金属及其性能介绍课件

“金属材料及热处理”总课时45课程内容课题一认识并掌握金属材料基本性能（6课时）课题二认识并应用金属材料的晶体结构与结晶（5课时）课题三掌握并运用铁碳合金相图（3课时）课题四掌握钢的热处理工艺与应用（8课时）课题五熟悉并正确选用碳素钢（3课时）课题六掌握常用合金钢的性能与应用（5课时）课题七掌握常用铸铁性能与应用（3课时）课题八非铁金属及其合金（4课时）课题九金属材料工程选用（8课时）课题十了解工程前沿新材料的特点与应用（选学）课程考核课程考核

1）平时成绩：（课堂纪律、课堂提问、出勤率）占25%；

2）作业占15％；

3）期末考试占60％。课题一认识并掌握金属材料基本性能课题一认识并掌握金属材料基本性能任务1认识金属材料任务2了解钢铁材料的生产过程任务3掌握金属材料的物理与化学性能任务4掌握并能测量金属材料的力学性能任务5掌握金属材料的工艺性能思考与练习任务一认识金属材料

学习目标知识目标：了解材料的历史；熟悉材料的分类；认识新材料。能力目标：能够区分金属材料与非金属材料；能够辨别金属材料物理性能和化学性能。

青铜器1.材料的历史与发展什么是材料呢？材料是人类用来制作各种产品的物质，是先于人类存在且能为人类制造有用器件的物质，材料是人类生活、社会发展的重要物质文明基础。材料的特性是能用于结构、机器、器件或其他产品。

青铜器石器陶器瓷器公元前10万年，人类只能使用天然的石头、木棒作为狩猎工具--石器时代.

公元前8000年，火的发现使人类有了改造自然的武器，人类对材料的使用由天然材料向人工材料发展，--陶器时代.

青铜器青铜器公元前3000年，随着制陶技术的发展，又为炼铜准备了必要的条件，紧接着是青铜器时代电弧炉是利用石墨制成的电极与废钢料或钢水之间产生的高温电弧作为热源来进行熔炼的。铁矿石：磁铁矿（主要含Fe3O4，含铁量最高）、赤铁矿（主要含Fe2O3，）和菱铁矿（主要含FeCO3）。目前浇注方法主要有钢锭模铸锭和连续铸锭两种。用淬火钢球作压头Κ＝130。1）平时成绩：（课堂纪律、课堂提问、出勤率）占25%；缺点是要消耗大量的电能，成本比平炉钢、转炉钢高，用废钢作为炼钢原料。硅——有益元素，脱氧能力比锰强，还原FeO中的铁；指标有强度、刚度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等。焊接性：金属材料对焊接加工的适应能力。课题一认识并掌握金属材料基本性能（6课时）知识目标：了解炼铁、炼钢的生产过程。金属铸造性能及影响因素疲劳强度：当零件所受的应力低于某一值时，即使循环周次无穷多也不发生断裂，称此应力值为疲劳强度或疲劳极限，用σ－1表示。强度：金属材料抵抗塑性变形或者破坏（断裂）的能力平炉构造复杂、建厂投资大、燃料利用率很低、氧化过程缓慢及熔炼时间长等缺点，已被淘汰。分层实体快速成形减速机箱体原型用线胀系数（αl）和体胀系数（αv）表示。切削加工性能的好坏与金属的硬度、导热性、加工硬化、内部组织结构等有关。能力目标：能说出炼铁与炼钢生产过程的差别。铁矿石经高炉冶炼获得生铁，生铁再经过冶炼得到钢。

青铜器铁人黄河镇河大铁牛

随着冶炼技术的提高，人类步入了铁器时代新材料新工艺

涤纶安全带尼龙齿轮耐磨陶瓷绝缘陶瓷玻璃钢赛车壳体光缆玻璃钢储液罐磁浮列车（时速430公里）镁铝合金手机壳20世纪40年代材料科学的技术革命产生了复合材料，人类进入了新材料时代（硅器时代）新材料新工艺

新型轿车电动汽车镁铝合金叶轮分层实体快速成形减速机箱体原型熔融沉积快速成形叶轮原型人造卫星运载火箭飞船“神舟”五号飞行成功隐形战斗机歼10战斗机21世纪的人类已进人金属（如钛金属）、高分子、陶瓷及复合材料共同发展的时代2.材料的分类

