第一章 金属的塑性加工与再结晶

1、第一章第一章 金属材料的结构与性能特点金属材料的结构与性能特点 n第一节第一节 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构固态物质按其原子（离子、分子）的聚集状态固态物质按其原子（离子、分子）的聚集状态分为分为晶体晶体和和非晶体非晶体。晶体晶体即是内部质点在即是内部质点在三维空间呈周期性重复排列三维空间呈周期性重复排列的固的固体。它拥有体。它拥有整齐规则的几何外形整齐规则的几何外形，即晶体的自限性。，即晶体的自限性。并拥有并拥有固定的熔点固定的熔点。如水晶、金刚石、盐、钻石、冰。如水晶、金刚石、盐、钻石、冰以及各种金属构件等。以及各种金属构件等。非晶体非晶体是内部质点在是内部质点在三维空间不成周期性重复

2、排列三维空间不成周期性重复排列的的固体，有固体，有近程有序近程有序，但不具长程有序。，但不具长程有序。外形为无规则外形为无规则形状形状的固体。如玻璃、石蜡、棉花等。的固体。如玻璃、石蜡、棉花等。1.1纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构1.1.1晶体学简介晶体学简介1）空间点阵，也叫晶格：空间点阵，也叫晶格：用以描绘晶体中原子用以描绘晶体中原子（离子或分子）排列规律的空间格架。（离子或分子）排列规律的空间格架。2）晶胞晶胞：从晶格中选取一个能够完全反映原子：从晶格中选取一个能够完全反映原子排列规律的最小几何单元。排列规律的最小几何单元。（在这里将晶体的实（在这里将晶体的实际质点忽略而抽象为际质点忽

3、略而抽象为纯粹的几何点，称为纯粹的几何点，称为阵点或结点阵点或结点(代表原子代表原子的平衡位置的平衡位置)，用许多，用许多平行的直线将这些阵平行的直线将这些阵点连接所构成的三维点连接所构成的三维空间格架）；空间格架）；简单立方晶格简单立方晶格3）晶胞的点阵参数：）晶胞的点阵参数：坐标轴坐标轴：、轴，以原点的前、右、上为正方向：、轴，以原点的前、右、上为正方向;晶格常数晶格常数：晶胞的棱边长度：分别以、表示：晶胞的棱边长度：分别以、表示;轴间夹角轴间夹角：晶胞的棱边夹角：分别以：晶胞的棱边夹角：分别以、表示表示;4）晶系：根据六大参数之间的关系，可以将）晶系：根据六大参数之间的关系，可以将晶体分

4、为七大晶系，十四种布拉菲点阵；晶体分为七大晶系，十四种布拉菲点阵； 其中最为典型、常见的金属晶体结构有其中最为典型、常见的金属晶体结构有三种：三种：体心立方结构、面心立方结构、密排体心立方结构、面心立方结构、密排六方结构六方结构；（1）体心立方晶格（）体心立方晶格（bcc）：）：原子分布：晶胞的八个顶点各有一个原子，在原子分布：晶胞的八个顶点各有一个原子，在立方体的中心还有一个原子；立方体的中心还有一个原子；原子数：原子数： 晶格常数：晶格常数：a=b=c；=90；21818 原子半径：在立方体的对角线方向上的原子原子半径：在立方体的对角线方向上的原子是彼此紧密排列的；原子半径是彼此紧密排列的

5、；原子半径r= 致密度与配位数：用来描述晶胞中原子排列的致密度与配位数：用来描述晶胞中原子排列的紧密程度；紧密程度；致密度：晶胞中所含的原子所占的体积与该晶胞致密度：晶胞中所含的原子所占的体积与该晶胞的体积之比，用的体积之比，用K表示。表示。 k=nV1/V其中：其中：n是一个晶胞中实际包含的原子个数；是一个晶胞中实际包含的原子个数；v1是一个原子的体积（按球形计算）；是一个原子的体积（按球形计算）；V是晶胞的体积；是晶胞的体积；a43所以，所以，bcc的的k=0.68 ； 此值表明，在此值表明，在bcc中有中有68%的体积被原子的体积被原子所占据，其余为间隙。所占据，其余为间隙。n配位数配位

