1、工程材料及机械制造工艺基础介绍 我主讲以下前四方面内容： 一工程材料的基础知识； 二铸造金属液态下成形的过程和方法； 三锻造塑性金属受压变形或改性的过程和方法； 四焊接分离金属实现永久连接的过程和方法； 五切削加工使零件获得一定形状、表面和尺寸要求的过 程和方法； 建议学习方法： 理解和记忆名词术语； 抓住各章节之间的联系； 多看书，认真听，多找老师！ 第一讲 金属材料主要性能和晶体构造 Main Properties and Structure of Metal Material 一、 金属材料性能 Properties of metal material 二、 金属晶体构造 Structu
2、re of metal material 1、晶体结构 2、金属结晶过程 金属材料性能 (Properties of Metal Material) （1） 使用性能：(Application) 机械性能（或力学）：强度、硬度、 塑性和韧性等。 物理性能：密度、导热和导电率等。 化学性能：抗氧化、耐腐蚀性等。 （2）工艺性能：(Technology) 铸造、锻造、焊接及热处理性能 切削加工性能 机械性能：受外力时材料所表现的特性。机械性能：受外力时材料所表现的特性。 Mechanical Properties 1、弹性和塑性（Elasticity and Plasticity) （1）弹性：除
3、去外力材料能恢复原状。 弹性极限：产生弹性变形的最大应力。 e=Pe/Fo ( Pa ) （2）塑性：材料受外力产生永久变形的能力。 衡量：(Ductility) 延伸率：=（L1-Lo)/Lo * 100% 截面收缩率：=(Fo-Fk)/Fo * 100% 屈服极限：材料开始产生塑性变形时应力。 s=Ps/Fo ( Pa ) 图1：低碳钢拉伸曲线 Strain Stress 2、刚性与强度： （Rigidity and Strength) （1）刚性：材料抵抗弹性变形能力。 衡量：弹性模量E（拉伸曲线OE段斜率） （2）强度：材料抵抗变形或断裂能力。 抗拉、抗弯、抗扭、抗剪和屈服强度等。 b
4、点处应力为抗拉强度： b=Pb/Fo Pa s点处应力为屈服强度： s=Ps/Fo Pa 注意： s、 b为工程上常用指标。 3、硬度：Hardness 指材料抵抗更硬物体压入其内的能力。 据测试方法不同有： 布氏硬度（HB) Brinell 洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)Rockwell 图2：布氏、洛氏硬度测试方法 4、冲击韧性： Impact Toughness 材料抵抗或承受冲击载荷能力。 衡量：单位面积的冲击功,k=Ak/F( J/m2 ) 图3：冲击韧性的测试方法 5、疲劳强度：(Fatigue Strength) 钢铁循环107以上材料不破坏最大应力。 有色金属循环108 以
5、上。 图 4 ： 疲 劳 曲 线 金属晶体构造 (Structure of Metal Material) 一、晶体结构 (Crystal Structure) 1、晶体： 原子按一定顺序呈有规则的排列。 具一定的凝固点和熔点。 各向异性。 2、晶格：(Space lattice) 表示原子排列规则的空间格子。 3、晶胞：(unit cell) 组成晶格的最基本几何单元。 4、晶格常数：(constant)晶胞各边长度。 金属典型的三种晶格类型： （ Representative） 1、体心立方： （Body Centred Cubic） 铬、钼、-Fe和钨等金属。 2、面心立方： （Face
