金属材料与热处理课件第一章.讲课稿

金属材料与热处理课件第一章.第一章金属材料基础知识工程材料

金属材料

非金属材料黑色金属材料：钢和铸铁有色金属材料高分子材料铜及铜合金滑动轴承合金陶瓷材料复合材料铝及铝合金2第一章金属材料基础知识1.1金属材料的性能金属材料的性能

使用性能

工艺性能机械性能：强度、硬度、塑性、韧性等

铸造性能：流动性、收缩性等锻造性能：压力加工成型性等切削加工性能：车、铣、刨、磨的切削量，光洁度等

物理性能：导电、导热、电磁、膨胀等化学性能：抗氧化性、耐腐蚀性等焊接性能：熔焊性、焊缝强度、偏析等热处理性能：淬透性、回火稳定性等第一章金属材料基础知识1.1金属材料的性能

由于金属材料具有良好的使用性能和工艺性能，所以在机器制造工业中获得广泛的应用。合金常比纯金属具有更好的力学性能和工艺性能，而且成本一般较低，故机器制造中一般很少使用纯金属，只有在为了满足机器上的某些特殊性能的要求时，才考虑使用纯金属来制造机器零件。第一章金属材料基础知识1.1.1金属材料的力学性能（机械性能）力学性能：材料在外力作用下所表现出的性能力学性能的主要指标：强度（strength)塑性（plasticity)弹性(elasticity)硬度（hardness)冲击韧性(impacttoughness)疲劳强度(fatiguestrength)第一章金属材料基础知识强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力包括屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。测定金属材料强度的基本方法是拉伸试验。拉伸实验低碳钢试样第一章金属材料基础知识三个阶段：σ≤σe:弹性变形阶段σs＜σ≤σb:（均匀）塑性变形阶段σ＞σb:不均匀塑性变形阶段（断裂阶段）断裂方式:根据塑变阶段长短分：脆性断裂，韧性断裂根据断裂路径分：沿晶断裂，穿晶断裂第一章金属材料基础知识低碳钢受拉时应力与应变关系曲线图应力:σ=F/A应变:ε=ΔL/L几个重要点:E点:最大弹性变形点S点:塑性变形屈服点B点:能承受最大外力K点:材料产生断裂材料的几个重要极限σe:弹性极限;σs:屈服极限;σb:强度极限;第一章金属材料基础知识拉伸试样产生颈缩现象第一章金属材料基础知识弹性：金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。弹性变形:随载荷撤除而消失的变形弹性极限:图中的σe点即为弹性极限

第一章金属材料基础知识塑性：金属材料受外力作用时产生永久变形而不致引起破坏的性能。塑性变形:外力消失后留下来的部分不可恢复的变形。塑性通常由伸长率δ和断面收缩率Ψ表示。

伸长率δ或断面收缩率Ψ值越大表示材料塑性越好。一般：δ<2~5%属脆性材科δ≈5~10%

属韧性材料δ>10%

属塑性材料第一章金属材料基础知识1、断后伸长率δ2、断面收缩率Ψ指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。δ=(L1-Lo)/Lox100%L1:拉断拉伸试样对接后测出的标距长度