6、数：晶格中与任一原子最近邻、且等：晶格中与任一原子最近邻、且等距的原子数目，用距的原子数目，用N表示。而表示。而bcc的的N=8。n具有具有bcc的金属有的金属有-Fe、Cr、Mo、W、V等。等。（2）面心立方晶胞（）面心立方晶胞（fcc）：原子分布：原子分布：8个顶点各有一个原子，立方体的每个面的个顶点各有一个原子，立方体的每个面的中心还各有一个原子。中心还各有一个原子。原子个数：每个顶点上的原子同时属于原子个数：每个顶点上的原子同时属于8个晶胞所共有，个晶胞所共有，而面中心的原子为相邻的而面中心的原子为相邻的2个晶胞所共有；个晶胞所共有；原子个数为原子个数为 晶格常数：晶格常数：a=b=c

7、； =90 原子半径：在每个面的对角线上原子是紧密接触的；原子半径：在每个面的对角线上原子是紧密接触的；r= 致密度与配位数：致密度与配位数：K=nv1/V0.74 ；N=12n 具有具有fcc 的金属有：的金属有： -Fe、Al、Cu、Ni、Ag等。等。4216818a42（3）密排六方晶格（）密排六方晶格（hcp）：）：原子分布：六方体的原子分布：六方体的12个顶点各有一个原子，个顶点各有一个原子，上下底面的面中心各有一个原子，晶胞内还有上下底面的面中心各有一个原子，晶胞内还有3个原子。个原子。原子个数：原子个数： 原子半径：原子半径：r= a/2致密度与配位数：致密度与配位数： K= n

8、v1/V0.74 ， N=12。 晶格常数：底边棱长晶格常数：底边棱长a、两底面间的高度、两底面间的高度c， c/a叫做轴比；对于典型的密排六方晶格，其叫做轴比；对于典型的密排六方晶格，其轴比轴比c/a1.633；n具有具有hcp的金属有的金属有Be、Mg、Zn等等632211261（4）晶向指数和晶面指数）晶向指数和晶面指数n晶面晶面：在晶体中，由一系列原子所组成的平面；：在晶体中，由一系列原子所组成的平面；n晶向晶向：任意两个原子之间连线所指的方向；：任意两个原子之间连线所指的方向；n晶向指数晶向指数：用来表示晶向在晶体中的原子排列情况：用来表示晶向在晶体中的原子排列情况及位向的符号，及位

9、向的符号，用用 uvw表示表示；确定步骤：确定步骤： 设坐标轴设坐标轴：以晶胞的三个棱：以晶胞的三个棱边为坐标轴边为坐标轴x、y、z。 求坐标值求坐标值：过原点引一条有：过原点引一条有向直线平行于待定晶向，以晶向直线平行于待定晶向，以晶格常数为度量单位，在该方向格常数为度量单位，在该方向上求出最近原子的坐标值。上求出最近原子的坐标值。 化整数化整数 ：将三个坐标值化为：将三个坐标值化为最小简单整数，放入方括号内，最小简单整数，放入方括号内，一般用一般用uvw表示。表示。n注意：注意：所有互相平行、方向一致的晶向具有相同的晶向所有互相平行、方向一致的晶向具有相同的晶向指数。指数。当晶向指数某一坐

10、标为负方向时，则该坐标值为当晶向指数某一坐标为负方向时，则该坐标值为负值，如：负值，如：同一直线有相反的两个晶向，其晶向指数的数字同一直线有相反的两个晶向，其晶向指数的数字相同，但符号相反，如：和相同，但符号相反，如：和晶向族：晶向族：原子排列相同，但空间位向不同原子排列相同，但空间位向不同的所有的所有晶向构成晶向构成晶向族，用晶向族，用uvw表示表示。特点：晶向指数的数字相同，但排列顺序不同特点：晶向指数的数字相同，但排列顺序不同；（注意符号）（适用于立方结构）（注意符号）（适用于立方结构） 011100001例如：例如： 100包括：包括：6个晶向，它们是：个晶向，它们是： 110包括：包

