金屬材料與熱處理最新版本課件

金屬材料與熱處理金屬材料與熱處理人類認(rèn)識和使用材料的各個階段石器時代青銅器時代鐵器時代鋼鐵時代人工合成材料時代

緒論人類認(rèn)識和使用材料的各個階段緒論石器時代舊石器新石器

距今6000至4000年左右，分為舊石器時代和新石器時代。舊石器時代，人類只會采用敲打而成的石頭作為簡單的工具；新石器時代，人類已學(xué)會通過磨制的方法將石頭制成工具，后期還學(xué)會用泥土來制作陶器石器時代舊石器新石器青銅器時代商代四羊方尊

青銅時代約從公元前4000年至公元初年，希臘、埃及始于公元前3000年以前，中國始于公元前1800年。青銅器時代標(biāo)志著人類開始學(xué)會冶煉和使用金屬材料青銅器時代商代四羊方尊青銅時代約從公元前4000年至公元鐵器時代世界上最早鍛造出鐵器的是赫梯王國（今土耳其境內(nèi)），距今約3400年。由于鐵器比青銅器的硬度高4倍，所以極大地促進(jìn)了社會生產(chǎn)力的發(fā)展戰(zhàn)國鐵鋤鐵器時代世界上最早鍛造出鐵器的是赫梯王國（今土耳其境內(nèi)），鋼鐵時代現(xiàn)代工業(yè)煉鋼18世紀(jì)的工業(yè)革命使人類使用材料的歷史產(chǎn)生了重大突破，人類掌握了煉鋼的方法。鋼鐵時代的到來和蒸汽機(jī)的發(fā)明，使人類的生產(chǎn)力有了空前的發(fā)展，人們不再簡單的使用工具，而開始使用真正意義的機(jī)器，這標(biāo)志著工業(yè)時代的來臨鋼鐵時代現(xiàn)代工業(yè)煉鋼18世紀(jì)的工業(yè)革命使人類使用材料的歷史人工合成材料時代20世紀(jì)初酚醛樹脂的合成標(biāo)志著人類進(jìn)入到了人工合成材料時代。目前，傳統(tǒng)合成材料已有幾十萬種，而新材料的數(shù)量正在以每年約5％的速度增長；世界上現(xiàn)有800多萬種人工合成的化合物，而且還以每年25萬種的速度增長，其中相當(dāng)一部分將成為工業(yè)化生產(chǎn)的新材料，為人類社會和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展服務(wù)人工合成材料時代20世紀(jì)初酚醛樹脂的合成標(biāo)志著人類進(jìn)入到了

金屬——由單一元素構(gòu)成的具有特殊的光澤、延展性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性的物質(zhì)，如金、銀、銅、鐵、錳、鋅、鋁等。合金——由一種金屬元素與其他金屬元素或非金屬元素通過熔煉或其他方法合成的具有金屬特性的材料。金屬材料——金屬及其合金的總稱，即指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的，并具有金屬特性的物質(zhì)。金屬——由單一元素構(gòu)成的具有特殊的光澤、延展性、導(dǎo)電課程主要內(nèi)容：1．金屬材料的基本知識2．金屬的性能3．金屬學(xué)基礎(chǔ)知識4．金屬材料及其應(yīng)用5．熱處理的基本知識課程主要內(nèi)容：1．金屬材料的基本知識1．金屬材料的基本知識

主要介紹金屬的晶體結(jié)構(gòu)及變形的相關(guān)知識。1．金屬材料的基本知識主要介紹金屬的晶體結(jié)構(gòu)及變形2．金屬的性能主要介紹金屬的力學(xué)性能和工藝性能。2．金屬的性能主要介紹金屬的力學(xué)性能和工藝性能。3．金屬學(xué)基礎(chǔ)知識

主要介紹鐵碳合金的組織及鐵碳合金相圖。3．金屬學(xué)基礎(chǔ)知識主要介紹鐵碳合金的組織及鐵4．金屬材料及其應(yīng)用

主要介紹碳素鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬及硬質(zhì)合金等金屬材料的常用牌號、成分、組織、性能及用途，并介紹了國外常用金屬材料的牌號和新型工程材料的相關(guān)知識。4．金屬材料及其應(yīng)用主要介紹碳素鋼、合金鋼、鑄鐵5．熱處理的基本知識

主要介紹熱處理的原理（鋼在加熱、保溫、冷卻時的組織轉(zhuǎn)變）、熱處理的工藝（退火、正火、淬火、回火、表面熱處理等）及常用材料的典型熱處理工藝。5．熱處理的基本知識主要介紹熱處理的原理（鋼在第一章金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶§1－1金屬的晶體結(jié)構(gòu)§1－2純金屬的結(jié)晶§1－3觀察結(jié)晶過程（實驗）第一章金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶§1－1金屬的晶體結(jié)構(gòu)§1－1金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體二、金屬的晶格類型三、單晶體與多晶體四、晶體的缺陷§1－1金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體一、晶體與非晶體非晶體氣態(tài)液態(tài)固態(tài)晶體物質(zhì)存在狀態(tài)結(jié)構(gòu)特點一、晶體與非晶體非晶體氣態(tài)液態(tài)固態(tài)晶體物質(zhì)存在狀態(tài)結(jié)構(gòu)特點晶體和非晶體的對比項目晶體非晶體定義原子呈有序、有規(guī)則排列的物質(zhì)原子呈無序、無規(guī)則堆積的物質(zhì)性能特點具有規(guī)則的幾何形狀有一定的熔點，性能呈各向異性沒有規(guī)則的幾何形狀有固定的熔點，性能呈各向同性典型物質(zhì)石英、云母、明礬、食鹽、硫酸銅、糖、味精玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠晶體和非晶體的對比項目晶體非晶體定義原子呈有序、有規(guī)則排列的二、金屬的晶格類型

晶格類型——金屬中原子排列的規(guī)律。

晶格——為了清楚地表示晶體中原子排列的規(guī)律，將原子簡化為一個質(zhì)點，再用假想的線將它們連接起來，形成一個能反映原子排列規(guī)律的空間格架。

晶胞——晶格中能夠完整地反映晶體晶格特征的最小幾何單元。晶格與晶胞二、金屬的晶格類型晶格類型——金屬中原子排列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三、單晶體與多晶體

晶?！M成金屬的小晶體。

晶界——由晶粒間不規(guī)則排列的原子構(gòu)成。單晶體和多晶體三、單晶體與多晶體晶?！M成金屬的小晶體。單晶體四、晶體的缺陷

晶體缺陷——由于各種原因，實際晶體中原子的規(guī)律排列受到干擾和破壞，使晶體中的某些原子偏離正常位置，造成原子排列的不完全性。常見的晶體缺陷四、晶體的缺陷晶體缺陷——由于各種原因，實際§1－2純金屬的結(jié)晶*一、純金屬的結(jié)晶過程二、晶粒大小對金屬材料的影響三、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變§1－2純金屬的結(jié)晶*一、純金屬的結(jié)晶過程

