金屬材料與熱處理(第3版)高職全套教學(xué)課件本套課件適用于高職院校金屬材料與熱處理課程的教學(xué)，內(nèi)容全面、圖文并茂，并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行講解。作者：緒論本課程介紹金屬材料與熱處理的基本概念、理論和應(yīng)用。金屬材料是現(xiàn)代工業(yè)的重要基礎(chǔ)材料，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。熱處理是改變金屬材料組織結(jié)構(gòu)和性能的技術(shù)，在提高材料強(qiáng)度、韌性、耐磨性等方面發(fā)揮著重要作用。金屬的結(jié)構(gòu)與性能晶體結(jié)構(gòu)金屬原子以規(guī)則的排列方式構(gòu)成晶格，決定了金屬的力學(xué)性能和物理性能。晶體缺陷晶體缺陷包括點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷，影響著金屬的強(qiáng)度、延展性和塑性。金屬的性能金屬的性能包括機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能，與金屬的成分、結(jié)構(gòu)、加工工藝等因素有關(guān)。金屬的熱處理基礎(chǔ)金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬材料的結(jié)構(gòu)決定了其性能。金屬原子以晶格的形式排列，形成不同的晶體結(jié)構(gòu)。熱處理過程熱處理是通過控制加熱和冷卻速度，改變金屬材料的組織結(jié)構(gòu)，從而改善其性能的過程。熱處理工藝常用的熱處理工藝包括退火、淬火、回火和正火，每種工藝都有其特定的溫度和冷卻速率。顯微組織觀察通過顯微鏡觀察金屬的微觀組織結(jié)構(gòu)，可以了解熱處理過程對(duì)材料組織的影響。鐵碳合金的組織與性質(zhì)鐵碳合金的組織鐵碳合金是鐵和碳的合金，是鋼鐵材料的主要成分。鐵碳合金的組織是指其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的排列方式，主要包括珠光體、鐵素體、奧氏體和滲碳體等。不同組織的鐵碳合金具有不同的性能，例如珠光體具有較高的強(qiáng)度和硬度，而鐵素體則具有較好的延展性和韌性。鐵碳合金的性質(zhì)鐵碳合金的性質(zhì)主要取決于其化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和熱處理工藝等因素。例如，碳含量越高，強(qiáng)度和硬度越高，但延展性和韌性越低。熱處理工藝可以改變鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)，從而改變其性能。鋼的熱處理工藝(一)退火退火可以細(xì)化晶粒，降低硬度，提高塑性，改善加工性能。完全退火球化退火正火正火可以細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和硬度，改善切削加工性能。淬火淬火可以使鋼材獲得高硬度和強(qiáng)度，提高耐磨性。水淬油淬回火回火可以降低淬火鋼的硬度和脆性，提高韌性。低溫回火中溫回火高溫回火鋼的熱處理工藝(二)1淬火淬火是將鋼加熱到一定溫度后，迅速冷卻以獲得高硬度和強(qiáng)度。2回火回火是在淬火后進(jìn)行的熱處理，目的是降低鋼的硬度和脆性，提高韌性。3正火正火是一種使鋼件組織均勻化的熱處理，目的是提高鋼的塑性和韌性。4退火退火是將鋼件加熱到一定溫度后，緩慢冷卻，目的是降低硬度，改善切削加工性能。本節(jié)課將繼續(xù)學(xué)習(xí)鋼的熱處理工藝，包括淬火、回火、正火和退火等。我們將深入探討各種熱處理工藝的原理、操作方法和應(yīng)用范圍，并結(jié)合實(shí)例講解如何選擇合適的熱處理工藝來提高鋼的性能。鑄鐵的熱處理工藝退火降低鑄鐵硬度，改善其機(jī)械加工性能，減小內(nèi)應(yīng)力。正火細(xì)化晶粒，提高鑄鐵強(qiáng)度和韌性，改善其切削加工性能。淬火提高鑄鐵硬度和耐磨性，適用于耐磨鑄件的熱處理工藝。回火降低淬火后的脆性，提高鑄鐵的韌性和可加工性。有色金屬及合金的熱處理1鋁合金鋁合金具有良好的強(qiáng)度、韌性、抗腐蝕性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造等領(lǐng)域。2銅合金銅合金具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐腐蝕性，常用于電氣、機(jī)械和建筑等領(lǐng)域。3鎂合金鎂合金具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、良好的可加工性等特點(diǎn)，在汽車、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。4鈦合金鈦合金具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、生物相容性好等優(yōu)異特性，是航空航天、醫(yī)療器械的重要材料。