11、括：12个晶向，它们是：个晶向，它们是：100010001001010100101110011110101011110011101011101110思考题：思考题： 111包括几个晶向，它们各是包括几个晶向，它们各是什么？什么？晶面指数：晶面指数：表示晶面在晶体中原子排列情况及表示晶面在晶体中原子排列情况及 位向的符号；位向的符号；确定步骤如下：确定步骤如下： 设坐标轴设坐标轴 ：以晶胞的三条棱边：以晶胞的三条棱边为坐标轴为坐标轴x、y、z，坐标轴的原点，坐标轴的原点应在待定晶面之外。应在待定晶面之外。求截距求截距：以晶格常数：以晶格常数a、b、c为度量单位，求出晶面在各轴上为度量单位，求出晶

12、面在各轴上的截距。的截距。求倒数求倒数：将各截距值求倒数。：将各截距值求倒数。 化整数化整数： 将前面的三个倒数化将前面的三个倒数化为最小简单整数，并放在圆括号为最小简单整数，并放在圆括号内。一般表示为（内。一般表示为（hkl），如果截），如果截距为负值，则在相应的指数上加距为负值，则在相应的指数上加负号，例如（负号，例如（kl）。例如，图）。例如，图120中的晶面指数为（中的晶面指数为（122）；）；n注意：注意：如晶面与某个坐标轴平行，则认为该截距为如晶面与某个坐标轴平行，则认为该截距为，它的倒数为它的倒数为0；这里所谓的晶面指数并非仅指一个晶格中的某这里所谓的晶面指数并非仅指一个晶格中的

13、某一个晶面，而是泛指该晶格中所有那些与其相一个晶面，而是泛指该晶格中所有那些与其相平行的晶面。平行的晶面。当两个晶面指数的数字和顺序相同，完全异号，当两个晶面指数的数字和顺序相同，完全异号，则这两个晶面相互平行，可以化简为同一晶面则这两个晶面相互平行，可以化简为同一晶面指数；指数；晶面族：在同一晶格中，有些晶面虽然在晶面族：在同一晶格中，有些晶面虽然在空间空间位向上不同，但其原子排列情况完全相同位向上不同，但其原子排列情况完全相同，将，将这些晶面列为同一晶面族，用这些晶面列为同一晶面族，用hkl表示；表示；特点：特点：组成晶面的数字相同，但顺序不同组成晶面的数字相同，但顺序不同，对这，对这些数

14、字进行排列组合；（适用于立方结构）些数字进行排列组合；（适用于立方结构）如：如：100包括：（包括：（100）、（）、（010）、（）、（001）三个）三个晶面。晶面。110包括：包括：6个晶面个晶面： 110011101011101110(5) 晶体的各向异性：晶体的各向异性：定义：定义：晶体在各个方向上性能不同的现象晶体在各个方向上性能不同的现象，是晶体与非晶体相区别的一个重要标志；是晶体与非晶体相区别的一个重要标志；产生原因：单晶体出现各向异性是由于在产生原因：单晶体出现各向异性是由于在不同晶向上的原子排列密度不同不同晶向上的原子排列密度不同，因而原子间因而原子间的结合力不同，造成各向异

15、性的结合力不同，造成各向异性；n多晶体中，各个晶粒的位向是多晶体中，各个晶粒的位向是任意的，如图所示，晶粒的各向任意的，如图所示，晶粒的各向异性被相互抵消，因此在多晶体异性被相互抵消，因此在多晶体中不显示各向异性，称为伪等向中不显示各向异性，称为伪等向性；性；第二节实际金属的晶体缺陷第二节实际金属的晶体缺陷n具有完整的点阵结构的晶体是理想化的,称为理想晶体。理想晶 体在自然界中是不存在的。在任何一个实际晶体中,原子、分子、离子的排列总是或多或少的与理想点阵结构偏离。n晶体缺陷晶体缺陷：通常将实际金属中：通常将实际金属中原子排列的不完整原子排列的不完整性区域性区域叫做晶体缺陷；叫做晶体缺陷；n按

