材料与成形辅导课课件

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1、课外辅导课一课外辅导课一、1材料与成形辅导课目前目前( (第第7 7周结束周结束), ), 材料与成形（）材料与成形（）B B（1 1）主要的重点内容有：主要的重点内容有：1.1.材料的力学性能和晶体结构材料的力学性能和晶体结构 强度、硬度、塑性、韧性强度、硬度、塑性、韧性 基本概念；主要指标；实验方法；计算公式等。基本概念；主要指标；实验方法；计算公式等。 纯金属的晶体结构和结晶过程纯金属的晶体结构和结晶过程 晶向指数、晶面指数；晶向指数、晶面指数； 3 3种常见晶格的晶格常数、致密度种常见晶格的晶格常数、致密度 3 3种晶格缺陷种晶格缺陷 结晶过程和细化晶粒的结晶过程和细化晶粒的3 3种办

2、法种办法 合金的晶体结构合金的晶体结构 固溶体、化合物、机械混合物的性能特征固溶体、化合物、机械混合物的性能特征2材料与成形辅导课2.2. 二元合金相图和杠杆定律二元合金相图和杠杆定律: :匀晶、匀晶、共晶共晶、共析共析、包晶转变的概念包晶转变的概念, ,各类相图各类相图 的形态特征的形态特征 匀晶匀晶相图的区域相图的区域( (相组成相组成、组织组成组织组成),),冷却曲线冷却曲线, , 组织转变过程分析组织转变过程分析共晶相图的区域共晶相图的区域( (相组成相组成、组织组成组织组成),),冷却曲线冷却曲线, , 组织转变过程分析组织转变过程分析用杠杆定律计算相组成物或用杠杆定律计算相组成物或

3、组织组成物各自所占组织组成物各自所占 的比例的比例 一定要先文字回答相是？组织是？再画出杠杆一定要先文字回答相是？组织是？再画出杠杆，列出计算式，最后的答案一定要是百分数。，列出计算式，最后的答案一定要是百分数。3材料与成形辅导课3.3. 铁碳合金及铁碳合金及Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图平衡相平衡相、平衡组织；相图的、平衡组织；相图的形态和各区域组织形态和各区域组织 特征点线特征点线： 0.0.02180218% %( (室温用室温用0)0)、0.77%0.77%、2.11%2.11%、 4 4.3%.3%、6.69%6.69%；727727、11481148亚共析、共析、过共析、

4、亚共晶、共晶、过共晶亚共析、共析、过共析、亚共晶、共晶、过共晶 6 6种铁碳合金的冷却曲线和组织转变过程种铁碳合金的冷却曲线和组织转变过程亚共析、共析、过共析钢的室温平衡组织及金相亚共析、共析、过共析钢的室温平衡组织及金相 照片特征照片特征，会用杠杆定律计算各相会用杠杆定律计算各相或组织或组织的比例的比例。从材料组织分析含碳量与力学性能的关系：从材料组织分析含碳量与力学性能的关系： c1%c1%c1%时，随碳量增加，硬度时，随碳量增加，硬度 ；强度、塑性和韧性；强度、塑性和韧性 4材料与成形辅导课会写包晶、共晶、共析转变式会写包晶、共晶、共析转变式 包晶转变式：包晶转变式：L L 0.530.

5、53 + + 0.090.09 0.170.17 共晶转变式共晶转变式：用相表达用相表达 L L 4.34.3 2.112.11 + Fe + Fe3 3C C 用组织表达用组织表达 L L4.34.3 Ld Ld4.34.3 共析转变式：共析转变式：用相表达用相表达 0.770.77 0.02180.0218 + + FeFe3 3C C 用组织表达用组织表达 0.770.77 P P 0.770.77 4.4. 热处理热处理热处理时的组织与性能的变化分析热处理时的组织与性能的变化分析: : 加热时：实现奥氏体化（用相图分析）；加热时：实现奥氏体化（用相图分析）； 冷却时：过冷奥氏体将实现珠

6、光体或贝氏体或冷却时：过冷奥氏体将实现珠光体或贝氏体或 马氏体转变（用马氏体转变（用TTTTTT也称也称C C曲线分析）曲线分析） A A5材料与成形辅导课例例1.1. 书书8080页第页第2 2题题图图示为五种材料的应力示为五种材料的应力- -应变曲线：应变曲线：4545钢，铝青铜，钢，铝青铜，3535钢，钢， 硬铝，纯铜。试问：硬铝，纯铜。试问： (1) (1) 当外加应力为当外加应力为300 MPa300 MPa时，各材料处于什么状态？时，各材料处于什么状态？(2) (2) 有一用有一用3535钢制作的轴，使用中发现弹性弯曲较大，如改用钢制作的轴，使用中发现弹性弯曲较大，如改用4545钢

