力學(xué)性能試驗初級

1、第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center1 包雪鵬包雪鵬 2010.10.14力學(xué)性能試驗力學(xué)性能試驗第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center2一、金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶一、金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 固體物質(zhì)，根據(jù)原子在內(nèi)部的排列特征可分為晶體和固體物質(zhì)，根據(jù)原子在內(nèi)部的排列特征可分為晶體和非晶體兩大類

2、。非晶體兩大類。原子按一定的幾何形式周期性重復(fù)排列而原子按一定的幾何形式周期性重復(fù)排列而成的固態(tài)物質(zhì)稱之為晶體，原子無規(guī)則地堆積在一起的固成的固態(tài)物質(zhì)稱之為晶體，原子無規(guī)則地堆積在一起的固態(tài)物質(zhì)稱為非晶體。態(tài)物質(zhì)稱為非晶體。 晶體的原子（基本質(zhì)點）在空間排列是有一定規(guī)律的。晶體的原子（基本質(zhì)點）在空間排列是有一定規(guī)律的。 固體金屬均是晶體，有規(guī)則的外形，固定的熔點，有固體金屬均是晶體，有規(guī)則的外形，固定的熔點，有各向異性。各向異性。 “力學(xué)性能試驗力學(xué)性能試驗”金屬材料金屬材料晶體晶體第一節(jié)第一節(jié) 金屬學(xué)與熱處理基礎(chǔ)知識金屬學(xué)與熱處理基礎(chǔ)知識第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽

3、車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center3（一）晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識（一）晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識晶格的概念：晶格的概念： 晶體內(nèi)部原子是按一定的幾何規(guī)律排列的。為了便于理解，晶體內(nèi)部原子是按一定的幾何規(guī)律排列的。為了便于理解，把原子看成是一個小球，則金屬晶體就是由這些小球有規(guī)律把原子看成是一個小球，則金屬晶體就是由這些小球有規(guī)律堆積而成的物體。為了形象地表示晶體中原子排列的規(guī)律，堆積而成的物體。為了形象地表示晶體中原子排列的規(guī)律，可以將原子簡化成一個點，用假想的線將這些連接起來，構(gòu)可以將原子簡化成一個點，用假想的線將這些連接起來，

4、構(gòu)成有明顯規(guī)律性的空間格架。這種表示原子在晶體中排列規(guī)成有明顯規(guī)律性的空間格架。這種表示原子在晶體中排列規(guī)律的空間格架叫做晶格。律的空間格架叫做晶格。 1 晶體中原子排列晶體中原子排列 2 晶格晶格 3 晶胞晶胞 第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center4 晶體中原子排列具有周期性變化的特點，通常從晶格中選晶體中原子排列具有周期性變化的特點，通常從晶格中選取一個能夠完整反映晶格特征的最小幾何單元稱為晶胞（最小取一個能夠完整反映晶格特征的最小幾何單元稱為晶胞（最小的周期性變化

5、單元），它有很高的對稱性。的周期性變化單元），它有很高的對稱性。 晶格常數(shù)晶格常數(shù) 金屬中三種典型的晶格：金屬中三種典型的晶格： 體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center5體心立方晶格：體心立方晶格： -Fe面心立方晶格：面心立方晶格： Al、Cu、Pb、-Fe密排六方晶格：密排六方晶格： Mg、Zn第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Co

6、mmercial Vehicle Technical Center6小小 結(jié)結(jié) 原子按一定的幾何形式周期重復(fù)排列而成的固態(tài)物質(zhì)稱原子按一定的幾何形式周期重復(fù)排列而成的固態(tài)物質(zhì)稱之為晶體，原子無規(guī)則地堆積在一起的固態(tài)物質(zhì)稱為非晶體。之為晶體，原子無規(guī)則地堆積在一起的固態(tài)物質(zhì)稱為非晶體。金屬晶體是依靠各正離子與公有自由電子間的引力，即金屬晶體是依靠各正離子與公有自由電子間的引力，即金屬鍵而結(jié)合起來。金屬鍵而結(jié)合起來。描述晶體中原子排列的幾何形狀和規(guī)律，實際研究中常描述晶體中原子排列的幾何形狀和規(guī)律，實際研究中常引用晶格和晶胞的概念。引用晶格和晶胞的概念。 常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)有體心立方晶格、面心立方