6、） 铜、铝、银、-Fe和金等金属。 3、密排六方： （Hexagonal Close Packed） 铍、镁、锌、-钛等。 晶格类型及晶格常数不同，性能就不一样。 图5：金属材料晶体结构、晶格及晶包 二、金属结晶过程 (Solidifying Process)（录像） 1、结晶：金属从液态转变为固态。 （1）过冷：金属在理论结晶温度以下结晶。 （2）过冷度： T = T理论结晶T实际结晶 注意： T不是恒定， V冷越快， T越大。 2、结晶有形核和长大过程 （Nucleation and Grain Growth) （1）形核： 自发晶核：原子自发聚集在一起。 非自发晶核：依靠外来的固体质点。
7、 （2）长大： 按晶格规律液体原子向晶核聚集过程。 总之，金属的结晶过程包括形核与长大； 它们既是交替进行的，又是同时存在的。 三、有关晶粒、晶粒度知识 晶粒：由一个晶核长成的小颗粒晶体。 多晶体： （multi- 由许多晶粒组成的晶体。晶界：晶粒间界面。 单晶体： （ single- 由一个晶核长成的晶体。单晶锗和硅。 注意：工业上绝大多数金属都属于多晶体。 晶粒度：晶粒的大小。 金属的晶粒越细小，其综合性能越好。 图7：单晶体与多晶体 细化晶粒方法： （1）凝固时采取变质处理或孕育处理， （2）快速冷却，提高过冷度； （3）用机械振动、超声波振动或电磁 搅拌等手段打碎枝晶成为晶核。 （4）
8、在固态下，可用热处理和压力加工 的方法细化。 如：铁、锡和锰，均可用加热来改善性能。 注意：钢的热处理原理来自铁的同素异晶性 四、金属同素异晶转变： Allotropic Transformation of Metal 1、概念： 金属晶格类型随温度改变而重新排列的过程。 2、与结晶类似： 存在过冷、包括形核和长大两个过程、 转变时有吸收或放出潜热。 所以又叫重结晶或二次结晶。 3、同素异晶（构）性： 具有同素异晶（构）转变的性质。 图8：纯铁同素异晶转变曲线 五、合金结构(Structure of Alloy) 1、合金概念： 以一种金属元素为基础，加入其它金属或非 金属元素，经熔合而形成具
9、有金属特性的物质。 （1）组元：组成合金的元素。 （2）相：化学成分和晶格形式相同，并与其周 边成分或晶格形式有界面分开的均匀组织。 2、合金基本组成物（constitute） （1）固溶体： 溶质原子溶入溶剂，晶格类型等同溶剂。 按溶解度：分有限和无限固溶体； 按溶质原子位置：分置换和间隙固溶体； 固溶强化：因晶格畸变使金属的强度和硬度提高。 （2）金属化合物： 合金各组元间发生化学反应，形成有金属 特征的新物质。 置换和间隙固溶体 钢中Fe3C、黄铜中CuZn等均属金属化合物。 特点：具有熔点高、硬度高和脆性大。 非金属化合物：不具有金属特征的化合物。 如，FeS （3）机械混合物： 组元
10、间既不互溶，又不形成化合物， 而是按重量比混合形成新物质。 组成：纯金属、固溶体和金属化合物等。 注意：工业上常用合金均含机械混合物。 六、二元合金相图 Equilibrium Diagram of Binary Alloy 研究二元合金的成分、温度和组织间变化规律。 获得：通过测定一系列冷却曲线如图9。 图9： Pb-Sb二元合金共晶相图 总结 一、金属材料的五大机械性能： 1、弹性和塑性；2、刚性与强度；3、硬度； 4、冲击韧性； 5、疲劳强度 二、金属晶体构造 1、晶体结构：晶体、晶格、晶胞、晶格常数 2、金属结晶过程：过冷、过冷度、形核、长大、 单晶体、多晶体、晶粒度、重结晶、二次结晶
11、、 合金、合金基本组成物 QUESTIONS: 1.Define Strength 2.Explain the Brinell Hardness Test Briefly 专业词汇： 金属材料性能：Properties of metal material 金属晶体构造：Structure of metal material 使用性能：Properties for Application 机械性能：Mechanical Properties 弹性和塑性：Elasticity and Plasticity 刚性与强度：Rigidity and Strength 硬度：Hardness 冲击韧性：I