7、钢 制作该轴，能否减少弹性变形？制作该轴，能否减少弹性变形？(3) (3) 有一用有一用3535钢制作的轴，使用中发现塑性变形较大，如改用钢制作的轴，使用中发现塑性变形较大，如改用4545钢钢 制作该轴，能否减少塑性变形？制作该轴，能否减少塑性变形？ 有关拉伸曲线的题目有关拉伸曲线的题目关键知识点关键知识点: :拉伸曲线的拉伸曲线的4 4个阶段个阶段 弹变弹变, , 屈服屈服, , 塑变塑变, , 断裂断裂答答: : (1) (1) 弹变，塑变，屈服，弹变，塑变，屈服， 塑变，断裂塑变，断裂(2) 35(2) 35钢换成钢换成4545钢钢, , 不能减少不能减少弹性弹性 变形变形, , 因为两

8、者的因为两者的E E相同相同(3) 35(3) 35钢换成钢换成4545钢钢, , 能减少塑能减少塑性性 变形变形, , 原因要分原因要分2 2段讲段讲绿线绿线黄线黄线6材料与成形辅导课这类题目也可以稍微变化一下,比如:(一)比较这五种材料的抗拉强度屈服强度（屈服点）刚度塑性。(二)计算这五种材料的屈强比比屈服强度比抗拉强度4545钢，铝青铜，钢，铝青铜，3535钢，硬铝，钢，硬铝， 纯铜。纯铜。 7材料与成形辅导课例例2.2. 书书8181页第页第9 9题题有关匀晶相图、杠杆定律的题目有关匀晶相图、杠杆定律的题目（）两相的成份（）两相的成份( (直接在图上读出直接在图上读出):): 液相液相

9、L L(Ni)= 45 %(Ni)= 45 % 固相固相(N(Ni i)= 80 %)= 80 %（）各相的相对质量（）各相的相对质量( (杠杆定律计算杠杆定律计算) )80804545L L6060（）两相的质量比（）两相的质量比( (仍采用上述杠杆计算）仍采用上述杠杆计算）L L: : =(80-60):(=(80-60):(60-45)=4:360-45)=4:3（）各相的质量（）各相的质量 W WL L = =57.14%57.14% * * 5050 = = 28.57 Kg28.57 Kg W W =42.86%=42.86% * * 5050 = = 21.43 Kg21.43

10、Kg注意注意: :相对质量也称为质量百分相对质量也称为质量百分数数, ,一定要用百分数表达；一定要用百分数表达；质量是绝对质量，用代号质量是绝对质量，用代号W W或或M M都可以，结果不要用分都可以，结果不要用分数数 8材料与成形辅导课例例. . 书书8181页第页第1010题题有关区域相组成、组织组织及匀晶、共晶、有关区域相组成、组织组织及匀晶、共晶、共析、包晶、脱溶等转变的题目共析、包晶、脱溶等转变的题目（1 1）标出（）标出（1 1）、（2 2）区域中存在的相；）区域中存在的相；（2 2）标出（）标出（3 3）、（4 4）、（）、（5 5）区域中的组织；）区域中的组织；（3 3）相图中包

11、括哪几种转变？写出它们的反应式）相图中包括哪几种转变？写出它们的反应式。9材料与成形辅导课解解: :C CD DL LL L + +30307575相图及各区域的相组成物如下：相图及各区域的相组成物如下：L L + +C C9090C C + + 例例4.4. 书书8181页第页第1212题题10材料与成形辅导课C CD DL LL L + +30307575相图及各区域的组织组成物如下：相图及各区域的组织组成物如下：L L + +C C9090（C C+ + ）+ +C CIIIIC+C+（C C+ + ）+ C CIIII+ +（C C+ + ）11材料与成形辅导课D D=40%=40%的

12、的合金在刚刚完成共晶转变时合金在刚刚完成共晶转变时, , 其组织其组织组成物为组成物为 ，列杠杆计，列杠杆计算算: :C CD D3030 40407575+ ( ( C C+) +) 40-3040-3075-3075-30100%100%=22.22%=22.22%( ( C C+)+)= = =75-4075-4075-3075-30100%100%=77.78%=77.78%( ( C C+)+)初生晶初生晶 ( (液相中生液相中生成成) )共晶体共晶体 ( (层片状层片状) )L L + +( ( C C+ + )+ +C CIIII30304040757512材料与成形辅导课C C

