机械工程材料成型及工艺7.ppt

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第4章 二元合金相图及其应用 前言 相图的建立 匀晶相图 共晶相图 回顾 基本概念 合金(alloy)、组元、合金系; 相、单相合金、多相合金。 一、前言 相图(phase):描述系统的状态、温度、压力及成分之间关系的图解。又称状态图(state diagram)或平衡图(equilibrium diagram)。 二元系相图是研究二元体系在热力学平衡条件下,相与温度、成分之间关系的有力工具。 根据相图可确定不同成分的材料在不同温度下组成相的种类、各相的相对量、成分及温度变化时可能发生的变化。 二、相图的表示与建立 2.相图的建立 方法:热分析法、金相分析法、硬度测定法、X射线衍射分析法、电阻试验法。 步骤:配制合金-测冷却曲线-确定转变温度-填入坐标-绘制图线。 热 分 析 法 例 用热分析法建立Cu-Ni合金系 二元相图的步骤: 配制一系列成分的铜镍合金; 将这些合金熔化后,分别测出它们的冷却曲线; 根据冷却曲线上的转折点确定各合金的凝固温度; 将测得的数据引入温度-成分坐标系中; 连接意义相同的点,得到相应的曲线; 上述曲线将图面分隔为三个区域,各区间分别限定了一定的成分范围和温度范围,这些区间称为相区(phase field)。通过必要的组织分析测出各相区所含的相,将它们的名称分别标注在相应的相区中,相区的建立工作即告完成。 说明: 所配制的合金数目越多,成分间隔愈小,所用金 属的纯度越高,测温技术越先进,冷却速度越缓 慢(一般应为0.5~1.5℃/min),所测得的相图 越精确。 三、匀晶相图 概念:两组元在液态、固态均无限互溶的合金状态图。 当两个金属组元之间形成无限固溶体时,其条件为: 两者的晶体结构相同,原子尺寸接近,Δr15%,两者具有相同的原子价的电负性。 相图分析 点——左右两点为两种纯物质的熔点; 线——上:液相线(liquidus),下:固相线(solidus); 域——液相区L、液-固两相区L+α、相区α。 由液相直接结晶出单相固溶体的转变过程称为匀 晶转变,匀晶转变式: 非平衡结晶 非平衡的概念; 晶内偏析或枝晶偏析; 解决的途径。 固溶体凝固与纯金属凝固的比较 相同点: (1)基本过程:形核-长大;(2)热力学条件(能量条件):ΔT0;(3) 结构条件:结构起伏(相起伏)。 不同点: 合金在一个温度范围内结晶;需要成分起伏。 四、共晶相图 概念:二组元在液态下无限互溶,而在固态下仅有限溶解并发生共晶反应的合金系形成共晶相图。 例如:Pb-Sn系、Pb-Sb系、Cu-Ag系等。 第四章 金属热处理及材料改性 热处理的分类 根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点的不同,将热处理工艺分类: 普通热处理:退火、正火、淬火和回火; 表面热处理:表面淬火、化学热处理; 其他热处理:真空热处理、形变热处理、控制气氛热处理、激光热处理。 加热和冷却对临界转变温度的影响 第五章 金属材料 第9章 机械零件失效分析及选材 机械零件的失效分析; 选材的一般原则; 选材的实际过程。 第11章 压力加工 金属的塑性成形又称为压力加工,是指在外力的作用下,使金属坯料产生塑性变形,从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的型材、毛坯或零件的成形加工方法。 塑性加工的产品主要有原材料、毛坯和零件三大类。 压力加工的方法:轧制、挤压、拉拔、自由锻造、模型锻造和板料冲压 压力加工的优缺点 压力加工的理论基础 金属的纤维组织及锻造比 金属的锻造性能 金属的变形规律 金属的纤维组织及锻造比 金属的锻造性能 金属的变形规律 常用锻造方法 自由锻 自由锻造,简称自由锻,它是利用锻压设备上下砧块和一些简单通用工具,使坯料在压力作用下产生塑性变形。 根据锻造设备类型不同,自由锻可分为锻锤自由锻和水压机自由锻二种。前者用于锻造中、小锻件,后者用于锻造大型锻件。 自由锻造具有以下三个特点:自由锻造具有以下三个特点: ①自由锻使用工具简单,通用性强,灵活性大,因此适合单件小批锻件的生产。 ②自由锻件是由坯料逐步变形而成,工具只与坯料部分接触,故所需设备功率比模锻要小得多,所以自由锻适于锻造大型锻件。如万吨模锻水压机只能模锻几百公斤重的锻件,而万吨自由锻水压机却可锻造重达百吨以上的大型锻件。可见,对于大型锻件,只能采用自由锻成型。 ③自由锻是靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸,所以锻件的精度差,锻造生产率低,劳动强度较大。 1. 自由锻设备 根据施加在锻件上作用力的性质,自由锻设备可分为锻锤(空气锤、蒸汽—空气锤)和液压机(水压机、油压机)两大类。锻锤产生冲击力,液压机产生静压力使金属变形。 (1)空气锤 空气锤的规格以落下部分重量来

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