金属材料与热处理第一章

1、第一节 金属的物理、化学性能第二节 金属的力学性能第三节 金属的工艺性能第一节第一节 金属的物理、化学性能金属的物理、化学性能 各种规格的传输电缆 导电性是金属的一种物理特性。铜具有优越的导电性，且化学稳定性良好，因此是传输电缆最常用的制造材料，如图所示。 导电性是金属众多性能之一，掌握金属的性能特点在实际生产中具有重要意义。第一节第一节 金属的物理、化学性能金属的物理、化学性能一、金属的物理性能一、金属的物理性能1 1密度密度 密度是物质单位体积的质量。不同金属的密度是不同的。一般将密度小于4.5103kg/m3的金属称为轻金属，密度大于4.5103 kg/m3 的金属称为重金属。常用金属的

2、物理性能2 2熔点熔点 熔点金属及其合金从固体状态向液体状态转变时的熔化温度。金属都有固定的熔点。3 3导热性导热性 导热性金属能传导热的性能。一般情况下，金属的导热性比非金属好。4 4导电性导电性 导电性金属能传导电流的性能。金属是良好导体。金属导电性的好坏取决于它的热导率。5 5热膨胀性热膨胀性 热膨胀性金属材料的体积随着温度变化而膨胀、收缩的特性。一般情况下，金属加热时体积胀大，冷却时体积缩小。6 6磁性磁性 磁性金属能导磁的性能。具有磁性的金属都能被磁铁吸引。金属材料根据其在磁场中受到磁化程度的不同，可分为铁磁性材料、顺磁性材料和抗磁性材料三种。二、金属的化学性能二、金属的化学性能1

3、1耐腐蚀性耐腐蚀性 耐腐蚀性金属材料抵抗化学介质腐蚀破坏作用的能力。腐蚀对金属材料的危害很大。因此，要提高金属材料的耐腐蚀性能。2 2抗氧化性抗氧化性 抗氧化性金属材料抵抗氧气氧化作用的能力。金属材料在常温条件下的氧化作用并不明显，但当温度升高时，其氧化作用明显加剧。3 3化学稳定性化学稳定性 化学稳定性金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属在高温下的化学稳定性叫做热稳定性。第二节第二节 金属的力学性能金属的力学性能 悬索桥及其结构示意图 悬索桥主要采用金属材料制造，对于如此大型的工程结构，设计人员是依据什么计算和确定结构尺寸，从而保证其承载安全的呢？ 本节主要介绍金属材料的强度、塑性等力学

4、性能。一、强度与塑性一、强度与塑性1. 1. 载荷、变形与应力载荷、变形与应力（1）载荷静载荷大小和方向不变或变化缓慢的载荷。冲击载荷在短时间内以较高速度作用于工件上的载荷。交变载荷大小或方向随时间发生周期性变化的载荷。载荷静载荷冲击载荷交变载荷（2）变形 变形金属材料受到载荷作用而产生的几何形状和尺寸的变化。变形分为弹性变形和塑形变形。（3）应力 金属材料在受到外力作用时，其内部作用着与外力相对抗的力，称为内力。 应力单位面积上的内力。所有强度指标都是用应力表示的。计算公式：SF2 2拉伸试验拉伸试验（1）试样拉伸试样 拉伸试样a）拉伸前b）拉伸后（2）试验设备拉伸试验机（3）试验结果与分析

5、拉伸曲线1）Oe弹性变形阶段。2）s点附近屈服阶段。3）屈服后至b 点强化阶段。4）bz缩颈阶段。低碳钢的拉伸曲线3. 3. 强度与强度指标强度与强度指标 强度金属材料在静载荷作用下, 抵抗塑性变形或断裂的能力。 （1）屈服强度 当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间发生塑性变形而载荷不增加时的应力称为屈服强度，分为上屈服强度和下屈服强度。oeHeHSFRoeLeLSFR 上屈服强度 下屈服强度（2）规定非比例延伸强度Rp 规定非比例延伸强度非比例延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力。（3）规定总延伸强度Rt 规定总延伸强度总延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力。（4）规定残余延伸强度R