結(jié)晶——金屬從高溫液體狀態(tài)冷卻凝固為原子有序排列的固體狀態(tài)的過程。

結(jié)晶潛熱——結(jié)晶的過程中放出的熱量。結(jié)晶——金屬從高溫液體狀態(tài)冷卻凝固為原子有序排列的固體一、純金屬的結(jié)晶過程

過冷度——理論結(jié)晶溫度和實際結(jié)晶溫度（T1）之間存在的溫度差（△T=T0－

T1）。金屬結(jié)晶時，冷卻越快，其實際結(jié)晶的溫度就越低，過冷度△T也就越大。結(jié)晶冷卻曲線一、純金屬的結(jié)晶過程過冷度——理論結(jié)晶溫度和金屬的結(jié)晶過程金屬的結(jié)晶過程二、晶粒大小對金屬材料的影響

晶粒愈細(xì)，強(qiáng)度、硬度愈高，塑性、韌性也愈好。

形核率——單位時間、單位體積所形成的晶核數(shù)，用字母N表示。二、晶粒大小對金屬材料的影響晶粒愈細(xì)，強(qiáng)度、細(xì)化晶粒的方法：（1）增加過冷度（2）變質(zhì)處理（3）振動處理細(xì)化晶粒的方法：（1）增加過冷度三、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變——在固態(tài)下，金屬隨溫度的改變由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象。純鐵的冷卻曲線三、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變——在固態(tài)19世紀(jì)末，著名物理家居里在實驗室里發(fā)現(xiàn)磁石的一個物理特性，就是當(dāng)磁石加熱到一定溫度時，原來的磁性就會消失。后來，人們把這個溫度叫

“居里點”。居里點也稱居里溫度或磁性轉(zhuǎn)變點19世紀(jì)末，著名物理家居里在實驗室里發(fā)現(xiàn)磁石純鐵同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變示意圖純鐵同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變示意圖§1－3觀察結(jié)晶過程（實驗）一、實驗?zāi)康?．通過觀察透明鹽類的結(jié)晶過程及組織特征，理解金屬的結(jié)晶理論。2．通過觀察鑄錠表面，建立金屬晶體以樹枝狀形態(tài)成長的直觀認(rèn)識。§1－3觀察結(jié)晶過程（實驗）一、實驗?zāi)康挠捎谝簯B(tài)金屬的結(jié)晶過程難以直接觀察，而鹽類也是晶體物質(zhì)，其溶液的結(jié)晶過程和金屬很相似，區(qū)別僅在于鹽類是在室溫下依靠溶劑蒸發(fā)使溶液過飽和而結(jié)晶，金屬則主要依靠過冷，故完全可通過觀察透明鹽類溶液的結(jié)晶過程來了解金屬的結(jié)晶過程。二、實驗原理由于液態(tài)金屬的結(jié)晶過程難以直接觀察，而鹽類也是晶體物質(zhì)三、實驗器材1.生物顯微鏡和放大鏡。2.接近飽和的氯化銨或硝酸鉛水溶液（由實驗室預(yù)先制好）。3.干凈玻璃片和吸管。4.酒精燈或電吹風(fēng)。5.有枝晶的金屬鑄件實物。三、實驗器材1.生物顯微鏡和放大鏡。第二章金屬材料的性能§2－1金屬材料的損壞與塑性變形§2－2金屬的力學(xué)性能§2－3金屬的工藝性能§2－4力學(xué)性能實驗第二章金屬材料的性能§2－1金屬材料的損壞與塑性§2－1金屬材料的損壞與塑性變形一、與變形相關(guān)的幾個概念二、金屬的變形三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化§2－1金屬材料的損壞與塑性變形一、與變形相關(guān)的幾個概念一、與變形相關(guān)的幾個概念

（1）靜載荷———大小不變或變化過程緩慢的載荷。

（2）沖擊載荷——在短時間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷。

（3）交變載荷——大小、方向或大小和方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷。1．載荷

載荷——金屬材料在加工及使用過程中所受的外力。根據(jù)載荷作用性質(zhì)的不同分：載荷的作用形式一、與變形相關(guān)的幾個概念（1）靜載荷———大小不

內(nèi)力——工件或材料在受到外部載荷作用時，為保持其不變形，在材料內(nèi)部產(chǎn)生的一種與外力相對抗的力，稱為。2．內(nèi)力

應(yīng)力——假設(shè)作用在零件橫截面上的內(nèi)力大小均勻分布，單位橫截面積上的內(nèi)力。3．應(yīng)力R：應(yīng)力，Pa；F：外力，N；S：橫截面面積，m2。內(nèi)力——工件或材料在受到外部載荷作用時，為保二、金屬的變形彈性變形彈－塑性變形斷裂滑移與位錯金屬變形實驗二、金屬的變形彈性變形彈－塑性變形斷裂滑移與位錯金屬變形實驗金屬塑性變形的影響因素：1．晶粒位向的影響2．晶界的作用3．晶粒大小的影響

金屬塑性變形的影響因素：1．晶粒位向的影響三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化

形變強(qiáng)化（加工硬化）——冷塑性變形除了使晶粒的外形發(fā)生變化外，還會使晶粒內(nèi)部的位錯密度增加，晶格畸變加劇，從而使金屬隨著變形量的增加，使其強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性下降。三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化形變強(qiáng)化（塑性變形后的金屬組織

金屬的塑性變形，在外形變化的同時，晶粒的形狀也會發(fā)生變化。通常晶粒會沿變形方向壓扁或拉長。塑性變形后的金屬組織金屬的塑性變形，在外形變§2－2金屬的力學(xué)性能一、強(qiáng)度二、塑性三、硬度四、沖擊韌性*五、疲勞強(qiáng)度

任何機(jī)械零件或工具，在使用過程中，往往要受到各種形式外力的作用，這就要求金屬材料必須具有一種承受機(jī)械載荷而不超過許可變形或不破壞的能力，這種能力就是材料的力學(xué)性能?！?－2金屬的力學(xué)性能一、強(qiáng)度任何機(jī)械零一、強(qiáng)度

強(qiáng)度——金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。其大小用應(yīng)力表示。

抗拉強(qiáng)度——拉伸實驗測定抗壓強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗扭強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度

一、強(qiáng)度強(qiáng)度——金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變1．拉伸試樣

d——試樣直徑

Lo——標(biāo)距長度低碳鋼拉伸實驗1．拉伸試樣d——試樣直徑低碳鋼拉伸實驗2．力－伸長曲線

彈性變形階段屈服階段強(qiáng)化階段縮頸階段力－拉伸曲線2．力－伸長曲線彈性變形階段力－拉伸曲線3．強(qiáng)度指標(biāo)

（1）屈服強(qiáng)度——當(dāng)金屬材料出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在實驗期間發(fā)生塑性變形而力不增加的應(yīng)力點。屈服強(qiáng)度分為上屈服強(qiáng)度ReH和下屈服強(qiáng)度ReL。ReL——試樣的下屈服強(qiáng)度，N/mm2；FeL——試樣屈服時的最小載荷，N；So——試樣原始橫截面面積，mm2。

規(guī)定產(chǎn)生0.2殘余伸長時的應(yīng)力為條件屈服強(qiáng)度Rp0.2，替代ReL，稱為條件（名義）屈服強(qiáng)度。3．強(qiáng)度指標(biāo)（1）屈服強(qiáng)度——當(dāng)金屬材料出2．抗拉強(qiáng)度Rm