13、D D力学性能力学性能硬度硬度塑、韧塑、韧强度强度3030力学性能（强力学性能（强、硬硬、塑塑、韧）与相图的关系如下：韧）与相图的关系如下：13材料与成形辅导课例例5.5. 书书8181页第页第1313题题有关铁碳相图、冷却曲线、相、组织、有关铁碳相图、冷却曲线、相、组织、杠杆定律的题目杠杆定律的题目 45 45钢的结晶过程通钢的结晶过程通过画冷却曲线来描述过画冷却曲线来描述, , 如左如左图图 45 45钢室温的相组成钢室温的相组成物物: : +Fe+Fe3 3C C 4545钢室温的组织组成物钢室温的组织组成物: : F+PF+P 室温下组织的相对量室温下组织的相对量, , 列杠杆计算列杠

14、杆计算F F0 00.40.45 50.770.77P P14材料与成形辅导课 T10 T10钢的结晶过程通钢的结晶过程通过画冷却曲线来描述过画冷却曲线来描述, , 如左如左图图 T10 T10钢室温的相组成钢室温的相组成物物: : +Fe+Fe3 3C C T10T10钢室温的组织组成物钢室温的组织组成物: : P+ Fe3CP+ Fe3C 室温下组织的相对量室温下组织的相对量, , 列杠杆计算列杠杆计算0.770.77P P1.01.06.696.69F Fe3Ce3C15材料与成形辅导课16材料与成形辅导课17材料与成形辅导课18材料与成形辅导课课外辅导课二课外辅导课二、19材料与成形辅

15、导课4.4. 热处理热处理热处理时的组织与性能的变化分析热处理时的组织与性能的变化分析: : 加热时：实现奥氏体化（用相图分析）；加热时：实现奥氏体化（用相图分析）； 冷却时：过冷奥氏体将实现珠光体或贝氏体或冷却时：过冷奥氏体将实现珠光体或贝氏体或 马氏体转变（用马氏体转变（用TTTTTT也称也称C C曲线分析）曲线分析）P PS SB B下下B B上上20材料与成形辅导课退火退火、正火、淬火、回火、正火、淬火、回火的加热温度的加热温度、冷却方、冷却方 式及主要目的。式及主要目的。防止淬火变形和开裂的三种办法及各自的优缺防止淬火变形和开裂的三种办法及各自的优缺 点和应用场合点和应用场合。（双液

16、、分级、等温淬火）。（双液、分级、等温淬火）起始晶粒度起始晶粒度、本质晶粒度本质晶粒度；淬透性、淬硬性；淬透性、淬硬性 对本质粗晶对本质粗晶粒钢热处理时粒钢热处理时，要严格控制加热温，要严格控制加热温 度、加热速度、保温时间度、加热速度、保温时间（快速加热、短时间保温（快速加热、短时间保温）热处理组织热处理组织（非平衡冷却组织）：（非平衡冷却组织）：S S、T T、 B B 、 M M、回火、回火S S、回火、回火T T、回火、回火M M的定义与性能特征的定义与性能特征； 上上B B、下、下B B、低碳、低碳M M、高碳、高碳M M在显微镜下的形态在显微镜下的形态 特征及性能区别特征及性能区别

17、21材料与成形辅导课 5. 5. 钢铁材料钢铁材料钢铁材料的分类钢铁材料的分类、牌号意义及主要用途牌号意义及主要用途。 Q235Q235与与Q345Q345（以（以295295分界）分界）, , 4545 , , T8T8与与T8AT8A , , T10;T10; 20CrMnTi,40Cr,60Si2Mn20CrMnTi,40Cr,60Si2Mn ,GCr15;38CrMoAl,GCr15;38CrMoAl* *( (渗氮渗氮) ) 9SiCr, W18Cr4V; 9SiCr, W18Cr4V; 2Cr13, 2Cr13, 4Cr13,1Cr18Ni9Ti;4Cr13,1Cr18Ni9Ti;

18、 HT150, HT300; KTH300-06, KTZ500-06; QT800-2HT150, HT300; KTH300-06, KTZ500-06; QT800-2 直接浇直接浇 浇前放孕育剂浇前放孕育剂 先浇白口再长时间石墨化退火先浇白口再长时间石墨化退火 浇前放孕育剂浇前放孕育剂 和球化剂和球化剂除除MnMn外的合金元素，阻碍外的合金元素，阻碍A A长大、细化晶粒长大、细化晶粒 除除CoCo外的合金元素，使外的合金元素，使C C曲线右移、提高淬透性曲线右移、提高淬透性碳钢中的有益杂质碳钢中的有益杂质（锰、硅）（锰、硅） 有害杂质有害杂质（硫（硫- -热脆、磷热脆、磷- -冷脆、氢