按不同的分类方法可以将材料分成五种.（1）按材料的化学组成分类根据材料的化学组成分为金属材料和非金属材料两大类。非金属材料分为高分子材料、陶瓷材料和复合材料三种类型。（2）按材料的特性和用途分为结构材料和功能材料两大类。①结构材料②功能材料（3）按材料内部原子排列分为晶体材料与非晶体材料两大类。（4）按材料的热力学状态分为稳态材料及亚稳态材料两大类。（5）按材料尺寸分为一维（纤维及晶须）材料、二维（薄膜）材料及三维（大块）材料三大类。3.金属材料的应用在近代，材料专家把金属材料比做现代工业的骨架，随着金属材料大规模生产及其使用量的急剧上升，极大地促进了人类社会经济和科学技术的飞速发展。如果没有耐高温、高强度、高性能的钛合金等金属材料，就不可能有现代宇航工业的发展。任务二了解钢铁材料的生产过程

学习目标知识目标：了解炼铁、炼钢的生产过程。能力目标：能说出炼铁与炼钢生产过程的差别。钢铁材料是钢和生铁的总称，是铁和碳的合金，按含碳的质量分数wc可分为：工业纯铁wc＜0.0218％、钢wc＝0.0218％～2.11％）、白口铸铁或生铁2.11％＜wc＜6.69％。铁矿石经高炉冶炼获得生铁，生铁再经过冶炼得到钢。焊接：将两部分金属材料通过加热、加压使其牢固结合为一体的工艺方法。流动性好、收缩率小、偏析倾向小的材料其铸造性也好。例题测量某一金属材料布氏硬度值，d=4mm,查表求硬度值？HR＝Κ－bd/0.导电性和导热性一样，金属越纯导电能力越好，银、铜、铝、镁、钨、镍。金属材料的韧性及其测试公元前8000年，火的发现使人类有了改造自然的武器，人类对材料的使用由天然材料向人工材料发展，--陶器时代.金属越纯导热能力越好（银、铜、铝、铬、铁）。金属铸造性能及影响因素不同金属，密度不同，查表１－1金属材料的工艺性能是其机械性能、物理性能和化学性能的综合。导热性：能够传导热量的性能，用λ表示。强度：金属材料抵抗塑性变形或者破坏（断裂）的能力1）载荷：金属材料在加工和使用过程中所受的外力。焊接性能好的金属能获得没有裂缝、气孔等缺陷的焊缝，焊接接头具有较高的力学性能。洛氏硬度操作简便、迅速，应用范围广，压痕小，硬度值可直接从表盘上读出，应用广泛。2，3，4，6，7，8写在作业本上。对金属材料而言，评价铸造性能好坏的主要指标有流动性、收缩率、偏析倾向。隐形战斗机歼10战斗机用淬火钢球作压头Κ＝130。任务三掌握金属材料的物理与化学性能1．炼铁铁矿石中除铁外，还含有其他的氧化物，如二氧化硅、氧化锰、三氧化二铝等，这些杂质称为脉石。炼铁实质是从铁矿石（铁的氧化物）中还原铁并使之与杂质分离的过程。1）炼铁的原料及其作用：原料有铁矿石、燃料和熔剂。铁矿石：磁铁矿（主要含Fe3O4，含铁量最高）、赤铁矿（主要含Fe2O3，）和菱铁矿（主要含FeCO3）。含铁量在30％以上就有开采价值。2）燃料。高炉炼铁的燃料是焦炭。焦炭是烟煤隔绝空气加热分解的干馏物。作用是燃烧后提供高温，并提供一氧化碳还原剂3）熔剂。常用的熔剂是石灰石（CaCO3），作用是造渣。矿石中的脉石熔点很高，加人熔剂与脉石发生化学作用，生成熔点低、密度小、流动性好的炉渣，将铁分离出来。2.炼铁的基本过程炼铁的设备是高炉。铁矿石、焦炭、石灰石由装料机构分层在高炉上部装料口装人。基本过程包括燃料燃烧、铁的还原和增碳、其他元素的还原、造渣等。流动性好、收缩率小、偏析倾向小的材料其铸造性也好。硅——有益元素，脱氧能力比锰强，还原FeO中的铁；抗氧化性：在室温或加热时抵抗氧气氧化作用的能力。金属材料的工艺性能是其机械性能、物理性能和化学性能的综合。用于生产质量要求较高的合金钢和特殊钢种。有些零件在工作过程中受到的是动载荷，如锻锤的锤杆、冲床的冲头等，这些零件除要求强度、塑性、硬度外，还应有足够的韧性。锰——有益元素，有很好的脱氧能力，还原FeO中的铁；20世纪40年代材料科学的技术革命产生了复合材料，人类进入了新材料时代（硅器时代）熔点：从固态向液态转变时的温度。HR＝Κ－bd/0.课题七掌握常用铸铁性能与应用（3课时）知识目标：掌握金属材料的物理和化学性能知识。任务一认识金属材料石器陶器瓷器材料的工艺性能主要包括:课题五熟悉并正确选用碳素钢（3课时）出钢前进行钢液的脱氧和合金化，根据钢种要求加人脱氧剂和合金料，最后将钢水注入钢包以各连铸或模铸使用。切削加工性能好的金属材料使刀具磨损小、切削量大、加工表面比较光滑。炼好的钢液放人盛钢桶内，少数直接浇注成铸钢件，大部分浇注成钢锭，送往轧钢车间或锻压车间，轧制或锻压成型材、坯料等。知识目标：掌握金属材料的物理和化学性能知识。355KN)试验力作用下，保持10～15s所测得的布氏硬度值为450HBW。1）燃料燃烧2）氧化铁的还原和铁的增碳3）造渣。石灰石在加热到一定的温度后，会发生分解生成生石灰，生石灰与杂质发生反应生成熔渣，渣物密度比铁水小，浮在铁水上，从出渣口排出。3.高炉的产品（1）铸造生铁（Wc＞1.25％）和炼钢生铁（Wc＜1.25％）（2）高炉煤气和炉渣2．炼钢1）炼钢的基本过程钢和铁的区别是钢中含碳量和硅、锰、磷、硫的含量比铁中少。把生铁水或生铁块中的碳及杂质元素降到规定的水平。炼钢与炼铁不同，炼铁是一个还原过程，而炼钢则主要是一个氧化过程。氧化过程结束后，铁水就变成了钢水，钢水中形成了大量Fe0使力学性能变坏，需进行脱氧。向钢液中加入脱氧剂（如锰铁、硅铁、纯铝块），脱氧剂与FeO反应，生成炉渣。2）炼钢的方法平炉炼钢法、转炉炼钢法和电炉炼钢法。平炉构造复杂、建厂投资大、燃料利用率很低、氧化过程缓慢及熔炼时间长等缺点，已被淘汰。1）转炉炼钢法：氧气顶吹转炉炼钢是利用一根或几根吹氧管从钢液上方吹人纯氧，利用炉中化学反应产生的热进行冶炼，不需外加热源。首先是装料，将铁水注人炉内，并按比例向炉内加入一定量的废钢和造渣材料。向炉中吹入18～12个标准大气压的氧气。剧烈的氧化反应使铁水温度升高，使Si、Mn、S、P被氧化进入渣中，碳被氧化形成CO气体逸出炉外。当钢液中S、P、Si、Mn、C的含量均达到要求时停止吹氧。出钢前进行钢液的脱氧和合金化，根据钢种要求加人脱氧剂和合金料，最后将钢水注入钢包以各连铸或模铸使用。转炉炼钢法2）电炉炼钢法用于生产质量要求较高的合金钢和特殊钢种。电炉具有炉温高，氧、硫及非金属夹杂含量低，合金元素烧损少等优点。电炉是电弧炉。电弧炉是利用石墨制成的电极与废钢料或钢水之间产生的高温电弧作为热源来进行熔炼的。缺点是要消耗大量的电能，成本比平炉钢、转炉钢高，用废钢作为炼钢原料。3.钢的浇注