抗拉強(qiáng)度——材料在斷裂前所能承受的最大的應(yīng)力。Rm——抗拉強(qiáng)度，MPa；

Fm——試樣在屈服階段后所能抵抗的最大力（無明顯屈服的材料，為試驗期間的最大力），N；

So——試樣原始橫截面面積，mm2

。2．抗拉強(qiáng)度Rm抗拉強(qiáng)度——材料在斷裂前所能承受的最大的應(yīng)二、塑性塑性——材料受力后在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。1．?dāng)嗪笊扉L率A

試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長量與原始標(biāo)距之比的百分率。2．?dāng)嗝媸湛s率Z

試樣拉斷后，縮頸處面積變化量與原始橫截面面積比值的百分率。二、塑性塑性——材料受力后在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。1．

【例】有一直徑d=10mm，Lo=100mm的低碳鋼試樣，拉身實驗時測得FeL=21kN，F(xiàn)m=29kN，du=5.65mm，Lu=138mm。求此試樣的ReL、Rm、A11.3、Z。解題過程【例】有一直徑d=10mm，Lo=100mm的三、硬度

硬度——材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度是通過在專用的硬度試驗機(jī)上實驗測得的。布氏硬度試驗機(jī)洛氏硬度試驗機(jī)維氏硬度試驗機(jī)三、硬度硬度——材料抵抗局部變形，特別是塑性1．布氏硬度

布氏硬度值——用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力來表示，單位為MPa，但一般均不標(biāo)出，用符號HBW表示：布氏硬度原理1．布氏硬度布氏硬度值——用球面壓痕單位面表示方法：

布氏硬度用硬度值、硬度符號、壓頭直徑、實驗力及實驗力保持時間表示。當(dāng)保持時間為10～15s時可不標(biāo)。例：170HBW10/1000/30：直徑10mm的壓頭，在9807N（1000kg）的試驗力作用下，保持30s時測得的布氏硬度值為170。600HBW1/30/20：直徑為1mm壓頭，在294.2N（30kg）的實驗力作用下，保持20s時測得的布氏硬度值為600。表示方法：布氏硬度用硬度值、硬度符號、壓頭直應(yīng)用范圍：

主要用于測定鑄鐵、有色金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)處理后的各種軟鋼等硬度較低的材料。應(yīng)用范圍：主要用于測定鑄鐵、有色金屬及退火、2．洛氏硬度

洛氏硬度計表盤

洛氏硬度試驗原理洛氏硬度原理HR=100—2．洛氏硬度洛氏硬度計表盤洛氏硬度試驗原理洛氏硬度原表示方法：

符號HR前面的數(shù)字表示硬度值。HR后面的字母表示不同的洛氏硬度標(biāo)尺。

例：45HRC表示用C標(biāo)尺測定的洛氏硬度值為45。常用的三種洛氏硬度標(biāo)尺的試驗條件和適用范圍

硬度標(biāo)尺壓頭類型總測試力(N)硬度值有效范圍應(yīng)用舉例HRC120°金剛石圓錐體1471.020～67HRC一般淬火鋼HRBφ1.5875mm

硬質(zhì)合金球980.725～100HRB軟鋼、退火鋼、銅合金等HRA120°金剛石圓錐體588.460～85HRA硬質(zhì)合金、表面淬火鋼等表示方法：符號HR前面的數(shù)字表示硬度值。H四、沖擊韌性

沖擊韌性——金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。材料的沖擊韌性用夏比擺錘沖擊彎曲試驗來測定。四、沖擊韌性沖擊韌性——金屬材料抵抗沖擊載荷沖擊試樣

用試樣所吸收的能量K的大小來作為衡量材料韌性好壞的指標(biāo)，稱為沖擊吸收能量。用U形和V形缺口試樣測得的沖擊吸收能量分別用KU和KV表示。

沖擊實驗沖擊試樣用試樣所吸收的能量K的大小來作為衡量材料韌*五、疲勞強(qiáng)度

由于所承受的載荷為交變載荷，零件承受的應(yīng)力雖低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過長時間的工作后，仍會產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂。金屬這樣的斷裂現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。金屬材料抵抗交變載荷作用而不產(chǎn)生破壞的能力稱為疲勞強(qiáng)度。疲勞極限用符號R－1表示。*五、疲勞強(qiáng)度由于所承受的載荷為交變載荷，零§2－3金屬的工藝性能金屬材料的一般加工過程

金屬材料的工藝性能——金屬材料對不同加工工藝方法的適應(yīng)能力。它包括鑄造性能、鍛造性能、切削加工性能和焊接性能、熱處理性能等。冶煉→鑄造鑄件鑄錠熱鍛熱軋→焊接機(jī)加工冷軋、冷拔、冷沖板料、棒材、型材、管材機(jī)加工機(jī)加工零件§2－3金屬的工藝性能金屬材料的一般加工過程一、鑄造性能二、鍛壓性能三、焊接性能四、切削加工性能五、熱處理性能一、鑄造性能一、鑄造性能

鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力，主要取決于金屬的流動性、收縮性和偏析傾向等。一、鑄造性能鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部

1．流動性熔融金屬的流動能力。

2．收縮性鑄造合金由液態(tài)凝固和冷卻至室溫的過程中，體積和尺寸減小的現(xiàn)象。

3．偏析傾向金屬凝固后，內(nèi)部化學(xué)成分和組織不均勻現(xiàn)象。1．流動性二、鍛壓性能

用鍛壓成形方法得優(yōu)良鍛件的難易程度。常用塑性和變形抗力兩個指標(biāo)來綜合衡量。二、鍛壓性能用鍛壓成形方法得優(yōu)良鍛件的難易程三、焊接性能

金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，也就是在一定焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。對碳鋼和低合金鋼而言，焊接性能主要與其化學(xué)成分有關(guān)（其中碳的影響最大）。三、焊接性能金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，也就四、切削加工性能

切削加工性能——切削金屬材料的難易程度。一般用工件切削時的切削速度、切削抗力的大小、斷屑能力、刀具的耐用度以及加工后的表面粗糙度來衡量。

表面加工硬化——切削塑性金屬材料時，工件在加工表面層的硬度明顯提高而塑性下降的現(xiàn)象。四、切削加工性能切削加工性能——切削金屬材料五、熱處理性能

淬透性淬硬性過熱敏感性變形開裂傾向回火脆性傾向氧化脫碳傾向五、熱處理性能淬透性§2－4力學(xué)性能實驗實驗1拉伸實驗實驗2硬度測試液壓式萬能試驗機(jī)拉伸實驗布氏硬度測試步驟洛氏硬度測試步驟§2－4力學(xué)性能實驗實驗1拉伸實驗液壓式萬能試驗第三章鐵碳合金§3－1合金及其組織§3－2鐵碳合金的基本組織與性能§3－3鐵碳合金相圖§3－4碳素鋼§3－5觀察鐵碳合金的平衡組織（實驗）第三章鐵碳合金§3－1合金及其組織黑色金屬——以鐵及以鐵碳為主的合金（鋼鐵）。有色金屬——其他金屬及其合金。黑色金屬——以鐵及以鐵碳為主的合金（鋼鐵）。§3－1合金及其組織一、合金的基本概念二、合金的組織§3－1合金及其組織一、合金的基本概念一、合金的基本概念

