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工程材料及机械制造基础,顾伟生,绪 论,一、课程的性质 它是一门综合性技术的基础课，主要研究工程材料（主要是金属材料）的组织结构与性能，及其加工工艺的一门学科。1、材料 为什么各种金属材料（甚至是同种金属）会出现各种不同的性能？如：软、硬、变形、磨损等。这与它们内部的成分、组织结构及热处理工艺有关。,2、加工工艺,2、加工工艺,热加工：铸造、锻造、焊接等，（热处理）冷加工：切削加工（机加工、钳工）,铸、锻、焊、切削加工是以改变形状为主。热处理 是以改变性能为主。,二、内容 1、材料及热处理。2、铸造、锻造、焊接、切削加工。三、要求 1、了解常用金属材料的性能及选用。2、了解各种成型方法的工艺特点。3、零件的结构工艺性。学习方法：归纳总结、适当记忆、联系实际、反复运用。考核：重在平时小测验、作业、质疑、考试、上课提问。,第一章 合金材料及热处理,1 金属及合金的性能,一、机械性能,L,1、强度（金属材料在外力作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力）,屈服强度 材料在载荷保持不变而变形继续增加。抗拉强度 材料在断裂前能承受的最大应力。,其中：PS 试样产生屈服现象时的载荷(N)Pb 试样在断裂前的最大载荷(N)F0 试样原来的横截面积(mm2)断裂 大多数量的零件设计的依据以S。,2、塑性（金属材料在外力作用下，产生永久变形而不被破坏的性能）,（1）延伸率=(L1-L0)/L0100%（2）断面收缩率=(F0-F1)/F0 100%工程上一般:5%的材料称为脆性材料，如铸铁。,3、硬度（金属材料抵抗硬物压入的能力）,布氏硬度：以压痕单位球面积上所承受载荷的大小，作硬度值。（HB）洛氏硬度：以压痕的深度来确定其的硬度值。（HRC）,HBS 淬火钢球，用于测定较软金属材料（450HBW）。HRC1/10HBS,4、冲击韧性（材料抵抗冲击力的 能力）,ak=AK/F(J/cm2),其中：AK冲断试样所需的冲击功（单位为J）,F试样断口处截面积（单位为cm2）,二、物理性能和化学性能,如：比重、熔点、耐腐蚀性等。,三、工艺性能,（材料适应成形加工工艺的能力，反映对材料成型加工的难易程度）铸造性能 压力加工性能 切削加工性能 焊接性能 切削加工性能 热处理工艺性能,思考：,1、金属材料的机械性能中哪个性能最好？2、已知某钢材的S=240 MPa，b=400 MPa，在20mm的拉杆上分别承受以下的拉力：F1=5104N；F2=1103N；F3=1.5105N。试问会产生什么现象？,作业：,P11.（5）,2 铁碳合金和状态图,一、碳钢 碳钢铁碳合金。C2.11%，另外还有少量Si、Mn、S、P等（称杂质）。,C：C、HB，、ak。当C0.9%时，Si：Si、HB，、ak。但Si含量少，故影响不大。Mn：Mn、HB，并减少S的危害。也Mn含量少，故影响不大。S:生成FeS，FeS与Fe形成晶体（985熔点），易热脆。P：P、HB，、ak。易冷脆。,1、碳及杂质对碳钢性能的影响,2、碳钢的分类,（1）按钢的含碳量不同分为：低碳钢 Wc0.25%中碳钢 Wc=0.25%0.60%高碳钢 Wc0.60%,（2）按钢的质量分为:（根据钢中S、P含量）普通碳素钢 S0.055%,P0.045%优质碳素钢 S0.04%，P0.04%高级优质碳素钢 S0.03%，P0.035%,（3）按用途不同分为：碳素结构钢：主要用于制造各种工程结构（如桥梁、船舶、建筑等）机器零件（如齿轮、螺栓等）。这类钢一般为低碳钢和中碳钢。碳素工具钢：主要用于各种刀具、量具和模具。