7、晶格和常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)有體心立方晶格、面心立方晶格和密排立方晶格。密排立方晶格。 晶格類型不同，原子排列方式、致密度、晶格常數(shù)等就晶格類型不同，原子排列方式、致密度、晶格常數(shù)等就不同，金屬力學(xué)性能也將隨之發(fā)生變化。不同，金屬力學(xué)性能也將隨之發(fā)生變化。第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center7（二）金屬實際的晶體結(jié)構(gòu)（二）金屬實際的晶體結(jié)構(gòu) 在金屬晶體中，由于晶體形成條件、原子的熱運動及其在金屬晶體中，由于晶體形成條件、原子的熱運動及其他各種因素的影響，原子規(guī)則排列在局部區(qū)

8、域受到破壞，呈他各種因素的影響，原子規(guī)則排列在局部區(qū)域受到破壞，呈現(xiàn)出不完整，通常把這種區(qū)域稱為晶體缺陷?，F(xiàn)出不完整，通常把這種區(qū)域稱為晶體缺陷。 因此，金屬的實際性能較理想的低。因此，金屬的實際性能較理想的低。實際金屬多晶體結(jié)構(gòu)實際金屬多晶體結(jié)構(gòu)第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center8 金屬中缺陷的種類很多，根據(jù)晶體缺陷的幾何特征，可金屬中缺陷的種類很多，根據(jù)晶體缺陷的幾何特征，可分為點缺陷、線缺陷和面缺陷。分為點缺陷、線缺陷和面缺陷。 (1) 點缺陷：缺陷呈點狀分點缺

9、陷：缺陷呈點狀分布，常見的有晶格空位、間隙原布，常見的有晶格空位、間隙原子等，使得周圍原子發(fā)生撐開或子等，使得周圍原子發(fā)生撐開或靠攏，晶格畸變。靠攏，晶格畸變。 間隙原子間隙原子晶格空位晶格空位置換原子置換原子點缺陷示意圖點缺陷示意圖第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center9 (2) 線缺陷：缺陷呈線狀，主要是位錯，常見的是刃型線缺陷：缺陷呈線狀，主要是位錯，常見的是刃型位錯。位錯。 刃型位錯刃型位錯 螺形位錯螺形位錯第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商

10、用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center10 (3) 面缺陷：缺陷呈面狀分布，通常是晶界和亞晶界。面缺陷：缺陷呈面狀分布，通常是晶界和亞晶界。 晶界晶界 亞晶界亞晶界 第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center11小小 結(jié)結(jié)金屬晶體缺陷對性能的影響金屬晶體缺陷對性能的影響 1點缺陷造成局部晶格畸變，使金屬的電阻率、屈服點缺陷造成局部晶格畸變，使金屬的電阻率、屈服強(qiáng)度增加，密度發(fā)生變化。強(qiáng)度增加，密度發(fā)生變化。

11、2線缺陷形成位錯對金屬的機(jī)械性能影響很大，位錯線缺陷形成位錯對金屬的機(jī)械性能影響很大，位錯極少時，金屬強(qiáng)度很高；位錯密度越大，金屬強(qiáng)度也會提極少時，金屬強(qiáng)度很高；位錯密度越大，金屬強(qiáng)度也會提高。高。 3面缺陷晶界和亞晶界越多，晶粒越細(xì)，金屬強(qiáng)度越面缺陷晶界和亞晶界越多，晶粒越細(xì)，金屬強(qiáng)度越高，金屬塑變的能力越大，塑性越好。（細(xì)晶強(qiáng)化）高，金屬塑變的能力越大，塑性越好。（細(xì)晶強(qiáng)化）第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center12（三）金屬的結(jié)晶（三）金屬的結(jié)晶1 結(jié)晶的概念結(jié)晶的

