金属材料热处理.pptx

在铸造、压力加工和焊接成形过程中,不可避免地存在组织缺陷。对金属材料进行热处理主要源于提高其综合机械性能,符合材料在设计和制备过程中所遵循的“成分-组织-性能”的原则。
第一节热处理的理论基础
热处理是将金属材料以一定的速度加热到预定温度并保持预定的时间,再以预定的冷却速度进行冷却的综合工艺方法。
金属材料的强化机制
导致材料失效
的最大应力
结构材料
陶瓷材料
高分子材料
金属材料
强度
疲劳强度
抗拉强度
断裂强度
屈服强度
材料强度的唯一性判据
固溶强化:
当合金由单相固溶体构成时,随溶质原子含量的增加,其塑性变形抗力大大提高,表现为强度和硬度上升,塑性和韧性值下降。
Cu-Ni固溶体的机械
性能与成分的关系
Al-Mg固溶体的应力-应变曲线
σb
δ
δ
细晶强化:
合金的晶粒越细小,内部的晶粒和晶界的数目就越
多。细晶强化利用晶界上原子排列的不规则性,原子能
量高这一特点,对材料进行强化。
双晶粒的拉伸试验说明:晶界对形变有阻碍作用。
双晶粒拉伸示意图
低碳钢的σs 与晶粒大小的关系
加工硬化:
加工硬化是指金属材料随着塑性变形程度的增加,强
度、硬度升高;塑性、韧性下降的现象。加工硬化(冷变
形)是热处理不能强化的金属材料的主要强化方法。
曲线分为三阶段
1)易滑移阶段(位错少干扰)
2)线性硬化阶段(位错塞积)
3)抛物线硬化阶段(螺旋位错
启动,位错密度下降)
加工硬化曲线:
时效强化:
时效强化是指获得过饱和固溶体后,在一定温度下保温析出过渡相、第二相等而实现对材料强化的方法。
第二相强化(弥散强化):
通过各种工艺手段使第二相质点弥散分布,可以阻碍合金内部的位错运动,从而提高合金强度的方法。
第二相一般指各种化合物质点。
1)生产中可通过对马氏体进行回火的方法获得弥散分布
的第二相;
2)也可通过共晶化合物进行热压力加工获得;
3)还可通过共析反应获得;
4)另外还可通过粉末冶金方法获得。
获得第二相的途径:
复合强化:
利用两种或两种以上的强化方法,来达到塑性金属
材料强化的目的。
钢的形变热处理
固溶强化
加工硬化
回火索氏体
第二相强化
细晶强化
固溶强化
固态相变
塑性金属材料的强化机制表明:通过热处理中的加热和冷却过程使合金产生固态相变,从而合金组织发生变化,最终导致材料性能产生变化。
固态相变是指固态物质在温度、压力、电场、磁场改变时,从一种组织结构会转变成另一种组织结构。
材料科学研究中的固态相变主要是指温度改变而产生的相变。固态相变主要包括三种基本变化:1)晶体结构的变化;2)化学成分的变化;3)有序程度的变化。一种相变可同时包括一种、两种或三种变化。
钢铁材料热处理是通过加热、保温和冷却方式借以改变合金的组织与性能的一种工艺方法,其基本内容包括热处理原理及热处理工艺两大方面。
第二节钢的热处理
钢铁材料的强韧化重要有两个途径:一是对钢铁材料实施热处理;二是通过调整钢的化学成分,加入合金元素(亦即钢的合金化原理),以改善钢的性能。