19、冷脆、氢- -氢脆）氢脆）22材料与成形辅导课6.6.强化金属材料的方法强化金属材料的方法细晶强化（同时提高强、硬、塑、韧）细晶强化（同时提高强、硬、塑、韧） 如孕育铸铁的强度高于普通灰口铸铁如孕育铸铁的强度高于普通灰口铸铁固溶强化（强、硬提高，塑、韧略下降）固溶强化（强、硬提高，塑、韧略下降） 如铁素体的强度高于纯铁如铁素体的强度高于纯铁弥散强化弥散强化（强、硬提高，塑、韧下降）（强、硬提高，塑、韧下降） 又称为第二相强化又称为第二相强化 如珠光体的强度高于铁素体如珠光体的强度高于铁素体形变强化形变强化（强、硬提高，塑、韧下降）（强、硬提高，塑、韧下降） 如冷拉钢丝的强度高于退火态钢丝如冷拉

20、钢丝的强度高于退火态钢丝23材料与成形辅导课7.7.典型零件的选材与热处理方案典型零件的选材与热处理方案 预备热处理预备热处理: : 目的目的: : 改善切削加工性能改善切削加工性能, , 消除铸、锻、焊等消除铸、锻、焊等 毛坯制造过程中产生的热应力毛坯制造过程中产生的热应力 方法方法: :完全退火完全退火, , 球化退火球化退火, , 正火正火 最终热处理最终热处理目的目的: : 调整零件的最终性能调整零件的最终性能, , 以满足使用要求以满足使用要求方法方法: : 淬火淬火+ +高温回火高温回火, , 淬火淬火+ +中温回火中温回火, , 淬火淬火+ +低温回火低温回火, , 表面淬火表面

21、淬火+ +低温回火低温回火, , 表面渗碳表面渗碳+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火, , 表面渗氮表面渗氮24材料与成形辅导课1.1.建筑用钢建筑用钢( (钢窗、钢门、钢筋钢窗、钢门、钢筋) Q235;) Q235;不热处理不热处理( (轴、齿轮轴、齿轮) )( (小销小销、轴轴、螺钉螺钉) )不重要的零件不重要的零件 Q235, 20, 25Q235, 20, 25等等; ; 不热处理或正火不热处理或正火重要的受力或传动零件重要的受力或传动零件4545、40Cr40Cr等等; ; 淬火淬火+ +高温回火高温回火2.2.机械零件机械零件典型实例典型实例: :弹性元件弹性元件6060、656

22、5、60Si2Mn60Si2Mn等等; ; 淬火淬火+ +中温回火中温回火( (弹簧、弹性垫圈弹簧、弹性垫圈) )( (导柱、导套导柱、导套) )心韧面硬的零件心韧面硬的零件2020、2525、20CrMnTi;20CrMnTi; 表面渗碳表面渗碳+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火耐腐蚀耐腐蚀容器容器、管道等管道等1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 螺栓螺栓、叶片叶片、齿轮等齿轮等2Cr13 2Cr13 不热处理不热处理调质调质25材料与成形辅导课3.3.工具工具锯条等手工低速刀具锯条等手工低速刀具T10T10、T12T12等等, , 淬火淬火+ +低温回火低温回火手术刀手术刀、西餐

23、刀西餐刀、切菜刀等医用和食品加工刀具切菜刀等医用和食品加工刀具 4Cr134Cr13, ,淬火淬火+ +低温回火低温回火手锤、扳手等韧性工具手锤、扳手等韧性工具T7T7、T8T8等等, , 淬火淬火+ +中温回火中温回火4.4.机床底座机床底座、床身等箱体壳体件床身等箱体壳体件HT200HT200、HT350HT350等等 ( (重型机床用高牌号重型机床用高牌号););铸后去应力退火铸后去应力退火5.5.弯头弯头、三通三通、阀门等薄壁耐蚀件阀门等薄壁耐蚀件KTH300-06KTH300-06等等, , 铸后石墨化退火铸后石墨化退火6.6.曲轴等形状复杂的重载件曲轴等形状复杂的重载件QT600-

24、3QT600-3、ZG200-ZG200- 400 400等等, ,正火或淬火正火或淬火+ +高温回火高温回火26材料与成形辅导课例例1.1. 书书8181页第页第1515题题有关有关TTTTTT曲线的题目曲线的题目7 7个个直径为直径为10mm10mm的共析钢的共析钢(T8)(T8)小试样加热到相变点小试样加热到相变点A A1 1以上以上3030，按按图图中中a-f a-f 所示的所示的各各曲线进行冷却，曲线进行冷却，指出最终指出最终的组织，的组织，并并说明各属于说明各属于什么热处理方法什么热处理方法? ?P PS ST TB B上上B B下下M+AM+A残残M Mc ca abcdefgM

