第一單元 金屬材料的性能

第二章金屬材料的性能項目1金屬材料的分類 項目2金屬材料的力學(xué)性能項目3金屬物理、化學(xué)和工藝性能 項目1金屬材料的分類一、材料的定義二、材料的發(fā)展史三、材料的分類人類認(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

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)。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。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。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。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。項目2金屬材料的力學(xué)性能一、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四、強度五、塑性六、硬度七、沖擊韌性八、疲勞強度一、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：

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。二、金屬的變形彈性變形彈－塑性變形斷裂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

三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化

形變強化（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，使其強度、硬度提高，而塑性、韌性下降。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。四、強度

強度——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。

抗拉強度——拉伸實驗測定抗壓強度抗剪強度抗扭強度抗彎強度

1．拉伸試樣

d——試樣直徑

Lo——標(biāo)距長度2．力－伸長曲線

彈性變形階段屈服階段強化階段縮頸階段灰鑄鐵的拉伸曲線3．強度指標(biāo)

（1）屈服強度——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。屈服強度分為上屈服強度ReH和下屈服強度ReL。ReL——試樣的下屈服強度，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)力為條件屈服強度Rp0.2，替代ReL，稱為條件（名義）屈服強度。2．抗拉強度Rm

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

。五、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。六、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上實驗測得的。布氏硬度試驗機洛氏硬度試驗機維氏硬度試驗機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：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。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。2．洛氏硬度

洛氏硬度計表盤HR=100—洛氏硬度試驗過程示意圖表示方法：

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、表面淬火鋼等七、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。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。

八、疲勞強度

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度。疲勞極限用符號R－1表示。項目3金屬物理、化學(xué)和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→焊接機加工冷軋、冷拔、冷沖板料、棒材、型材、管材機加工機加工零件一、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

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。

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。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。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）。四、切