大多为高碳钢。,3、碳钢的编号和用途,（1）碳素结构钢如：Q235。其中：Q 屈服强度的“屈”汉字拼音字首，235 屈服强度的数值（MPa）此类钢一般在应状态下使用，必要时可进行锻造、焊接等热加工，亦可通过热处理调整其机械强度。（用途见P31 B15）,（2）优质碳素结构钢 如：45（08，10，15，20，55，60）用两个数字表示其牌号。（钢中平均含碳量）。优质碳素结构钢中的S、P含量较少，一般用于较重要的零件，常进行热处理提高其力学性能后使用。供货时既保证其力学性能又保证其化学性能。,低碳钢：、HB较低，、ak较好。可焊性、可锻性良好。主要用于制作冲压件、焊接件、渗碳件及强度要求不高的零件。中碳钢：、HB、ak 适中。经热处理后有较好的综合力学性能。常用于齿轮、轴、连杆、丝杠等受力较大的零件。,高碳钢：、HB、弹性较高，、ak 较差。常用于制造要求具有较高强度，耐磨性和弹性的零件。如弹簧（板、螺旋、垫圈弹簧等）、轧辊、钢丝绳等。,（3）碳素工具钢 如：T12,T12A 其中：T 汉字“碳”或汉字拼音字母“T”，12 含碳量的的千分之几，A 高级优质钢。*碳素工具钢都是高碳钢、优质钢。*碳素工具钢的热硬性差（200），故只能作低速切削工具。,T8，T8A 中心冲、剪刀等。T7，T7A 凿子、锤子、木工工具等。T10，T10A 丝锥、板牙、铰刀等。T12，T12A 锯条、锉刀、量具等。,问:从Q235、45、T8A三种钢的牌号上判断其含S、P量的大小？,二、纯铁的晶体结构和结晶过程,一切固体物质按其原子排列的特征分为：晶体 原子具有规则排列的物体。如食盐、金刚石、石墨、合金等。（P13.f19a）非晶体 原子不具有规则排列的物体。如塑料、玻璃、沥青等。,1、纯铁的晶体结构,晶格（空间格子）原子按一定的规则排列的几何图形。（P13.f19b）晶胞 晶格的一个基本单元。（晶胞的大小用共棱长一晶格常数来表示。其数值通常在2.55.0之间。=104um（埃）1=1010m）（P13.f19c）晶核 结晶的中心。（自发晶核和外来晶核）,晶粒 每个晶核长成的晶体。晶体缺陷按几何形状分为：点缺陷（晶格空位、间隙原子、置换原子）线缺陷（晶体中呈连续线状分布的位错）面缺陷（晶界、亚晶界）晶 界（晶粒之间的接触面）特点：原子排列不规则；有杂质原子；强度高。）,晶体缺陷按几何形状分为：,点缺陷（晶格空位、间隙原子、置换原子）线缺陷（晶体中呈连续线状分布的位错）面缺陷（晶界、亚晶界）,纯金属的两种常见晶体结构（或晶格类型）：,体心立方晶格 Fe、Cr、W等。面心立方晶格 Fe，Cu，Al等。,由于排列方式不同，原子间的距离不同，作用力也不同，故呈现的性能也不同。（如面心立方晶格塑性好）,问：结晶的实质是什么？,2、纯铁的结晶过程,液态金属,固态金属,结晶,结晶：形核 长大,过冷 液态金属冷却到理论结晶温度以下才开始结晶的现象。过冷度 T=T0Tn,问：一种金属的熔点恒定吗？过冷度恒定吗？,同素异构转变,同素异构转变 在固态下由于温度的变化（改变）而发生晶格改变的现象。,二、铁碳合金,1、铁碳合金的基本组织 在铁碳合金中，碳常以三种形式存在：（1）石墨形态独立存在（2）固溶体（碳溶解于铁的晶格中）（3）金属化合物（碳和铁形成化合物）,固溶体,（1）固溶体 合金在固态下溶质原子溶入溶剂晶格而保持溶剂晶格类型的金属晶体。糖溶入水得到糖的水溶液 糖水。水是溶剂，糖是溶质。如糖水结成冰，则得到糖在水中的固溶体。溶剂含量较多的元素，保持原晶格。溶质无自身晶格，含量少。（2）固溶体是单相，它具有与溶剂金属相同的晶格。其基本性能也同溶剂。