合金——以一種金屬為基礎(chǔ)，加入其他金屬或非金屬，經(jīng)過熔合而獲得的具有金屬特性的材料。即合金是由兩種或兩種以上的元素所組成的金屬材料。

組元——組成合金最簡單的、最基本的、能夠獨立存在的元物質(zhì)，簡稱元。

相——合金中成分、結(jié)構(gòu)及性能相同的組成部分。

組織——合金中不同相之間相互組合配置的狀態(tài)。換言之，數(shù)量、大小和分布方式不同的相構(gòu)成了合金不同的組織。一、合金的基本概念合金——以一種金屬為基礎(chǔ)，二、合金的組織1．固溶體間隙固溶體置換固溶體2．金屬化合物3．混合物單相組織多相組織二、合金的組織1．固溶體單相組織多相組織1．固溶體

一種組元的原子溶入另一組元的晶格中所形成的均勻固相。

間隙固溶體——溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格中而形成的固溶體。

置換固溶體——溶質(zhì)原子置換了溶劑晶格結(jié)點上某些原子而形成的固溶體。1．固溶體一種組元的原子溶入另一組元的晶格中間隙固溶體置換固溶體間隙固溶體置換固溶體2．金屬化合物

在合金中，當(dāng)溶質(zhì)含量超過固溶體的溶解度時，除可形成固溶體外，還將出現(xiàn)新的相，其晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元，而是組元之間相互作用形成一種具有金屬特性的物質(zhì)。

兩種或兩種以上的相按一定的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成的物質(zhì)。3．混合物2．金屬化合物在合金中，當(dāng)溶質(zhì)含量超過固溶體

固溶強(qiáng)化——無論是間隙固溶體還是置換固溶體，在其形成過程中，都會使溶劑晶格發(fā)生畸變，從而使合金對變形的抗力增加。也即通過溶入溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬材料強(qiáng)度、硬度提高的現(xiàn)象。間隙固溶體置換固溶體固溶強(qiáng)化——無論是間隙固溶體還是置換固溶體，§3－2鐵碳合金的基本組織與性能一、鐵素體（F）二、奧氏體（A）三、滲碳體（Fe3C或Cm）四、珠光體（P）五、萊氏體（Ld）§3－2鐵碳合金的基本組織與性能一、鐵素體（F）一、鐵素體（F）

碳溶解在α—Fe中形成的間隙固溶體，用符號F表示。鐵素體的晶胞示意圖鐵素體的顯微組織一、鐵素體（F）碳溶解在α—Fe中形成的間隙二、奧氏體（A）

碳溶于γ—Fe中形成的間隙固溶體，用符號A表示。奧氏體的晶胞示意圖奧氏體的顯微組織二、奧氏體（A）碳溶于γ—Fe中形成的間隙固三、滲碳體（Fe3C或Cm）

滲碳體是含碳量為6.69％的鐵與碳的金屬化合物，其化學(xué)式為Fe3C。滲碳體的晶胞示意圖三、滲碳體（Fe3C或Cm）滲碳體是含碳量為四、珠光體（P）

珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，用符號P表示。光學(xué)顯微鏡觀察組織電子顯微鏡觀察組織四、珠光體（P）珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，用符五、萊氏體（Ld）萊氏體是奧氏體和滲碳體的混合物，用符號Ld表示。低溫萊氏體的顯微組織

低溫萊氏體——室溫下的萊氏體，由珠光體和滲碳體組成，用符號Ld表示。五、萊氏體（Ld）萊氏體是奧氏體和滲碳體的混合物，用符號Ld§3－3鐵碳合金相圖一、鐵碳合金相圖的組成二、Fe－Fe3C相圖中特性點、線的含義及各區(qū)域內(nèi)的組織三、鐵碳合金的分類四、典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析五、鐵碳合金的成分、組織與性能的關(guān)系六、Fe－Fe3C相圖的應(yīng)用§3－3鐵碳合金相圖一、鐵碳合金相圖的組成一、鐵碳合金相圖的組成

鐵碳合金相圖——表示在緩慢冷卻（或緩慢加熱）的條件下，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形。Fe－C相圖的組成

在鐵碳合金中，鐵和碳可以形成一系列的化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等。一、鐵碳合金相圖的組成鐵碳合金相圖——表示在簡化后的Fe－Fe3C相圖簡化后的Fe－Fe3C相圖二、Fe－Fe3C相圖中特性點、線的含義及各區(qū)域內(nèi)的組織1．主要特性點2．主要特性線主要特性點主要特性線二、Fe－Fe3C相圖中特性點、線的含義及各區(qū)域內(nèi)的組織1．三、鐵碳合金的分類

純鐵——含碳量小于0.0218%的鐵碳合金。

鋼——含碳量大于0.0218%而小于2.11%的鐵碳合金。

鑄鐵——含碳量大于2.11%的鐵碳合金。三、鐵碳合金的分類純鐵——含碳量小于0.02四、典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析四、典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析1．共析鋼共析鋼在室溫時的組織是珠光體，合金的組織按下列順序變化：1．共析鋼共析鋼在室溫時的組織是珠光體，合金的組織按2．亞共析鋼亞共析鋼的室溫組織由珠光體和鐵素體組成合金的組織按下列順序變化：2．亞共析鋼3．過共析鋼室溫下為珠光體和網(wǎng)狀二次滲碳體組織。鋼中含碳量越多，二次滲碳體也越多。

3．過共析鋼4．白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵4．白口鑄鐵隨含碳量的不同，其組織順序：F→F+P→P→P+Fe3C→P+Fe3C+→→+Fe3CⅠ

含碳量越高，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性、韌性越低，這在鋼經(jīng)過熱處理后表現(xiàn)尤為明顯。五、鐵碳合金的成份、組織與性能的關(guān)系隨含碳量的不同，其組織順序：F→F+P→P→P+Fe3六、Fe－Fe3C相圖的應(yīng)用1．作為選材的依據(jù)2．在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用3．在鍛造工藝上的應(yīng)用4．在熱處理工藝上的應(yīng)用六、Fe－Fe3C相圖的應(yīng)用1．作為選材的依據(jù)§3－4碳素鋼一、鋼中常存元素及其對性能的影響二、碳素鋼的分類三、碳素鋼牌號及用途

碳素鋼——簡稱碳鋼，是最基本的鐵碳合金。它是指在冶煉時沒有特意加入合金元素，且含碳量大于0.0218%而小于2.11%的鐵碳合金?！?－4碳素鋼一、鋼中常存元素及其對性能的影響一、鋼中常存元素及其對性能的影響

錳——有益元素，有很好的脫氧能力，還可與硫形成MnS，從而消除了硫的有害作用。

硅——有益元素，脫氧能力比錳強(qiáng)，還能提高鋼的強(qiáng)度及質(zhì)量，硅作為雜質(zhì)一般應(yīng)不超過0.4%。

硫——有害元素，常以FeS形式存在，易使鋼材變脆（熱脆性）。

磷——有害元素，它使鋼在低溫時變脆（冷脆性）。

氫——有害元素，能造成氫脆、白點等缺陷。一、鋼中常存元素及其對性能的影響錳——有益元二、碳素鋼的分類1．按鋼的含碳量分低碳鋼：C≤0.25％中碳鋼：0.25％<C<0.60％高碳鋼：C≥0.60％2．按鋼的質(zhì)量分普通鋼：S≤0.050％，P≤0.045％優(yōu)質(zhì)鋼：S≤0.035％，P≤0.035％高級優(yōu)質(zhì)鋼：S≤0.025％，P≤0.025％二、碳素鋼的分類1．按鋼的含碳量分2．按鋼的質(zhì)量分3．按鋼的用途分

