钢铁材料及其热处理知识点

第一章钢铁材料及热处理知识点：1.钢铁本身固有力学性能普通是不能满足零件受力性要求。2.钢铁零件必须经过热处理才能用。钢铁材料及其热处理知识点第1页

§1-1金属及合金性能

主要有：力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能。钢铁材料及其热处理知识点第2页

从机械零件和工程结构件设计角度，重点放在金属材料力学性能。

钢铁材料及其热处理知识点第3页一、力学性能力学性能又称机械性能，是材料在力作用下所表现出特征。力学性能指标主要有：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度和刚度。

钢铁材料及其热处理知识点第4页1.强度

是金属受外力作用下，抵抗永久变形和断裂能力。（1）强度定义式

钢铁材料及其热处理知识点第5页（2）工程设计中惯用强度指标最大抗拉强度屈服点钢铁材料及其热处理知识点第6页（3）金属材料抗拉强度与屈服点测试方法：是用金属试样做拉伸试验测出来。钢铁材料及其热处理知识点第7页1）低碳钢试样拉伸试验曲线

是将低碳钢棒料加工成标准试样，装在拉伸机上，在试样两端迟缓施加轴向载荷，使其发生拉伸变形直至断裂。钢铁材料及其热处理知识点第8页

钢铁材料及其热处理知识点第9页关键点知识：oe直线—弹性变形特征。e点处应力：为不产生永久变形最大应力，称为材料弹性极限。

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oe直线斜率值：称为材料弹性模量，用E表示，表征材料抵抗弹性变形能力，技术上表示金属刚度。钢铁材料及其热处理知识点第11页es曲线—屈服特征。即载荷超出Fe再卸载时，试样伸长只能部分地恢复，产生了部分塑性变形。钢铁材料及其热处理知识点第12页S处水平段——称作“屈服点”。即当载荷增加到Fs时，拉力无需再增大，试样仍可继续伸长。钢铁材料及其热处理知识点第13页钢铁材料及其热处理知识点第14页金属材料屈服点工程意义：1）锅炉、压力容器、汽车发动机缸体上紧固螺栓、键、销零件，在受载时是不允许屈服，其工作应力必须小于材料屈服点。钢铁材料及其热处理知识点第15页

钢铁材料及其热处理知识点第16页sb曲线—强化阶段。材料屈服后随变形程度增大，金属内部要产生变形抗力，须不停增大载荷，试样才能继续伸长。钢铁材料及其热处理知识点第17页

bz曲线—缩颈阶段。即当载荷超出Fb值，试样出现局部“缩颈”直至断裂。钢铁材料及其热处理知识点第18页“缩颈”：零件局部横截面积变小，是零件发生断裂前奏。钢铁材料及其热处理知识点第19页

关键点：1）Fb——是零件产生“缩颈”所能承受最大拉力。钢铁材料及其热处理知识点第20页

2）要求：b点处拉应力值为低碳钢材料抗拉强度，用钢铁材料及其热处理知识点第21页3）抗拉强度工程意义金属零件所承受最大工作应力值不允许超出，不然会断裂。钢铁材料及其热处理知识点第22页2.塑性是指金属在外力作用下产生永久变形而不停裂能力。（1）塑性指标是用拉伸试验测得试样伸长率和端面收缩率来衡量。钢铁材料及其热处理知识点第23页关键点知识：钢铁材料及其热处理知识点第24页

2）应用知识如车身架材料，要用塑性好低合金钢制造，如受力过大（超载）时，先产生塑性变形而不致突然断裂。钢铁材料及其热处理知识点第25页3）塑性好金属材料是进行铸造、冲压、焊接必要条件。钢铁材料及其热处理知识点第26页3.硬度是指材料抵抗局部变形，尤其是局部塑性变形、压痕、划痕能力。知识点：硬度是机械零件、工具等必须含有机械性能指标。