16、照几何形态特征可将晶体缺陷分为：按照几何形态特征可将晶体缺陷分为： 点缺陷、线缺陷、面缺陷点缺陷、线缺陷、面缺陷；1、点缺陷：、点缺陷： 特征：在三个方向上尺寸都很小，相当于原子尺特征：在三个方向上尺寸都很小，相当于原子尺寸；包括三种：寸；包括三种：空位、间隙原子、置换原子空位、间隙原子、置换原子；脱离平衡位置的原子的去处：脱离平衡位置的原子的去处：、原子迁移到晶体的表面；、原子迁移到晶体的表面；、原子迁移到晶格的间隙中；、原子迁移到晶格的间隙中；、原子迁移到其它空位处；、原子迁移到其它空位处；空位的特点：空位的特点： 空位在晶体中的位置不是固定不变的，而是处于运空位在晶体中的位置不是固定不变

17、的，而是处于运动、消失和形成的不断变化中动、消失和形成的不断变化中；如图；如图133所示；所示； 空位的存在利于金属内部原子的迁移。空位的存在利于金属内部原子的迁移。1.1空位：空位：空位：空位：当晶格中的某些原子由于某种原因（如热振当晶格中的某些原子由于某种原因（如热振动的偶然偏差），脱离原来的平衡位置，则在原处动的偶然偏差），脱离原来的平衡位置，则在原处出现了一个空结点出现了一个空结点，叫做空位。，叫做空位。1.2 间隙原子间隙原子：处于晶格间隙中的原子；：处于晶格间隙中的原子；n同类原子的间隙原子；同类原子的间隙原子；n异类原子的间隙原子：异类原子的间隙原子： 半径较小的杂质原子半径较小

18、的杂质原子 或合金原子，如：或合金原子，如： 钢中的、等；钢中的、等；1.3 置换原子置换原子： 异类原子占据原来异类原子占据原来 结点的平衡结点的平衡 位置；位置；1.4点缺陷造成的后果：点缺陷造成的后果： 造成造成晶格畸变，晶格畸变，使性能发生变化：使金属的电阻使性能发生变化：使金属的电阻率增加，屈服强度增加，密度发生很大变化。率增加，屈服强度增加，密度发生很大变化。n晶格畸变：晶格上的结点偏离其平衡位置，出现晶格畸变：晶格上的结点偏离其平衡位置，出现几个甚至更多的原子间距范围的弹性畸变区，叫几个甚至更多的原子间距范围的弹性畸变区，叫做晶格畸变；做晶格畸变；2 线缺陷：就是各种类型的线缺陷

19、：就是各种类型的位错位错； 特点：在两个方向上尺寸很小，在另一个方特点：在两个方向上尺寸很小，在另一个方向上尺寸相对很大；向上尺寸相对很大；n位错：在晶体中某处有一列或若干列原子位错：在晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。发生了有规律的错排现象。n最基本的类型有最基本的类型有“刃型位错刃型位错”和和“螺型位螺型位错错”。n由于局部区域的晶体发生滑移，产生一个额外半原子面，由于局部区域的晶体发生滑移，产生一个额外半原子面，造成位错；如图所示；造成位错；如图所示；2.1刃型位错：刃型位错： 犹如用一把刀将晶体上半部分切开，沿切口插入一额外半原子犹如用一把刀将晶体上半部分切开，沿切口