結(jié)構(gòu)鋼：含碳量一般均小于0.70%

工具鋼：含碳量一般均大于0.70%4．按冶煉時脫氧程度的不同分

沸騰鋼：脫氧程度不完全的鋼

鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度完全的鋼

特殊鎮(zhèn)靜鋼：比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度更充分徹底的鋼3．按鋼的用途分4．按冶煉時脫氧程度的不同分三、碳素鋼牌號及用途化學(xué)元素符號＋漢語拼音字母＋阿拉伯?dāng)?shù)字1．（普通）碳素結(jié)構(gòu)鋼2．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼3．碳素工具鋼4．鑄造碳鋼三、碳素鋼牌號及用途化學(xué)元素符號＋漢語拼音字母＋阿拉伯?dāng)?shù)字11．（普通）碳素結(jié)構(gòu)鋼1）前綴符號：Q（鋼屈服強(qiáng)度“屈”，漢語拼音字首）+屈服強(qiáng)度值（單位MPa）。2）質(zhì)量等級符號：A、B、C、D級，從A到D依次提高。3）（必要時）脫氧方法符號：F－沸騰鋼、Z－鎮(zhèn)靜鋼、TZ－特殊鎮(zhèn)靜鋼，Z與TZ符號在鋼號組成表示方法中予以省略。4）（必要時）在牌號尾加產(chǎn)品用途、特性和工藝方法表示符號。如壓力容器用鋼—R、鍋爐用鋼—G、橋梁用鋼——Q

等。1．（普通）碳素結(jié)構(gòu)鋼1）前綴符號：Q（鋼屈服強(qiáng)度“屈”，漢2．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

牌號用兩位數(shù)字表示，這兩位數(shù)字表示該鋼的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。45表示平均含碳量為0.45％的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

08表示平均含碳量為0.08％的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼若為高級優(yōu)質(zhì)鋼、特級優(yōu)質(zhì)鋼時，分別在牌號尾加A、E表示2．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號用兩位數(shù)字表示，這兩位3．碳素工具鋼

牌號以漢字“碳”的漢語拼音字母字頭“T”及后面的阿拉伯?dāng)?shù)字表示，其數(shù)字表示鋼中平均含碳量的千分?jǐn)?shù)。

例如：T8表示平均含碳量為0.80％的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在牌號后面標(biāo)以字母A。3．碳素工具鋼牌號以漢字“碳”的漢語拼音字母4．鑄造碳鋼

牌號由“鑄鋼”兩漢字的漢語拼音字母字頭“ZG”后面加兩組數(shù)字組成：第一組數(shù)字代表屈服強(qiáng)度，第二組數(shù)字代表抗拉強(qiáng)度值。

例如：ZG270—500表示屈服強(qiáng)度不小于270MPa，抗拉強(qiáng)度不小于500MPa的鑄造碳鋼。4．鑄造碳鋼牌號由“鑄鋼”兩漢字的漢語拼音字§3－5觀察鐵碳合金的平衡組織（實驗）金相顯微鏡照明系統(tǒng)金相顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)觀察鐵碳合金的平衡組織§3－5觀察鐵碳合金的平衡組織（實驗）金相顯微鏡照明系統(tǒng)

金屬材料與熱處理金屬材料與熱處理人類認(rèn)識和使用材料的各個階段石器時代青銅器時代鐵器時代鋼鐵時代人工合成材料時代

緒論人類認(rèn)識和使用材料的各個階段緒論石器時代舊石器新石器

距今6000至4000年左右，分為舊石器時代和新石器時代。舊石器時代，人類只會采用敲打而成的石頭作為簡單的工具；新石器時代，人類已學(xué)會通過磨制的方法將石頭制成工具，后期還學(xué)會用泥土來制作陶器石器時代舊石器新石器青銅器時代商代四羊方尊

青銅時代約從公元前4000年至公元初年，希臘、埃及始于公元前3000年以前，中國始于公元前1800年。青銅器時代標(biāo)志著人類開始學(xué)會冶煉和使用金屬材料青銅器時代商代四羊方尊青銅時代約從公元前4000年至公元鐵器時代世界上最早鍛造出鐵器的是赫梯王國（今土耳其境內(nèi)），距今約3400年。由于鐵器比青銅器的硬度高4倍，所以極大地促進(jìn)了社會生產(chǎn)力的發(fā)展戰(zhàn)國鐵鋤鐵器時代世界上最早鍛造出鐵器的是赫梯王國（今土耳其境內(nèi)），鋼鐵時代現(xiàn)代工業(yè)煉鋼18世紀(jì)的工業(yè)革命使人類使用材料的歷史產(chǎn)生了重大突破，人類掌握了煉鋼的方法。鋼鐵時代的到來和蒸汽機(jī)的發(fā)明，使人類的生產(chǎn)力有了空前的發(fā)展，人們不再簡單的使用工具，而開始使用真正意義的機(jī)器，這標(biāo)志著工業(yè)時代的來臨鋼鐵時代現(xiàn)代工業(yè)煉鋼18世紀(jì)的工業(yè)革命使人類使用材料的歷史人工合成材料時代20世紀(jì)初酚醛樹脂的合成標(biāo)志著人類進(jìn)入到了人工合成材料時代。目前，傳統(tǒng)合成材料已有幾十萬種，而新材料的數(shù)量正在以每年約5％的速度增長；世界上現(xiàn)有800多萬種人工合成的化合物，而且還以每年25萬種的速度增長，其中相當(dāng)一部分將成為工業(yè)化生產(chǎn)的新材料，為人類社會和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展服務(wù)人工合成材料時代20世紀(jì)初酚醛樹脂的合成標(biāo)志著人類進(jìn)入到了

金屬——由單一元素構(gòu)成的具有特殊的光澤、延展性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性的物質(zhì)，如金、銀、銅、鐵、錳、鋅、鋁等。合金——由一種金屬元素與其他金屬元素或非金屬元素通過熔煉或其他方法合成的具有金屬特性的材料。金屬材料——金屬及其合金的總稱，即指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的，并具有金屬特性的物質(zhì)。金屬——由單一元素構(gòu)成的具有特殊的光澤、延展性、導(dǎo)電課程主要內(nèi)容：1．金屬材料的基本知識2．金屬的性能3．金屬學(xué)基礎(chǔ)知識4．金屬材料及其應(yīng)用5．熱處理的基本知識課程主要內(nèi)容：1．金屬材料的基本知識1．金屬材料的基本知識

主要介紹金屬的晶體結(jié)構(gòu)及變形的相關(guān)知識。1．金屬材料的基本知識主要介紹金屬的晶體結(jié)構(gòu)及變形2．金屬的性能主要介紹金屬的力學(xué)性能和工藝性能。2．金屬的性能主要介紹金屬的力學(xué)性能和工藝性能。3．金屬學(xué)基礎(chǔ)知識

主要介紹鐵碳合金的組織及鐵碳合金相圖。3．金屬學(xué)基礎(chǔ)知識主要介紹鐵碳合金的組織及鐵4．金屬材料及其應(yīng)用

主要介紹碳素鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬及硬質(zhì)合金等金屬材料的常用牌號、成分、組織、性能及用途，并介紹了國外常用金屬材料的牌號和新型工程材料的相關(guān)知識。4．金屬材料及其應(yīng)用主要介紹碳素鋼、合金鋼、鑄鐵5．熱處理的基本知識

