金属材料基础知识
金属材料基础知识
1、金属材料的机械性能的含义是什么？金属及合金的机械性能是指材料的力学性能，即受外力作用时所反映出来的性能。
它是衡量金属材料的重要指标。
2、金属材料的主要机械性能指标有哪些？金属材料的主要机械性能有：弹性、塑性、刚度、强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度和断裂韧性。
3、什么是弹性和韧性？金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后恢复原来的形状的性能，叫弹性；这种随着外力而消失得变形叫弹性变形，其大小与外力成正比。
金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能，叫塑性。
外力消失时留下的这部分不可恢复得变形叫塑性变形，其大小与外力不成正比。
4、什么叫应力？什么叫应变？材料受到拉伸时单位截面上的拉力叫应力，用σ表示。
材料受到拉伸时单位长度上的伸长量叫应变，用ε表示。
5、什么叫弹性极限？材料所能承受的、不产生永久变形的最大应力叫做弹性极限，用σb表示。
6、什么叫屈服极限？金属材料开始出现明显的塑性变形的应力叫做屈服极限，用示。
有些材料屈服极限很难测定，通常规定产生0.2%塑性变形时的应力作为屈服极限，用σ0.2表示。
7、什么叫刚度？刚度用什么来衡量？金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力叫刚度。
在弹性范围内，应力与应变的比值叫做弹性模数，弹性模数越大，刚度越大。
8、什么叫强度？强度是指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。
9、表示材料强度的指标有哪些？表示材料强度的指标有：1)、屈服强度：金属材料发生屈服现象时的屈服极限。
σs=P s/F0 (Pa)P s—试样产生屈服现象时所承受的最大外力，N(牛顿)；F0—试样原来的截面积，㎡。
2）、抗拉强度：金属材料在拉断前所承受的最大应力。
以σb表示。
σb=P b/F0 (Pa) P b—试样在断裂前的最大拉力，N(牛顿)；F0—试样原来的截面积，㎡。
10、什么叫硬度？金属材料抵抗更硬的物体压入其内部的能力叫做硬度。
11、衡量材料的硬度的指标有哪些？衡量硬度的指标有：布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）、维氏硬度(HV)。
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金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。
包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。
（注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料）1.意义人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。
继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。
现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。
2.种类金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
（1）黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。
广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
（2）有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。
有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。
（3）特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。
其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。
3.性能一般分为工艺性能和使用性能两类。
所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。
金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。
由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。
所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。
金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。
在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。
金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（过去也称为机械性能）。
金属材料基础知识
金属材料基础知识1. 引言金属材料是人类使用最广泛的材料之一，应用于各种领域，如建筑、航空、汽车、电子等。
本文将介绍金属材料的基础知识，包括金属的特性、组织结构、合金等方面。
2. 金属的特性金属具有许多独特的特性，如良好的导热性、导电性、延展性和塑性。
这些特性使得金属成为制造各种器件和构件的理想选择。
此外，金属还具有良好的强度和硬度，能够承受较大的载荷。
3. 金属的组织结构金属的组织结构是由金属原子的排列方式和晶体结构决定的。
常见的金属组织结构包括等轴晶粒、柱状晶粒和层状晶粒。
这些结构对金属的性能有着重要影响，不同的结构具有不同的力学性能和导电性能。
4. 金属的力学性能金属的力学性能包括强度、硬度、韧性和延展性等。
强度是指金属抵抗外力破坏的能力，硬度是指金属表面抵抗变形和划伤的能力，韧性是指金属在断裂前能吸收外部能量的能力，而延展性是指金属的拉伸或扭曲变形能力。
5. 金属的热处理金属的热处理是通过控制金属的加热和冷却过程来改变金属的性能。
常见的热处理方法包括退火、淬火和回火。
退火可以提高金属的韧性和延展性，淬火可以提高金属的硬度和强度，回火可以降低金属的脆性。
6. 金属的腐蚀与保护金属容易遭受腐蚀，导致金属的性能下降甚至损坏。
为了保护金属材料，可以采取物理防护和化学防护措施。
物理防护包括涂层和电镀等，化学防护包括阳极保护和缓蚀剂等。
7. 合金的应用合金是由两种或更多种金属元素混合而成的材料。
通过改变合金的成分和比例，可以获得不同的性能。
合金常用于耐高温、耐磨损等特殊环境的应用，如航空发动机、汽车发动机等。
8. 小结金属材料是具有特殊特性和广泛应用的材料。
了解金属材料的基础知识对于正确选择和使用金属材料至关重要。
本文介绍了金属的特性、组织结构、力学性能、热处理、腐蚀与保护以及合金的应用等方面的知识，希望对读者有所帮助。
通过深入学习和研究金属材料，我们可以更好地利用金属的优势，推动技术和社会的发展。
金属材料基础知识
原理: 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经 规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种
压痕硬度试验。
2、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。 如：50HRC 其中A、B、C为不同的标尺 3、优缺点
（1）试验简单、方便、迅速
2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表 示。 如：120HBS 500HBW 3、优缺点
（1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）
（2）可测的硬度值不高
（3）不测试成品与薄件
（4）测量费时，效率低
4、测量范围
用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.
