材料加工原理课件 .ppt

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1、第6章材料加工过程的化学冶金Part11本章主要内容概述杂质污染及其危害保护措施冶金处理6.16.26.36.42概述6.11、材料加工过程特点2、温度和环境对加工质量的影响3、研究化学冶金的目的和任务31、材料加工过程特点铸造焊接锻压熔炼金属-浇注-冷却成型熔池中熔炼金属-凝固形成焊缝加热到可塑性变形-压力促使变形热处理加热到相变温度以上-冷却相变表面改性加热至熔化或相变点以上合金化、熔凝处理、相变硬化材料热加工过程的共同特点--高温和环境42、温度和环境对加工质量的影响实践表明：环境和温度影响材料的成分、组织及性能影响程度与材料

2、和环境的特性密切相关5举例1：光焊丝焊接时合金元素烧损气体含量增加•氮含量增加27倍•氧含量增加9倍•冲击韧性和塑性降低6举例2：活性钛与气体的相互作用•材料的活性：钛合金焊接时需要保护的范围比钢大•加工温度：不同温度下钛合金对不同的环境介质表现出相异的活性7举例3：利用冶金反应可以提高材料的性能钛合金在氮气氛中激光表面熔化使硬度提高，耐磨性得到改善铝合金微弧氧化提高耐磨性镁合金微弧氧化处理改善耐腐蚀性能•--化学冶金反应的结果大多是有害的，如合金元素烧损、杂质含量增加•--化学冶金反应有时也可以有效利用，如表面改性、冶金反应提高材

3、料性能103、研究化学冶金的目的和任务温度、材料性质和环境特性对加工质量影响很大；冶金反应大多数是有害的，有时也是有益的；采取合理措施可以控制加工质量(带药皮的焊条)；研究化学冶金的目的和任务就是弄清楚化学冶金的本质，为质量控制提高理论依据，避免有害反应的发生、利用冶金反应改善加工质量。11杂质污染及其危害杂质种类及其危害杂质来源杂质与金属的相互作用6.26.2.16.2.26.2.312杂质的种类及其危害6.2.1H、O、N、S、P等“五害”不同的杂质、不同的材料、不同的加工过程，主要矛盾不同材料热加工过程中，存在许多共性问题13

4、1、氢对金属的危害在金属熔点温度，氢的溶解度有明显的突变，来不及析出而形成（1）气孔（2）金属脆化14•氢化物引起的金属脆化•过饱和的氢原子在金属慢速变形时的扩散聚集以及与位错的交互作用引起的金属脆化（1）氢气孔机理：在金属熔点温度，氢的溶解度有明显的突变。一旦合金表面已凝固，在其内部析出的氢就不能逸出，从而在工件内部形成气孔缺陷举例：溶于铝液内的氢虽然少于其它金属，但其在固态铝中的溶解度非常小，液相和固相中的溶解度相差悬殊。这就是铝及其合金铸造过程中容易出现氢气孔的主要原因。措施：为防止合金过多吸氢，加工时合金不宜过热及长期保温。

5、15（2）氢引起金属脆化a.氢化物引起的金属脆化b.过饱和的氢原子在金属慢速变形时的扩散聚集以及与位错的交互作用引起的金属脆化16（2）氢引起金属脆化a.氢化物引起的脆化举例：在钛及其合金中，当含氢量超过了它的溶解度后，在冷却过程中会由于溶解度降低而在金属中析出脆性的片状氢化物TiH2，成为脆断时的裂源。特点：（1）脆化程度随加载变形速度加大而增大（2）温度越低脆化越严重17（2）氢引起金属脆化b.过饱和的氢原子在慢速变形时扩散聚集，与位错交互作用引起金属脆化条件（1）在一定的温度范围内（低碳钢和低合金钢室温）（2）小的变形速度原因

6、（1）温度高氢可扩散外逸，温度低氢不易扩散聚集（2）变形速度大时，氢来不及扩散聚集后果：导致金属中出现白点和冷裂纹182、氮对金属的危害（1）气孔液态金属在高温时可以溶解大量的氮，而在凝固时氮的溶解度突然下降，来不及逸出（2）金属脆化a.b.氮化物脆化时效脆化19（1）氮气孔氮是促使铸件或焊缝产生气孔的主要原因之一。机理：液态金属在高温时可以溶解大量的氮，而在凝固时氮的溶解度突然下降，这时，过饱和的氮以气泡的形式从液态金属中向外逸出。当液态金属的结晶速度大于气泡的逸出速度时，就会形成气孔（如铁液中含氮量超过0.01%时，易导致形成铸

7、件中气孔缺陷）危害：导致铸件或焊缝承载能力的下降，甚至由于应力集中而成为断裂的裂纹源。20（2）氮引起金属脆化a.氮化物引起的脆化机理：高温下溶入了大量的氮，在冷却过程中由金属内直接析出粗大的氮化物而引起的脆化举例:（1）含氮量高的钢冷到590℃以下时，过饱和的氮会以针状Fe4N析出，分布于晶界和晶内，尤其是对低温韧性的影响更为严重。（2）在炼钢时，若加入过多的铝，而生成大量的AIN，因其呈细微的多角形颗粒状分布在晶界，也能使材料脆化。21（2）氮引起金属脆化b.时效脆化当氮以过饱和固溶体存在于钢中，随后加工过程中引起时效脆化。举例

8、：将含有过饱和氮的钢材进行冷冲、滚圆和弯边等工序后再进行焊接，在焊接热的作用下引起时效脆化。原因：冷作引起的塑性变形和焊接引起的再次加热是促使氮的过饱和固溶体发生时效的外界条件。措施：加入Ti、Al、Zr等氮化物形成元素，可抑制脆化倾