钢铁材料及其热处理知识点第27页如制造业用刀具、量具、锻锤及模具等，都要含有足够硬度，以耐磨和预防受冲击力时产生裂纹。钢铁材料及其热处理知识点第28页

硬度可间接反应金属强度、塑性、韧性及化学成份，是一项综合性机械性能指标。

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（1）金属材料硬度指标最惯用有：布氏硬度洛氏硬度钢铁材料及其热处理知识点第30页1）布氏硬度（HB）用淬火钢球或硬质合金球作压头，用来测定“较软”金属材料硬度方法。钢铁材料及其热处理知识点第31页

布氏硬度值表示方法：

如230HBS、500HBW。S——淬火钢球压头。W——硬质合金钢球压头。钢铁材料及其热处理知识点第32页布氏硬度法应用：用于测定如铸铁件、有色金属及合金、退火钢、正火钢、调质钢等。钢铁材料及其热处理知识点第33页

2）洛氏硬度是用金刚石圆锥体作压头，用来测定硬金属材料硬度方法。钢铁材料及其热处理知识点第34页

洛氏硬度法应用：用于如淬火钢、渗碳钢、模具工具钢等硬度测定。钢铁材料及其热处理知识点第35页

洛氏硬度表示方法：如20~67HRC。钢铁材料及其热处理知识点第36页（2）硬度值与机械设计零件工作面要要求足够硬度，以耐磨损，预防疲劳断裂。硬度和强度间有一定换算关系，如《机械设计基础》教材中图表所表示。钢铁材料及其热处理知识点第37页钢铁材料及其热处理知识点第38页

4.冲击韧性

冲击韧性又称韧性，是指材料受快速或突然载荷作用，断裂前所能吸收最大冲击功能力。冲击载荷：载荷以快速或突然方式作用在零件上。钢铁材料及其热处理知识点第39页（1）材料冲击韧性指标用摆锤式冲击试验测出试样所受最大冲击吸收功AK与S0比值来衡量，见教材图1-4。钢铁材料及其热处理知识点第40页

基本知识点：强度、塑性、硬度指标，都是在迟缓加载或静载荷条件下测定。机器中零件大多要受冲击载荷作用，如连杆、键连接、齿轮传动、钻机、碎石机械，铁轨受力，冲模、锻模等。钢铁材料及其热处理知识点第41页钢铁材料及其热处理知识点第42页制造承受冲击载荷零件，除应确保足够静力学性能如强度、硬度，还必须要有足够韧性，即耐冲击能力。钢铁材料及其热处理知识点第43页

（2）冲击韧性与机械零件设计材料值，只是表明其抗一次大冲击而不停裂能力。金属零件受大能量冲击作用，其抗冲击能力决定于akv值。钢铁材料及其热处理知识点第44页受小能量屡次冲击作用，零件抗冲击能力是取决于强度和塑性。受较高冲击力作用，要提升零件塑性值；受小冲击力作用，要提升零件强度。钢铁材料及其热处理知识点第45页如连杆、曲轴，碎石机鄂板等，都是受屡次小能量冲击力作用，这些零件可用球墨铸铁件或孕育铸铁件制造。注意，铸铁类ak值几乎为零，但经热处理后含有较高强度、硬度。钢铁材料及其热处理知识点第46页

受大能量冲击作用零件，选择材料时，要考虑材料冲击韧性指标ak值大小。

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如飞机起落架、矿山载重汽车大梁、蒸汽锤锤杆等，工作时受大能量冲击力作用，其零件要用高ak值金属材料制造。钢铁材料及其热处理知识点第48页5.疲劳强度（1）疲劳破坏很多机械零件如轴、齿轮、连杆等，是在交变循环载荷作用下工作，尽管受到工作应力值低于材料强度极限，甚至<，在零件应力集中处仍会产生裂纹，直至发生断裂，此破坏称为疲劳破坏。钢铁材料及其热处理知识点第49页具统计，有约80%机械零件失效，都是由疲劳破坏引发。所以，研究和预防材料疲劳破坏极其主要。

钢铁材料及其热处理知识点第50页（2）疲劳强度工程要求，材料在指定循环基数（107次以上）交变载荷作用下不引发断裂所能承受最大应力值，称为疲劳强度，又称疲劳极限，用符号表示。