洛氏硬度
局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力） 硬度是各种零件和工具必须具备的力学性能指标。
硬度试验方法: 压入法
布氏硬度（HB） 洛氏硬度（HR） 维氏硬度（HV）
• 材料抵抗表面局部塑性变形的能力。
布氏硬度
1、布氏硬度试验（布氏硬度计）
原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压 入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材 料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。
σ0.2= F0.2/A0
（2）抗拉强度σb材料在拉断前所承受的最大应力，单位为MPa。 抗拉强度表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力，也是设计机械零件和 选材的主要依据。
σb= Fb/A0
式中，Fb是试样断裂前所承受的最大载荷（N）。
强度的意义
• 强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，一 般钢材的屈服强度在200～1000MPa 之间。
金属材料学基础理论知识
3
1 按其最高价氧化物的颜色分
黑色金属---包括铁、铬、锰三种。 有色金属---除黑色金属以外的其它金属 称为有色金属。如铜、铝和镁等。
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4
2 按密度大小分
重金属---密度大于每立方厘米4.5克。 轻金属---密度小于每立方厘米4.5克。
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5
3---按储量和价值分 稀有金属和贵重金属。
根据成品钢脱氧程度的不同，可分为镇 静钢、半镇静钢和沸腾钢三种。
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第二节 金属的性能
一 金属的物理性能和化学性能 1 金属的物理性能
密度 熔点 热膨胀性（线膨胀、体积膨胀） 导热性 导电性 磁性（铁磁性、顺磁性、抗磁性）
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2 金属的化学性能 耐腐蚀性 抗氧化性
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2---炼钢
现代炼钢方法是以生铁为主要原料。首 先把生铁熔化成液态利用氧化作用将碳及其 它元素的含量调整到规定的范围之内，就得 到了钢。
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炼钢过程
炼钢的基本过程是氧化。向铁液中吹入纯 氧或加入铁矿石，在炼钢炉内氧与铁发生作用 使铁被氧化。
生成的氧化铁溶解在铁液中，与铁液中其 它元素产生一系列氧化反应。
二 金属的工艺性能
1 铸造性 2 锻压性 3 焊接性 4 切削加工性
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三 金属的力学性能
•
金属材料的力学性能是指金属在外加载荷(外 力或能量)作用下或载荷与环境因素(温度、介质和 加载速率)联合作用下所表现的行为。由于载荷施加 的方式多种多样，而环境、介质的变化又十分复杂， 所以金属在这些条件下所表现的行为就会大不相同， 致使金属材料力学性能所研究的内容非常广泛，它 已发展成为介于金属学和材料力学之 金属材料 的力学性能包括强度、硬度、塑性和韧性等性能。
金属材料基础知识(ppt 120页)
合金两类基本相：固溶体和金属化合物。
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固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化 合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持 另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶 体分间隙固溶体和置换固溶体两种。
化合物：合金组元间发生化合作用，生成一 种具有金属性能的新的晶体固态结构。
硬度试验的方法很多，有压入硬度试 验法（如布氏硬度、洛氏硬度等）； 回跳硬度试验法(如肖氏硬度)等。
布氏硬度 HB