12、概念 從狀態(tài)看：結(jié)晶通常是指金屬自液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程。從狀態(tài)看：結(jié)晶通常是指金屬自液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程。 從金屬學(xué)觀點：結(jié)晶則是指物質(zhì)的原子從近程有序過度從金屬學(xué)觀點：結(jié)晶則是指物質(zhì)的原子從近程有序過度到遠(yuǎn)程有序結(jié)構(gòu)的過程。到遠(yuǎn)程有序結(jié)構(gòu)的過程。 過冷現(xiàn)象：金屬的實際結(jié)晶溫度過冷現(xiàn)象：金屬的實際結(jié)晶溫度（T1）低于理論結(jié)晶溫度）低于理論結(jié)晶溫度(T0)的現(xiàn)象，的現(xiàn)象，即在即在T0以下金屬仍處于液態(tài)的現(xiàn)象。以下金屬仍處于液態(tài)的現(xiàn)象。理論結(jié)晶溫度和實際結(jié)晶溫度的差稱理論結(jié)晶溫度和實際結(jié)晶溫度的差稱為為過冷度過冷度T 。 冷卻速度越大，冷卻速度越大，過冷度就越大，過冷度就越大，金屬的實際結(jié)晶溫度就

13、越低。金屬的實際結(jié)晶溫度就越低。第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center132 純金屬的結(jié)晶過程純金屬的結(jié)晶過程 金屬的結(jié)晶包括晶核的產(chǎn)生和晶核長大兩個基本過程，金屬的結(jié)晶包括晶核的產(chǎn)生和晶核長大兩個基本過程，并且是這兩個過程同時進(jìn)行的。并且是這兩個過程同時進(jìn)行的。 純金屬的結(jié)晶過程：純金屬的結(jié)晶過程： 液態(tài)金屬中存在有序排列的原子小液態(tài)金屬中存在有序排列的原子小集團(tuán)，隨原子的熱運動，這些小集團(tuán)時聚時散，當(dāng)溫度低于集團(tuán)，隨原子的熱運動，這些小集團(tuán)時聚時散，當(dāng)溫度低于T0時，

14、這些原子小集團(tuán)成為有規(guī)則排列的小晶體，稱為時，這些原子小集團(tuán)成為有規(guī)則排列的小晶體，稱為“晶晶核核”。晶核通過吸附周圍的原子，沿各個方向以不同的速度。晶核通過吸附周圍的原子，沿各個方向以不同的速度長大，同時又有新的晶核形成，在晶核的棱角處長大速度最長大，同時又有新的晶核形成，在晶核的棱角處長大速度最快，生成晶體的主干，又稱一次晶軸。金屬的結(jié)晶過程就是快，生成晶體的主干，又稱一次晶軸。金屬的結(jié)晶過程就是不斷形成晶核和晶核不斷長大的過程，即由晶核的產(chǎn)生和長不斷形成晶核和晶核不斷長大的過程，即由晶核的產(chǎn)生和長大兩個基本過程組成的。大兩個基本過程組成的。第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上

15、海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center14 晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響：在一般情況下，晶粒愈晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響：在一般情況下，晶粒愈小，則金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性愈好。為提高金屬力學(xué)性能，小，則金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性愈好。為提高金屬力學(xué)性能，需要細(xì)化晶粒。需要細(xì)化晶粒。 晶粒的大小與晶核數(shù)目和長大速度有關(guān)。形核率晶粒的大小與晶核數(shù)目和長大速度有關(guān)。形核率N愈高，愈高，晶核長大速度晶核長大速度G愈小，晶粒愈細(xì)小，材料的力學(xué)性能愈好。愈小，晶粒愈細(xì)小，材料的力學(xué)性能愈好。 鑄造生產(chǎn)中，常用以下方法細(xì)化液態(tài)金屬結(jié)晶