炼好的钢液放人盛钢桶内，少数直接浇注成铸钢件，大部分浇注成钢锭，送往轧钢车间或锻压车间，轧制或锻压成型材、坯料等。目前浇注方法主要有钢锭模铸锭和连续铸锭两种。任务三掌握金属材料的物理与化学性能

学习目标知识目标：掌握金属材料的物理和化学性能知识。能力目标：能具体应用金属材料的物理和化学性能。通常把金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。使用性能是在使用过程中所表现出的特性，包括力学性能、物理性能、化学性能等。工艺性能是金属材料在加工过程中适应各种冷热加工的性能。钢中常存元素及其对性能的影响锰——有益元素，有很好的脱氧能力，还原FeO中的铁；还可与硫形成MnS，消除了硫的有害作用；溶于铁素体产生固溶强化，提高钢的强度和硬度。钢中含量WMn=0.25～0.8％硅——有益元素，脱氧能力比锰强，还原FeO中的铁；溶于铁素体产生固溶强化，提高钢的强度及质量，硅作为杂质含量在WSi＝0.1～0.4%。硫——有害元素，常以FeS形式存在，易使钢材变脆（热脆性）。磷——有害元素，它使钢在低温时变脆（冷脆性）。氢——有害元素，能造成氢脆、白点等缺陷。1.金属材料物理性能与应用2，3，4，6，7，8写在作业本上。（2）按材料的特性和用途分为结构材料和功能材料两大类。材料的分类