機(jī)械性能試驗(yàn)與檢測(cè)拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)是金屬材料機(jī)械性能測(cè)試中最基本、最常用的方法之一。它通過對(duì)試樣施加拉伸載荷，測(cè)定材料在拉伸過程中的力學(xué)性能指標(biāo)，如抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和斷面收縮率等。硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)是通過壓入法來測(cè)定材料抵抗硬物壓入其表面的能力。常見的硬度試驗(yàn)方法包括布氏硬度試驗(yàn)、洛氏硬度試驗(yàn)、維氏硬度試驗(yàn)等。不同的硬度試驗(yàn)方法適用于不同材料的硬度測(cè)量。沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)是通過對(duì)試樣施加沖擊載荷，測(cè)定材料抵抗沖擊載荷的能力。沖擊試驗(yàn)結(jié)果可以反映材料的韌性和抗沖擊性能。沖擊試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于金屬材料的質(zhì)量控制和安全評(píng)估。疲勞試驗(yàn)疲勞試驗(yàn)是通過對(duì)試樣施加循環(huán)載荷，測(cè)定材料在反復(fù)載荷作用下抵抗破壞的能力。疲勞試驗(yàn)可以反映材料的疲勞強(qiáng)度、疲勞壽命等性能指標(biāo)，是金屬材料設(shè)計(jì)和應(yīng)用中非常重要的試驗(yàn)方法。常見金屬材料的性能與應(yīng)用鋼鋼材具有高強(qiáng)度、韌性、可加工性，廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械、汽車等領(lǐng)域。鋁鋁材輕巧耐腐蝕，常用于航空航天、電子產(chǎn)品和建筑裝飾等領(lǐng)域。銅銅材導(dǎo)電性良好，常用于電線電纜、管道和裝飾材料等。鈦鈦材強(qiáng)度高，耐腐蝕，生物相容性好，用于航空航天、醫(yī)療器械和化學(xué)工業(yè)?；瘜W(xué)鍍、磷化及噴涂等表面處理工藝化學(xué)鍍化學(xué)鍍是一種在金屬表面沉積一層金屬或合金的方法，不需要電流。磷化磷化是在金屬表面形成一層磷酸鹽薄膜，增強(qiáng)金屬的耐蝕性和潤滑性。噴涂噴涂是指將液體涂料噴涂在金屬表面，形成一層保護(hù)層，提高金屬的防腐性能和裝飾效果。表面處理工藝提高金屬的耐蝕性增強(qiáng)金屬的硬度提高金屬的耐磨性改善金屬的表面光潔度提高金屬的裝飾性熱處理設(shè)備及其維護(hù)熱處理爐熱處理爐是熱處理工藝的核心設(shè)備之一，用于加熱金屬材料以達(dá)到所需的溫度?？刂葡到y(tǒng)熱處理爐的控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)精確控制加熱溫度、時(shí)間和氣氛，確保熱處理工藝的準(zhǔn)確性。日常維護(hù)定期維護(hù)熱處理設(shè)備可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。熱處理質(zhì)量控制與工藝問題分析熱處理工藝對(duì)金屬材料性能的影響很大。熱處理質(zhì)量控制包括工藝參數(shù)控制、設(shè)備維護(hù)、人員操作等方面。常見的熱處理工藝問題包括：淬火裂紋、回火脆性、變形、脫碳等。通過嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，可以有效降低熱處理工藝問題出現(xiàn)的概率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。金屬材料的焊接與切割熔焊利用電弧熱量熔化焊件金屬，形成熔池，冷卻后形成焊縫。氣焊使用氧氣和可燃?xì)怏w混合燃燒產(chǎn)生的火焰，熔化焊件金屬，形成熔池，冷卻后形成焊縫。激光切割使用激光束加熱金屬，使其熔化或氣化，并用高速氣流將熔化或氣化的金屬吹走，從而形成切割。等離子切割利用等離子弧的高溫等離子體，熔化和切割金屬。金屬材料的成形加工冷變形冷變形加工是指在常溫下進(jìn)行的金屬成形加工，例如拉伸、彎曲、沖壓等。熱變形熱變形加工是指在高溫下進(jìn)行的金屬成形加工，例如鍛造、軋制等。成形工具不同的成形加工方法需要不同的成形工具，例如模具、輥?zhàn)拥?。冷作與熱作工藝1冷作工藝常溫下進(jìn)行金屬加工2熱作工藝高溫下進(jìn)行金屬加工3加工特點(diǎn)冷作工藝需要較高的壓力，熱作工藝需要更高的溫度4應(yīng)用場(chǎng)景冷作工藝常用于制造精度高的零件，熱作工藝常用于制造大型零件冷作工藝是指在常溫或室溫下對(duì)金屬材料進(jìn)行加工，而熱作工藝是指在高溫下對(duì)金屬材料進(jìn)行加工。兩種工藝各有優(yōu)劣，應(yīng)用場(chǎng)景也各不相同。金屬材料的耐蝕性與防護(hù)耐蝕性金屬材料抵抗腐蝕的能力。金屬材料在環(huán)境介質(zhì)的作用下，表面發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬材料的損壞或性能下降。