16、的晶粒。鑄造生產(chǎn)中，常用以下方法細(xì)化液態(tài)金屬結(jié)晶的晶粒。 (1) 增加過冷度增加過冷度 (2) 變質(zhì)處理變質(zhì)處理 (3) 附加振動附加振動第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center15（四）合金的結(jié)構(gòu)和結(jié)晶（四）合金的結(jié)構(gòu)和結(jié)晶1 合金的相組織合金的相組織 固態(tài)時合金形成固溶體、金屬化合物和機(jī)械混合物三固態(tài)時合金形成固溶體、金屬化合物和機(jī)械混合物三類組織。類組織。(1) 固溶體固溶體 定義：就是固體溶液，是溶質(zhì)原子溶入溶劑中所形成的晶體，并定義：就是固體溶液，是溶質(zhì)原子溶入溶

17、劑中所形成的晶體，并保持溶劑元素的晶體結(jié)構(gòu)。保持溶劑元素的晶體結(jié)構(gòu)。 置換固溶體：溶質(zhì)原子和溶劑原子尺寸相差較小，形成固溶體時置換固溶體：溶質(zhì)原子和溶劑原子尺寸相差較小，形成固溶體時溶質(zhì)原子替換了溶劑晶格中的一部分原子，就形成了置換固溶體。例溶質(zhì)原子替換了溶劑晶格中的一部分原子，就形成了置換固溶體。例如：如：Fe與與Mn、Si 、Al 、Cr 、Ti 、Nb等形成置換固溶體。等形成置換固溶體。 間隙固溶體：溶質(zhì)原子和溶劑原子直徑相差較大，溶質(zhì)原子處于間隙固溶體：溶質(zhì)原子和溶劑原子直徑相差較大，溶質(zhì)原子處于溶劑晶體結(jié)構(gòu)的間隙位置上，則形成間隙固溶體。溶劑晶體結(jié)構(gòu)的間隙位置上，則形成間隙固溶體。

18、例如：例如：Fe 與與 C、N 、O 、H 形成間隙固溶體。形成間隙固溶體。 第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center16 固溶體的性能：與基體金屬相比，強(qiáng)度硬度增加，塑性固溶體的性能：與基體金屬相比，強(qiáng)度硬度增加，塑性韌性降低，電阻、矯頑力增加。韌性降低，電阻、矯頑力增加。 固溶強(qiáng)化：通過溶入某種合金元素形成固溶體而使材料固溶強(qiáng)化：通過溶入某種合金元素形成固溶體而使材料強(qiáng)度增加的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。強(qiáng)化材料的方法之一。強(qiáng)度增加的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。強(qiáng)化材料的方法之一。(2)

19、金屬化合物金屬化合物 定義：合金組元間相互作用所形成的一種晶格類型及性定義：合金組元間相互作用所形成的一種晶格類型及性能均不同于任一組元的合金固相。能均不同于任一組元的合金固相。 對合金性能的影響：金屬化合物具有較高的熔點、較高對合金性能的影響：金屬化合物具有較高的熔點、較高的硬度和較大的脆性，是合金中的強(qiáng)化相。它的出現(xiàn)可提高的硬度和較大的脆性，是合金中的強(qiáng)化相。它的出現(xiàn)可提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但降低塑韌性。如合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但降低塑韌性。如Fe3C第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle

20、 Technical Center17(3) 機(jī)械混合物機(jī)械混合物 是由兩種單相固溶體或固溶體與化合物組成的一種復(fù)相是由兩種單相固溶體或固溶體與化合物組成的一種復(fù)相物，兩相各自保持獨立的晶格結(jié)構(gòu)，不互溶，不化合，作為物，兩相各自保持獨立的晶格結(jié)構(gòu)，不互溶，不化合，作為一種金相組織出現(xiàn)在合金中。一種金相組織出現(xiàn)在合金中。 機(jī)械混合物的性能取決于兩相的相對含量及組成相的大機(jī)械混合物的性能取決于兩相的相對含量及組成相的大小和形狀。小和形狀。 第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Cente