按不同的分类方法可以将材料分成五种.知识目标：掌握金属材料的物理和化学性能知识。黑色金属：以铁或以铁为主形成的金属材料，外观颜色成黑色，如碳钢、合金钢、铸铁等。金属铸造性能及影响因素向钢液中加入脱氧剂（如锰铁、硅铁、纯铝块），脱氧剂与FeO反应，生成炉渣。炼钢与炼铁不同，炼铁是一个还原过程，而炼钢则主要是一个氧化过程。流动性好、收缩率小、偏析倾向小的材料其铸造性也好。绝缘陶瓷玻璃钢赛车壳体光缆1）炼铁的原料及其作用：原料有铁矿石、燃料和熔剂。切削加工性能好的金属材料使刀具磨损小、切削量大、加工表面比较光滑。工艺性能的好坏，直接影响到制造零件的工艺方法和质量以及制造成本。金属铸造性能及影响因素课题四掌握钢的热处理工艺与应用（8课时）硅——有益元素，脱氧能力比锰强，还原FeO中的铁；用淬火钢球作压头Κ＝130。公元前8000年，火的发现使人类有了改造自然的武器，人类对材料的使用由天然材料向人工材料发展，--陶器时代.可锻性好坏主要以材料的塑性和变形抗力来衡量。纯金属：铁（Fe)、铝（Al）、铜（Cu）、金（Au）、银（Ag）、铬（Cr）、镍（Ni）、锰(Mn)、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）、钛（Ti）、锌（Zn）、锡（Sn)、铅（Pb）、铍（Be）、铌（Nb）、锆（Zr）、钴（Co）等合金：合金是由两种或两种以上金属元素、或金属元素与非金属元素组成，具有金属特性的物质。合金比纯金属具有更好的性能，更高的强度、硬度、耐热性、耐蚀性、电磁性。常见的非金属元素：碳（C）、氮（N）、硫(S）磷（P）、硼（B）、硅（Si）等。黑色金属：以铁或以铁为主形成的金属材料，外观颜色成黑色，如碳钢、合金钢、铸铁等。非铁金属材料（有色金属材料）：除黑色金属外的金属和合金，如铜及铜合金、铝及铝合金等。

金属材料又可分为：用淬火钢球作压头Κ＝130。非金属材料分为高分子材料、陶瓷材料和复合材料三种类型。金属材料的疲劳强度及其测试拉伸试验机缓慢加载，对载荷变化进行记录，直至拉断。焊接：将两部分金属材料通过加热、加压使其牢固结合为一体的工艺方法。知识目标：了解炼铁、炼钢的生产过程。剧烈的氧化反应使铁水温度升高，使Si、Mn、S、P被氧化进入渣中，碳被氧化形成CO气体逸出炉外。常用的切削加工方法有车削、铣削、钻削、镗削、刨削和磨削及钳工加工。出钢前进行钢液的脱氧和合金化，根据钢种要求加人脱氧剂和合金料，最后将钢水注入钢包以各连铸或模铸使用。（1）通过静拉伸试验测定金属材料的强度和塑性2）变形：金属材料受载荷作用发生几何形状和尺寸的变化。1）载荷：金属材料在加工和使用过程中所受的外力。课题九金属材料工程选用（8课时）化学稳定性：耐腐蚀性和抗氧化性的总成。目前浇注方法主要有钢锭模铸锭和连续铸锭两种。平炉构造复杂、建厂投资大、燃料利用率很低、氧化过程缓慢及熔炼时间长等缺点，已被淘汰。20世纪40年代材料科学的技术革命产生了复合材料，人类进入了新材料时代（硅器时代）355KN)试验力作用下，保持10～15s所测得的布氏硬度值为450HBW。用线胀系数（αl）和体胀系数（αv）表示。洛氏硬度操作简便、迅速，应用范围广，压痕小，硬度值可直接从表盘上读出，应用广泛。S0切削加工性能好的金属材料使刀具磨损小、切削量大、加工表面比较光滑。常见的非金属元素：碳（C）、氮（N）、硫(S）当钢液中S、P、Si、Mn、C的含量均达到要求时停止吹氧。焊接性能好的金属能获得没有裂缝、气孔等缺陷的焊缝，焊接接头具有较高的力学性能。2）氧化铁的还原和铁的增碳B点处的应力称作抗拉强度，用σb表示。溶于铁素体产生固溶强化，提高钢的强度和硬度。可锻性好坏主要以材料的塑性和变形抗力来衡量。冲击载荷－突然增加的载荷（钉钉子、打桩）课题九金属材料工程选用（8课时）新型轿车电动汽车冲击韧度ak＝Ak/Fk剧烈的氧化反应使铁水温度升高，使Si、Mn、S、P被氧化进入渣中，碳被氧化形成CO气体逸出炉外。缺点：压痕大，操作不够简便。金属材料的韧性及其测试HRC≈HBS公元前8000年，火的发现使人类有了改造自然的武器，人类对材料的使用由天然材料向人工材料发展，--陶器时代.1)金属材料的疲劳现象铸造性是指浇注铸件时，材料能充满比较复杂的铸型并获得优质铸件的能力。任务2了解钢铁材料的生产过程(2)伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量ΔL与原始标距L0之比常见合金组成成分与用途密度：ρ＝m/Ｖkg/m3