,固溶体,（3）根据溶解的方式不同，固溶体可分为：置换固溶体（溶剂晶格结点上的原子被溶质原子所代替）间隙固溶体（溶质原子溶入溶剂晶格的间隙之中）,固溶体,(4)大多数固溶体的溶解度都是有限的，其饱和溶解度都随温度的升降而增减。,铁碳合金的基本组织,基本组织有以下四种：（1）铁素体 F（2）奥氏体 A（3）渗碳体 Fe3C（4）珠光体 P,（1）铁素体 F,性能：=3050%，b=180280MPa 碳溶解于Fe中的间隙固溶体。（保持Fe的体心立方晶格）碳原子的溶入引起晶格畸变、HB，、ak F的溶碳能力很小，727时最大也只能固溶0.02%的碳。（室温时，0.0008%C）F的性能接近纯铁，、HB低，、ak很好。（低碳钢中F较多）,（2）奥氏体 A,性能：=4050%，HBS=170220 碳溶解于Fe中的间隙固溶体。（保持Fe的面心立方晶格）A溶解碳的能力较大，在1148时可最大达2.11%的碳，随着温度的下降，在727为0.77%的碳。A属高温组织（727以下不存在），故、HB不高，很好。（无磁性）,（3）渗碳体 Fe3C,性能：、ak 0，熔点1600，硬度800HB Fe3C是铁和碳形成的金属化合物。（具有复杂的晶格）Fe3C中的碳的含量为6.69%，其性能HB高，低，很差，硬而脆。Fe3C的形状、大小、分布和数量对钢的性能又极大的影响。,（4）珠光体 P,性能：=2025%，b=600800MPa，HBS=170230 P是F和Fe3C的机械混合物。P的含碳量为0.77%。它的性能取决于两者各自的性能和相对数量，并与它们的形状、大小、分布有关。（如中碳钢比低碳钢中的c含量多，其、HB稍高，、ak则稍低）。,2、铁碳合金状态图及其分析（主要为钢的部分）,铁碳合金状态图是研究铁碳合金在平衡状态下的组织随温度和成分变化的图形。,（1）铁碳合金状态图,铁碳合金状态图（实际上是FeFe3C状态图）（由于含碳量大于6.69%的铁碳合金组织已由碳化物所取代，在工业上已无实用价值，因此实用的铁碳状态图只研究含碳量由06.69%的部分，即FeFe3C状态图）点 P19 B1-8(8个点)线 P19-P20（6条线）（某一成分的合金缓慢冷却或加热时与图中的线相交，则该合金内部将发生组织的变化）。面 P18 F16中。（指出区域与组织）,（2）碳钢的结晶过程分析,补充：共晶转变 液态到固态的过程即结晶过程。含碳量大于2.11%的铁碳合金冷却到1148均发生共晶转变。共晶转变是在1148的恒温下，从含碳4.3%的液态合金中同时结晶出A和Fe3C晶体的机械混合物。（即高温莱氏体Ld，反应的产物是在共晶渗碳体的基体上分布着粒状奥氏体的机械混合物）,（2）碳钢的结晶过程分析,所谓共晶是指合金在一定的条件（温度、成份）下，由液态合金中同时结晶出两种不同的晶体，而形成一种特殊构造的共晶体组织的转变。共晶反应（转变）：共晶转变如同纯铁的结晶一样是在恒温下进行的。,（2）碳钢的结晶过程分析,右边写组织 Ld A+Fe3C 左边写转变 Ld P+Fe3C（称低温莱氏体）,（2）碳钢的结晶过程分析,共析反应:含碳量为0.77%的A，冷却到727发生共析反应。其反应是在恒温下进行，产物是片状P。,（2）碳钢的结晶过程分析,根据含碳量与共析成分的点，可将钢分成三类：,（2）碳钢的结晶过程分析,三类钢在缓慢冷却时的转变：（右边写组织，左边写转变）三类钢的室温金相组织P21.F1-17或中钢的部分。,问：45钢从液态冷却到室温是什么组织？为什么45钢（T10钢）的含碳量小于（大于）0.77%，但它冷却到PSK线（即A1）也发生共析反应？作业：写出45钢，65钢从液态缓慢冷却到室温时的转变。,3 钢的热处理,热处理 通过对钢在固态下的加热、保温和以不同速度冷却的方法来改变钢的内部组织结构，从而达到改善和提高其性能的一种工艺方法。