21、r18二、金屬熱處理簡介二、金屬熱處理簡介（一）概述（一）概述 金屬熱處理是將金屬放在一定的金屬熱處理是將金屬放在一定的介質(zhì)介質(zhì)中，以預(yù)定的速度中，以預(yù)定的速度加熱加熱到預(yù)定的溫度，到預(yù)定的溫度，保溫保溫預(yù)定的時間后，以預(yù)定的方式預(yù)定的時間后，以預(yù)定的方式冷卻冷卻到室溫的一種熱加工工藝。到室溫的一種熱加工工藝。（二）熱處理工藝（二）熱處理工藝 GB/T 12603-2005 金屬熱處理工藝分類及代號金屬熱處理工藝分類及代號 普通熱處理：退火、正火、淬火、回火普通熱處理：退火、正火、淬火、回火 表面熱處理：表面淬火（感應(yīng)淬火、火焰淬火）、化學(xué)熱表面熱處理：表面淬火（感應(yīng)淬火、火焰淬火）、化學(xué)熱

22、處理（滲碳、氮化、碳氮共滲）處理（滲碳、氮化、碳氮共滲） 其他熱處理：可控氣氛熱處理、真空熱處理、形變熱處理、其他熱處理：可控氣氛熱處理、真空熱處理、形變熱處理、 激光熱處理激光熱處理第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center19普通熱處理：是對工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，普通熱處理：是對工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵普通熱處理：退火、正火、淬火、回火鋼鐵普通熱處理：退火、正火、淬火

23、、回火 退火：退火：將工件加熱至適當(dāng)溫度保溫，再緩慢冷卻（一般將工件加熱至適當(dāng)溫度保溫，再緩慢冷卻（一般隨爐冷卻），獲得的組織接近平衡組織。隨爐冷卻），獲得的組織接近平衡組織。 目的：調(diào)整硬度，便于切削加工；消除內(nèi)應(yīng)力，減少變目的：調(diào)整硬度，便于切削加工；消除內(nèi)應(yīng)力，減少變形；細(xì)化晶粒，為最終熱處理做準(zhǔn)備。形；細(xì)化晶粒，為最終熱處理做準(zhǔn)備。第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center20第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心

24、Commercial Vehicle Technical Center21第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center22正火：正火：將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻。將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻。 目的：改善切削性能，要求不高零件的最終熱處理。目的：改善切削性能，要求不高零件的最終熱處理。淬火：淬火：將工件加熱到臨界點以上，保溫后快速冷卻，使奧將工件加熱到臨界點以上，保溫后快速冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。 目的：獲得馬氏體

25、組織，提高強(qiáng)度、硬度。目的：獲得馬氏體組織，提高強(qiáng)度、硬度?；鼗穑夯鼗穑簩⒋慊鸬匿摷訜岬綄⒋慊鸬匿摷訜岬紸1以下的溫度，保溫后冷卻的以下的溫度，保溫后冷卻的熱處理工藝。（高溫回火、中溫回火、低溫回火）熱處理工藝。（高溫回火、中溫回火、低溫回火） 目的：降低脆性，減少或消除淬火應(yīng)力，防止變形和開裂，目的：降低脆性，減少或消除淬火應(yīng)力，防止變形和開裂，獲得所需要的力學(xué)性能。獲得所需要的力學(xué)性能。 調(diào)質(zhì)處理：調(diào)質(zhì)處理：淬火和高溫回火結(jié)合，稱為調(diào)質(zhì)處理。獲得良淬火和高溫回火結(jié)合，稱為調(diào)質(zhì)處理。獲得良好的綜合力學(xué)性能。好的綜合力學(xué)性能。第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心