12、mpact Toughness 疲劳强度：Fatigue Strength 晶体结构：Crystal Structure 晶格: Space lattice 晶胞: Unit Cell 体心立方：Body Centred Cubic 面心立方：Face Centred Cubic 密排六方：Hexagonal Close Packed 金属结晶过程：Solidifying Process 形核和长大：Nucleation and Grain Growth 纯金属冷却曲线: Cooling Curve 多晶体：Multi-Crystal 单晶体：Single-Crystal 金属同素异晶转变：
13、Allotropic Transformation of Metal 合金结构：Structure of Alloy 组成物：Constitute 上讲知识点： 一、金属材料性能 二、金属晶体构造 1、晶体、晶体结构 2、金属结晶过程、过冷、过冷度、冷却速度 3、金属同素异晶转变 4、合金基本组成物及二元合金相图 本讲内容：铁碳合金（Fe-C Alloy知识点） 一、铁碳合金基本组织 二、铁-碳合金相图 三、铁碳合金分类 四、举例分析不同成分铁-碳合金结晶过程 五、碳含量对铁碳合金组织和性能影响 六、铁碳合金相图应用 第二讲：铁碳合金 Fe-C Alloy 一、铁碳合金基本组织 Basic S
14、tructure of Fe-C Alloy 1.铁素体（Ferrite）： （0.008-0.02）%C 碳溶解在- Fe中形成的固溶体。 特点：塑性、韧性好，延伸率=（45-50）%； 但强度和硬度低。 应用：工业用纯铁,组织：100%铁素体（F) 2.奥氏体（Austenite）： （0.77-2.08）%C 碳溶解在- Fe中形成的固溶体。 特点：只在723以上存在，塑性好、硬度低。 应用：钢的压力加工就在奥氏体状态下进行。 3.渗碳体 Cementite ： （Fe3C） 6.67%C Fe与C形成的金属化合物。 特点：硬度高，塑性差；在钢中起骨架作用。 注意：条件许可时，渗碳体会分
15、解成铁+石墨。 4.机械混合物：珠光体 Pearlite；莱氏Ledeburite 珠光体（P）：室温组织 组成：铁素体 +渗碳体 （F+Fe3C） 性能：强度和硬度高；塑性较差 莱氏体（Le）：高温组织 组成：奥氏体 +渗碳体 （A+Fe3C） 性能：强度和硬度高；塑性较差 在室温下：因A 转变成（P+ Fe3C）， 莱氏体转变为变态莱氏体（Le）。 二、铁-碳合金相图 Fe-C Equilibrium Diagram 1.特征点： A、C 、 D 、 E、 G、 P、 S和Q点含义； 2.特性线： ABCD线液相线 ( Liquidus) AHJECF线固相线( Solidus) ECF线
16、(Eutectic Line)共晶线（1147） PSK线(Eutectoid Line)共析线（727） GS线（A3）奥氏体中开始析出铁素体线。 ES线（Acm）碳在-铁中的溶解度线。 PQ线碳在-铁中的溶解度线。 3.区域：两相区 液相+固相；固相+固相 图1.铁-碳合金相图 Liquid Austenite 三、铁碳合金分类 Class of Fe-C Alloy 1.工业纯铁(Pure Iron)：C0.02% 2.钢(Steel)： 0.02%C2.11% 注：以含碳0.77%为界，有亚共析和过共析钢。 3.生铁(Cast Iron)： 2.11%C6.69% 注：以碳4.30%为
