工程材料及热成型课件.ppt

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1、第五章金属材料主讲－朱和国南京理工大学材料系本章学习内容及其重点1、了解本章金属材料的产生背景2、了解金属材料的分类3、了解碳钢中的杂质元素的种类及其作用4、掌握碳钢、合金钢的分类及其牌号5、了解合金化原理（较难）6、掌握合金结构钢的种类、特点及其用途7、了解其它金属材料的性能特点及其用途本章第一讲：学习内容及其重点1、了解本章金属材料的产生背景2、了解金属材料的分类3、了解碳钢中的杂质元素的种类及其作用4、掌握碳钢、合金钢的分类及其牌号5、作业：二、三、四（1，12，17）一、金属材料背景性能→结构→理想纯金属的结构→实际纯金属的结构→缺陷→四种强化手段→合金（典型代表是钢

2、）→研究手段是相图→五种基本相图→Fe-C平衡相图→不改变成分时的强化即钢的热处理→改变成分时的强化为合金化即合金钢→钢及其它合金材料统称为金属材料二、金属材料的分类金属材料黑色金属有色金属钢→合金钢铸铁→合金铸铁分类方法有很多，可见教科书或参考书三、碳钢中的杂质元素及其作用1）炼铁－还原法原料（矿石）焦炭（还原剂）溶剂（石灰石）高炉生铁高碳高杂质MnSiSPNHO2）炼钢－氧化法生铁脱氧剂（Si铁、Mn铁）炼钢炉降碳（吹氧）、去氧、去杂质钢钢中的杂质元素:Mn、Si、S、P、O、N、H四、杂质元素的作用：1）Mn：脱氧剂:Mn+FeO→Fe+MnO溶于铁素体:强化F脱硫剂:

3、Mn+S→MnS(Tm=1620℃)2）Si：脱氧剂:Si+FeO→Fe+SiO2溶于铁素体：强化F有益有益3）S：S+Fe→FeS共晶体（FeS+Fe）熔点985℃→热加工时开裂－热脆焊接时：S+O2→SO2↑－焊缝产生气孔4）P：P+Fe→Fe3P，偏析于晶界，低温下脆性增加→冷脆有害有害5）N：应变时效－脆性；淬火时效大塑性冷变形金属放置或加热后FeN析出，脆性↑有害当钢中含有亲N元素Al、V、Ti、Nb时→氮化物细化晶粒，提高韧性有益6、H：H脆呈白点，强度愈高，H脆倾向愈大7、O：部分溶于F，大部分以氧化物形式存在，降低钢的强度、塑性、韧性和疲劳强度。有害注意：P，

4、S在易切钢中是有益的元素；N在一定条件下也是有益的元素钢液在浇铸前，根据脱氧程度的不同，钢液呈现出不同的状态，由此分为以下几种：沸腾钢－去氧不干净－F镇静钢－去氧干净－Z半镇静钢－去氧介于两者之间-bZ特殊镇静钢－TZ脱氧剂：Si铁、Mn铁、Al铁等五、碳钢的牌号碳钢碳素结构钢碳素工具钢铸钢普通碳素结构钢优质碳素结构钢ZG×××－×××sbT×T××C千分之,T-碳Q×××－××含碳万分之，公差为5FAZBbZCTZDEs碳钢钢号举例普通碳素结构钢：Q215-A,Q235-B·b,优质碳素结构钢：20,45,60,65,70碳素工具钢：T8,T10,T12,T8A,T1

5、2A,铸钢：ZG200-400,ZG270-500碳钢的不足：1）淬透性不高普通碳钢：最大淬透直径10～20mm2）屈强比低，40钢为0.43，而35CrNi3Mo为0.743）回稳性差4）综合性能差5）特殊性能差为此，需向碳钢中添加合金元素→改变成分→合金钢本章第二讲：主要内容及要求1、复习碳钢的编号、存在的不足、合金元素的种类等2、了解合金化原理（较难！）3、理解和掌握合金钢分类、编号4、了解合金结构钢的分类、编号、合金元素的作用、用途等5、作业：二、三、四（1，12，17）5.2合金化原理一、常用合金元素：碳化物形成元素TiZrVNbWMoCrMnFe强中弱非碳化物形成

6、元素Si、Co、Cu、Al、Ni、B二、合金元素在钢中的存在方式强碳化物元素－直接形成稳定碳化物，如：TiC、ZrC、VC、NbC中碳化物元素－形成碳化物：Cr23C6、Mo2C、W2C合金渗碳体：(CrFe)3C合金铁素体弱碳化物元素－非碳化物元素－合金铁素体合金渗碳体(MnFe)3C合金铁素体三、合金元素在钢中的作用1、对基本相的影响Mn2、对平衡相图的影响MnNiCoCNCu－A↑→ES线左下移动－E、S点左移1Cr18Ni9TiZMn130Cr18Ni9Ti形成合金铁素体－影响见图形成合金渗碳体－其稳定性和硬度高于渗碳体A钢CrVMoWTiAlSiNbZrB→F↑（A

7、↓）→ES线左上移→E、S点左移1Cr17Ti1Cr280Cr13F钢合金元素对共析温度的影响合金元素对共析成分的影响E、S点左移的后果：W18Cr4VC:0.7～0.8%Ld′4Cr13C:0.4%P共析3Cr2W8VC:0.3%过共析了3）对热处理的影响（1）对加热（A化）的影响Ni、Co促进，其它阻碍A化本质－C原子的扩散（2）对A晶粒的影响MnP促进A晶粒长大，其它阻碍晶粒长大本质－Fe原子的扩散（3）对过冷A的影响AlCo→A稳定性降低→C曲线左移→淬透性↓其它：强碳化物元素→C曲线右移且变形