工程材料及机械性能课件.pptx

工程材料及机械性能;材料是人类社会发展的三大支柱（信息、能源、材料）之一。而材料是前两者的基础。;凡与工程有关的材料均为工程材料。根据使用的性能分为功能材料和结构材料。 材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为机械性能（或称为力学性能）。 使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命，金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据，外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的机械性能也将不同。;本课程内容 一、工程材料 金属（钢铁、有色金属） 聚合物 陶瓷 复合材料 二、材料的力学性能 静载荷下拉伸、压缩、扭转、弯曲 动载荷下冲击、疲劳 高温力学性能;学习方法 课堂学习+自学（网络、书籍、实践） 本课程40个学时，理论课34+实验6 旷课5次或迟到10次没有考试资格 总成绩=试卷成绩（80%）+平时成绩（20%）;第一章 工程材料;1.2 碳钢及合金钢 1.2.1 碳钢及分类 铁为基的合金材料占整个结构材料和工具材料的90.0%以上。 碳的质量分数小于2.11％的铁碳合金，实际生产中使用的碳钢含有少量的锰、硅、硫、磷等元素;杂质名称;二、碳钢的分类（GB/T700-2006);三、碳钢的牌号 C（首）船用钢； G（首）滚动轴承钢，G（尾）锅炉用钢 Q（首）屈服强度，q（尾）桥梁用钢 R（尾）压力容器用钢 ZG铸钢;碳素结构钢;1.2.2碳钢的合金化基础 合金元素：改善和提高钢的力学性能和使钢获得某些特殊的物理、化学性能而加入在一定含量的化学元素。 常存或残存元素：非特意加入的元素 低合金钢 合金钢 高合金钢 常用的合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、妮、锆、铜、硼、稀土元素等。磷、硫、氮等在某些情况下也起合金元素的作用。;一、合金元素在钢中存在形式和分布主要有以下五种： (1) 与铁形成固溶体，如硅、铜、铝、钴等。 (2) 部分固溶于铁素体，另一部分与碳形成碳化物。这一类合金元素如锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等。 (3) 不少元素与钢中的氧、氮、硫形成简单的或复合的非金属夹杂物，如Al2O3、AlN、FeO·Al2O3、SiO2·MxOy 、TiN 、MnS等。 (4) 一些元素彼此作用形成金属间化合物，如FeSi、FeCr(σ相)、Ni3Ti、Fe2W等。 (5) 有的元素，如铜和铅，常以游离状态出现。;二、合金元素在钢中的作用;1、合金元素对钢中基本相的影响 (1) 非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。溶入铁素体，固溶强化 当wSi0.6％、wMn1.5％时，对铁素体强化的同时对其韧性影响不大，当超过这个限度时则韧性有明显下降。而Cr、Ni比较特殊，当wCr2％、wNi5％时铁素体的强度和韧性都有所提高。;(2) 中强碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W等。置换渗碳体中的铁原子。稳定性略为提高，硬度也较高 (3) 强碳化物形成元素：W、Ti、Zr、Nb、V。含量较高(wMe5%)时，才倾向于形成合金碳化物。具有更高的熔点、硬度、耐磨性，且更稳定。;2.合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 ;当含有B、Nb、Ta、Zr时，不使γ区封闭，只使γ区缩小 但Cr、Mo、W、V、Ti、Si、Al等元素使奥氏体相区缩小，超过此元素的质量分数，则钢中没有ɑ→γ相变，所以室温能获得单相的铁素体组织---铁素体元素 合金元素与Fe相互作用的理论的实际意义：为了保证钢具有良好的耐腐蚀性，需要在室温下获得单一相组织（奥氏体相或铁素体相），可以通过控制钢中合金元素的种类和含量。;3.合金元素对钢热处理的影响 镍、钴以外，大多数合金元素特别是强碳化物形成元素，使碳的扩散速度降低，奥氏体的形成过程减缓，因此奥氏体化加热温度提高，保温时间延长。 除了锰、硼以外，大多数合金元素阻碍奥氏体晶粒长大，淬火后获得细小马氏体组织。 2) 合金元素对钢冷却转变的影响 除了Co以外，大多数合金元素溶入奥氏体中，不同程度地阻碍了铁、碳原子的扩散，使奥氏体稳定性提高，C曲线右移；强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Ti等，溶入奥氏体后，使C曲线出现两个“鼻尖”，形成珠光体和贝氏体两个转变区 ;合金元素使C曲线右移，增加了马氏体临界冷却速度，使钢的淬透性提高。多种元素同时加入，对钢淬透性的提高远比各元素单独加入时为大，故目前淬透性好的钢，多采用“多元少量”的合金化原则，如Cr-Ni、Cr-Mn、Cr-Si、Si-Mn等多组元合金钢。 Co、Al外，大多数合金元素使Ms点、Mf 点下移 ，使钢在淬火后残余奥氏体量增多 ;3) 合金元素对回火转变的影响 (1) 提高淬火钢的回火稳定性 与碳钢相比，在相同回火温度时，合金钢强度、硬度较高；在保持相同强度、硬度条件下，合金钢回火温度较高，回火时间较长，因