17、界，分亚共晶和过共晶铁。 四、举例分析不同成分铁-碳合金结晶过程 分析五种成分的铁-碳合金，从冷却、结晶 和直到室温的组织形成过程： ：亚共析钢 L A F + P ：共析钢 L A P ：过共析钢 L A Fe3C + P ：亚共晶生铁 L A + Le P + Le ：共晶生铁 L Le Le ：过共晶生铁 L Fe3C+Le Fe3C + Le 图2 分析、六个成分冷却、结晶过程 图3 共析钢组织转变示意图 Eutectoid transformation 共析钢金相组织图 Eutectoid transformation 图4 亚共析钢组织转变示意图Sub-eutectoid 亚共析钢
18、金相组织图 Sub-eutectoid 图5 过共析钢组织转变示意图Over-eutectoid 过共析钢组织金相图Over-eutectoid 图6 共晶成分组织转变示意图 Eutectic transformation 图7 亚共晶成分组织转变示意图 Sub- Eutectic transformation 图8 过共晶成分组织转变示意图 Sub- Eutectic transformation 六、碳对铁碳合金组织和性能影响 1.组织变化：组织变化： 随碳含量增加，渗碳体（Fe3C）量增多，基 体由铁素体（F）变成珠光体（P）、继而又转变 成莱氏体（Le）；形态也由片状变成网状。 2.2
19、.性能变化：性能变化： 小于1.0%时，随碳含量增加，强度和硬度 提高，韧性和塑性降低；大于1.0%时，网状渗碳 体出现，硬度虽增大，但强度下降。所以高碳钢 适于制造模具和工具。工业用钢碳小于1.4%。 钢的性能随碳含量的变化变化： 七、铁碳合金相图应用 Application of Fe-C Equilibrium Diagram 1.在铸造中应用： Application in Foundry （1）确定钢和铸铁浇注温度； （2）判断其流动性好坏和收缩大小。 2.在锻造中应用： Application in Forging 确保钢在奥氏体区域内变形。 3.在热处理中应用： Applicat
20、ion in Heat treatment 制定热处理工艺依据。 铁碳合金 总结 一、铁-碳合金相图 会分析各种不同成分铁-碳合金的结晶过程 二、碳含量对铁碳合金组织和性能影响 三、铁碳合金相图应用 Questions: State the difference between steel and cast iron! State how the carbon content influences the strength and ductility of steel ! Describe the cooling process of typical ferrous alloys ! 词汇 二
21、元合金相图 ： Equilibrium Diagram of Binary Alloy 铁碳合金： Fe-C Alloy 铁碳合金基本组织： Basic Structure of Fe-C Alloy 铁素体：Ferrite 奥氏体：Austenite 渗碳体：Cementite 珠光体：Pearlite 莱氏体：Ledeburite 铁-碳合金相图：Fe-C Equilibrium Diagram 液相线：Liquidus 固相线：Solidus 共晶线：Eutectic Line 共析线：Eutectoid Line 铁碳合金分类：Class of Fe-C Alloy 工业纯铁：Pure
22、 Iron 共析转变：Eutectoid Transformation 亚共析转变：Sub-Eutectoid Transform 过共析转变：Over-Eutectoid Transformation 共晶转变：Eutectic Transformation 亚共晶转变：Sub- Eutectic Transformation 钢：Steel 生铁：Cast Iron 铁碳合金相图应用： Application of Fe-C Equilibrium Diagram 在铸造中应用： Application in Foundry 在锻造中应用： Application in Forging 在