20、插入一额外半原子面，将刃口处的原子列称之为刃型位错线。面，将刃口处的原子列称之为刃型位错线。刃型位错的分类：刃型位错的分类：正刃型位错（正刃型位错（）：额外半原子面位于晶体上半部分：额外半原子面位于晶体上半部分;负刃型位错（负刃型位错（）：额外半原子面位于晶体下半部分：额外半原子面位于晶体下半部分;2.2螺型位错：螺型位错：n设在立方晶体右端施加一切应力，使右端上下两部分沿滑移设在立方晶体右端施加一切应力，使右端上下两部分沿滑移面发生了一个原子间距的相对切变，在与面发生了一个原子间距的相对切变，在与之间形成了一个上下原子不相吻合的之间形成了一个上下原子不相吻合的过渡区过渡区，这里的原子平，这里

21、的原子平面被扭成了螺旋面，面被扭成了螺旋面，即螺型位错即螺型位错；n如果从开始，按顺时针方向，每旋转一周，原子面就沿滑如果从开始，按顺时针方向，每旋转一周，原子面就沿滑移面方向前进一个原子间距；如图）所示；移面方向前进一个原子间距；如图）所示；分类：分类：根据位错线附件呈螺旋形排列的原子根据位错线附件呈螺旋形排列的原子的旋转方向的不同的旋转方向的不同：、右螺型位错右螺型位错：符号右手螺旋定则的螺型位：符号右手螺旋定则的螺型位错（即用拇指代表螺旋的前进方向，其余四错（即用拇指代表螺旋的前进方向，其余四指代表螺旋的旋转方向）；指代表螺旋的旋转方向）；、左螺型位错左螺型位错：螺旋的方向与右螺旋相反；

22、：螺旋的方向与右螺旋相反；2.3 位错存在的意义位错存在的意义：对金：对金属材料的机械性能、扩散属材料的机械性能、扩散及相变有着重要的影响；及相变有着重要的影响；n位错密度与金属的强度的位错密度与金属的强度的关系：关系：n当金属中不含位错时，当金属中不含位错时，强度极高；（图中强度极高；（图中1、2）当含有位错但位错密度不当含有位错但位错密度不高时，强度较低；（图中高时，强度较低；（图中3）；）；当位错密度进一步提高时，当位错密度进一步提高时，强度也随着提高；（图中强度也随着提高；（图中4）；）；3 面缺陷：面缺陷：特征：在一个方向上尺寸很小，在其它两个方向特征：在一个方向上尺寸很小，在其它两

23、个方向 上尺寸很大，也叫二维缺陷；上尺寸很大，也叫二维缺陷；面缺陷面缺陷晶体的外表面晶体的外表面晶体的内界面晶体的内界面晶界晶界亚晶界亚晶界孪晶界孪晶界堆垛层错堆垛层错相界相界3.1晶界：晶界：n定义：定义：晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面界面; 实际晶界具有实际晶界具有几个原子间距几个原子间距的宽度，晶界的宽度，晶界上的原子规律上的原子规律性较差，致密性较差，致密度较低，且晶度较低，且晶界上的原子具界上的原子具有更高能量。有更高能量。晶界原子排列示意图晶界原子排列示意图n3.2亚晶界亚晶界：n亚晶：在多晶体金属中，每个晶粒内的原子亚晶：在多晶体金属中，

24、每个晶粒内的原子排列并不是十分整齐，其中会出现位向差极排列并不是十分整齐，其中会出现位向差极小的亚结构，叫做亚晶；小的亚结构，叫做亚晶；亚晶界：亚晶亚晶界：亚晶与亚晶之间的与亚晶之间的界面叫做亚晶界面叫做亚晶界，界，是小角度是小角度晶界；晶界；3.3晶界特性：晶界特性：1）由于晶界上的原子偏离了其平衡位置，因而具）由于晶界上的原子偏离了其平衡位置，因而具有界面能；有界面能；界面能越高，则晶界越不稳定；界面能越高，则晶界越不稳定；2）产生内吸附现象产生内吸附现象：由于界面能的存在，当金属：由于界面能的存在，当金属中存在有能降低界面能的异类原子时，这些原子中存在有能降低界面能的异类原子时，这些原子