,3 钢的热处理,*在整个热处理过程中，不允许改变钢件的形状和尺寸。,热处理,普通热处理（退火、正火、淬火、回火）表面热处理（表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗等）,一、退火,退火 将钢加热到AC3（亚共折钢）或AC1（过共折钢）以上2030或低于AC1的某一温度，保温后缓冷。（随炉冷却，100/h）目的：细化晶粒（可提高、ak）降低硬度（便于切削加工）消除内应力（以及加工硬化）、（可防变形和开裂）,1、完全退火,将亚共折钢AC3加热到以上3050，保温后缓冷。加热得细晶粒的A，冷却后得细晶粒FP。目的：细化晶粒；降低硬度；消除内应力。,2、球化退火,将过共析钢加热到AC1以上2030，保温后缓冷。原因：过共析钢未经退火时的组织为片状P+网状Fe3C，其硬度高，不利于切削加工。球化退火后组织为F的基体上分布粒状Fe3C，称为球状P。P球的硬度较低，适合于切削加工，并能防止淬火时产生裂纹。目的：使片状或网状Fe3C球化，软化钢件便于切削加工，为淬火作组织准备。,3、去应力退火,将钢加热到500650，保温后缓冷。目的：消除内应力。（钢的组织不发生变化）。（也可放在露天一年）。（在缓冷过程中，使工件各部分均匀冷却和收缩，从而消除内应力）。,二、正火,将钢加热到AC3线以上（亚共析钢）或Acm线以上（过共析钢）3050,保温后在空气中冷却。正火得到的组织接近于平衡状态的组织，但它的V正比V退稍快，所以得到组织较细。（如：S体），因而HB、比退火钢高。对于过共析钢，正火可抑制或消除网状Fe3C。,二、正火,目的：作为最终热处理。（对不太重要的零件，正火后性能已满足要求）（低碳钢防粘刀）作为预备热处理。（对重要零件在热处理前调整组织，如球化退火前正火，可减少二次Fe3C数量，使其不易连续成网状；合金钢调质前均要正火，以获得细密而均匀的组织。经济。（V正比V退快，不占用设备，生产周期短）,三、淬火,淬火是将钢加热到AC3线以上（亚共析钢）或Acm线以上（过共析钢）3050,保温后快速冷却。碳钢在水中冷却 合金钢在油中冷却,三、淬火,亚共析钢加热到AC3线以上后为A，快冷后得到M+A残。过共析钢加热到AC1线以上后为A+Fe3C，快冷后得到M均匀、细小+Fe3C粒+A残（较少）。*其中Fe3C的存在不仅不降低钢的HB，而且还会提高耐磨性。如加热到Acm线以上，则会使A晶粒变粗，淬火后得粗大M，同时易引起严重变形和开裂，钢中A残也增多。*M碳在Fe中的过饱和的固溶体。M硬而脆，其硬度随含碳量增加而增加。,三、淬火,20钢：淬火后得低碳M+A残，HRC50，原因是M体中过饱和程度小。T12钢：淬火后得高碳M+Fe3C+A残，HRC65，原因是M体中过饱和程度大，以及有Fe3C。45钢：淬火后得M+A残，HRC5055。,三、淬火,淬火目的：提高硬度、耐磨性。冷却剂选用：V盐水V水V油*冷却速度V的快慢与水冷、油冷有一定区别。如同样的水淬，小件V很大，而大件V小。*V盐要比V水的好，主要是变形小，不易开裂。（故合金钢用油淬）。M是一种不稳定的组织，在一定条件下经过一定时间，它们有可能分解向平衡态转变。这将会引起工件变形甚至开裂。所以淬火后的工件要及时进行回火处理。,四、回火,将淬火钢加热到AC1线以下某一温度，保温后在冷却。（一般在空气中冷却）,四、回火,*调质处理淬火高温回火。,低温回火得：回火马氏体 M(=M+弥散碳化物，此时 M含量，但仍为片状)中温回火得：回火屈氏体 T(=F+Fe3C细粒)高温回火体：回火索氏体 S(=F+Fe3C粗粒),四、回火,P（F+Fe3C 片状，小于500倍显微镜下可分辨片状）S（F+Fe3C 细片状，5001500倍显微镜下可分辨细片状）T（F+Fe3C 极细片状，5000倍以上电子显微镜下可分辨极细片状）,五、钢的表面热处理,只改变零件表面组织和性能，而不改变表层 化学成份。