主要介紹熱處理的原理（鋼在加熱、保溫、冷卻時的組織轉(zhuǎn)變）、熱處理的工藝（退火、正火、淬火、回火、表面熱處理等）及常用材料的典型熱處理工藝。5．熱處理的基本知識主要介紹熱處理的原理（鋼在第一章金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶§1－1金屬的晶體結(jié)構(gòu)§1－2純金屬的結(jié)晶§1－3觀察結(jié)晶過程（實驗）第一章金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶§1－1金屬的晶體結(jié)構(gòu)§1－1金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體二、金屬的晶格類型三、單晶體與多晶體四、晶體的缺陷§1－1金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體一、晶體與非晶體非晶體氣態(tài)液態(tài)固態(tài)晶體物質(zhì)存在狀態(tài)結(jié)構(gòu)特點一、晶體與非晶體非晶體氣態(tài)液態(tài)固態(tài)晶體物質(zhì)存在狀態(tài)結(jié)構(gòu)特點晶體和非晶體的對比項目晶體非晶體定義原子呈有序、有規(guī)則排列的物質(zhì)原子呈無序、無規(guī)則堆積的物質(zhì)性能特點具有規(guī)則的幾何形狀有一定的熔點，性能呈各向異性沒有規(guī)則的幾何形狀有固定的熔點，性能呈各向同性典型物質(zhì)石英、云母、明礬、食鹽、硫酸銅、糖、味精玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠晶體和非晶體的對比項目晶體非晶體定義原子呈有序、有規(guī)則排列的二、金屬的晶格類型

晶格類型——金屬中原子排列的規(guī)律。

晶格——為了清楚地表示晶體中原子排列的規(guī)律，將原子簡化為一個質(zhì)點，再用假想的線將它們連接起來，形成一個能反映原子排列規(guī)律的空間格架。

晶胞——晶格中能夠完整地反映晶體晶格特征的最小幾何單元。晶格與晶胞二、金屬的晶格類型晶格類型——金屬中原子排列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三、單晶體與多晶體

晶?！M成金屬的小晶體。

晶界——由晶粒間不規(guī)則排列的原子構(gòu)成。單晶體和多晶體三、單晶體與多晶體晶?！M成金屬的小晶體。單晶體四、晶體的缺陷

晶體缺陷——由于各種原因，實際晶體中原子的規(guī)律排列受到干擾和破壞，使晶體中的某些原子偏離正常位置，造成原子排列的不完全性。常見的晶體缺陷四、晶體的缺陷晶體缺陷——由于各種原因，實際§1－2純金屬的結(jié)晶*一、純金屬的結(jié)晶過程二、晶粒大小對金屬材料的影響三、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變§1－2純金屬的結(jié)晶*一、純金屬的結(jié)晶過程

結(jié)晶——金屬從高溫液體狀態(tài)冷卻凝固為原子有序排列的固體狀態(tài)的過程。

結(jié)晶潛熱——結(jié)晶的過程中放出的熱量。結(jié)晶——金屬從高溫液體狀態(tài)冷卻凝固為原子有序排列的固體一、純金屬的結(jié)晶過程

過冷度——理論結(jié)晶溫度和實際結(jié)晶溫度（T1）之間存在的溫度差（△T=T0－

T1）。金屬結(jié)晶時，冷卻越快，其實際結(jié)晶的溫度就越低，過冷度△T也就越大。結(jié)晶冷卻曲線一、純金屬的結(jié)晶過程過冷度——理論結(jié)晶溫度和金屬的結(jié)晶過程金屬的結(jié)晶過程二、晶粒大小對金屬材料的影響

晶粒愈細(xì)，強(qiáng)度、硬度愈高，塑性、韌性也愈好。

形核率——單位時間、單位體積所形成的晶核數(shù)，用字母N表示。二、晶粒大小對金屬材料的影響晶粒愈細(xì)，強(qiáng)度、細(xì)化晶粒的方法：（1）增加過冷度（2）變質(zhì)處理（3）振動處理細(xì)化晶粒的方法：（1）增加過冷度三、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變——在固態(tài)下，金屬隨溫度的改變由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象。純鐵的冷卻曲線三、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變——在固態(tài)19世紀(jì)末，著名物理家居里在實驗室里發(fā)現(xiàn)磁石的一個物理特性，就是當(dāng)磁石加熱到一定溫度時，原來的磁性就會消失。后來，人們把這個溫度叫

“居里點”。居里點也稱居里溫度或磁性轉(zhuǎn)變點19世紀(jì)末，著名物理家居里在實驗室里發(fā)現(xiàn)磁石純鐵同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變示意圖純鐵同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變示意圖§1－3觀察結(jié)晶過程（實驗）一、實驗?zāi)康?．通過觀察透明鹽類的結(jié)晶過程及組織特征，理解金屬的結(jié)晶理論。2．通過觀察鑄錠表面，建立金屬晶體以樹枝狀形態(tài)成長的直觀認(rèn)識?！?－3觀察結(jié)晶過程（實驗）一、實驗?zāi)康挠捎谝簯B(tài)金屬的結(jié)晶過程難以直接觀察，而鹽類也是晶體物質(zhì)，其溶液的結(jié)晶過程和金屬很相似，區(qū)別僅在于鹽類是在室溫下依靠溶劑蒸發(fā)使溶液過飽和而結(jié)晶，金屬則主要依靠過冷，故完全可通過觀察透明鹽類溶液的結(jié)晶過程來了解金屬的結(jié)晶過程。二、實驗原理由于液態(tài)金屬的結(jié)晶過程難以直接觀察，而鹽類也是晶體物質(zhì)三、實驗器材1.生物顯微鏡和放大鏡。2.接近飽和的氯化銨或硝酸鉛水溶液（由實驗室預(yù)先制好）。3.干凈玻璃片和吸管。4.酒精燈或電吹風(fēng)。5.有枝晶的金屬鑄件實物。三、實驗器材1.生物顯微鏡和放大鏡。第二章金屬材料的性能§2－1金屬材料的損壞與塑性變形§2－2金屬的力學(xué)性能§2－3金屬的工藝性能§2－4力學(xué)性能實驗第二章金屬材料的性能§2－1金屬材料的損壞與塑性§2－1金屬材料的損壞與塑性變形一、與變形相關(guān)的幾個概念二、金屬的變形三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化§2－1金屬材料的損壞與塑性變形一、與變形相關(guān)的幾個概念一、與變形相關(guān)的幾個概念

（1）靜載荷———大小不變或變化過程緩慢的載荷。

（2）沖擊載荷——在短時間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷。

（3）交變載荷——大小、方向或大小和方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷。1．載荷

載荷——金屬材料在加工及使用過程中所受的外力。根據(jù)載荷作用性質(zhì)的不同分：載荷的作用形式一、與變形相關(guān)的幾個概念（1）靜載荷———大小不