26、上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center23第二節(jié)第二節(jié) 結(jié)構(gòu)材料對力學(xué)性能的要求結(jié)構(gòu)材料對力學(xué)性能的要求材料的性能從技術(shù)角度上講主要分為材料的使用性能和材料的性能從技術(shù)角度上講主要分為材料的使用性能和工藝性能。工藝性能。使用性能使用性能包括包括力學(xué)性能（如強(qiáng)度、韌性、塑性力學(xué)性能（如強(qiáng)度、韌性、塑性等）、化學(xué)性能（如抗氧化性、耐腐蝕性等）、物理性能等）、化學(xué)性能（如抗氧化性、耐腐蝕性等）、物理性能（密度、導(dǎo)電性等）。（密度、導(dǎo)電性等）。工藝性能工藝性能是材料實現(xiàn)其使用性能的可是材料實現(xiàn)其使用性能的可能性和可行性，對金屬材料其包括鑄造性、能

27、性和可行性，對金屬材料其包括鑄造性、成形性成形性、焊接性、焊接性、切削加工性、熱處理工藝性等。切削加工性、熱處理工藝性等。金屬材料按使用性能可分為結(jié)構(gòu)材料（主要利用材料的金屬材料按使用性能可分為結(jié)構(gòu)材料（主要利用材料的力學(xué)性能）和功能材料（主要利用材料的物理和化學(xué)性能）。力學(xué)性能）和功能材料（主要利用材料的物理和化學(xué)性能）。 “力學(xué)性能試驗力學(xué)性能試驗”力學(xué)性能、成形性力學(xué)性能、成形性第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center24一、強(qiáng)度：一、強(qiáng)度：強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)材料，尤其是結(jié)構(gòu)

28、鋼最基本的性能要求。結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)材料，尤其是結(jié)構(gòu)鋼最基本的性能要求。結(jié)構(gòu)鋼一般按屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度來劃分等級。零件用材料的屈服強(qiáng)度作為衡量一般按屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度來劃分等級。零件用材料的屈服強(qiáng)度作為衡量材料承載和安全的主要判據(jù)，并以屈服強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計。通常，材料是材料承載和安全的主要判據(jù)，并以屈服強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計。通常，材料是不允許超過期屈服強(qiáng)度的載荷下工作的。不允許超過期屈服強(qiáng)度的載荷下工作的。二、塑性：二、塑性：鋼一般要求具有一定的延展能力，即塑性，以保證加工的需鋼一般要求具有一定的延展能力，即塑性，以保證加工的需要和結(jié)構(gòu)的安全使用。斷后伸長率和斷面收縮率是材料最重要的塑性指標(biāo)。要和

29、結(jié)構(gòu)的安全使用。斷后伸長率和斷面收縮率是材料最重要的塑性指標(biāo)。三、硬度：三、硬度：硬度是材料表面抵抗另一種物體壓入時所產(chǎn)生的塑性變形抗硬度是材料表面抵抗另一種物體壓入時所產(chǎn)生的塑性變形抗力的大小。常用的有布氏硬度、力的大小。常用的有布氏硬度、洛氏洛氏硬度、維氏硬度。硬度、維氏硬度。四、韌性：四、韌性：為防止結(jié)構(gòu)材料在使用狀態(tài)下脆性斷裂，要求材料在彈性變?yōu)榉乐菇Y(jié)構(gòu)材料在使用狀態(tài)下脆性斷裂，要求材料在彈性變形、塑性變形、和斷裂過程中吸收較大的能量，即韌性。形、塑性變形、和斷裂過程中吸收較大的能量，即韌性。五、成形五、成形性：性：材料的材料的塑性和成形性都是表征其在外力作用下連續(xù)性不塑性和成形性都是

30、表征其在外力作用下連續(xù)性不被破壞，或不導(dǎo)致不可逆的永久變形的能力，它取決于材料本身的性能和被破壞，或不導(dǎo)致不可逆的永久變形的能力，它取決于材料本身的性能和具體的變形條件。評價成形性的試驗有：頂鍛、彎曲、反復(fù)彎曲、杯突，具體的變形條件。評價成形性的試驗有：頂鍛、彎曲、反復(fù)彎曲、杯突，管子的擴(kuò)口、縮口、壓扁、卷邊，線材的扭轉(zhuǎn)；管子的擴(kuò)口、縮口、壓扁、卷邊，線材的扭轉(zhuǎn)；n值、值、r值。值。第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center25 金屬材料是金屬材料是金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)