表面淬火。同时改变表层的化学成份和组织。渗碳、渗 氮、碳氮共渗等。,问：某厂用T10A钢制造冷作模具，经淬火及低温回火使用；用45钢制造齿轮，经调质后使用。若它们两种材料搞混了，经热处理后会怎样？问：亚共析钢的淬火温度为Ac3以上3050，若淬火温度过高或过低有什么不好？问：为什么过共析钢淬火温度加热到Ac1 3050以上，而不加热到Accm以上？,问：实验室里开了六个电炉，温度分别为910、840、780、600、400、200。现有材料15钢、45钢、T12钢。问：若要进行退火处理，三种材料分别放在那个炉子里加温？若要制作钳工用锯条，选用什么样的材料？并写出热处理工艺以及处理后的组织是什么？目的是什么？若要制作轴，选用什么材料？并写出热处理工艺以及处理后的组织是什么？目的是什么？,4 其他常用金属材料简介,随着现代科学技术的不断发展，对使用的钢材提出了越来越高的要求。要求钢材具有高强度、高韧性、高耐磨性以及耐高温、抗氧化、抗腐蚀等性能。碳钢是远远不能满足这些要求的。,一、合金钢,合金钢为了改善钢的性能特意在碳钢的基础上加入某些合金元素所获得的钢种。合金钢中常加入的合金元素有：Mn,Si,Cr,Ni,Mo,W,V,Ti等,一、合金钢,在合金钢中加入合金元素的目的：提高钢的机械性能。(如,HB,ak等)改善钢的热处理工艺性能。(如提高淬透性，减少淬火变形等)使钢获得某种特殊的性能。(如耐腐蚀、耐热等),一、合金钢,合金结构钢合金工具钢特殊性能钢,1、合金结构钢,合金结构钢是用来制造各种机器零件及各类工程结构的钢。牌号表示“数字+合金元素符号（或汉字）+数字”,前面的数字表示钢的含碳量的万分之几元素符号表示钢中所含的合金元素后面的数字表示前面合金元素的百分之几平均含量。（四舍五入，若1.5%则不标）,*若为高级优质钢，则在牌号最后加“A”。(或高),1、合金结构钢,如：30CrMnSi，20CrMnTi，60Si2Mn.,2、合金工具钢,合金工具钢是用来制造刃、量、模具等各种工具。牌号表示“数字（或无数字）+化学元素符号+数字”,前面的数字表示钢中平均含碳量的千分之几。（1%C不标，高速钢例外）。其余同合金结构钢表示方法,2、合金工具钢,3、特殊性能钢,如：不锈钢、1CrNi9Ti、0Cr18Ni9Ti等。1Cr13、2Cr13、3Cr13等。,3、特殊性能钢,腐蚀是金属制件经常发生的一种现象（约占其产量的10%）。,化学腐蚀（如钢在高温下的氧化）电化学腐蚀（如钢在室温时的氧化（即生锈）,腐蚀,*（大部分腐蚀属于电化学腐蚀）,F的电极电位较负，成为阴极被腐蚀。Fe3C电极电位较正，成为阳极而不被腐蚀。,P,（置于硝酸酒精溶液中）,3、特殊性能钢,防止腐蚀的途径：提高合金本身的电极电位。在铁中加入大于13%的铬后，则铁的电极电位由0.56V突然升至0.2V，因此其抗蚀性显著提高。,铁铬合金的电极电位（大气条件）,在钢中同时加入铬和镍，可能形成单一奥氏体组织。,3、特殊性能钢,分类：,按组织分,马氏体不锈钢铁素体不锈钢奥氏体不锈钢,按成份分,铬不锈钢铬镍不锈钢铬锰氮不锈钢,3、特殊性能钢,1Cr13，2Cr13（汽轮机叶片、螺栓、螺帽等）3Cr13，4Cr13（医疗工具如手术刀，量具等）,M,0Cr18Ni9Ti，1Cr18Ni9Ti（耐酸设备，化工容器等,A,F,1Cr17（管道、酸槽、食品设备等,二、铸铁,铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。