不同金属，密度不同，查表１－1熔点：从固态向液态转变时的温度。纯金属有固定的熔点。比较表１－1导热性：能够传导热量的性能，用λ表示。金属越纯导热能力越好（银、铜、铝、铬、铁）。比较表１－1导电性：能够传导电流的性能，用电阻率（ρ）来衡量。导电性和导热性一样，金属越纯导电能力越好，银、铜、铝、镁、钨、镍。比较表１－1一、金属材料的物理性能热膨胀性：随温度变化而膨胀、收缩的特性。用线胀系数（αl）和体胀系数（αv）表示。

αv≈αlαl＝（l2-l1）/l1Δt

比较表１－1磁性：在磁场中能内磁化的性能。铁磁性材料：能被强烈磁化，如Fe、Ni、Co

顺磁性材料：呈微弱磁性，如Mn、Gr、Al

抗磁性材料：抗拒或弱化磁场作用，如Au、Ag、Cu、Pb、Sn、Zn

铁磁性材料在温度升高到一定温度时就会失去磁性，变为顺磁体，该温度为居里点，如铁的居里点为770℃金属材料的物理性能耐腐蚀性：常温下抵抗氧、水蒸气及化学介质腐蚀破坏作用的能力。金属防腐措施：覆盖法(喷漆、镀锌、镀铬、喷塑、发蓝、涂油)提高金属本身耐腐蚀性：合金化、化学处理法（渗铬、渗铝、渗氮）抗氧化性：在室温或加热时抵抗氧气氧化作用的能力。（热加工包括铸造、锻造、焊接、热处理）化学稳定性：耐腐蚀性和抗氧化性的总成。二、金属材料的化学性能任务4掌握并能测量金属材料的力学性能学习目标知识目标：认识金属材料力学性能；掌握金属材料力学性能的测试方法。能力目标：能利用相关测试设备测量金属材料的力学性能。金属材料力学性能（机械性能）：外力作用是表现出来的性能。指标有强度、刚度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等。1）载荷：金属材料在加工和使用过程中所受的外力。静载荷－大小不变或变动很小（绳上挂重物）冲击载荷－突然增加的载荷（钉钉子、打桩）交变载荷－周期或非周期的动载荷（摩托、汽车减震弹簧）2）变形：金属材料受载荷作用发生几何形状和尺寸的变化。弹性变形－受外力作用时产生变形，当载荷去掉后能恢复到原来形状及尺寸。塑性变形－受外力作用时产生变形,当载荷去掉后不能恢复到原来形状及尺寸。1.认识并理解载荷、变形、内力、应力的概念3）内力：金属材料受外力作用，为保持其原状，材料内部作用着与外力相对抗的力。4）应力：单位面积上的内力，用σ表示

σ＝F/A式中F-外力（N），A－横截面积（mm2）

σ－应力，MPa（N/mm2)-兆帕

1MPa=106Pa5）刚度：零(构)件加载受力时抵抗弹性变形的能力。等于材料弹性模量与零构件截面积的乘积，即E·A提高零件刚度的方法：增加横截面面积改变截面形状选用弹性模量较大的材料2.金属材料强度与塑性及其测定强度：金属材料抵抗塑性变形或者破坏（断裂）的能力（1）通过静拉伸试验测定金属材料的强度和塑性实验室采用圆形标准拉伸试验，在拉伸试验机上测量金属材料的强度拉伸试验机拉伸试验机实物拉伸试验机缓慢加载，对载荷变化进行记录，直至拉断。当拉伸力由零逐渐增加到Fe（OE）时，伸长量与拉伸力成正比例，此时去除拉伸力，试样能完全恢复到原来形状和尺寸，处于弹性变形阶段，此时应力用弹性极限σe表示。当拉伸力超过Fe后，试件既有弹性变形又有微量的塑性变形。当拉伸力增大到Fs时，曲线出现水平段，表示拉伸力不增加，试件继续伸长，此现象称作屈服，S点称作屈服点，此时的应力称作屈服应力或屈服强度，用σs表示。σs＝Fs/A0当拉伸力超过Fs后，试件产生大量塑性变形，直到拉伸力达到Fb时，试样局部产生严重缩颈，所能承受的拉伸力迅速减小，直到拉断（K点）。B点处的应力称作抗拉强度，用σb表示。σb＝Fb/A0