23、热处理中应用： Application in Heat treatment 铁碳合金相图复习 一、铁-碳合金相图 会分析各种不同成分铁-碳合金的结晶过程 二、碳含量对铁碳合金组织和性能影响 三、铁碳合金相图应用 图2 分析、六个成分冷却、结晶过程 1 2 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 4 4 第三讲 钢的热处理、分类和牌号 一、钢在热处理中的组织转变 二、钢的热处理工艺 三、钢的分类 四、钢的牌号和应用 钢的热处理概述： 概念：将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和 冷却，以改变整体或表面组织，获得所需性能 的工艺。 目的：1）可以消除工件上一工艺过程产生缺陷；
24、 2）也能为下一工艺过程创造条件。 据统计：机床零件中60-70%要进行热处理； 汽车、拖拉机零件中70-80%要进行热处理； 轴承、各种工具和模具几乎全部需要热处理。 钢的热处理曲线 热处理分类：热处理分类： 普通热处理普通热处理 表面热处理表面热处理 其他热处理其他热处理 退火退火AnnealingAnnealing 正火正火NormalizingNormalizing 淬火淬火Hardening(Quenching)Hardening(Quenching) 回火回火TemperingTempering 表面淬火表面淬火 化学热处理化学热处理 火焰加热火焰加热FlameFlame 感应加热
25、感应加热InductionInduction 渗碳渗碳CarburizationCarburization 渗氮渗氮NitrogenizingNitrogenizing 碳氮共渗碳氮共渗 真空热处理真空热处理VacuumVacuum 可控气氛热处理、形变热处理可控气氛热处理、形变热处理 Controled AtmosphereControled Atmosphere 热 处 理 热 处 理 一、钢在热处理中的组织转变(Transformation) 1.钢在加热和冷却时存在过热、过冷。 2.共析钢被加热到Acl以上时，珠光体 转变为奥氏体。 过程包括：1）A晶核的形成； 2）A晶核的长大； 3
26、）渗碳体的溶解； 4）A晶粒的均匀化。 钢在加热和冷却时，临界转变温度变化 共析钢加热获得单一奥氏体的过程 注意： 1）对于亚共析钢和过共析钢的A化与 共析钢大体相同。超过Ac3时，F转变为A； 超过Accm时，二次渗碳体逐渐溶入A中。 2）A 刚形成时晶粒细小。细小A冷却后 组织也细小。所以，加热温度不宜太高、 时间不宜太长。 钢的加热温度过高对转变组织影响 奥氏体晶粒长大示意图 3.钢在冷却时的组织转变 钢在A化后，紧接着是冷却。所获得的组织与冷 却方式和冷却速度密不可分。有两种冷却方式： 1）连续冷却： 钢在温度连续下降过程中发生组织转变； 2）等温冷却： A.钢先迅速冷却到临界温度下某
27、一温度， 成为过冷A； B.在该温度下保温，使过冷A发生组织转变； C.转变完成后，冷却到室温。 钢热处理的两种冷却方式 4.以共析钢为例，分析过冷A在不同温度下 等温冷却时的组织转变： 1）过冷A在Ar1-550间转变，形成珠光体型 组织：渗碳体片分布在F基体上 ； Ar1- 650，生成粗片状P； 650-600，生成细片状P；（索氏体） 600-550，生成极细片状P（屈氏体） 2）过冷A在550-Ms间转变，形成贝氏体型 组织：（Bainite) 碳过饱和F和微小弥散分布渗碳体组成。 3）过冷A迅速冷却到Ms以下转变，形成马氏体 组织：（Martensite) 碳过饱和地固溶在-Fe中