洛氏硬度HR 测量残余压入深度h 定义：每0.002mm相当于洛氏1度
洛氏硬度常用标尺有：B、C、A三种 ①HRB－－淬火钢球，中等载荷，测轻金属、未淬火钢 ②HRC－－金刚石圆锥，大载荷，测较硬、淬硬钢制品 ③HRA－－金钢石圆锥，小载荷，测硬、薄试件
在物质内部，凡是原子呈无序堆积状况的，称 为非晶体，例如普通玻璃、松香、树脂等， 都属于非晶体。相反，凡是原子作有序、有 规则排列的称为晶体。绝大多数金属和合金 都属于金属晶体。
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2、晶体结构
为了形象地表示晶体中原子排列的规律，可 以将原子简化成一个点，用假想的线将这些 点连结起来，就构成了有明显规律性的空间 格子。这种表示原子在晶体中排列规律的空 间格架，叫做晶格。晶格是由许多形状、大 小相同的最小几何单元重复堆积而成的。能 够完整地反映晶格特征的最小几何单元称为 晶胞。
b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速 工具钢。
c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合 金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。
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二、金属材料的性能 1、金属的物理性能 2、金属的化学性能 3、金属的力学性能 4、金属的工艺性能
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奥氏体的显微组织
珠光体是铁素体和渗碳体的混合物,它是渗碳体 珠光体是铁素体和渗碳体的混合物 它是渗碳体 和铁素体片层相间,交替排列形成的混合物 和铁素体片层相间 交替排列形成的混合物. 交替排列形成的混合物 在缓慢冷却条件下,珠光体的含碳量为 珠光体的含碳量为0.77%. 在缓慢冷却条件下 珠光体的含碳量为 由于珠光体是由硬的渗碳体和软的铁素体组成的 混合物,所以其力学性能取决于铁素体和渗碳体的 混合物 所以其力学性能取决于铁素体和渗碳体的 性能.大体上是两者性能的平均值 大体上是两者性能的平均值,故珠光体的强度 性能 大体上是两者性能的平均值 故珠光体的强度 较高,硬度适中 具有一定的塑性.力学性能介于铁 硬度适中,具有一定的塑性 较高 硬度适中 具有一定的塑性 力学性能介于铁 素体与渗碳体之间，强度较高，硬度适中， 素体与渗碳体之间，强度较高，硬度适中，塑性 和韧性较好（ 和韧性较好（σb=770MPa、180HBS 、 、 δ=20%~35%、ak=24~32J）。 、 ）。
晶体结构的概念
晶体的内部原子是按一定几个规律排列的， 晶体的内部原子是按一定几个规律排列的，为 了便于理解，把原子看成是一个小球， 了便于理解，把原子看成是一个小球，则金属晶 体就是由只得些小球有规律的堆积而成的物体。 体就是由只得些小球有规律的堆积而成的物体。 为了形象的表示晶体中原子排列的规律， 为了形象的表示晶体中原子排列的规律，可以 将原子简化成一个点，用假想的线将这些点连接 将原子简化成一个点， 起来，构成有明显规律性的空间格架。 起来，构成有明显规律性的空间格架。这种表示 原子在晶体中排列规律的的空间格架叫做晶格。 原子在晶体中排列规律的的空间格架叫做晶格。 晶格是由许多形状、大小、 晶格是由许多形状、大小、相同的最小几何单元 重复堆积而成的。 ，重复堆积而成的。能够完整的反映晶鸽特征的 最小几何单元称为晶胞。 最小几何单元称为晶胞。
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金属的冷热弯曲性能也取决于材料的塑性和强度。材料承受 弯曲而不出现裂纹的能力，称为弯曲性能。一般用弯曲角度 或弯心直径与材料厚度的比值来衡量弯曲性能。
电厂锅炉管道弯头和输粉管道弯头是经过冷热弯曲成型的。
(三)焊接性能
• 金属材料采用一定的焊接工艺、焊接材料及结构形式，优质焊 接接头的能力，称为金属的焊接性。
适用范围
HRC
120°金刚石圆 锥
150
HRB Φ1.588mm钢球
100
HRA
120°金刚石圆 锥
60
一般淬火钢等硬度较大材料
退火钢和有色金属等软材料
硬而薄的硬质合金或表面淬 火钢
3．维氏硬度（HV） 维氏硬度是用一定的载荷将锥面夹角为136°的正四棱锥金刚石压头压入试 样表面，保持一定时间后卸除载荷，试样表面就留下压痕，测量压痕对角线 的长度，计算压痕表面积，载荷F除以压痕面积S所得值即为维氏硬度。维氏 硬度用符号HV表示，计算公式如下：