塑性:材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。用断面收缩率ψ和伸长率δ来衡量。

(1)断面收缩率:

试样拉断处横截面积的收缩量Δ

S与原始横截面积S0之比。

S0-S1

ψ=——-—×100%S0塑性的衡量指标

l1

-

l0

δ=——-—×100%l0

(2)伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量ΔL与原始标距L0之比长试样用δ10表示，短试样用δ5表示，同种材料δ5＞δ10不同金属，密度不同，查表１－1切削加工：用刀具切削金属材料毛坯，使其达到一定形状、尺寸精度和表面粗糙度的零件的工艺方法。方法二：经验公式近似换算常用夏比冲击试验（摆锤式一次冲击试验）来测定金属材料的韧性，是在专门的摆锤试验机上进行的。课题七掌握常用铸铁性能与应用（3课时）铁矿石中除铁外，还含有其他的氧化物，如二氧化硅、氧化锰、三氧化二铝等，这些杂质称为脉石。新型轿车电动汽车耐腐蚀性：常温下抵抗氧、水蒸气及化学介质腐蚀破坏作用的能力。任务2了解钢铁材料的生产过程用一定载荷P，将直径为D的球体（淬火钢球HBS、硬质合金球HBW），压入被测材料的表面，保持一定时间后卸去载荷，测量被测试件表面上所形成的压痕直径d，计算压痕的球缺面积A，单位面积所受载荷称为布氏硬度。250HBS10/1000/30、280HBW10/3000/30,保载时间10～15秒时不标注。ψ=——-—×100%优点：测得结果较准确、稳定。能力目标：能利用相关测试设备测量金属材料的力学性能。选用弹性模量较大的材料工艺性能的好坏，直接影响到制造零件的工艺方法和质量以及制造成本。σ－应力，MPa（N/mm2)-兆帕σ＝F/A钢中常存元素及其对性能的影响冲击载荷－突然增加的载荷（钉钉子、打桩）二、金属材料的化学性能4．认识金属切削加工工艺性能及其影响因素3.金属材料的硬度及其测试方法硬度是材料抵抗局部塑性变形的能力。硬度也反映材料抵抗其它物体压入的能力。通常材料的强度越高，硬度也越高。工程上常用的硬度指标有布氏硬度HB、洛氏硬度HR(A、B、C)和维氏硬度HV等。金属材料硬度的高低是通过特定的方法来测试。无论哪种测量方法，均要求工件平整，测量表面与压头垂直，工件表面无氧化皮，且需测量多处，求其平均值。h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计1）洛氏硬度洛氏测量方法：将标准压头用规定压力压入被测材料的表面，根据压痕深度来确定硬度值。用bd大小来判断材料的硬度高低，bd越大，硬度越低；反之，硬度越高。为适应数值越大，硬度越高的习惯，用一常数Κ减去bd作为硬度值（每0.002mm的压痕深度为一个硬度单位），直接由硬度计表盘上读出。洛氏硬度用符号HR表示，其计算公式为