28、。 注意：A.实际上，过冷A 不能在恒温下转变为M， 而是在Ms-Mf之间连续冷却时完成； B.随着A中碳含量增大， Ms和Mf不断降低； C.残余A：冷却到室温下未转变的过冷A ； D.共析钢在Ms-Mf间的转变产物：M+残余A 5.实际生产中常采用连续冷却方式，共析钢 过冷A在连续冷却时组织转变： 1）随炉缓慢冷却时，形成粗片状P ； 2）在空气中冷却时，形成细片状P ； 3）在油中冷却时，形成极细P+M+残余A ； 4）在水中冷却时，形成M+残余A 。 二二. .热处理工艺热处理工艺 Type of Heat Treatment 1.退火 Annealing： 加热到适当温度，保温后缓冷
29、，获得接近平衡组织。 目的： 1）降低硬度利于切削； 2）细化晶粒，提高性能； 3）除内应力，为下一工序作准备； 4）降低钢锭、铸件或锻坯成分不均匀性。 分类：完全退火、球化退火、去应力退火和扩散退火。 1）完全退火：适用于亚共析钢。 加热到Ac3以上2030，保温一定时间，完全奥氏体化 后，随炉缓慢冷却，或埋入石灰中冷却。 目的：细化晶粒或降低中碳钢或合金钢硬度。 2）球化退火：适用共析和过共析钢。 加热至Ac1以上2030 ，使片状或网状渗碳体球化。 目的： 降低硬度或为下一步淬火做好组织准备。 3）去应力退火：加热到低于Ac1，目的：消除内应力。 4）扩散退火（均匀化退火）：加热到略低于
30、固相线温度， 长时间保温后缓冷的处理。用于钢锭、铸件和锻坯。 2.正火 Normalizing： 加热到Ac3或Accm以上30-50 ，保温后在空 气中冷却。 目的： 1）提高低碳钢或低碳合金钢硬度，改善切削； 2）对于中碳和中碳合金钢，细化晶粒比完全退火好； 3）使过共析钢的渗碳体呈链状，利于下步一球化。 碳素钢正火、退火加热温度范围 3.3.淬火淬火 Quenching： 加热到Ac1或Ac3以上30-50，保温后快速 冷却，获得M组织：提高钢的硬度和耐磨性。 对于亚共析钢：M+残余A 共析、过共析钢：细小M+粒状渗碳体+残余A 冷却介质：水、油和熔盐等。 水：冷却能力强，主要用于碳钢工
31、件； 油：冷却能力较弱，主要用于合金钢工件； 熔盐：冷却能力中等，用于形状复杂小工具。 碳素钢淬火加热温度范围 4.4.回火回火 Tempering： 将淬火钢加热到Ac1以下一温度，保温后自然冷却的 处理。 目的：降低淬火钢脆性，减小或消除内应力。 分类：1）低温回火：低温回火：加热到150-250； 组织：回火马氏体，用于工具、轴承等。 降低淬火应力，保持高硬度和高耐磨性。 2）中温回火：中温回火：加热到350-500； 组织：F基体+极细粒状渗碳体 有高的弹性、屈服点和韧性，用于弹簧。 3）高温回火：高温回火：加热到500-650； 组织：F基体+较细粒渗碳体 有良好综合性能，广泛用于轴
32、、齿轮等。 将淬火钢加热到500-650，进行高温 回火的处理。 组织： F基体+较细粒渗碳体 性能特点：获得高强度、塑性和韧性。 应用：广泛用于处理各种重要零件，尤 其受动载荷和交变载荷的零件： 像，传动轴、齿轮和连杆等。 调质处理： 三.钢的分类 Class of steels 钢：C 2.11%Fe-C合金，还有Si、Mn、S、P等。 1.按成分(by Composition) 低碳钢 C0.25%0.25%； 碳素钢 中碳钢 0.25%0.25% C0.60%0.60%； Carbon 高碳钢 C0.6%； 低合金钢 合金元素总量 5%； 合金钢 中合金钢 5% 合金10%10% Al
33、loy 高合金钢 合金元素总量10%； 注意：常存元素对碳钢性能的影响 钢 1）锰：因用锰铁脱氧而残留钢中。含量 0.250.8% 存在形式：固溶于铁素体，形成置换固溶体，使钢强化。 2）硅：用硅铁脱氧而残留钢中，含量 0.4% 存在形式：大部分固溶于铁素体使钢强化，属有益元素。 3）硫：由矿石和燃料带入钢中，属有害元素。 存在形式：不溶于铁，以FeS形式与Fe形成共晶体 低熔点（985 ），易形成热脆。 4）磷：来源于矿石和生铁。 存在形式：固溶于铁素体提高强度，但降低塑性和韧性。 2.按质量：(by quality) 普通钢： S 0.055%； (normal) P0.045%； 优质钢