1．拉伸试样
2．拉伸曲线
• 拉伸曲线表示试样拉伸过程中力和变形关系，可用应力－延伸率曲线表 示，纵坐标为应力R，R=F/S0，横坐标为延伸率ε，ε＝ΔL/L0。
拉伸曲线的形状与材料有关， 由图可见，在载荷小的oa阶 段，试样在载荷F的作用下 均匀伸长，伸长量与载荷的 增加成正比。如果此时卸除 载荷，试样立即回复原状， 即试样产生的变形为弹性变 形。当载荷超过b点以后， 试样会进一步产生变形，此 时若卸除载荷，试样的弹性 变形消失，而另一部分变形 则保留下来，这种不能恢复 的变形称为塑性变形。
(四)切削性能 金属材料承受切削加工的难易程度，称为切削性能。
金属的切削性能与材料及切削条件有关，如纯铁很பைடு நூலகம்易切削，但难以获得较高的光洁度； 不锈钢可在普通车床上加工，但在自动车床上，却难以断屑，属于难加工材料。通常，材 料硬度低时切削性能较好，但是对于碳钢来说，硬度如果太低时，容易出现“粘刀”现象， 光洁度也较差。一般情况下金属承受切削加工时的硬度在HB170一230之间为宜。
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金属材料基础知识金属材料基础知识金属材料分类（一）有色金属：除铁、铬、锰之外的其他金属属有色金属，包括铜及铜合金、铝及铝合金、其他合金（镁合金、钛合金、镍合金、铅合金、锌合金、硬质合金、锡合金等）。
（二）黑色金属：铁、铬、锰属此类，主要包括铸铁与钢两大类。
一般含碳量在0.0218C%以下的Fe-C合金称为纯铁；含碳量在0.0218C%-2.11C%之间的Fe-C合金称为钢；含碳量在2.11C%-4.33C%之间的Fe-C合金称为铸铁。
二、钢的分类（一）按用途分：包括建筑用钢、结构用钢（渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢等）、工具钢（碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢等）、特殊用钢（不锈钢、耐热钢、抗磨钢、磁钢等）。
（二）按化学成分分：1、碳素钢（低碳钢：碳含量≤0.25%；中碳钢：碳含量在0.25%-0.60%/0.45%之间；高碳钢：碳含量>0.60%/0.45%）；2、合金钢（微合金化钢：合金元素含量在0.1%/B-0.001%；低合金钢：合金元素含量≤5%；中合金钢：合金元素含量在5-10%范围内；高合金钢：合金元素含量>10%）。
（此划分无严格的规定）（三）按质量分：1、普通质量钢（P≤0.040%，S≤0.050%）；2、质量钢（P≤0.035%，S≤0.035%）；3、优质钢（P≤0.025%，S≤0.025%）；4、高级优质钢（P≤0.025%，S≤0.015%）。
三、钢的编号（一）碳钢的编号1、碳素结构钢以钢材直径（或厚度）不大于16mm钢的屈服点（σs）数值划分，牌号由屈服点字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四个部分按顺序组成。
例：Q235-A.F，表示屈服点数值为235N/mm2的A级沸腾钢。
（1）、符号、代号的意义Q：钢屈服点；A、B、C、D：质量等级。
A、B、C为普通级，硫、磷含量依次降低；D为优质级；F：沸腾钢；b:半镇静钢；Z：镇静钢；TZ：特殊镇静钢。
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一、金属材料分类金属材料——指纯金属或合金，经过熔炼和各种加工后而制成的材料。
按性质特点，通常分为黑色金属材料和有色金属材料两大类。
黑色金属材料的分类（一）钢的分类钢是指含碳量低于2.11％的铁碳合金1.按照化学成分分类(1)碳素钢——钢中除铁外，主要只含有碳、硅、锰、硫、磷等几种元素。
按含碳量分类低碳钢——含碳量低于0.25％的钢。
中碳钢——含碳量在0.25％～0.6％的钢。
高碳钢——含碳量超过0.6％的钢。
(2)合金钢——是指在碳钢的基础上，为改变钢的性能，在冶炼过程时特意加入一种或多种合金元素而炼成的钢。
根据钢中合金元素总含量的多少分为2.按冶炼质量分类（1）普通钢——钢中含硫量不超过0.055％～0.065％；含磷量不超过0.045％～0.085％。
（2）优质钢——钢中含硫量不超过0.030％～0.045％；含磷量不超过0.035％～0.040％。
3.按照用途分类(1)结构钢——用以制造各种工程结构件（如建筑、桥梁、锅炉、船舶、车辆构件）和机械零件（如齿轮、轴类零件）的钢。
用于制造机械零件的钢，通常称为机械制造用结构钢。
主要钢种有优质碳素结构钢、合金结构钢以及各种专门用途的结构钢（如弹簧钢、轴承钢等）。
