机械工程材料课件ppt.ppt

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机械工程材料机械工程材料曹文博曹文博2008.82008.8绪绪论论一、工程材料：

一、工程材料：

主要用于工程结构和机器零件的材料。

金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料二、材料的性能：

二、材料的性能：

主要分为使用性能和工艺性能三、课程主要内容：

三、课程主要内容：

金属学、热处理、金属材料第一章晶体结构和结晶一、晶体结构一、晶体结构1、基本结构2、晶向和晶面3、各向异性4、实际结构二、结晶二、结晶1、结晶过程2、形核长大3、影响因素三三、铸锭铸锭1、铸锭结构2、铸锭缺陷绪论及第一章小结绪论及第一章小结1、工程材料分类2、材料性能分类、内容3、三种晶格形式及特点4、三种晶格缺陷5、纯金属结晶特点6、铸锭结构和缺陷本章重要定义本章重要定义：

各向异性变质处理细晶强化第二章第二章塑性变形与再结晶塑性变形与再结晶一、塑性变形一、塑性变形1、塑性变形2、单晶体的塑性变形3、多晶体的塑性变形二、塑性变形的影响二、塑性变形的影响1、显微组织2、亚结构3、形变织构4、残余应力三、回复与再结晶三、回复与再结晶1、加热时变形金属的变化2、再结晶影响因素3、热加工第二章第二章小结小结1、变形：

塑性、韧性、刚性、强度2、断裂：

脆性、韧性3、单晶体变形特点4、多晶体变形特点5、塑性变形影响6、回复和再结晶的目的、作用7、热加工对性能的影响重要概念重要概念：

韧性断裂、脆性断裂、细晶强化、加工硬化、冷加工、热加工第三章第三章合金结构与相图合金结构与相图一、相结构一、相结构1、固溶体2、金属间化合物二、合金相图二、合金相图1、匀晶相图2、共晶相图3、包晶相图三三、合合金金性性能能与与相相图图的的关系关系1、力学性能弥散强化2、工艺性能第三章小结1、相结构分类2、相图：

三种基本相图，杠杆定律重要概念：

相、组织、固溶强化、弥散强化第四章铁碳合金一、铁碳相图一、铁碳相图1、基本组元2、基本组织3、铁碳相图二二、铁碳合金结晶过程铁碳合金结晶过程1、工业纯铁2、共析钢3、亚共析钢4、过共析钢三三、铁碳相图的应用铁碳相图的应用1、含碳量对组织的影响2、含碳量对机械性能和工艺性能的影响四、碳钢碳钢1、钢中的杂质元素2、碳钢分类3、碳钢牌号及用途第四章第四章小结小结1、铁碳相图、结晶分析，相含量计算2、含碳量对铁碳合金组织、性能的影响3、碳钢分类重要概念重要概念：

热脆热脆:

硫元素不溶于铁，而以FeS形式存在，FeS和Fe形成低熔点共晶，并分布于奥氏体晶界上，当对钢进行热加工时FeS-Fe共晶容易熔化，使晶粒脱开，造成钢材脆化开裂，这种现象称为热脆。

冷脆冷脆:

磷在钢中溶于铁素体F中，室温下钢的塑性和韧性急剧下降，尤其在低温时脆性更大，这种现象称为冷脆。

第五章第五章钢的热处理钢的热处理一、钢加热时的转变一、钢加热时的转变1、奥氏体的形成和长大2、奥氏体的晶粒度二、过冷奥氏体的转变产物二、过冷奥氏体的转变产物1、珠光体类型2、贝氏体类型3、马氏体类型三、过冷奥氏体转变曲线三、过冷奥氏体转变曲线四、钢的退火和正火四、钢的退火和正火1、退火2、正火五、钢的淬火和回火五、钢的淬火和回火1、淬火2、回火第五章第五章小结小结1、三种奥氏体2、三种过冷奥氏体转变产物及组织形态、性能。

3、退火、正火的分类和特点。

4、淬火的目的和应用。

5、回火的分类和特点。

第六章第六章合金钢合金钢一、一、定义定义二、合金元素在钢中的作用二、合金元素在钢中的作用1、存在形式2、对奥氏体A的影响3、对热处理的影响三、合金钢的分类三、合金钢的分类分类方式:

用途、合金含量1、合金结构钢2、合金工具钢第六章第六章小结小结钢的分类掌握并区分各种钢的牌号、意义，热处理特点、用途等。

示例：

20CrMnTi含碳量0.2%，含Cr、Mn、Ti小于1.5普通低合金结构钢，常用热处理方式为退火或正火，常用于车辆、桥梁、船舶等中的零件和结构件。

60Si2Mn含碳量0.6%，含Si量在1.5%-2.5%、含Mn量小于1.5的弹簧钢，常用热处理方式为去应力退火，淬火加中温回火，常用于各种车辆、仪器仪表等中的弹簧。