Lo:拉伸试样的原始标距Ψ=(Ao-A1)/Sox100%Ao:拉伸试样原横截面积。

A1:拉伸试样断口处的横截面积第一章金属材料基础知识硬度：是指材料抵抗其他更硬物体压入其内的能力一般材料的硬度越高，耐磨性越好，强度也较好

布氏硬度HB洛氏硬度HR维氏硬度HV肖氏硬度HS锉刀法常用测量硬度的方法第一章金属材料基础知识(1)布氏硬度HB(Brinell-hardness)布氏硬度计

第一章金属材料基础知识(1)布氏硬度HB(Brinell-hardness)适用范围：测量退火钢、正火钢、常见铸铁、有色金属等较软材料，有效值小于450HB。第一章金属材料基础知识(2)洛氏硬度HR(Rockwllhardness)h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计1HRC≈10HBS第一章金属材料基础知识冲击韧性：材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定金属材料的冲击韧性。冲击韧性实验第一章金属材料基础知识疲劳强度：表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。第一章金属材料基础知识钢材的循环次数一般取N=107有色金属的循环次数一般取N=108钢材的疲劳强度σ-1与抗拉强度σb之间的关系:σ-1=(0.45～0.55)σb第一章金属材料基础知识①疲劳断裂时无明显的宏观朔性变形，断裂前没有预兆，而是突然破坏；②引起疲劳断裂的应力很低，常常低于材料的屈服点；③疲劳破坏的宏观断口由两部分组成。疲劳破坏的特征第一章金属材料基础知识

金属材料的其他性能物理性能：主要有比重、熔点、热膨胀、导热性、导电性等。化学性能：主要指在室温或高温下抵抗各种化学作用的能力。主要如耐酸性、耐碱性、抗氧化性等。工艺性能：是物理、化学、力学性能的综合。主要指铸造性、可锻性、可焊性、切削加工性、热处理性等。第一章金属材料基础知识金属的工艺性能工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。第一章金属材料基础知识金属（材料）及合金在铸造工艺中获得优良铸件的能力称为铸造性能。1、流动性：熔融金属的流动能力称为流动性。主要受金属化学成份和浇注温度等的影响。2、收缩性：铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为引缩性。3、偏析倾向：金属凝固后，内部化学成分和组织的不均匀现象称为偏析。铸造性能：第一章金属材料基础知识锻造性能：用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度称为锻造性能。铸铁不能锻压。焊接性能：焊接性能是指金属材料对焊接加工的适应性。切削加性能：切削加工（性能）金属材料的难易程度称为切削加工性能。第一章金属材料基础知识一般情况下金属材料中：1.灰铸铁及青铜的铸造性能较好。2.低碳钢的可锻性好于中、高碳钢，碳钢好于合金钢，铸铁不能锻压。3.低碳钢可焊性较好，高碳钢和铸铁的可焊性较差。4.灰铸铁和硬度适中的碳钢的切削性较好。5.合金钢的热处理工艺性较好。第一章金属材料基础知识晶体与非晶体非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状况的，称为非晶体。如：普通玻璃、松香、树脂等。晶体：凡原子呈有序、有规则排列的物质为晶体，金属的固态、金刚石、明矾晶体等。性能：晶体有固定的熔、沸点，呈各向异性，非晶体没有固定熔点，而且表现为各向同性。1.2金属材料的晶体结构晶格和晶胞：表示原子在晶体中排列规律的空间格架叫做晶格。能完整地反映晶格特征的最小几何单元，称为晶胞。晶面和晶向：在晶体中由一系列原子组成的平面，秋为晶面。通过两个或两个以上原子中心的直线，可代表晶格空间排列的一定方向，称为晶向。