25、就会向晶界偏聚，此现象叫做内吸附；就会向晶界偏聚，此现象叫做内吸附；3）晶界使钢的强度、硬度提高晶界使钢的强度、硬度提高：晶粒越细，金属：晶粒越细，金属材料的强度和硬度越高；材料的强度和硬度越高；4）晶界的熔点低于晶内，易于腐蚀和氧化晶界的熔点低于晶内，易于腐蚀和氧化；5）发生相变时，新相的晶核往往首先在晶界上形发生相变时，新相的晶核往往首先在晶界上形成成；n第三节第三节 金属材料的性能特点金属材料的性能特点金属材料的性能包含金属材料的性能包含工艺性能工艺性能和和使用性能使用性能。n 金属材料适应冷金属材料适应冷/热加工的能力，称为加热加工的能力，称为加工工艺性能，简称工艺性能工工艺性能，简称

26、工艺性能。工艺性能好的。工艺性能好的材料易于承受加工，生产成本低；工艺性能材料易于承受加工，生产成本低；工艺性能差的材科在承受加工时工艺复杂、困难，不差的材科在承受加工时工艺复杂、困难，不易达到顶期的效果，加工成本也高。易达到顶期的效果，加工成本也高。n 金属材料在使用条件下所表现出来的性金属材料在使用条件下所表现出来的性能称为使用性能能称为使用性能。包括：。包括：力学性能力学性能、物理和、物理和化学性能。化学性能。n1. 金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能n1.1 铸造性能铸造性能 金属材料的生产，多数是通过冶炼、铸造金属材料的生产，多数是通过冶炼、铸造而得到的，如各种机械设备的底座，汽轮

27、机、而得到的，如各种机械设备的底座，汽轮机、发电机的机壳、阀门、磨煤机的耐磨件等。发电机的机壳、阀门、磨煤机的耐磨件等。 金属材料铸造成形获得优良铸件的能力，金属材料铸造成形获得优良铸件的能力，称为称为铸造性能铸造性能。 用用流动性流动性、收缩性收缩性和和偏析倾向偏析倾向来衡量。来衡量。 第三节第三节 金属材料的性能特点金属材料的性能特点n流动性流动性是指熔融金属的填充能力。是指熔融金属的填充能力。金属的流动性好，金属的流动性好，可以浇注成外形完整、尺寸精确、形状复杂的零部可以浇注成外形完整、尺寸精确、形状复杂的零部件。件。 在常见的金属材料中，铸铁的流动性优于钢，青铜在常见的金属材料中，铸铁

28、的流动性优于钢，青铜的流动性比黄铜好，可以容易地制造各种零件。的流动性比黄铜好，可以容易地制造各种零件。n收缩性收缩性是指铸件冷凝过程中体积、尺寸减小的现象。是指铸件冷凝过程中体积、尺寸减小的现象。 铸件收缩不仅影响尺寸，还会使铸件形成缩孔、疏铸件收缩不仅影响尺寸，还会使铸件形成缩孔、疏松、内应力、变形和开裂等缺陷，严重影响金属零松、内应力、变形和开裂等缺陷，严重影响金属零件的质量。因此收缩率越小越好。件的质量。因此收缩率越小越好。n偏析偏析是指金属凝固后，铸锭或铸件化学成分和组织是指金属凝固后，铸锭或铸件化学成分和组织的不均匀现象的不均匀现象。偏析使铸件整体冲击韧性降低，质。偏析使铸件整体冲

29、击韧性降低，质量变坏。量变坏。 缩孔、疏松和偏析等铸造缺陷都是不允许产生的，缩孔、疏松和偏析等铸造缺陷都是不允许产生的，在生产过程中应予以消除。在生产过程中应予以消除。n1.2锻造性能锻造性能 锻造性能锻造性能金属材料对用锻压加工方法成金属材料对用锻压加工方法成形的适应能力。形的适应能力。n金属的锻造性能用金属的金属的锻造性能用金属的塑性塑性和和变形抗力变形抗力来衡量。来衡量。n重要零件的毛坯往往要经过锻造工序，如重要零件的毛坯往往要经过锻造工序，如汽轮机、发电机的主轴，轮毂，叶片，大汽轮机、发电机的主轴，轮毂，叶片，大型水泵和磨煤机的主轴、齿轮等。型水泵和磨煤机的主轴、齿轮等。n1.3焊接性