第七章第七章铸铁铸铁一、概述一、概述1、定义：

Wc2.11%的铁碳合金。

2、石墨化过程及影响因素3、分类二、常用铸铁二、常用铸铁1、灰铸铁2、可锻铸铁3、球墨铸铁三、小结三、小结铸铁分类，特点。

作业：

P190:

1第八章第八章有色合金有色合金一、铝及铝合金一、铝及铝合金1、纯铝特点与分类2、铝合金分类和特点二、铜及铜合金二、铜及铜合金1、紫铜2、黄铜：

季裂3、青铜三、轴承合金三、轴承合金性能及组织要求小结小结了解有色合金。

季裂作业作业：

P217：

1、2、7本书小结考试范围：

考试范围：

每章小结每章小结考试题型：

（共计考试题型：

（共计5050分）分）11、名词区别、名词区别22、判断、判断33、问答、问答44、综合题、综合题感谢同学们的配合感谢同学们的配合!

预祝大家期末考试预祝大家期末考试顺利通过！

顺利通过！

工程材料分类工程材料工程材料11、金属材料、金属材料：

包括钢铁材料和有色金属（铝、镁、钛、镍、铜等）。

22、陶瓷材料、陶瓷材料：

新型陶瓷原料如Al2O3，SiC，Si3N4，TiC等主要性能：

重量轻；化学稳定性好，耐蚀性好；压缩强度好，可与金属相比；熔点高，耐高温；耐磨性好，硬度高；电和热的绝缘材料。

缺点：

易脆断，不易加工成型。

工程材料工程材料3、高高分分子子材材料料：

又称聚合物（Polymorization），一种或多种简单低分子化合物聚合而成相对分子质量很大的化合物，主要元素为：

C、H、N、O。

按特性分为：

橡胶、塑料、纤维、粘结剂、涂料塑料分为通用和工程两种。

工程塑料的力学性能好，主要用于工程构件中。

聚酰胺（PA俗称尼龙）、聚碳酰胺（PC）、有机玻璃（PMMA）、聚四氟乙烯（PTFE）。

4、复复合合材材料料：

将传统材料相互结合起来，发挥各自的优势，克服弱点产生较大的使用价值。

一般分为三大类，塑料基、金属基、陶瓷基。

返回返回材料的性能材料的性能使用性能：

使用性能：

1、物理性能：

比重、熔点t、热膨胀系数、磁性、光泽、导电性2、化学性能：

抗蚀性、抗氧化性3、机械性能（力学性能）：

弹性（e）、刚度（E）、塑性（延伸率和断面收缩率）、强度（s）、硬度HB；HR（A、B、C）；HV、冲击韧性（AK）、疲劳强度（-1）、蠕变极限等材料的性能材料的性能工艺性能：

工艺性能：

1、铸造性能：

流动性、熔点、氧化性2、焊接性能：

氧化性、导热性、热膨胀性3、可锻性：

热压力加工难易度、一定温度下的塑性、允许热压温度、体积变化4、切削加工性能：

切削抗力、表面粗糙度、韧性、强度返回返回课程内容课程内容金属学（1-4）：

主要学习金属及合金的内部组织、结晶特点、二元合金相图，为热处理和金属材料打基础。

热处理（5）：

主要了解钢铁材料的热处理的原理及工艺特点，根据具体工矿选择合适的工艺方法，安排工艺路线。

金属材料（6-8）：

掌握常用金属材料：

钢、铸铁、合金钢、有色合金等的成分、内部组织、性能、用途等特性，便于以后合理选材。

返回返回晶体结构晶体结构基本结构:

晶体、晶格（点阵）、晶胞、晶格常数。

常见晶格结构

（1）体心立方体心立方：

原子数：

1/8*8+1=2；晶格常数：

a=b=c；原子半径：

r=a3/4；致密度：

2V/a3=0.68；配位数：

8；代表金属：

Cr、W、V、-Fe（1394）等。

晶体结构晶体结构

（2）面心立方面心立方：

原子数:

1/8*8+1/2*6=4晶格常数：

a=b=c原子半径：

r=a2/4致密度：

4V/a3=0.74配位数：

12代表金属：

Al、Cu、Ni、Pb、-Fe（912-1394）等返回返回（3）密排六方密排六方:

原子数:

1/6*12+1/2*2+3=6晶格常数:

a=bc，c/a1.633原子半径:

r=a/2；致密度:

0.74；配位数:

12；代表金属:

Mg、Zn、Ti等。

晶向和晶面晶向和晶面晶晶面面：

通过几个原子中心所确定的面。

用晶面指数来表示。

确定方式：

（1）建立坐标系，求截距；

（2）截距求倒数；（3）倒数最小化，加上圆括号。

代表晶面：

（100）、（110）、（111）原子排列相同但位向不同的晶面用表示一族。

晶面原子密度：

单位面积上的原子数。

晶向和晶面晶向和晶面晶向晶向：

几个原子确定的方向，用晶向指数表示。

确定方式：

（1）建立坐标系，确定方向；

（2）求任一点坐标值；（3）坐标值最小化，加上方括号。

代表晶面：

100、110、111（动画）原子排列方向平行的一组晶向用表示一族。

晶向原子密度：

单位长度上的原子数。

返回返回晶体的实际结构晶体的实际结构晶体缺陷分三类，缺陷造成晶格发生畸变。

（1）点缺陷：

三维尺度上尺寸在几个原子范围内的缺陷.空位、间隙原子、置换原子（动画1，2）.

（2）线缺陷：

一个方向上尺寸较大，另两个方向上尺寸较小的缺陷。

主要为位错。

分为刃型位错（动画1，2）和螺型位错（动画1，2）。

（3）面缺陷：

三维方向上尺寸都较大的缺陷。

主要为晶界和亚晶界（动画1，2）。

返回返回结晶结晶1、结晶结晶：

晶体由液体变为固体的过程。

结晶必要条件：

过冷度G2、形核长大形核长大：

结晶过程的实质。

液态下原子能量高结构起伏与相起伏温度下降原子能量降低晶胚形成过冷度出现形成晶核晶核生长，原子整齐排列散热方向影响形成枝晶枝晶生长，液态变为固态结晶结束返回返回结晶结晶影响因素影响因素

（1）过冷度T：

形核率N，成长率G，驱动力F，原子运动能力DT=0，即T=T0，不形核N=G=0T，F，N、G

（2）杂质变质处理、细晶强化。

返回返回铸锭铸锭1、铸锭结构：

一般分为三部分

（1）表面细晶区：

晶粒细小，组织致密，性能好，较薄。

（2）柱状晶区：

晶粒界面平直，组织致密，存在方向性，有缺陷。

（3）等轴晶区：

晶粒大小均匀，粗大，致密性差，存在缺陷。

2、铸锭缺陷：

缩孔，气孔，夹杂等。

返回返回塑性变形塑性变形1、塑性变形2、单晶体的塑性变形

（1）切应力作用（条件）

（2）晶面和晶向（方向）（3）产生台阶（宏观）（4）晶粒转动（微观）（5）位错运动（实质）3、多晶体的塑性变形

（1）界面影响

（2）变形过程（3）变形特点不同时性、相互协调性，不均匀性。

返回返回塑性变形的影响塑性变形的影响1、显微组织：

方向性，纤维组织2、亚结构：

晶粒细化，加工硬化3、形变织构：

丝织构、板织构4、残余应力：

（1）宏观内应力

（2）微观内应力（3）第三类内应力返回返回回复与再结晶回复与再结晶1、加热时变形金属的变化

（1）回复：

去除应力，

（2）再结晶：

重新形核长大，消除加工硬化（3）晶粒长大：

二次再结晶2、再结晶影响因素：

变形度、纯度、加热速度、时间3、热加工

（1）冷、热加工

（2）热加工对组织、性能的影响a.改善铸锭组织b.产生纤维组织c.产生带状组织返回返回相结构相结构相：

金属或合金中成分、结构相同，与其它部分有界面分开的均匀组成部分1、固溶体：

合金结晶时所形成的固相的晶格结构与合金中某一组成元素的晶格结构相同

（1）分类：

置换、间隙；有序、无序；有限，无限

（2）影响因素：

原子尺寸、负电性、晶体结构、电子浓度等（3）性能：

提高强度、硬度；塑性、韧性有所下降固溶强化相结构相结构2、金属间化合物：

晶格结构不同于合金中任一组成元素，具有相当程度的金属键和金属性质

（1）正常价化合物：

直接发生反应形成。

（2）电子化合物：

服从电子浓度规律。

（3）间隙化合物：

原子尺寸较大的过渡族元素占据结点位置，尺寸较小的非金属原子有规则的嵌入晶格空隙a间隙相：

原子比例小于0.59，有简单的晶体结构。

b复杂结构的间隙化合物：

原子比例大于0.59，形成复杂的晶体结构。

返回返回合金相图合金相图组元、合金系、相图、建立方法（热分析法）1、匀晶相图：

两组元在液态和固态下均无限固溶的二元合金相图。

如Ni-Cu、Cu-Au、