34、： S （0.0300.040）%、 (high quality) P（0.0350.040）%； 高级优质钢： S 0.0200.030%； (high duty) P（0.0300.035）%； 3.按用途(by purpose) (structural) 结构钢-工程结构和机械零件； (tool) 工具钢-工具、模具和量具； (special）特殊钢-不锈钢、耐热、耐磨和耐蚀钢。 四.钢的牌号 Marks of Steels 1.碳素结构钢 由于碳素结构钢一般不需热处理，按力学 性能供货，其牌号组成： 屈服点字母+屈服点数值+质量等级+脱氧方法 如：Q235-A.F：屈服强度235MPa
35、A级沸腾钢。 其它见： 2004年 严绍华 主编热加工工艺基础P278 2.优质碳素结构钢： 供货时，既要保证成分，又需保证性能。 牌号：平均碳含量万分数：25 、30 、45 若锰含量较高：45Mn 3.碳素工具钢：碳含量在 0.651.35%之间 牌号：平均碳含量千分数：T8、T10、T12A 4.合金结构钢：30CrMnSi、 12CrNi3 牌号：平均碳含量万分数+元素符号+数字 滚珠轴承钢牌号前加G”，如GCr15 5.合金工具钢：用于刀具、模具和量具 牌号：9SiCr、Cr12、5CrMnMo 平均碳含量千分数+元素符号+数字 碳含量1%，不标出，如 W18Cr4V 6.特殊用途合
36、金钢：不锈钢、耐热和耐磨钢 牌号：与合金工具钢相同。如， 1Cr18Ni9 1Cr13、4Cr9Si2、ZGMn13 和 0Cr18Ni9Ti 碳含量0.03%和 0.08%，冠以00和0 总结： 一、钢在热处理中的组织转变 二、钢的热处理工艺 三、钢的分类 四、钢的牌号和应用 QUESTIONS: 1. Distinguish between the following: a. Quenching and Tempering b. Normalizing and annealing c. Cementite and martensite 2. Explain why tempering fo
37、llows the quenching process in heat treatment of steel 词汇： 钢热处理：Heat Treatment of Steel 退火：Annealing 正火：Normalizing 淬火：Hardening（Quenching） 回火：Tempering 表面热处理：Surface Heat Treatment 火焰加热：Flame Heated 感应加热：Induction Heated 渗碳：Carburization 渗氮：Nitrogenizing 真空热处理：Vacuum Heat Treatment 可控气氛热处理： Control
38、ed Atmosphere Heat Treatment 贝氏体：Bainite 马氏体：Martensite 热处理类型：Type of Heat Treatment 钢分类：Classes of Steels 碳素钢：Carbon Steel 合金钢 ：Alloying Steel 钢的编号： Marks of Steels 基本要求如下： 1.掌握陶瓷材料的基本概念，了解其结构与 性能的关系； 2.熟悉常用工程塑料的种类、结构特点、性能 和应用； 3.了解橡胶、陶瓷和复合材料的特点和应用 第四讲：非金属材料及复合材料简介 Introduction of Nonmetal Material