钢铁材料及其热处理知识点第51页（3）疲劳强度测定试验结论：在交变载荷作用下金属试样，承受工作应力值与断裂前应力循环次数N有以下关系：钢铁材料及其热处理知识点第52页疲劳曲线水平段对应应力值，表示材料可经受无数次应力循环作用而不发生疲劳断裂，即为材料疲劳强度。钢铁材料及其热处理知识点第53页

（4）零件疲劳破坏特征

没有显著塑性变形，是突然断裂。（5）零件疲劳断裂原因

材料内部有气孔、夹杂物，表面有划痕或显微裂痕等。钢铁材料及其热处理知识点第54页（6）提升零件疲劳强度办法采取铸造、轧制等压力加工方式生产零件毛坯。（因压力作用可焊合钢锭内部孔洞、击碎夹杂物，使金属致密；对型钢，可产生加工硬化）钢铁材料及其热处理知识点第55页对零件表面进行强化处理，如滚压、喷丸、表面淬火，以提升工作面硬度。（可去除或预防出现显微裂纹，且裂纹扩展慢）钢铁材料及其热处理知识点第56页钢铁材料及其热处理知识点第57页（7）疲劳强度与机械设计机械中主要转轴、螺栓杆、曲轴、连杆等，要按零件疲劳强度进行校核计算。钢铁材料及其热处理知识点第58页6.刚度

指材料抵抗弹性变形能力，材料刚度用弹性模量E值衡量。钢铁材料及其热处理知识点第59页（1）刚度与机械设计机床主轴、滑枕、床身等，选材时应选弹性模量大材料。材料刚度不等于机件刚度。机件刚度除与材料E值相关，主要是取决于机件断面设计。钢铁材料及其热处理知识点第60页

工字形断面、环型断面设计，力争壁厚均匀，都是提升机件刚度设计形式。钢铁材料及其热处理知识点第61页

三、工艺性能

指材料在加工过程中所表现出特征。如是否轻易加工或做出毛坯质量怎样。钢铁材料及其热处理知识点第62页1.材料工艺性能内容按工艺方法不一样有：铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能。

钢铁材料及其热处理知识点第63页（1）铸造性能指金属在铸造成形过程中所表现出性能。金属铸造性能用流动性、收缩率和偏析这三个指标来衡量。

钢铁材料及其热处理知识点第64页流动性指熔融金属流动能力。金属液流动性好，轻易充满铸型，铸件外形完整、尺寸准确。收缩率金属收缩量愈小，铸件产生疏松、缩孔、变形、裂纹等缺点愈少。钢铁材料及其热处理知识点第65页偏析指铸件凝固后内部化学成份不均匀现象。金属偏析严重，铸件各部分力学性能就不一致。知识点：铸铁类铸造性能最好，铝合金其次；钢铸造性能较差。

钢铁材料及其热处理知识点第66页钢铁材料及其热处理知识点第67页

（2）锻压性能指金属用锻压成形方法取得优良制件难易程度。关键点：材料锻压性能，用塑性值和变形抗力两个指标来衡量。钢铁材料及其热处理知识点第68页锻压性能好金属有低碳钢、低合金钢；黄铜、铝合金在室温下就有良好锻压性能；铸铁、高碳钢等锻压性能差。

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（3）焊接性能指金属焊接时，能否取得优良焊接接头能力。关键点：优良焊接接头指焊缝处不易形成裂纹、气孔、夹渣等缺点。

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焊接性能好金属：低碳钢、低合金钢；高碳钢、铸铁和铝合金焊接性较差。

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如用高碳钢、铸铁和铝合金制成机件，需与其它机件相连时，应设计成螺纹联接或铆接。钢铁材料及其热处理知识点第72页

（4）热处理工艺性指材料是否轻易经过热处理取得所需力学性能而不开裂能力。钢铁材料及其热处理知识点第73页知识点：高碳钢、高合金钢导热性差，加热时采取多段加热规范，以预防工件开裂，其热处理性能较差。钢铁材料及其热处理知识点第74页低碳钢、低合金钢导热性好，采取一段加热规范，加