內(nèi)力——工件或材料在受到外部載荷作用時，為保持其不變形，在材料內(nèi)部產(chǎn)生的一種與外力相對抗的力，稱為。2．內(nèi)力

應(yīng)力——假設(shè)作用在零件橫截面上的內(nèi)力大小均勻分布，單位橫截面積上的內(nèi)力。3．應(yīng)力R：應(yīng)力，Pa；F：外力，N；S：橫截面面積，m2。內(nèi)力——工件或材料在受到外部載荷作用時，為保二、金屬的變形彈性變形彈－塑性變形斷裂滑移與位錯金屬變形實驗二、金屬的變形彈性變形彈－塑性變形斷裂滑移與位錯金屬變形實驗金屬塑性變形的影響因素：1．晶粒位向的影響2．晶界的作用3．晶粒大小的影響

金屬塑性變形的影響因素：1．晶粒位向的影響三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化

形變強(qiáng)化（加工硬化）——冷塑性變形除了使晶粒的外形發(fā)生變化外，還會使晶粒內(nèi)部的位錯密度增加，晶格畸變加劇，從而使金屬隨著變形量的增加，使其強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性下降。三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化形變強(qiáng)化（塑性變形后的金屬組織

金屬的塑性變形，在外形變化的同時，晶粒的形狀也會發(fā)生變化。通常晶粒會沿變形方向壓扁或拉長。塑性變形后的金屬組織金屬的塑性變形，在外形變§2－2金屬的力學(xué)性能一、強(qiáng)度二、塑性三、硬度四、沖擊韌性*五、疲勞強(qiáng)度

任何機(jī)械零件或工具，在使用過程中，往往要受到各種形式外力的作用，這就要求金屬材料必須具有一種承受機(jī)械載荷而不超過許可變形或不破壞的能力，這種能力就是材料的力學(xué)性能?！?－2金屬的力學(xué)性能一、強(qiáng)度任何機(jī)械零一、強(qiáng)度

強(qiáng)度——金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。其大小用應(yīng)力表示。

抗拉強(qiáng)度——拉伸實驗測定抗壓強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗扭強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度

一、強(qiáng)度強(qiáng)度——金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變1．拉伸試樣

d——試樣直徑

Lo——標(biāo)距長度低碳鋼拉伸實驗1．拉伸試樣d——試樣直徑低碳鋼拉伸實驗2．力－伸長曲線

彈性變形階段屈服階段強(qiáng)化階段縮頸階段力－拉伸曲線2．力－伸長曲線彈性變形階段力－拉伸曲線3．強(qiáng)度指標(biāo)

（1）屈服強(qiáng)度——當(dāng)金屬材料出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在實驗期間發(fā)生塑性變形而力不增加的應(yīng)力點。屈服強(qiáng)度分為上屈服強(qiáng)度ReH和下屈服強(qiáng)度ReL。ReL——試樣的下屈服強(qiáng)度，N/mm2；FeL——試樣屈服時的最小載荷，N；So——試樣原始橫截面面積，mm2。

規(guī)定產(chǎn)生0.2殘余伸長時的應(yīng)力為條件屈服強(qiáng)度Rp0.2，替代ReL，稱為條件（名義）屈服強(qiáng)度。3．強(qiáng)度指標(biāo)（1）屈服強(qiáng)度——當(dāng)金屬材料出2．抗拉強(qiáng)度Rm

抗拉強(qiáng)度——材料在斷裂前所能承受的最大的應(yīng)力。Rm——抗拉強(qiáng)度，MPa；

Fm——試樣在屈服階段后所能抵抗的最大力（無明顯屈服的材料，為試驗期間的最大力），N；

So——試樣原始橫截面面積，mm2

。2．抗拉強(qiáng)度Rm抗拉強(qiáng)度——材料在斷裂前所能承受的最大的應(yīng)二、塑性塑性——材料受力后在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。1．?dāng)嗪笊扉L率A

試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長量與原始標(biāo)距之比的百分率。2．?dāng)嗝媸湛s率Z

試樣拉斷后，縮頸處面積變化量與原始橫截面面積比值的百分率。二、塑性塑性——材料受力后在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。1．

【例】有一直徑d=10mm，Lo=100mm的低碳鋼試樣，拉身實驗時測得FeL=21kN，F(xiàn)m=29kN，du=5.65mm，Lu=138mm。求此試樣的ReL、Rm、A11.3、Z。解題過程【例】有一直徑d=10mm，Lo=100mm的三、硬度

硬度——材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度是通過在專用的硬度試驗機(jī)上實驗測得的。布氏硬度試驗機(jī)洛氏硬度試驗機(jī)維氏硬度試驗機(jī)三、硬度硬度——材料抵抗局部變形，特別是塑性1．布氏硬度

布氏硬度值——用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力來表示，單位為MPa，但一般均不標(biāo)出，用符號HBW表示：布氏硬度原理1．布氏硬度布氏硬度值——用球面壓痕單位面表示方法：

布氏硬度用硬度值、硬度符號、壓頭直徑、實驗力及實驗力保持時間表示。當(dāng)保持時間為10～15s時可不標(biāo)。例：170HBW10/1000/30：直徑10mm的壓頭，在9807N（1000kg）的試驗力作用下，保持30s時測得的布氏硬度值為170。600HBW1/30/20：直徑為1mm壓頭，在294.2N（30kg）的實驗力作用下，保持20s時測得的布氏硬度值為600。表示方法：布氏硬度用硬度值、硬度符號、壓頭直應(yīng)用范圍：

主要用于測定鑄鐵、有色金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)處理后的各種軟鋼等硬度較低的材料。應(yīng)用范圍：主要用于測定鑄鐵、有色金屬及退火、2．洛氏硬度

洛氏硬度計表盤

洛氏硬度試驗原理洛氏硬度原理HR=100—2．洛氏硬度洛氏硬度計表盤洛氏硬度試驗原理洛氏硬度原表示方法：

符號HR前面的數(shù)字表示硬度值。HR后面的字母表示不同的洛氏硬度標(biāo)尺。

例：45HRC表示用C標(biāo)尺測定的洛氏硬度值為45。常用的三種洛氏硬度標(biāo)尺的試驗條件和適用范圍

硬度標(biāo)尺壓頭類型總測試力(N)硬度值有效范圍應(yīng)用舉例HRC120°金剛石圓錐體1471.020～67HRC一般淬火鋼HRBφ1.5875mm

硬質(zhì)合金球980.725～100HRB軟鋼、退火鋼、銅合金等HRA120°金剛石圓錐體588.460～85HRA硬質(zhì)合金、表面淬火鋼等表示方法：符號HR前面的數(shù)字表示硬度值。H四、沖擊韌性

沖擊韌性——金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。材料的沖擊韌性用夏比擺錘沖擊彎曲試驗來測定。四、沖擊韌性沖擊韌性——金屬材料抵抗沖擊載荷沖擊試樣

用試樣所吸收的能量K的大小來作為衡量材料韌性好壞的指標(biāo)，稱為沖擊吸收能量。用U形和V形缺口試樣測得的沖擊吸收能量分別用KU和KV表示。

沖擊實驗沖擊試樣用試樣所吸收的能量K的大小來作為衡量材料韌*五、疲勞強(qiáng)度

由于所承受的載荷為交變載荷，零件承受的應(yīng)力雖低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過長時間的工作后，仍會產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂。金屬這樣的斷裂現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。金屬材料抵抗交變載荷作用而不產(chǎn)生破壞的能力稱為疲勞強(qiáng)度。疲勞極限用符號R－1表示。*五、疲勞強(qiáng)度由于所承受的載荷為交變載荷，零§2－3金屬的工藝性能金屬材料的一般加工過程

