金属材料与钢的热处理.ppt

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1、第二章金属材料第一节概述根据物料与适宜工作条件选材物料腐蚀性：铸铁抗硫化氢压力与温度蠕变、氢腐蚀、低温脆性等9/3/20211第二节材料的性能力学性能、物理性能、化学性能和加工性能一、力学性能决定许用应力强度、硬度、弹性、塑性、韧性等9/3/202121、强度是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力9/3/202139/3/20214常温强度指标：屈服强度和抗拉(压)强度屈强比适当蠕变极限σn疲劳极限σr,σr=σmin/σmax,应力循环系数或应力比σ-1,以106-107次不被破坏的应力9/3/202152、硬度局部抵抗能力弹性、强度与塑性的综合性能指标压入硬度：布氏硬度(HB

2、)、洛氏硬度(HRC、HRB)和维氏硬度(HV)低碳钢σb=0.36HB高碳钢σb=0.34HB灰铸铁σb=0.1HB9/3/202163、塑性延伸率δ断面收缩率ψ化工设备材料一般要求δ5=10%-20%9/3/202174、冲击韧性冲击韧度αk，使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积低温容器所用钢板αk值不得低于30J/cm29/3/20218二、物理性能密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。9/3/20219三、化学性能1、耐腐蚀性金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力2、抗氧化性高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度选耐热材料9/3/202

3、110四、加工工艺性能1、可铸性：收缩与偏析2、可锻性3、焊接性4、可切削加工性9/3/202111第三节碳钢与铸铁“铁碳合金”由95％以上铁和0.05％～4％碳及1％左右杂质元素所组成合金一般含碳量0.02％～2％称为钢；大于2％称为铸铁；当含碳量小于0.02％时称纯铁(工业纯铁)；含碳量大于4.3％的铸铁极脆9/3/202112一、铁碳合金的组织结构1、金属的组织与结构在金相显微镜下看到的金属的晶粒，简称组织9/3/202113电子显微镜观察到金属原子各种规则排列，称为金属的晶体结构，简称结构不同温度下纯铁体心立方与面心立方晶格体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者的强度高

4、于前者。9/3/202114铸铁一般碳以石墨形式存在，有不同的组织形貌。球墨铸铁强度最高；细片状石墨次之；粗片状石墨最差。9/3/2021152、纯铁的同素异构转变体心立方晶格的纯铁称a-Fe，面心立方晶格的铁称为g-Fe。a-Fe加热可变为g-Fe，反之高温下的g-Fe冷却可变为a-Fe。在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称“同素异构转变”。纯铁的同素异构转变是在910℃恒温下完成的。在固态下重新排列、结晶过程。是钢进行热处理的依据。9/3/2021163、碳钢的基本组织碳在铁中的存在形式有固溶体、化合物和混合物三种。固溶体：两种或两种以上的元素在固态下互相溶解，而仍然保持溶

5、剂晶格原来形式的物体这三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。9/3/202117（1）铁素体碳溶解在a-Fe中形成固溶体称铁素体。a-Fe原子间隙小，溶碳能力低（室温下0.006％），强度和硬度低，但塑性和韧性很好。低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。9/3/202118（2）奥氏体碳溶解在g-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。g-Fe原子间隙较大，碳的溶解度比a-Fe中大得多，如在723℃时可溶解0.8％，在1147℃时可达最大值2.06％。奥氏体组织是在a-Fe发生同素异构转变时产生的。由于奥氏体有较大的溶解度，故塑性、韧性较好，且无磁性。9/3/202119（3）渗碳体碳和

6、铁形成一种化合物（Fe3C）称渗碳体。熔点约1600℃，硬度高，塑性几乎等于零。铁碳合金含碳量小于2％时，其组织是在铁素体中散布着渗碳体，是碳素钢。含碳量大于2％时，部分碳以石墨形式存在，称铸铁。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸铁具有一定消震能力。9/3/202120（4）珠光体铁素体与渗碳体的机械混合物。力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即其强度、硬度比铁素体显著提高；塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳体要好得多。9/3/202121（5）莱氏体珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。9/3/202122（6）马氏体钢和铁从高温

7、急冷下来的组织，是碳原子在a-Fe中过饱和的固溶体。具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，几乎不能承受冲击载荷。9/3/202123二、铁碳合金状态图9/3/202124钢在加热时形成单一的奥氏体组织。9/3/202125所有生铁组织中都有莱氏体，多数碳以石墨状存在，用作铸件的生铁称为铸铁。9/3/202126三、钢的热处理钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能，称为热处理。9/3/2021271、退火和正火退火：缓慢加热到