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金属材料与热处理教学课件

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金属材料与热处理教学课件的内容简介:

金属材料与热处理
第一章:金属的结构与结晶
1-1金属的晶体结构
学习目的:了解金属的晶体结构。
重点:有关金属结构的基本概念:晶面、晶向、晶体、晶格、单晶体、晶体,金属晶格的三种常见的类型。
难点:金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。
2-1金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
1、晶体:所谓晶体是指其原子(离子或分子)在空间呈规则排列的物体。
(晶体内的原子之所以在空间是规则排列,主要是由于各原子之间的相互吸引力与排斥力相平衡的结果。)原子在空间呈规则排列的固体物质称为“晶体”。
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。
二、金属晶格的类型
晶体结构的概念
1、晶格和晶胞
晶格:把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接起来构成空间格子称为晶格。
晶胞:构成晶格的最基本单元。
2、晶面和晶向
晶面:点阵中的结点所构成的平面。
晶向:点阵中的结点所组成的直线。
由于晶体中原子排列的规律性,可以用晶胞来描述其排列特征。
(阵点(结点):把原子(离子或分子)抽象为规则排列于空间的几何点,称为阵点或结点。点阵:阵点(或结点)在空间的排列方式称晶体。

金属晶格的类型
1、是指金属中原子排列的规律。
2、体心立方晶格:体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体,并且在立方体的体中心还有一个原子。属于这种晶格的金属有:铬Cr、钒V、钨W、钼Mo、及α-铁α-Fe
3、面心立方晶格:面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体,但在立方体的每个面上还各有一个原子。属于这种晶格的金属有:Al、Cu、Ni、Pb(γ-Fe)等
4、密排六方晶格:由12个原子构成的简单六方晶体,且在上下两个六方面心还各有一个原子,而且简单六方体中心还有3个原子。
属于这种晶格的金属有铍(Be)、Mg、Zn、镉(Cd)等。

三、单晶体与多晶体
1、晶粒: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组成的,小晶体称为晶粒。
2、晶界:晶粒间交界的地方称为晶界。
3、单晶体:只由一个晶粒组成的晶体。(晶格排列方位完全一致。必须人工制作,如单晶硅。)
4、多晶体:整个物体是由许多杂乱无章的排列着的小晶体组成的。(普通金属材料都是多晶体)

四、晶体的缺陷
1、晶体缺陷:晶体中出现的各种不规则的原子堆积现象。
1)空位、间隙原子和置代原子
晶体中的空位、间隙原子、杂质原子都是点缺陷。
2)位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的位错
局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。(线缺陷)
3)晶界和亚晶界

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。
新课:
一、硬度
材料抵抗局部变形特别是塑性变形压痕或划痕的能力称为硬度。(是衡量材料软硬程度的指标)
根据硬度的试验方法可以把硬度分为:布氏硬度试验方法、洛氏硬度试验方法、维氏硬度试验方法。
1、布氏硬度
(1)布氏硬度的测试原理:用一定直径的球体(钢球或硬质合金),以规定的试验力压入试样表面,经规定保持时间后卸除试验力,然后用测量表面压痕直径来计算硬度。
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。
缺点:耗时,测高硬度材料有限,压痕大,不宜成品及薄件
布氏硬度试验原理图洛氏硬度试验原理图
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:P212-2
不同标尺的洛氏硬度值不能直接进行比较,可换算。表示方法:符号HR前面的数字表示硬度值,HR后面的字母表示不同洛氏硬度的标尺。
(3)优缺点:
优点:①操作简单迅速,能直接从刻度盘上读出硬度值;②压痕小,可测成品及较薄工件;③测硬度范围大。
缺点:数值波动大
3、维氏硬度。
(1)原理:
与布氏硬度试验相同。测量压痕对角线长度,从表中查出。表示:与布氏硬度相同。如:640HV30表示用294.2N试验力,保持10S~15S测定的维氏硬度值为640。
(2)可测较薄的材料,也可测量表面渗碳、渗透层的硬度,可测定很软到很硬的各种金属材料的硬度、准确。

二、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。
1、常用一次摆锤冲击弯曲,试验来测定金属材料的冲击韧性。
(1)冲击试验是利用能量守恒原理:试样被冲断过程中吸收的能量等于摆锤冲击试样前后的冲击势能差。
(2)试样被冲断时所吸收的能量既是摆锤冲击试样所作的功,称为冲击吸收功。符号用AK表示。AK=GH1-GH2=G(H1-H2)
(3)冲击吸收功(AK)除以试样缺口处的截面积(S0),即可得到材料的冲击韧度,用符号aK表示。aK=AK/S0;单位J/Cm2
(4)冲击韧度:是冲击试样缺口处单位横截面积上的冲击吸收功。aK值越大,表示材料的冲击韧性越好。
(5)实践中,绝大多数受冲击载荷的工件是在小能量多次冲击作用下而破坏的。(多次冲击损伤的积累→裂纹产生、扩展而引至的结果)
注:金材受大能量的冲击载荷作用时,其冲击抗力主取决于ak大小。而小能量多次的冲击载荷作用,其冲击抗力主取决于材料的强度和塑性。

三、疲劳强度
1、疲劳概念:
在交变应力作用下,零件所承受的应力低于材料的屈服点,但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。
2、疲劳破坏的特征
①、疲劳断裂时无明显的宏观朔性变形,断裂前没有预兆,而是突然破坏;
②、引起疲劳断裂的应力很低,常常低于材料的屈服点;
③、疲劳破坏的宏观断口由两部分组成。

热处理的原理及分类
4—2钢在加热及冷却时的组织转变
教学目的:
1、了解钢在加热时的转变及A晶粒的长大。
2、掌握热处理概念、分类、热处理工艺曲线;钢加热及保温得目的。
3、掌握过冷奥氏体的等温转变图建立;
4、掌握过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能。
教学重点和难点:
1、A晶粒的长大是教学的重点。
2、过冷奥氏体的等温转变图建立;过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能是教学的难点。

4—1热处理的原理及分类
教学过程:
新课:
1、热处理:
热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。
2、热处理的目的:
①、提高零件的使用性能;②、充分发挥钢材的潜力;③、延长零件的使用寿命;④、改善工件的工艺性能,提高加工质量,减小刀具的磨损。
3、热处理方法有:退火、正火、淬火、回火及表面热处理。
但任何一种均由加热、保温、冷却三阶段所组成。
4、热处理使钢性能发生变化的原因:
由于铁有同素异构转变,从而使钢在加热和冷却过程中,发生了组织与结构变化。

4—2钢在加热及冷却时的组织转变
一、钢在加热时的转变
热处理中,钢加热为获得A;且A晶粒大小、成分、均匀程度,对钢冷却后的组织、性能有重要的影响。
1、钢的奥氏体化
1)、奥氏体晶核的形成及长大;
2)、残余渗碳体的溶解;
3)、奥氏体的均匀化;
2、在热处理工艺中,钢保温的目的是:
①、为了使工件热透;②、使组织转变完全;③、使奥氏体成分均匀。
3、奥氏体晶粒的长大:
加热温度越高,保温时间越长,奥氏体晶粒越大
由Fe-Fe3C相图可知,A1、A3、Acm是钢在极缓慢加热(或冷却)时的临界点。但实际冷速、热速较快,钢转变总有滞后现象。
实际加热,钢转变总高于相图临界点,分别用:Ac1、Ac3、Accm;
实际冷却,钢转变总低于相图临界点,分别用:Ar1、Ar3、Arcm。

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