晶体结构的概念第一章金属材料基础知识金属晶格的类型第一章金属材料基础知识体心立方晶格：它的晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶角上和立方体的中心。如：铬（Cr）、钒（V）、钨（W）、钼（Mo）及α-Fe面心立方晶格：它的晶胞也是一个立方体，原子位于立方体的八个顶角上和立方体六个面的中心。如：铝（Al）、铜（Cu）、铅（Pb）、镍（Ni）及γ-Fe密排六方晶格：它的晶胞是一个正六棱柱体，原子排列在柱体的每个顶角上和上、下底面的中心，另外三个原子排列在柱体内。属于这种晶格类型的金属有镁（Mg）、铍（Be）、镉（Cd）、及锌（Zn）等。金属材料的实际晶体结构晶体缺陷：晶界原子排列不规则的现象第一章金属材料基础知识点缺陷晶体中呈点状的缺陷，即在三维空间上尺寸都很小的晶体缺陷线缺陷三维空间的两个方向上尺寸很小的晶体缺陷面缺陷在二维方向上尺寸很大，在第三个方向上尺寸很小，呈面状分布的缺陷合金的相结构第一章金属材料基础知识合金两种或两种以上的金属元素（或金属与非金属）组成，具有金属特性的物质组元组成合金的最基本独立单元，两（三）个组元组成的合金较二（三）元合金，类推。相合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态，并以界面互相分开的、均匀的组成部分合金的相结构第一章金属材料基础知识合金中的相分为固溶体和金属化合物两类固溶体合金在固态下一种组元的晶格内溶解了另一组元的原子而形成的晶体相。包括置换固溶体和间隙固溶体。固溶强化通过溶入溶质原子形成固溶体、从而使合金强度、硬度提高的现象。金属化合物合金组元间发生相互作用而形成的具有金属特性的合金相。第一章金属材料基础知识铁碳合金的基本组织与铁碳相图在铁碳合金中，碳可以与铁组成化合物，也可以形成固溶体，或者形成混合物。基本相有铁素体、奥氏体和渗碳体。铁素体（F）碳溶解于α-Fe中形成的间隙固溶体，用符号F来表示。室温时，铁素体中的碳含量只有0.0008%,在727℃溶解度最大时也仅为0.0218%。所以其性能与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，而强度和硬度却较低第一章金属材料基础知识奥氏体（A）碳溶解于γ-Fe中形成的间隙固溶体，用符号A来表示。奥氏体的强度和硬度不高，但具有良好的塑性，是非铁磁性相。铁素体＋少量珠光体奥氏体珠光体第一章金属材料基础知识渗碳体（Fe3C）渗碳体是铁与碳的金属化合物，其分子式为Fe3C。渗碳体中碳的质量分数为6.69%，熔点为1227℃。渗碳体的硬度很高，塑性很差。是一种硬而脆的组织。渗碳体的类型一次渗碳体：从液态中析出的渗碳体。二次渗碳体：从奥氏体中析出的渗碳体。三次渗碳体：从铁素体中析出的渗碳体。网状渗碳体：当热处理操作不当、不良时，渗碳体沿晶界呈网状分布，即所谓网状渗碳体。第一章金属材料基础知识铁碳合金相图铁碳合金是工业上应用最广泛的金属材料。铁碳合金相图是表示平衡状态下不同成分的铁碳合金在不同温度下，具有的状态和组织的图形。学习铁碳相图，对于合理选择和使用钢铁材料、指导热加工工艺（热处理、铸造、锻压等）具有重要意义。第一章金属材料基础知识Fe-Fe3C相图点的符号温度(℃)含碳量(%)含义A15380纯铁的熔点C11484.3共晶点，L=Ld(A+Fe3C)D12276.69渗碳体的溶点(理论)E11482.11碳在γ-Fe中最大溶解度点G9120纯铁的同素异构转变点（A3）α-Fe=γ-FeS7270.77共析点，A=P（F+Fe3C）Fe-Fe3C相图中的几个特性点第一章金属材料基础知识Fe-Fe3C相图中的特性线第一章金属材料基础知识特性线含义ACD液相线AECF固相线GS常称A3线。冷却时不同含碳量的奥氏体中结晶出铁素体的开始线ES常称Acm线。碳在γ-Fe奥氏体中的固溶线ECF共晶线。L=Ld(A+Fe3C)PSK共析线，常称A1线。A=P（F+Fe3C）对钢来说，C=0.0218％～2.11％的铁碳合金称为钢。其特点是高温时都有单相奥氏体，根据其含碳量及室温组织的不同，又可分为：

亚共析钢：含碳量为0.0218％～0.77％之间的铁碳合金。共析钢：含碳量为0.77％的铁碳合金。过共析钢：含碳量为0.77％～2.11％之间的铁碳合金。

第一章金属材料基础知识对白口铸铁来说，C=2.11％～6.69％的铁碳合金称白口铸铁。其特点是金属液相结晶时都将发生共晶反应生成莱氏体，根据其含碳量及室温组织的不同，又可分为：亚共晶白口铸铁：含碳量为2.11％～4.3