HR＝Κ－bd/0.002用金刚石作压头Κ＝100；用淬火钢球作压头Κ＝130。h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计根据压头的材料及所加的负荷不同又可分为HRA、HRB、HRC三种。HRC应用最多h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度操作简便、迅速，应用范围广，压痕小，硬度值可直接从表盘上读出，应用广泛。表盘外圈黑子适用于HRA、HRC，内圈红字适用于HRB缺点：由于压痕小，测量误差稍大，常在工件不同部位测量数次取平均值2）布氏硬度用一定载荷P，将直径为D的球体（淬火钢球HBS、硬质合金球HBW），压入被测材料的表面，保持一定时间后卸去载荷，测量被测试件表面上所形成的压痕直径d，计算压痕的球缺面积A，单位面积所受载荷称为布氏硬度。布氏硬度值HB=P/A。测量时不需计算，只需测量压痕直径d，查附录表1可得硬度值。例题测量某一金属材料布氏硬度值，d=4mm,查表求硬度值？250HBS10/1000/30、280HBW10/3000/30,保载时间10～15秒时不标注。例1：250HBS10/1000/30表示用直径10mm的淬火钢球作压头，在1000kgf(9.807KN)试验力作用下，保持30s所测得的布氏硬度值为250HBS例2：450HBW5/750表示用直径5mm的硬质合金球作压头，在750kgf(7.355KN)试验力作用下，保持10～15s所测得的布氏硬度值为450HBW。布氏硬度测量方法特点：优点：测得结果较准确、稳定。缺点：压痕大，操作不够简便。布氏硬度表示方法3）维氏硬度（ＨＶ）维氏硬度的测量原理与布氏硬度相同，不同点是压头为一相对面夹角为136°金刚石正四方棱锥体，所加负荷为5~120kgf（49.03~1176.80N）维氏硬度不需计算，根据对角线长度平均值查表得出。与计算机结合，可直接从屏幕读出或打印机打出。其他维氏硬度计布、洛、维硬度计数显布、洛、维硬度计操作简便迅速，界面直观，较少人为操作误差，具有很高的灵敏度，稳定性，适用于车间和试验室（4）按材料的热力学状态分为稳态材料及亚稳态材料两大类。ψ=——-—×100%影响金属材料热处理性能的主要因素：材料的化学成分、原始组织、加热温度。机械结构零件硬度在25～45HRC课题七掌握常用铸铁性能与应用（3课时）一般用焊接处出现各种缺陷的倾向来衡量金属材料焊接性磷——有害元素，它使钢在低温时变脆（冷脆性）。铁磁性材料：能被强烈磁化，如Fe、Ni、Co对金属材料而言，评价铸造性能好坏的主要指标有流动性、收缩率、偏析倾向。数显布、洛、维硬度计操作简便迅速，界面直观，较少人为操作误差，具有很高的灵敏度，稳定性，适用于车间和试验室课题一认识并掌握金属材料基本性能（6课时）随着冶炼技术的提高，人类步入了铁器时代向钢液中加入脱氧剂（如锰铁、硅铁、纯铝块），脱氧剂与FeO反应，生成炉渣。任务5掌握金属材料的工艺性能用淬火钢球作压头Κ＝130。（5）按材料尺寸分为一维（纤维及晶须）材料、二维（薄膜）材料及三维（大块）材料三大类。炼好的钢液放人盛钢桶内，少数直接浇注成铸钢件，大部分浇注成钢锭，送往轧钢车间或锻压车间，轧制或锻压成型材、坯料等。课题五熟悉并正确选用碳素钢（3课时）常用的切削加工方法有车削、铣削、钻削、镗削、刨削和磨削及钳工加工。等于材料弹性模量与零构件截面积的乘积，即E·A选用弹性模量较大的材料耐腐蚀性：常温下抵抗氧、水蒸气及化学介质腐蚀破坏作用的能力。常用硬度之间换算硬度是检验零件的一项重要指标，零件图中都有标注。调质硬度180～320HBS机械结构零件硬度在25～45HRC弹簧零件硬度在40～50HRC刀具、量具硬度在60～65HRC硬质合金硬度700～2980HV材料硬度值比较：

HB、HRC（A、B)、HV测定方法不同，硬度值也不同，三者之间如何比较？方法一：查硬度值换算表方法二：经验公式近似换算HRC≈HBSHBS≈HV4.金属材料的韧性及其测试有些零件在工作过程中受到的是动载荷，如锻锤的锤杆、冲床的冲头等，这些零件除要求强度、塑性、硬度外，还应有足够的韧性。韧性:金属材料抗冲击载荷作用而不破坏的能力.韧性的性能指标是通过冲击试验确定。常用夏比冲击试验（摆锤式一次冲击试验）来测定金属材料的韧性，是在专门的摆锤试验机上进行的。1)韧性：金属材料在抗击冲击载荷作用下而不破坏的能力。2)冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力，是材料强度和塑性的综合表现。3)衡量指标：冲击吸收功Ak＝mgh1-mgh2=mg（h-h2)