31、成的具有金屬金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱，包括特性的材料的統(tǒng)稱，包括黑色金屬和有色金屬黑色金屬和有色金屬。 黑色金屬黑色金屬：鋼和鐵鋼和鐵（如碳素鋼、合金鋼、鑄鋼、鑄（如碳素鋼、合金鋼、鑄鋼、鑄鐵以及以鐵為基的粉未冶金件）鐵以及以鐵為基的粉未冶金件） 有色金屬有色金屬：輕有色金屬輕有色金屬（如鋁、鎂及其合金）、（如鋁、鎂及其合金）、重重有色金屬有色金屬（如銅、鎳、鋅、鉛及其合金）（如銅、鎳、鋅、鉛及其合金）、貴金屬（如鉑、貴金屬（如鉑、銠和銠和銀銀）和稀有金屬和稀有金屬等。等。第三節(jié)第三節(jié) 金屬材料的分類金屬材料的分類第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海

32、汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center26一、鑄鐵分類一、鑄鐵分類按化學(xué)成分分：按化學(xué)成分分： 普通鑄鐵普通鑄鐵 合金鑄鐵合金鑄鐵按生產(chǎn)方式和組織性能分：按生產(chǎn)方式和組織性能分： 灰鑄鐵灰鑄鐵 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 特殊性能鑄鐵（耐磨鑄鐵、特殊性能鑄鐵（耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵） 第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center27二、鋼分類二、鋼分類鋼的分類方法很多，按國

33、際慣例，主要有按鋼的分類方法很多，按國際慣例，主要有按化學(xué)成分分類化學(xué)成分分類和和按按主要質(zhì)量等級和主要性能或使用性能分類主要質(zhì)量等級和主要性能或使用性能分類兩種。兩種。按化學(xué)成分鋼分：非合金鋼、低合金鋼和合金鋼。按化學(xué)成分鋼分：非合金鋼、低合金鋼和合金鋼。GB/T 13304.1-2008 鋼分類鋼分類 第第1部分：按化學(xué)成分分類部分：按化學(xué)成分分類（主要內(nèi)容保持與（主要內(nèi)容保持與GB/T 13304-1991中第一部分一致的前提下，修改采用中第一部分一致的前提下，修改采用ISO 4948-1：1982 鋼鋼 分類分類 第第1部分：按化學(xué)成分分為非合金鋼和合金鋼部分：按化學(xué)成分分為非合金鋼和

34、合金鋼 ） GB/T 13304.2-2008 鋼分類鋼分類 第第2部分：按主要質(zhì)量等級和部分：按主要質(zhì)量等級和 主要性能或使用特性的分類主要性能或使用特性的分類 （主要內(nèi)容保持與（主要內(nèi)容保持與GB/T 13304-1991中第二部分一致的前提下，修改采用中第二部分一致的前提下，修改采用ISO 4948-2：1981 鋼鋼 分類分類 第第2部分：非合金鋼和合金鋼按主要質(zhì)量級別和主要性能或使用特性的分類部分：非合金鋼和合金鋼按主要質(zhì)量級別和主要性能或使用特性的分類（原標(biāo)準(zhǔn)：（原標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 13304-1991 鋼分類）鋼分類）第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)

35、中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center28三、三、有色金屬有色金屬分類分類按合金系統(tǒng)分：按合金系統(tǒng)分：輕有色金屬（如鋁、鎂及其合金）、重有色金屬（如銅、鎳、輕有色金屬（如鋁、鎂及其合金）、重有色金屬（如銅、鎳、鋅、鉛鋅、鉛、錫、錫及其合金）及其合金）、貴金屬（如鉑、銠和貴金屬（如鉑、銠和銀銀）和稀有金和稀有金屬屬等。等。按用途分：按用途分：變形合金（壓力加工用合金）、鑄造合金、軸承合金、硬質(zhì)變形合金（壓力加工用合金）、鑄造合金、軸承合金、硬質(zhì)合金、焊料、中間合金等。合金、焊料、中間合金等。第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識