6、r（5）抗拉强度 规定残余延伸强度卸除应力后残余延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力。 抗拉强度试样在拉断前所能承受的最大应力。 计算公式为：4. 4. 塑性与塑性指标塑性与塑性指标（1）断后伸长率%100oouLLLA（2）断面收缩率%100ouoSSSZ 塑性金属材料在载荷作用下断裂前所能承受最大塑性变形的能力。二、硬度二、硬度硬度金属材料抵抗局部塑性变形和破坏的能力。1. 1. 布氏硬度布氏硬度（1）试验原理布氏硬度试验原理图 布氏硬度值是用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力来计算。 布氏硬度值仅与压痕直径的大小有关。（2）布氏硬度的表示方法 布氏硬度用符号HBW 表示，符号之前的

7、数字是硬度值，符号之后为试验条件，依次为：压头直径（mm）/ 试验力（kgf）/ 保持时间（s）。（3）优缺点及应用范围 优点：测定的硬度值比较准确，数据重复性强。 缺点：试验过程复杂, 压痕面积大，对金属表面的损伤较大。 应用：铸铁、非铁金属及退火、正火、调质处理的钢材等。2. 2. 洛氏硬度洛氏硬度（1）试验原理HR -150A型洛氏硬度计（2）常用洛氏硬度标尺及表示方法 洛氏硬度用符号HR表示，每一种标尺的符号在其后注明（HRC、HRB、HRA），硬度值置于符号之前。三种洛氏硬度标尺的试验条件和适用范围（3）优缺点及应用范围优点：操作简单迅速，压痕较小，测量的硬度值范围大。缺点：测定的硬

8、度值不够准确，数据重复性差。 维氏硬度的试验原理与布氏硬度基本相同，所不同的是其压头是一个相对面夹角为136的金刚石正四棱锥体，通过测量压痕对角线的长度来计算压痕面积和硬度值。维氏硬度符号为HV，其表示方法与布氏硬度基本相同。实际试验时，也无须计算，硬度值直接从表中查出。 维氏硬度试验所用的试验力可根据工件的大小、厚薄等条件进行选择，常用试验力在49.03980.70N范围内变动。3. 3. 维氏硬度维氏硬度三、冲击韧性与疲劳强度三、冲击韧性与疲劳强度1 1冲击韧性冲击韧性冲击韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。金属材料的冲击韧性是通过弯曲冲击试验测量的。（1）一次冲击试验（2）多次重

9、复冲击试验2 2疲劳强度疲劳强度（1）疲劳的概念（2）疲劳破坏的特征（3）疲劳曲线和疲劳强度对称循环应力图疲劳曲线示意图 第三节第三节 金属的工艺性能金属的工艺性能 在实际生产中，我们不能只重视金属材料的使用性能，还应考虑采用什么样的工艺方法进行加工，以及制造材料能否满足工艺方面的要求，从而制造成合格的产品。这方面的内容属于金属工艺与工艺性能的范畴。一、切削加工与切削加工性一、切削加工与切削加工性1. 1. 常用切削加工方法常用切削加工方法 切削加工是机械制造中最主要的加工方法。任何切削加工都必须具备三个基本条件：切削工具、工件和切削运动。 金属材料切削加工的分类方法：按工艺特征、按材料切除率

10、和加工精度、按表面成形方法三种。CA6140型车床X6325型万能摇臂铣床 按工艺特征，切削加工一般可分为车削、铣削、钻削、镗削、铰削、刨削、插削、拉削、锯削、磨削。 金属切削加工机床按加工方式或加工对象可分为车床、铣床、钻床、镗床、刨床、齿轮加工机床等。2. 2. 金属的切削加工性金属的切削加工性 金属材料使用某种切削方法以获得优良工件的性能，称为切削加工性。二、铸造加工与铸造性二、铸造加工与铸造性1 1铸造加工方法铸造加工方法各种形状的铸件2. 2. 金属的铸造性金属的铸造性金属材料用铸造的方法制成优良铸件的性能，称为铸造性。 铸造毛坯因近乎成形，可达到免机械加工或少量加工的目的，降低了成本并在一定程度上减少了制作时间。 铸造是现代装备制造工业的基础工艺之一。三、压力加工与可锻性三、压力加工与可锻性1. 1. 压力加工方法压力加工方法锻造加工的零件2. 2. 可锻性可锻性 金属材料在压力加工过程中，通过塑性变形获得优良锻件的性能，称为可锻性。 金属成形过程的原理属质量不变的“固态成形”。 金属材料的固态