第一章补充概念

第一章钢的合金化基础（补充概念）主讲：黄丽红一些基本概念

材料的力学性能碳钢与铸铁钢的热处理材料在外力（或外加能量）作用下抵抗外力所表现的行为，包括变形和抗力，即在外力作用下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。

硬度强度塑性韧性一、材料的力学性能金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加或缓慢增加时，仍继续发生明显的塑性变形，这种现象就称为屈服。1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。

持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn常温拉应力下20号钢的拉抻试验

l0=10d0l0=5d0或从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值，叫做抗拉强度。开始出现塑性变形时的应力，称为“屈服点”ss

sb1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。

金属在拉伸条件下，从开始加载到发生断裂所能承受的最大应力值，叫作抗拉强度。持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。

材料在高温下，在一定的应力下，抵抗发生缓慢塑性变形的能力。持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn材料在高温下，抵抗发生断裂的能力。

1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。

持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn材料在交变载荷作用下，会在远低于材料本身的屈服点时就已经断裂了，这种现象就是疲劳。我们把经过106~108次循环试验而不发生断裂的最大应力，作为疲劳强度。1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。

持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn2、塑性：金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。主要有两个塑性指标：延伸率δ断面收缩率Ψ钢板的冷弯试验通常要求冷弯角α=180°时不裂不断。弯心直径d是关键，d=0.5a，a，1.5a，2a等。a为板厚，宽度b=2a3、韧性：

表示材料弹塑性变形为断裂全过程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。承受静载荷抗裂纹扩展的能力——缺口敏感性承受动载荷时抗裂纹的能力——冲击韧性冲击功

，而冲击韧度（F为面积）

图1-1冲击试样的安放1-摆锤2-试样3-机座图1-2冲击试验原理1-摆锤2-试样（1）冲击韧度（2）缺口敏感性指在带有一定应力集中的缺口条件下，并且在静载荷作用条件下，抵抗裂纹扩展的能力。图1-3冲击试验的标准试样10281055R1(a)U型缺口1045°81055R0.25

(a)V型缺口

4、硬度：金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。布氏硬度HB（一般在HB650以上就不能使用)、洛氏硬度HR(可以用于硬度很高的材料)、维氏硬度HV(比洛氏硬度更适合于测定极薄试样的硬度)，显微硬度。二、碳钢与铸铁

铁碳合金：碳钢和铸铁的总称碳钢：含碳量0.02%~2.11%（小于0.02%为工程纯铁，很软，工程上极少使用）铸铁：含碳量大于2.11%（大于4.3%时，铸铁太脆，无实际应用价值）2.1铁碳合金的组织结构金属的组织与结构金属的（显微）组织：通常在低于1500倍的显微镜下观察到的金属的晶粒。见图1-6金属的晶体结构：用X光或电子显微镜可以观察到的金属原子的各种规则排列。面心立方——γ—铁体心立方——α—铁

纯铁的同素异构转变——固态下，晶体构造随温度发生改变的现象γ—铁α—铁铁与碳的相互关系和碳钢的基本组织碳在铁中的存在形式碳在铁中的存在形式：

固溶体化合物混合物固溶体：两种或两种以上元素在固态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式的物体。⑴铁素体“F”

：碳在α—铁中所形成的固溶体。⑵奥氏体“A”：碳在γ—铁中所形成的固溶体。

化合物⑶渗碳体“C”

：铁和碳以化合物形态系统出现的碳化铁（Fe3C）。混合物⑷珠光体“P”

：铁素体和渗碳体二者的机械混合物。⑸莱氏体“L”

：珠光α—铁体和初次渗碳体共晶混合物。⑹马氏体“M”

：钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在α—铁中过饱和的固溶体。2.2铁碳合金状态图

2.3钢的分类三、钢的热处理热处理：钢铁在固态下通过加热、保温和不同的冷却方式，以改变其组织，满足所要求的物理、化学及机械性能的加工工艺。

钢的热处理工艺一般经过加热、保温、冷却等工序，如图1-14所示：

钢的热处理工艺一般分为退火、正火、淬火和回火等。1.

退火与正火作用：HB↓、A↑、部分改善机械性能、组织均匀化、消除部分内应力

退火：加热（临界点以上）→保温→随炉冷却

正火：加热（临界点以上）→保温→置于空气中冷却

2.淬火与回火：淬火：加热（临界点以上30℃~50℃）→保温→淬火剂中冷却（所得组织为“M”）。→HB↑、σ↑、耐磨性↑。回火：零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。淬火后的内应力↓、组织稳定、控制回火温度可获得技术上所需要的性能

⑴低温回火：HB较淬火“M”稍低，部分消除残余应力，脆性↓。一般用于需要HB↑、σ↑、耐磨性↑的零件。回火温度：150℃～250℃；保温时间：1～3小时；冷却环境：空气；所得组织：回火“M”。⑵中温回火：要求HB↑、弹性↑、αK↑的零件采用中温回火。回火温度：300℃～500℃。⑶高温回火：要求零件的σ↑、A↑、αK↑的综合性能时采用高温回火。回火温度：500℃～650℃。淬火＋高温回火——“调质处理”

淬火时冷却速度是关键：速度太快容易引起变形和裂纹；速度太慢达不到技术要求。淬火剂的冷却能力：空气＜油＜水＜盐水。碳钢的强度、硬度总的说来还是比较低的，虽然可以通过调节碳含量及热处理的方法来提高其力学性能，但其淬透性及回火稳定性差，限制了其应用。淬透性：表征钢件淬火时形成Ｍ的能力。（用淬硬层深度来表示）淬硬性：以大于上临界冷速的冷却速