36、上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center29第四節(jié)第四節(jié) 常用金屬材料牌號表示方法常用金屬材料牌號表示方法一、鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法一、鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法（一）基本原則（一）基本原則 鋼鐵產(chǎn)品牌號的表示，一般采用漢字拼音字母、化學(xué)鋼鐵產(chǎn)品牌號的表示，一般采用漢字拼音字母、化學(xué)元素符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法表示。元素符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法表示。 GB/T 221-2008 鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法 GB/T 17616-1998 鋼鐵及合金牌號統(tǒng)一數(shù)字代號體系鋼鐵及合金牌號統(tǒng)一數(shù)字代號體系第一章第

37、一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center30（二）、常用鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法（二）、常用鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法GB/T 699-1999 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T 700-2006 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T 1591-2009 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼GB/T 3077-1999 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼GB/T 1220-2007 不銹鋼棒不銹鋼棒GB/T 1221-2007 耐熱鋼棒耐熱鋼棒GB/T 1222-2007 彈簧鋼彈簧鋼GB/T 9943-20

38、08 高速工具鋼高速工具鋼GB/T 20878-2007 不銹鋼和耐熱鋼牌號和化學(xué)成分不銹鋼和耐熱鋼牌號和化學(xué)成分第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center31n 1 碳素結(jié)構(gòu)鋼和低碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼：n Q235AF、Q345D、Q345R、Q390q、Q420gn 2 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼：45、45E、50Mnn 3 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼和和合金合金彈簧鋼：彈簧鋼：40Cr、35CrMoAn 4 工具鋼：工具鋼：

39、T9、T8Mnn 5 軸承鋼：軸承鋼：GCr15n 6不銹鋼和耐熱鋼：不銹鋼和耐熱鋼：第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center32二、鑄鋼牌號表示方法二、鑄鋼牌號表示方法 GB/T 5613-1995 鑄鋼牌鑄鋼牌號表示方法號表示方法（一）以強(qiáng)度表示（一）以強(qiáng)度表示（二）以化學(xué)成分表示（二）以化學(xué)成分表示GB/T 2100-2002 一般用途耐蝕鋼鑄件一般用途耐蝕鋼鑄件GB/T 5680-1998 高錳鋼鑄件高錳鋼鑄件GB/T 8492-2002 一般用途耐熱鋼和一般用途耐

40、熱鋼和 合金鑄件合金鑄件GB/T 14408-1993 低合金鋼鑄件低合金鋼鑄件第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center33GB/T 11352-2009 一般工程用鑄造碳鋼件一般工程用鑄造碳鋼件第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center34GB/T 11352-2009 一般工程用鑄造碳鋼件一般工程用鑄造碳鋼件第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知

41、識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center35三、鑄鐵牌號表示方法三、鑄鐵牌號表示方法GB/T 5612-2008 鑄鐵牌號鑄鐵牌號 表示方法表示方法 GB/T 9437-1988 耐熱鑄鐵耐熱鑄鐵GB/T 9439-1988 灰鑄鐵件灰鑄鐵件GB/T 9440-1988 可鍛鑄鐵件可鍛鑄鐵件GB/T 1348-1988 球墨鑄鐵件球墨鑄鐵件(GB/T 1348-2009 球墨鑄鐵件球墨鑄鐵件)GB/T 8263-1999 抗磨白口鑄鐵件抗磨白口鑄鐵件第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technical Center36GB/T 1348-1988 球墨鑄鐵件球墨鑄鐵件第一章第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識上海汽車商用車技術(shù)中心上海汽車商用車技術(shù)中心 Commercial Vehicle Technica