25、+AM+A残残M+AM+A残残T+M+AT+M+A残残B B上上S+TS+TS SP P水淬水淬分级淬火分级淬火油淬油淬等温淬火等温淬火正火正火正火正火等温退火等温退火27材料与成形辅导课例例2.2. 6 6个直径为个直径为1010毫米的共析钢试样按下图所示的方式进行不同的毫米的共析钢试样按下图所示的方式进行不同的热处理，请指出热处理，请指出1-101-10点所获得的组织。点所获得的组织。有关有关TTTTTT曲线曲线的题目的题目P PS ST TB B上上B B下下P PM+AM+A残残A A过冷过冷T+M+AT+M+A残残A A过冷过冷+ +B B下下B B下下+ +M+AM+A残残B B下

26、下B B下下A A过冷过冷+ +S SS+TS+T28材料与成形辅导课高质量、一般质量的小轴高质量、一般质量的小轴例例3.3. 书书8282页第页第1616题题有关铁碳相图、冷却曲线、热处理的题目有关铁碳相图、冷却曲线、热处理的题目45号钢，（号钢，（1）画铁碳合金相图（钢的部分），画冷却曲线，标组织转变过程；）画铁碳合金相图（钢的部分），画冷却曲线，标组织转变过程；（2）制造高质量、一般质量的小轴，请分别选择两种合适的热处理方案；）制造高质量、一般质量的小轴，请分别选择两种合适的热处理方案；（3）在）在曲线上画出两种热处理方案的工艺曲线，指出各自的室温组织。曲线上画出两种热处理方案的工艺曲线

27、，指出各自的室温组织。包晶包晶共析共析高质量小轴高质量小轴调质，工艺曲线如图中调质，工艺曲线如图中2，室温组织：回火，室温组织：回火一般质量小轴一般质量小轴正火正火, 工艺曲线如图中工艺曲线如图中1, 室温组织：室温组织：F+S+T29材料与成形辅导课例例4.4. 书书8282页第页第1717题题确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的及退火的组织。确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的及退火的组织。（1 1）经冷轧后的）经冷轧后的1515钢钢板，要求降低硬度；钢钢板，要求降低硬度；（2 2）ZG270-500ZG270-500的铸造齿轮；的铸造齿轮；（3 3）改善）改善6060钢、钢、T1

28、2T12钢的切削加工性能。钢的切削加工性能。例例5.5. 书书8282页第页第1818题题说明直径为说明直径为10mm10mm的的4545钢试样分别经下列温度加热：钢试样分别经下列温度加热：700700、760760、850850、11001100，保温后在水中冷却得到的室温组织。，保温后在水中冷却得到的室温组织。改变改变1:1:换材料换材料, T12, T12钢钢, , 其他不变其他不变改变改变2:2:换冷却方式换冷却方式, 45, 45钢钢, , 油中冷却油中冷却改变改变3:3:换材料换材料, , 换冷却方式换冷却方式, T12, T12钢钢, , 油中冷却油中冷却30材料与成形辅导课分析

29、思路:1.加热到温后的组织(用相图分析) 700 :F+P, P+ 700 :F+P, P+Fe3CII ; 760 :F+A, A+ 760 :F+A, A+Fe3CII 850 :A, A+ 850 :A, A+Fe3CII 1000 :1000 :均为粗大均为粗大A A; ; T12T1245454545钢钢 T12T12钢钢31材料与成形辅导课2.不同冷却后的组织(用CCT图分析)水冷水冷: M+A: M+A残残油冷油冷: : F + + T+BT+B上上+B+B下下+M+A+M+A残残空冷空冷: : F +S+S+ T T炉冷炉冷炉冷炉冷: : F +P+PA A转转变变水冷水冷油冷油冷空冷空冷非非A A组织保留组织保留4545钢钢32材料与成形辅导课2.不同冷却后的组织(用CCT图分析)水冷水冷: M+A: M+A残残油冷油冷: : Fe3CII + + T+M+AT+M+A残残空冷空冷: : Fe3CII +S+S+ T T炉冷炉冷炉冷炉冷: : Fe3CII +P+PA A转转变变水冷水冷油冷油冷空冷空冷非非A A组织保留组织保留T12T12钢钢33材料与成形辅导课34材料与成形辅导课35材料与成形辅导课