（另外其Si、Mn、S、P均比钢中高）根据铸铁中碳的存在形式不同分类：白口铸铁 灰口铸铁,白口铸铁,其碳几乎全部以化合物（Fe3C）状态存在，断口成银白色（故称白口）其性能硬而脆，很难进行切削加工（故很少用）有时利用它的高硬度、耐磨性好的特点，制造一些要求表面有高耐磨性的机件。如轧辊（表面），球磨机的内衬和磨球、犁铧等目前白口铸铁主要用作炼钢原料和生产可锻铸铁的毛坯。,灰口铸铁,其中碳全部或大部分以石墨形式存在，因断口呈暗灰色而得名。它是生产上应用最广泛的铸铁。根据灰口铸铁中石墨形状不同，灰口铸铁可分为：,普通灰口铸铁（简称灰铸铁）其石墨成片状，HT150，(仅钢2030%),可锻铸铁 其石墨成团紫状，KTH300-06，(仅钢5070%),球墨铸铁 其石墨成球状，QH600-02，(仅钢7090%),灰口铸铁,石墨G在铸铁约占体积710%，它的 20MPa，HB 3，、ak 几乎为零。如：铅笔芯=G+粘土，但它的抗压强度接近钢。片状石墨：缩减作用；割裂作用。,灰铸铁组织=钢的基体+G片,共析钢 P+G片亚共析钢,P+F+G片F+G片,G片,细小,粗大,高,低,HB,灰口铸铁,灰铸铁的铸造工艺性优异、价格低廉、故在工业生产上应用最广，其产量约占各类铸铁产量的80%以上。灰铸铁主要应用于盖、支柱、底座、箱体、机体、阀体、缸体等。,其他性能,共析钢正火状态 b 900MPaP基体的灰铸铁b 200 250MPa,有色金属,工业上把铁及其合金称为黑色金属，把其它金属及其合金统称为有色金属。,1、铜及其铜合金,工业纯铜（由于表面形成氧化膜，外观呈紫红色，习惯上称为紫铜）,含铜量：99.599.95%（常含氧、硫、铅、砷、铋等杂质）比重：8.94 熔点：1083,纯铜具有优良的导电性、导热性、抗大气腐蚀性。,工业纯铜,纯铜的强度低 b=200250 MPa，塑性好，=4550%冷变形后，b=400500 MPa，塑性好，=5%,纯铜具有面心立方晶格，无同素异构转变。常用工业纯铜的牌号有T1、T2、T3、T4。其中“T”为铜字的汉语拼音的第一个字母，后面数字表示顺序号。顺序号越高，其杂质含量也越高。（即铜的纯度越低）。,工业纯铜,工业纯铜主要用于制造导体（如电线），热交换器和油管等。由于纯铜的机械性能不高，不宜直接用作结构件，须配制成铜合金后再使用。常用的铜合金有黄铜和青铜。,黄铜,黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金。根据黄铜中所含其它合金元素的种类：,普通黄铜（铜锌合金）特殊黄铜（在铜锌合金中再加入铝、铅、锰、锡等元素。）,黄铜,黄铜的力学性能取决于含锌量：,当含锌量32%时，随含锌量的增加，强度继续升高、而塑性降低。（有硬脆相）当含锌量45%时，强度和塑性都急剧下降。（组织全部是硬脆相）,黄铜,普通黄铜的牌号用“黄”字的汉语拼音的第一个字母“H”加铜量的百分数表示。如 H70含铜量70%，含锌量30%。ZH62含铜量62%，含锌量38%，铸造黄铜。黄铜主要用于制造弹簧，衬套及耐蚀零件，如：,H90 艺术品（又称金色黄铜）H68 子弹壳H62 螺钉、螺母、垫圈、弹簧等,青铜,普通青铜（或锡青铜）Cu-Sn合金。（铜与镍的合金称为白铜）特殊青铜（或无锡青铜）（以Al、Si、Pb等元素）,当Sn 5 6%时，；当Sn 2.5%时，。,青铜,锡青铜主要用来制造各种耐磨件，耐蚀件及弹性元件，如轴承、弹簧等。,当Sn 10%,常采用铸造方式成形，称为铸造锡青铜。(如ZCuSn10Pb1,其中Sn为10%，Pb为1%),2、铝及铝合金,工业纯铝,含铝量：9899.7%（常含铁和硅等杂质）比重：2.7g/cm3(约为铁的三分之一)熔点：660,纯铝具有良好的导电性和导热性(仅次于银和铜)。