30、能焊接性能 n焊接性焊接性-金属材料对焊接加工的适应性（获金属材料对焊接加工的适应性（获得优质焊接接头的能力）。得优质焊接接头的能力）。n在电厂中有大量金属结构件是用焊接方法连在电厂中有大量金属结构件是用焊接方法连接的，如锅炉管道、支架、蒸汽导管、管道、接的，如锅炉管道、支架、蒸汽导管、管道、风管、汽包、联箱等。风管、汽包、联箱等。n影响钢的焊接性能的影响钢的焊接性能的主要因素是钢的含碳量主要因素是钢的含碳量， 随含碳虽的增加，焊后产生裂纹的倾向增大。随含碳虽的增加，焊后产生裂纹的倾向增大。n1.4 切削性能切削性能 n切削性能切削性能金属材料承受切削加工的难易程金属材料承受切削加工的难易程度

31、。一般由工件切削后的度。一般由工件切削后的表面粗糙度及刀具表面粗糙度及刀具寿命寿命等方面来衡量。等方面来衡量。n金属有适当硬度和足够脆性时，切削性良好。金属有适当硬度和足够脆性时，切削性良好。n改变钢的化学成分和适当的热处理可提高钢改变钢的化学成分和适当的热处理可提高钢的切削加工性能。的切削加工性能。1.5 热处理性能热处理性能n热处理是将金属材料放在一定的热处理是将金属材料放在一定的介质介质内加热、内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。来控制其性能的一种金属热加工工艺。n衡量热处理工艺性能的

32、指标有：导热率、淬硬衡量热处理工艺性能的指标有：导热率、淬硬性、淬透性、淬火变形，表面氧化、脱碳、过性、淬透性、淬火变形，表面氧化、脱碳、过热、过烧、晶粒长大趋势、回火脆性等。热、过烧、晶粒长大趋势、回火脆性等。n2. 金属材料的使用性能金属材料的使用性能n2.1力学性能力学性能n力学性能力学性能是指金属材料在外力作用下，所表是指金属材料在外力作用下，所表现出来的抵抗变形和破坏的能力以及接受变现出来的抵抗变形和破坏的能力以及接受变形的能力形的能力。n2.1.1 强度和塑性强度和塑性 n强度是材料在外力作用下强度是材料在外力作用下抵抗塑性变形或断抵抗塑性变形或断裂裂的能力。的能力。n塑性是材料在

33、塑性是材料在断裂前产生永久变形断裂前产生永久变形的能力。的能力。 n拉伸试验是测定强度和塑性的最普遍方法拉伸试验是测定强度和塑性的最普遍方法，该试验依据国家标准进行（目前通用标准为该试验依据国家标准进行（目前通用标准为GB/T2282002）。）。n1） 拉伸试样拉伸试样 将材料制作成标准试样或比例试样，在万能实验机上沿试将材料制作成标准试样或比例试样，在万能实验机上沿试样轴向缓慢地施加拉力，试样随拉力的增加而变形，直至样轴向缓慢地施加拉力，试样随拉力的增加而变形，直至断裂。测得材料的弹性极限、屈服极限、强度极限及塑性断裂。测得材料的弹性极限、屈服极限、强度极限及塑性等主要力学性能指标。等主要

