金属材料及其处理工艺基础知识

金属材料及处理工艺基础知识金属材料分类:金属材料的分类有多种方式，有按照密度分的，价格分的…常用的是分类是把金属材料分成黑色金属和有色金属两大类。1.黑色金属：通常指铁，锰、铬及它们的合金。常用的黑色材料为钢铁。其又分为三类：纯铁，钢，铸铁。纯铁：其主要由Fe组成的，含C量在0.0218％以下，工业中很少用；钢：含C量在0.0218%-2.3%之间的铁碳合金（不加其他元素的称碳素钢，加入其他合金元素的称合金钢）。其又可以按照成分分类（碳素钢，合金钢），用途分类（轴承钢，不锈钢，工具钢，模具钢，弹簧钢，渗碳用钢，耐磨钢，耐热钢…），品质分类（普通钢，优质钢，高级优质钢），成形方式分类（锻钢，铸钢，热轧钢，冷拉钢），形式分类（板材，棒材，管材，异形钢等）等等。铸铁：含C量在2.3％-6.69％之间的铁碳合金成为铸铁。按石墨的形态其又可以分为灰铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁等，石墨的不同形态和基体的配合而具有不同的性能。2.有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝、镍锰以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。金属材料的使用性能及指标金属材料常用的性能指标有力学性能和物理性能。1.力学性能：金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。强度:金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。屈服强度、抗拉强度是极为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。强度的大小用应力来表示，即用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示，常用单位为MPa。屈服强度：金属试样在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的应力，称为屈服点，用符号σs表示，单位为MPa。一般的，材料达到屈服强度，就开始伴随着永久的塑性变形，因此其是非常重要的指标。抗拉强度：金属试样在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号σb表示，单位为MPa。塑性：金属材料在外力作用下产生永久变形(去掉外力后不能恢复原状的变形)，但不会被破坏的能力。弹性：金属材料在外力作用下抵抗塑性变形的能力(去掉外力后能恢复原状的变形)。伸长率：金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比，称为伸长率。用符号δ表示。伸长率反映了材料塑性的大小，伸长率越大，材料的塑性越大。韧性：金属材料抵抗冲击载荷的能力，称为韧性，通常用冲击吸收功或冲击韧性值来度量。冲击吸收功：试样在冲击载荷作用下，折断时所吸收的功。用符号Ak表示，单位为J。硬度：金属材料的硬度，一般是指材料表面局部区域抵抗变形或破裂的能力。根据试验方法和适用范围的不同，可分为布氏硬度和洛氏硬度等多种。布氏硬度用符号HB表示，洛氏硬度用符号HRA、HRB或HRC表示，维式用HV表示。一般硬的材料打洛氏硬度，软的材料（有色金属，退火的钢铁）打布氏硬度，很小的件打维式硬度（显微硬度）。以上指标中，最常用几个指标是强度（σs，σb），伸长率（δ），硬度。2.物理性能：金属材料固有的属性，如密度，导电性等。金属材料的分类使用1.钢板（钢带，钢卷）按照轧制方式分，汽车用钢板有两种，及热轧钢板和冷扎钢板两大类。国家有相关的标准，如GB3275中有《汽车制造用优质碳素结构钢热轧钢板和钢带》，也有相应的冷轧钢板标准，但标准的内容相对较松；现在国内汽车厂使用的多数是钢厂的标准，如宝钢的冷轧标准Q/BQ403-2002。下面就其中的牌号和性能做一下简单的解释：冷轧钢板：a.普通冷轧板：宝钢现用的St系列（St12，St13，St14，St16等）和TL系列都是德国的牌号，其中St12，St13属于深冲级，St14，St16属于超深冲级，国内根据冲压的复杂程度又将超深冲级分为复杂(F),很复杂(HF)，最复杂(ZF)和一般，如St14,St14F,St14HF,St14ZF，他们的强度都相同，只是冲压性能好些。此外，St14，St16还要O5板，st14O5，St16O5，O5是指表面无缺陷，即钢板的标准平整，没有坑包等缺陷，与此对应的有O3板，即表面状态差一些的。即BLC,BLD,BUSD,BUFD,BSUFD是来源于日本的牌号，与St12到St16基本对应。b.镀锌板/镀铝板：镀锌板的主要作用就是有一定的防腐性能，但由于表面的锌层，会给冲压和焊接带来一定的困难，有基体相当于St16的DC56D+Z(St07Z)，相当于St12的DC54D+Z(St06Z)，我们B11发动机罩内板目前使用的就是DC56D+Z钢板，主要的就是增加内板的防腐性能；镀铝板的主要作用是隔热，目前我们的百车身上还没有使用，在排气系统中有一些。料的显微组织，而显微组织又能决定材料的性能，热处理正是通过改变材料的显微组织而获得必要的性能。选择何种热处理工艺（方式）是根据处理材料的状态，需要的性能而定的。退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。淬火＋回火常常作为金属材料的最终热处理方式。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。不同的热处理对应着不同的组织，即常说的马氏体，珠光体，奥氏体，索氏体，屈氏体等，简单的说，它们就是C以不同方式与Fe结合。马氏体硬度很高，塑性很差，又分低碳，中碳和高碳；珠光体具有比较好的综合性能，奥氏体一般是高温的组织…若按相分，只有渗碳体，铁素体，所有的组织是他们的有机混合。铁素体中含碳量很低（小于0.0218％），即常说的纯铁，硬度很低，塑性很高；渗碳体是Fe中含碳量为6.69％的组织，是硬而脆的相。不同的材料