在大气中具有良好的耐蚀性。(主要是铝的化学活泼性很高，易与空气中的氧作用在表面产生一层牢固、致密的氧化铝保护膜，从而使铝不会继续被腐蚀。),工业纯铝,纯铝为面心立方晶格，无同素异构转变。常用工业纯铝的牌号有L1、L2、L3、L4、L5等。“L”表示工业纯铝，后面的数字表示纯度，数字越大纯度越低。工业纯铝主要用于制造电缆和要求不高的日用器皿等。,纯铝具有很好的塑性=35-40%，但强度低b=80-100MPa通过压力加工变形：=4-8%，b=150-250MPa,工业纯铝,纯铝的强度低，一般不用于制作结构零件，常在铝中加入铜、镁、锰、硅等合金元素形成铝合金，从而提高了力学性能等。根据铝合金的成分和工艺特点分类：,形变铝合金（其塑性好，可通过各种冷、热塑性变形加工成各种型材或零件）铸造铝合金（其铸造性能好，常用铸造方法生产毛坯或零件）,铝合金,铝合金,Al-Li系合金 铝是最轻的合金元素。铝合金中添加百分之几的锂后，可获得时效强化（即铝合金的热处理强化）效果，密度可降低10%，刚度可提高10%。但锂的熔点很低，故铝锂合金冶炼很困难。波音747飞机的外壳用铝锂合金，大大减轻了飞机的重量。飞机每减少1kg的重量，其经济效益是按几何级数递增的，因此铝锂合金是大有作为的。,补充,各类铝合金均按共晶相图结晶，如右图根据铝合金的成分及生产工艺特点分类：,形变铝合金(D点以左)铸造铝合金(D点以右),补充,形变铝合金加热到固溶线以上时，可得到均匀的单相固溶体，其塑性好，可通过各种冷、热塑性变形加工成各种型材或零件。,不能热处理强化的形变铝合金，成分在F点以左的合金，其固溶体成分不随温度而改变。能热处理强化的形变铝合金，成分在F点以右的合金，其固溶体成分能随温度而改变。,补充,由于铝无同素异构转变，它主要是通过淬火（固溶处理）后，再进行时效处理而达到强化的目的。如把含4%铜的Al-Cu合金，淬火后形成过饱和的固溶体，其强度为25MN/m2。若在保温下放置，强度将随时间的延长而逐渐提高，经过4-5天后，强度可达400 MN/m2。,补充,补充,铸造铝合金（除ZL102、ZL103外），一般都能热处理强化（人工时效进行强化）,Al-Si 系：ZL1*仪表壳体、泵体、发动机气缸等。(硅铝明)Al-Cu系：ZL2*Al-Mg系：ZL3*Al-Zn系：ZL4*,补充,ZL102变质处理 在共晶组织（+Si）中，硅是硬脆相，并是粗大针状，它严重影响合金的机械性能。（b140MN/m2，3%）。为了改善合金的性能，浇铸前进行变质处理，使硅的形状发生改变，共晶体中的硅呈细小球状，并有初生固溶体出现。（其 b180 MN/m2，8%）,课堂练习,1、写出下列与失效形式相关的力学性能。,2、列表写出碳钢的分类，并大致分析Q235、45、T8A的力学性能及质量。3、HB及HRC以什么试样的硬度值？主要用于哪些材料的硬度测量？,课堂练习,4、按下表所列牌号填写有关内容,课堂练习,5、画出铁碳合金状态图钢的部分，写出20钢从液态缓慢冷却到室温时的转变？为什么至冷却到PSK线（即A1）也发生共析反应？6、按下表要求填写热处理的有关内容。,课堂练习,7、灰铸铁的组织是什么？为什么它的强度(b)比钢低得多？为什么它在生产中被大量使用？,8、一把由T12钢制成的锉刀，厚5mm，经780淬火和160回火后，硬度为65HRC左右。现将其一端浸入水中，另一端用火焰加热至950，持续15分钟后各点温度如右图所示。此时立即将锉刀投入水中。试制出图示各点在冷却后所得的组织。（并定性地比较各点晶粒的粗细）,1(950),2(780),3(700),4(600),5(20),