39、s and Composite Materials 非金属材料包括非金属材料包括： 陶瓷材料陶瓷材料( (Ceramic Material) )_石头、陶器、 高分子材料高分子材料(Polymer)(Polymer)_丝绸、塑料、橡胶、 复合材料复合材料：不同性能材料复合一起，弥补单一材料不足 钢筋混凝土、石棉板、水泥板、轮胎、 一一. .陶瓷材料陶瓷材料 Silicate（硅酸盐材料）（硅酸盐材料） 1.1.陶瓷材料范围陶瓷材料范围： （1）非金属单质构成：如金刚石和单晶硅。 （2）金属和非金属组成化合物： 刚玉(corundum) Al2O3、石英 SiO2和绿(beryl)Be3Al2S
40、i6O18 （3）泛指玻璃、水泥(cement)和耐火材料(refractory)等材料。 2. 陶瓷材料陶瓷材料结合键类型及主要性能特点结合键类型及主要性能特点 （1）离子键）离子键(electrovalent bond)：氧化铝和氧化锆 性能：熔点高、强度和硬度大、脆性大绝缘 （2）共价键）共价键(covalent bond )单晶硅、金刚石、氮化硼和氮化硅 性能：强度高，脆性大，无延展性、热膨胀小。 （3）离子）离子-共价混合键共价混合键(mixed bond)：氧化镁和碳化硅。 3. 陶瓷组织和性能陶瓷组织和性能 （1陶瓷组织：陶瓷组织：）陶瓷组织陶瓷组织 A. 晶体相：硅酸盐（离子键
41、+共价键）、 B. 玻璃相：粘连晶体 C. 气相：气孔 （2陶瓷性能：瓷性能陶瓷性能：瓷性能 A. 机械性能：刚度和硬度大，抗拉强度低， 没有塑性，脆性极高。 B. 其它： 热膨胀小，导热性差， 化学稳定性好，绝缘性好。 4. 陶瓷材料分类及应用陶瓷材料分类及应用（types and application) 包括：包括： A. 传统陶瓷传统陶瓷: 粘土、长石、和石英等天然硅酸盐为原料 （普通） 用于日用、建筑、卫生用品及电器等。 B. 现代陶瓷现代陶瓷：用高纯氧化物（刚玉）、氮化物、碳化物、 （特种）硼化物和氟化物等合成，又称精细陶瓷。 如硅碳棒、热电偶套等。 5.现代陶瓷现代陶瓷：分结构、
42、工具和功能陶瓷。 A. 结构陶瓷结构陶瓷： 碳化物（SiC、WC、TiC） 如：内燃机火花塞、火箭和导弹导流罩。 B. 工具陶瓷工具陶瓷：金属陶瓷（Cr粘结剂 的Al203 ，Co、Ni 为粘结剂的WC和TiC、钢结硬质合金） 制造：切削刀具、模具、磨料、钻探工具。 C. 功能陶瓷功能陶瓷： 用物理性能或对声、光、电、力、热和磁敏感性。 导电、压电、磁性、光导纤维、传感器和超导陶瓷。 二、高分子材料二、高分子材料 （Polymer ,High molecular material) 天然+人工 1. 概念概念： 分子量很大的有机化合物总称。 象塑料、橡胶和 纤维等。 2. 结合键类型结合键类型
43、： 原子间以共价键结合，组元：C、H、N 、O和Si 3. 性能特点性能特点： 常温下呈固态、质轻，具有良好的电绝缘、 热绝缘、耐酸、耐蚀和好的化学稳定性。 高分子材料结构示意图： 高分子材料高分子材料缺点缺点：会老化。 4. 4. 塑料、橡胶的使用状态：塑料、橡胶的使用状态： 塑料塑料：在玻璃态使用 橡胶橡胶：高弹态使用 流动树脂流动树脂：象胶粘剂、涂料在粘流态 （1）塑料：）塑料：Plastic 以天然、合成树脂为原料，在一定温度和压力下 成型的材料。分通用通用和工程用工程用两种。两种。 A .通用塑料：通用塑料：聚乙烯、聚氯乙烯等。 B. 工程塑料：工程塑料：聚甲醛、聚酰胺和ABS 特点：室温下呈玻璃态、比重小，比强度高， 耐蚀（酸、碱）、耐磨、绝缘、易成形。 用途：制造工程零件：如轴承、衬套和齿轮；蜗轮、 蜗杆、防弹玻璃、飞机挡风罩。 设计塑料零件应注意：设计塑料零件应注意： A. 热膨胀系数大； B. 工作温度不超过玻璃化温度Tg； C. 缺口敏感性大； D. 可燃、吸水会改变尺寸； 线型无定形高聚物的温度形变曲线 （2）橡胶橡胶Rubber：室温下呈高弹态 A.天然橡胶：天然橡胶：从三叶橡胶树中采集的高弹物。 如：轮胎、胶带和胶管。 通用橡胶：丁苯和顺丁橡胶 传动带