腐蝕類型腐蝕類型主要有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是指金屬與周圍環(huán)境中的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬表面生成氧化物或其他化合物。電化學(xué)腐蝕是指金屬與周圍環(huán)境中的電解質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，形成腐蝕電池，導(dǎo)致金屬表面發(fā)生腐蝕。防護(hù)方法常見的防護(hù)方法包括：表面涂層，如油漆、鍍層、氧化膜等；金屬表面處理，如鈍化、磷化、滲氮等；電化學(xué)保護(hù)，如陰極保護(hù)等。重要性耐蝕性是金屬材料的重要性能之一，對(duì)金屬材料的應(yīng)用和使用壽命有著重要的影響。例如，在海洋環(huán)境中使用的金屬材料，需要具有較高的耐海水腐蝕性能。金屬材料的再利用與回收金屬回收分類回收金屬需要進(jìn)行分類，例如鐵、鋁、銅、不銹鋼等。不同的金屬有不同的回收方法。熔煉回收熔煉是金屬回收的主要方法之一，將廢金屬熔化成液態(tài)金屬，然后進(jìn)行澆鑄或加工。機(jī)械加工回收一些金屬可以通過機(jī)械加工回收，例如將金屬廢料切割、粉碎、壓制成型，用于其他用途。循環(huán)利用回收的金屬可以用于制造新的產(chǎn)品，減少資源浪費(fèi)，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。金屬材料的性能標(biāo)準(zhǔn)與選用11.性能標(biāo)準(zhǔn)金屬材料的性能標(biāo)準(zhǔn)是衡量其質(zhì)量和性能的關(guān)鍵，確保其符合應(yīng)用需求。22.材料選用根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和特定要求選擇合適的金屬材料，例如強(qiáng)度、耐腐蝕性、加工性能等。33.標(biāo)準(zhǔn)化采用標(biāo)準(zhǔn)化的材料選用流程，確保材料的質(zhì)量和一致性，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品可靠性。44.技術(shù)發(fā)展隨著技術(shù)發(fā)展，金屬材料的性能標(biāo)準(zhǔn)不斷更新，選用更加多樣化和更具針對(duì)性。金屬材料的選型與應(yīng)用性能要求考慮材料的強(qiáng)度、硬度、韌性、塑性、耐腐蝕性等性能，以滿足具體應(yīng)用場(chǎng)景的需求。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的溫度、壓力、腐蝕介質(zhì)等因素，選擇合適的材料。成本因素在滿足性能需求的前提下，選擇成本更低、加工工藝更成熟的材料?？紤]材料的供應(yīng)情況、加工難度、運(yùn)輸成本等因素，選擇性價(jià)比更高的材料。金屬材料技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)11.智能化制造金屬材料的智能制造將不斷發(fā)展，運(yùn)用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高效率和質(zhì)量。22.新型金屬材料研發(fā)高性能、輕量化、耐腐蝕等新型金屬材料，滿足航空航天、新能源汽車等行業(yè)需求。33.綠色制造金屬材料制造工藝將更加環(huán)保，降低能耗、減少污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。44.復(fù)合材料應(yīng)用金屬復(fù)合材料應(yīng)用范圍將擴(kuò)大，以增強(qiáng)性能，滿足特殊應(yīng)用需求。案例分析:汽車輪轂熱處理工藝汽車輪轂是汽車的重要部件，承受著巨大的載荷和沖擊。輪轂熱處理工藝可以提高輪轂的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，延長(zhǎng)使用壽命。常見的汽車輪轂熱處理工藝包括淬火、回火、表面淬火等。這些工藝都需要根據(jù)輪轂的材料、尺寸和使用環(huán)境進(jìn)行選擇和優(yōu)化。例如，對(duì)于高性能汽車輪轂，可以采用表面淬火工藝來提高輪轂的表面硬度和耐磨性。同時(shí)，還要考慮輪轂的內(nèi)部強(qiáng)度和韌性，以確保輪轂在使用過程中不會(huì)發(fā)生斷裂或變形。案例分析:航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片熱處理工藝航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，其工作環(huán)境惡劣，承受高溫、高壓、高速氣流等復(fù)雜條件。為了滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)高性能要求，葉片材料需具備優(yōu)異的耐高溫、抗氧化、抗疲勞