加工热加工热加工：热加工：在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为。 热加工的特点热加工的特点回复和再结晶不能改变流线组织回复和再结晶不能改变流线组织 使铸态金属中的气孔、疏松、微使铸态金属中的气孔、疏松、微 裂纹压合裂纹压合，提高金属的致密度；，提高金属的致密度； 减轻或消除树枝晶偏析；改善减轻或消除树枝晶偏析；改善 夹杂物的分布夹杂物的分布。提高韧性、塑性提高韧性、塑性 打碎铸态金属中的树枝晶和柱状打碎铸态金属中的树枝晶和柱状 晶，经再结晶获得晶，经再结晶获得等轴细晶粒。等轴细晶粒。 使可变形夹杂物或第二相沿金属使可变形夹杂物或第二相沿

14、金属 流动流动方向拉长方向拉长,形成形成流线组织流线组织加工硬化与再结晶相继进行，塑性好加工硬化与再结晶相继进行，塑性好2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工冷加工：冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为。 冷加工的特点冷加工的特点产生产生加工硬加工硬化化现象。现象。加工硬加工硬化的实际作用：化的实际作用：1、强化金属的手段之一。、强化金属的手段之一。2、有利于金属进行均匀变形。因为金属已变形、有利于金属进行均匀变形。因为金属已变形部分得到强化时，继续的变形将要在未变形部分部分得到强化时，继续的变形将要在未变形部分中发中发展。这对深冲件的

15、成型十分有利。展。这对深冲件的成型十分有利。 2.3.3塑性变形和再结晶的工程应用塑性变形和再结晶的工程应用2、金属金属的的冷加工冷加工2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2.3.3塑性变形和再结晶的工程应用塑性变形和再结晶的工程应用3、喷丸强化、喷丸强化4、再结晶退火、再结晶退火零件表面用铁砂或陶瓷颗粒高速喷射零件表面用铁砂或陶瓷颗粒高速喷射,可提高零件表面强度和可提高零件表面强度和硬度，同时在表面产生残余压应力，提高零件的疲劳强度。硬度，同时在表面产生残余压应力，提高零件的疲劳强度。再结晶可消除材料加工硬化现象，恢复材料的塑性和韧性。再结晶可消除材料加工硬化现象，恢复材料的塑性和韧

16、性。课后作业课后作业第五次作业第五次作业 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶 2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理将固态金属或合金在一定介质中将固态金属或合金在一定介质中加热加热、保温保温和和冷却冷却，以改变材料整体或表面，以改变材料整体或表面组组织，从而获得所需性能的工艺。织，从而获得所需性能的工艺。热处理的定义热处理的定义热处理的分类热处理的分类热处理热处理普通热处理普通热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火表面热处理表面热处理感应加热淬火感应加热淬火火焰加热淬火火焰加热淬火激光加热淬火激光加热淬火渗碳渗碳渗氮渗氮碳氮共渗碳氮共渗真空热处理真空热处理可控气氛热处理可控气氛热处理形

17、变热处理形变热处理化学热处理化学热处理其它热处理其它热处理2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变1、奥氏体的形成奥氏体的形成奥氏体化：奥氏体化：任何成分的碳钢加热到某一温度时，其组织中任何成分的碳钢加热到某一温度时，其组织中 的组成物均转变为的组成物均转变为 A A，这种加热到相变点以上，这种加热到相变点以上 获得获得A A组织的过程称为组织的过程称为。(1) 转变温度转变温度共析钢共析钢亚共析钢亚共析钢过共析钢过共析钢平衡、实际平衡、实际条件下条件下完全、部分完全、部分奥氏体化奥氏体化2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.1 钢在加热时的转变钢

18、在加热时的转变1、奥氏体的形成奥氏体的形成(2) 转变过程转变过程(PA)2、影响影响A转变速度的因素转变速度的因素(1) 加热温度加热温度 (2) 加热速度加热速度 (3) 碳质量分数碳质量分数(4) 合金元素合金元素(5) 原始组织原始组织 Co、NiCr、Mo、VSi、Al 、MnCo、NiCr、Mo、VSi、Al 、MnVHVL时间时间PAA1温温度度A+PFe3CFA片状渗碳体比球状渗碳体片状渗碳体比球状渗碳体A化速度快化速度快2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变3、A的晶粒度及其影响因素的晶粒度及其影响因素 (1)A(1)A晶粒度晶粒度

19、(2) (2) 影响影响A A晶粒度的因素晶粒度的因素标准晶粒度等级图标准晶粒度等级图实际晶粒度实际晶粒度(实际条件下实际条件下)本质晶粒度（本质晶粒度（930 ，8h） 加热温度加热温度和和保温时间保温时间 钢的成分钢的成分C、 Ti、V 、Nb、Zr、 Al、 P 、Mn16个个/mm2 32个个/mm2 64个个/mm2 128个个/mm2 256个个/mm2 512个个/mm2 1024个个/mm2 2048个个/mm2 本次课小结本次课小结2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工 2.3.1 2.3.1 金属的塑性变形金属的塑性变形 1、单晶体的塑性变形、单晶体的塑性变形 2 2

20、、多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 3 3、合金的塑性变形、合金的塑性变形 4 4、塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响 2.3.2 2.3.2 金属的再结晶金属的再结晶 回复回复/ /再结晶再结晶/ /晶粒长大晶粒长大 2.3.3 2.3.3 塑性变形和再结晶的工程应用塑性变形和再结晶的工程应用 金属的金属的热加工热加工/ /冷加工冷加工/ /喷丸强化喷丸强化/ /再结晶退火再结晶退火2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理 2. .4. .1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变1 1、A的形成的形成2 2、影响影响A形成速度的因素形成速度的因素3、影响、影响A晶粒度的因素晶粒度的因素