冲击韧度ak＝Ak/Fk4)应用：评价材料韧性的好坏，与屈服强度结合用于一般零件抗断裂设计。冲击韧性及衡量指标5.金属材料的疲劳强度及其测试1)金属材料的疲劳现象交变应力（循环应力）：机械零件，如轴、齿轮、弹簧等，在工作过程中各点所受的应力随时间而呈周期性变化。疲劳:交变应力或循环应力作用，工作应力低于屈服强度，经过一定循环周次后仍会发生断裂的现象。疲劳断裂过程：裂纹产生、裂纹扩展和瞬间断裂三个阶段。疲劳强度：当零件所受的应力低于某一值时，即使循环周次无穷多也不发生断裂，称此应力值为疲劳强度或疲劳极限，用σ－1表示。影响疲劳强度的因素：载荷类型材料本质零件表面状态工作温度腐蚀介质任务5掌握金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能是其机械性能、物理性能和化学性能的综合。工艺性能的好坏，直接影响到制造零件的工艺方法和质量以及制造成本。材料的工艺性能主要包括:铸造性能；压力加工性能；焊接性能；热处理工艺性能；切削加工性能。1.金属铸造性能及影响因素铸造性是指浇注铸件时，材料能充满比较复杂的铸型并获得优质铸件的能力。对金属材料而言，评价铸造性能好坏的主要指标有流动性、收缩率、偏析倾向。（1）流动性；（2）收缩性；（3）成分偏析。流动性好、收缩率小、偏析倾向小的材料其铸造性也好。一般来说，共晶成份的合金铸造性好。2．金属压力加工性能及影响因素压力加工性能:金属材料在压力加工中承受压力发生变形而不破坏的能力，包括锻造性能、轧制性能、挤压性能、拉制性能和冲压性能。可锻性好坏主要以材料的塑性和变形抗力来衡量。钢的可锻性较好，而铸铁不能进行任何压力加工。塑性越好，变形抗力越小，金属的压力加工性能就越好。3．掌握金属焊接性能及其影响因素焊接：将两部分金属材料通过加热、加压使其牢固结合为一体的工艺方法。焊接性：金属材料对焊接加工的适应能力。焊接性能好的金属能获得没有裂缝、气孔等缺陷的焊缝，焊接接头具有较高的力学性能。一般用焊接处出现各种缺陷的倾向来衡量金属材料焊接性低碳钢具有优良持焊接性，而高碳钢、不锈钢、铸铁和铝的焊接性能较差。4．认识金属切削加工工艺性能及其影响因素切削加工：用刀具切削金属材料毛坯，使其达到一定形状、尺寸精度和表面粗糙度的零件的工艺方法。常用的切削加工方法有车削、铣削、钻削、镗削、刨削和磨削及钳工加工。切削加工性能：金属材料在切削加工中的难易程度。切削加工性能好的金属材料使刀具磨损小、切削量大、加工表面比较光滑。切削加工性能的好坏与金属的硬度、导热性、加工硬化、内部组织结构等有关。有利切削的材料硬度为160～230HB熔点：从固态向液态转变时的温度。（1）按材料的化学组成分类“金属材料及热处理”总课时45缺点：压痕大，操作不够简便。对金属材料而言，评价铸造性能好坏的主要指标有流动性、收缩率、偏析倾向。1）平时成绩：（课堂纪律、课堂提问、出勤率）占25%；金属材料力学性能（机械性能）：外力作用是表现出来的性能。355KN)试验力作用下，保持10～15s所测得的布氏硬度值为450HBW。压力加工性能:金属材料在压力加工中承受压力发生变形而不破坏的能力，包括锻造性能、轧制性能、挤压性能、拉制性能和冲压性能。用淬火钢球作压头Κ＝130。氢——有害元素，能造成氢脆、白点等缺陷。韧性的性能指标是通过冲击试验确定。选用弹性模量较大的材料硅——有益元素，脱氧能力比锰强，还原FeO中的铁；冲击载荷－突然增加的载荷（钉钉子、打桩）抗氧化性：在室温或加热时抵抗氧气氧化作用的能力。力，是材料强度和塑性的综合表现。熔融沉积快速成形叶轮原型金属材料硬度的高低是通过特定的方法来测试。抗氧化性：在室温或加热时抵抗氧气氧化作用的能力。金属铸造性能及影响因素5．了解热处理工艺性能及其影响因素金属材料热处理性能：材料在热处理时的难易程度和产生热处理缺陷的倾向，热处理是改变其性能的主要途径。热处理性能包括：淬透性、淬硬性、回火稳定性、回火脆性、过热倾向、氧化脱碳倾向、变形倾向和开裂倾向等。影响金属材料热处理性能的主要因素：材料的化学成分、原始组织、加热温度。作业P25页，思考与练习一、二、三、四题，课堂提问。五、简答题1，2，3，4，5写在作业本上。六、分析题2，3，4，6，7，8写在作业本上。课题九金属材料工程选用（8课时）一、二、三、四题，课堂提问。方法二：经验公式近似换算任务2了解钢铁材料的生产过程常用的熔剂是石灰石（CaCO3），作用是造渣。熔融沉积快速成形叶轮原型任务一认识金属材料长试样用δ10表示，短试样用δ5表示，同种材料δ5＞δ10新型轿车