金屬材料的工藝性能——金屬材料對不同加工工藝方法的適應(yīng)能力。它包括鑄造性能、鍛造性能、切削加工性能和焊接性能、熱處理性能等。冶煉→鑄造鑄件鑄錠熱鍛熱軋→焊接機(jī)加工冷軋、冷拔、冷沖板料、棒材、型材、管材機(jī)加工機(jī)加工零件§2－3金屬的工藝性能金屬材料的一般加工過程一、鑄造性能二、鍛壓性能三、焊接性能四、切削加工性能五、熱處理性能一、鑄造性能一、鑄造性能

鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力，主要取決于金屬的流動性、收縮性和偏析傾向等。一、鑄造性能鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部

1．流動性熔融金屬的流動能力。

2．收縮性鑄造合金由液態(tài)凝固和冷卻至室溫的過程中，體積和尺寸減小的現(xiàn)象。

3．偏析傾向金屬凝固后，內(nèi)部化學(xué)成分和組織不均勻現(xiàn)象。1．流動性二、鍛壓性能

用鍛壓成形方法得優(yōu)良鍛件的難易程度。常用塑性和變形抗力兩個指標(biāo)來綜合衡量。二、鍛壓性能用鍛壓成形方法得優(yōu)良鍛件的難易程三、焊接性能

金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，也就是在一定焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。對碳鋼和低合金鋼而言，焊接性能主要與其化學(xué)成分有關(guān)（其中碳的影響最大）。三、焊接性能金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，也就四、切削加工性能

切削加工性能——切削金屬材料的難易程度。一般用工件切削時的切削速度、切削抗力的大小、斷屑能力、刀具的耐用度以及加工后的表面粗糙度來衡量。

表面加工硬化——切削塑性金屬材料時，工件在加工表面層的硬度明顯提高而塑性下降的現(xiàn)象。四、切削加工性能切削加工性能——切削金屬材料五、熱處理性能

淬透性淬硬性過熱敏感性變形開裂傾向回火脆性傾向氧化脫碳傾向五、熱處理性能淬透性§2－4力學(xué)性能實驗實驗1拉伸實驗實驗2硬度測試液壓式萬能試驗機(jī)拉伸實驗布氏硬度測試步驟洛氏硬度測試步驟§2－4力學(xué)性能實驗實驗1拉伸實驗液壓式萬能試驗第三章鐵碳合金§3－1合金及其組織§3－2鐵碳合金的基本組織與性能§3－3鐵碳合金相圖§3－4碳素鋼§3－5觀察鐵碳合金的平衡組織（實驗）第三章鐵碳合金§3－1合金及其組織黑色金屬——以鐵及以鐵碳為主的合金（鋼鐵）。有色金屬——其他金屬及其合金。黑色金屬——以鐵及以鐵碳為主的合金（鋼鐵）?！?－1合金及其組織一、合金的基本概念二、合金的組織§3－1合金及其組織一、合金的基本概念一、合金的基本概念

合金——以一種金屬為基礎(chǔ)，加入其他金屬或非金屬，經(jīng)過熔合而獲得的具有金屬特性的材料。即合金是由兩種或兩種以上的元素所組成的金屬材料。

組元——組成合金最簡單的、最基本的、能夠獨立存在的元物質(zhì)，簡稱元。

相——合金中成分、結(jié)構(gòu)及性能相同的組成部分。

組織——合金中不同相之間相互組合配置的狀態(tài)。換言之，數(shù)量、大小和分布方式不同的相構(gòu)成了合金不同的組織。一、合金的基本概念合金——以一種金屬為基礎(chǔ)，二、合金的組織1．固溶體間隙固溶體置換固溶體2．金屬化合物3．混合物單相組織多相組織二、合金的組織1．固溶體單相組織多相組織1．固溶體

一種組元的原子溶入另一組元的晶格中所形成的均勻固相。

間隙固溶體——溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格中而形成的固溶體。

置換固溶體——溶質(zhì)原子置換了溶劑晶格結(jié)點上某些原子而形成的固溶體。1．固溶體一種組元的原子溶入另一組元的晶格中間隙固溶體置換固溶體間隙固溶體置換固溶體2．金屬化合物

在合金中，當(dāng)溶質(zhì)含量超過固溶體的溶解度時，除可形成固溶體外，還將出現(xiàn)新的相，其晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元，而是組元之間相互作用形成一種具有金屬特性的物質(zhì)。

兩種或兩種以上的相按一定的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成的物質(zhì)。3．混合物2．金屬化合物在合金中，當(dāng)溶質(zhì)含量超過固溶體

固溶強(qiáng)化——無論是間隙固溶體還是置換固溶體，在其形成過程中，都會使溶劑晶格發(fā)生畸變，從而使合金對變形的抗力增加。也即通過溶入溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬材料強(qiáng)度、硬度提高的現(xiàn)象。間隙固溶體置換固溶體固溶強(qiáng)化——無論是間隙固溶體還是置換固溶體，§3－2鐵碳合金的基本組織與性能一、鐵素體（F）二、奧氏體（A）三、滲碳體（Fe3C或Cm）四、珠光體（P）五、萊氏體（Ld）§3－2鐵碳合金的基本組織與性能一、鐵素體（F）一、鐵素體（F）

碳溶解在α—Fe中形成的間隙固溶體，用符號F表示。鐵素體的晶胞示意圖鐵素體的顯微組織一、鐵素體（F）碳溶解在α—Fe中形成的間隙二、奧氏體（A）

碳溶于γ—Fe中形成的間隙固溶體，用符號A表示。奧氏體的晶胞示意圖奧氏體的顯微組織二、奧氏體（A）碳溶于γ—Fe中形成的間隙固三、滲碳體（Fe3C或Cm）

滲碳體是含碳量為6.69％的鐵與碳的金屬化合物，其化學(xué)式為Fe3C。滲碳體的晶胞示意圖三、滲碳體（Fe3C或Cm）滲碳體是含碳量為四、珠光體（P）

珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，用符號P表示。光學(xué)顯微鏡觀察組織電子顯微鏡觀察組織四、珠光體（P）珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，用符五、萊氏體（Ld）萊氏體是奧氏體和滲碳體的混合物，用符號Ld表示。低溫萊氏體的顯微組織

低溫萊氏體——室溫下的萊氏體，由珠光體和滲碳體組成，用符號Ld表示。五、萊氏體（Ld）萊氏體是奧氏體和滲碳體的混合物，用符號Ld§3－3鐵碳合金相圖一、鐵碳合金相圖的組成二、Fe－Fe3C相圖中特性點、線的含義及各區(qū)域內(nèi)的組織三、鐵碳合金的分類四、典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析五、鐵碳合金的成分、組織與性能的關(guān)系六、Fe－Fe3C相圖的應(yīng)用§3－3鐵碳合金相圖一、鐵碳合金相圖的組成一、鐵碳合金相圖的組成

鐵碳合金相圖——表示在緩慢冷卻（或緩慢加熱）的條件下，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形。Fe－C相圖的組成

在鐵碳合金中，鐵和碳可以形成一系列的化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等。一、鐵碳合金相圖的組成鐵碳合金相圖——