34、力学性能指标。n2） 强度强度n通过拉伸试验所测得的常用的强度指标有弹性极限、屈服极限(强度)和抗拉极限(强度)。 n弹性极限弹性极限是材料保持弹性变形，不产生永久材料保持弹性变形，不产生永久变形的最大应力变形的最大应力。用符号e表示。n屈服强度是屈服强度是材料产生屈服时对应的应力值材料产生屈服时对应的应力值。用符号s表示。n抗拉强度是抗拉强度是金属受拉时所能承受的最大应力金属受拉时所能承受的最大应力。 用符号b表示。单位是N/mm2或MPa，n3）塑性）塑性n拉伸试验所测得的塑性指标有断后伸长率断后伸长率和断面收缩率断面收缩率。断后伸长率断后伸长率，又称延伸率，用表示，指试试样被拉断后，其标

35、距部分增加的长度与原标样被拉断后，其标距部分增加的长度与原标距比值的百分率。距比值的百分率。即：n断面收缩率指试样拉断后截面积的收缩量与断面收缩率指试样拉断后截面积的收缩量与原截面积之比的百分率原截面积之比的百分率，用符号表示。n2.1.2硬度硬度 n硬度通常是指硬度通常是指材料表面抵抗更硬物体压入时材料表面抵抗更硬物体压入时所引起局部塑性变形的能力所引起局部塑性变形的能力。 n材料的硬度越高，其耐磨性越好。n常见的硬度指标有布氏硬度（布氏硬度（HBHB）、洛氏硬）、洛氏硬度度(HR)(HR)、维氏硬度、维氏硬度(HV)(HV)和里氏硬度和里氏硬度(HL)(HL)等。 n1 1）布氏硬度（）布

36、氏硬度（HBHB） n实际测量中硬度无需计算，查表可得。载荷载荷F除以压痕面积除以压痕面积Sn压头的材质有压头的材质有淬火钢球或硬质合金淬火钢球或硬质合金两种。两种。n当压头材质为当压头材质为淬火钢球淬火钢球时，布氏硬度时，布氏硬度用用HBSHBS表示，适用于测量布氏硬度表示，适用于测量布氏硬度450450的材料；的材料；n当压头材质为当压头材质为硬质合金硬质合金时，布氏硬度时，布氏硬度用用HBWHBW表示，适用于测量布氏硬度在表示，适用于测量布氏硬度在450450650650范围范围内的材料。内的材料。 n布氏硬度值的表示方法为：布氏硬度值的表示方法为：硬度值硬度值+ +硬度符硬度符号号+

37、+球体直径球体直径/+/+载荷载荷/+/+载荷保持时间（载荷保持时间（10101515秒不标注）秒不标注）。n例如，例如，120HBS10/1000/30,120HBS10/1000/30,表示直径表示直径10mm10mm的的钢球在钢球在1000kgf1000kgf作用下，保持作用下，保持3030秒测得的布秒测得的布氏硬度值为氏硬度值为120120。 n2 2）洛氏硬度）洛氏硬度(HR)(HR)n用一定载荷将金刚石压头（或钢球压头）用一定载荷将金刚石压头（或钢球压头）压入材料表面，压入材料表面，根据压痕深度表示硬度值根据压痕深度表示硬度值。根据压头和载荷的不同，洛氏硬度分根据压头和载荷的不同，

38、洛氏硬度分HRAHRA，HRBHRB和和HRCHRC，试验规范见表，试验规范见表3-1 3-1 。试验规范试验规范 n3 3）维氏硬度（）维氏硬度（HVHV） n维氏硬度是用一定的载荷将锥面夹角为维氏硬度是用一定的载荷将锥面夹角为136136的的正四棱锥金刚石压头正四棱锥金刚石压头压入试样表面，压入试样表面，保持一定时间后卸除载荷，试样表面就留下保持一定时间后卸除载荷，试样表面就留下压痕，测量压痕对角线的长度，计算压痕表压痕，测量压痕对角线的长度，计算压痕表面积，面积，载荷载荷F F除以压痕面积除以压痕面积S S所得值即为维氏所得值即为维氏硬度硬度。维氏硬度用符号。维氏硬度用符号HVHV表示，计算公式如表示，计算公式如下：下： 维氏硬度试验示意图维氏硬度试验示意图维氏硬度也可按对角线的d值从表中查出，d值为两对角