这类钢大多要经过热处理后才能使用。
(2)工具钢——这是用以制造各种工具的钢。
按其化学成分，通常分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。
按其用途，又可分为刃具钢（或称刀具钢）、模具钢和量具钢。
(3) 特殊用途钢——是指某些具有特殊物理、化学或机械性能的钢。
如不锈钢、耐碳钢、耐热钢、磁钢等。
4.按照炼钢方法分类转炉钢——用转炉炼出来的钢。
它按炉衬材料分为酸性转炉钢和碱性转炉钢；按进风方法又分为底吹转炉钢、侧吹转炉钢和纯氧顶吹转炉钢。
平炉钢——用平炉炼出来的钢。
它按炉衬材料又分为酸性平炉钢和碱性平炉钢。
电炉钢——用电炉炼出来的钢。
它按炉衬材料又分为酸性电炉钢和碱性电炉钢。
5.按照脱氧程度分类镇静钢——脱氧完全的钢。
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抗拉强度: 在拉断前试样所能承受的最大应力 为该试样的抗拉强度，用符号σb 表示，计算公式为。
σb=
Fb So
二、 塑性
➢概念
塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久性变形而不断裂的能 力。
➢ 衡量指标
伸长率：试样被拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比 称为伸长率，用符号δ表示。计算公式为：
δ= l1 l0 ×100% l0
δ ψ
性能指标
名称
抗拉强度 屈服点 规定残余伸长应力
伸长率 断面收缩率
硬度 冲击韧性
HBS(HBW) HRC HRB HRA 标尺洛氏硬度值 A标尺洛氏硬度值 维氏硬度值
冲击韧度
疲劳强度 σ-1
疲劳极限
单位 MPa MPa MPa
J/cm2 MPa
含义
试样拉断前所能承受的最大应力 拉伸过程中，力不增加（保持恒定）试 样仍能继续伸长时的应力 规定残余伸长率达0.2%时的应力
部永久性积累损伤经一定循环次数后产生裂纹或突发完全断 裂的过程称为金属疲劳。
五、疲劳强度
➢疲劳破坏可分为微观裂纹、宏 观裂纹和瞬时断裂三 个过程。
五、疲劳强度
➢疲劳曲线 ：疲劳曲线是指交变应力σ与循 环次数N的关系曲线，如下图所示。
常用金属材料的力学性能指标及其含义
力学性能
符号
强度 塑性
σb σs σ0.2
0.1
e 0.2
一、强度—拉伸曲线
1.弹性变形阶段 2.屈服阶段 3.强化阶段 4.缩颈阶段
低碳钢的应力-应变曲线
一、强度—衡量指标
屈服点： 用符号σs表示，计算公式为
σs=
Fs So
式中：Fb——试样断裂前所承受的最大拉力， 单位为N；
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1．影响珠光体转变为奥氏体的因素: (1)温度的影响随温度升高，奥氏体形核率I及线长大速率u大大增加，从而促进了珠光体向奥氏体的转变。
(2)原始组织的影响珠光体有片状和粒状两种形态。
当钢的原始组织为片状珠光体时，铁素体与渗碳体片层愈薄(片间距愈小)，它们的相界面愈多，则奥氏体的形核位置增多，形核率愈大；与此同时奥氏体中的碳浓度梯度愈大，碳扩散速率愈快，奥氏体线长大速率愈大。
因此细珠光体的奥氏体形成速率大于粗珠光体(见图4-13)，得到的奥氏体晶粒细小、成分均匀。
因此，对中、低碳钢，希望原始组织为细片状珠光体+细小块状铁素体。
若珠光体中的渗碳体为球状，因铁素体与渗碳体的相界面较片状减少，故将减慢奥氏体形成速率。
(3)合金元素合金元素的加入并不改变奥氏体的形成机制，但会影响奥氏体的形成速率。
主要表现在以下几个方面：1)合金元素一般将改变珠光体向奥氏体转变的临界点。
Ni、Mn、Cu等元素降低临界点，增加了过热度，使奥氏体形成速率加快；而Si、Al、Mo、W等元素则升高临界点，降低奥氏体形成速率。
2)合金元素影响碳在奥氏体中的扩散速率，因而也影响奥氏体的形成速率。
Co和Ni提高碳在奥氏体中的扩散速率，故加快了奥氏体的形成速率。
Si、Al、Mn等元素对碳在奥氏体中的扩散速率影响不大。
而Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素显著降低碳在奥氏体中的扩散速率，故大大降低奥氏体的形成速率。
3)合金钢中奥氏体的均匀化时间要比碳钢长得多，使得奥氏体的形成速率也大大降低。
所以，对不同的钢，形成奥氏体时所需要的保温时间也不一样。
保温时间愈长，溶入奥氏体的合金元素越多，淬透性愈好。
(4)含碳量共析钢奥氏体的形成速率最快。
这是因为对亚共析钢和过共析来说，除了完成珠光体向奥氏体转变之外，还需要完成铁素体或渗碳体转变。
2．晶粒度多晶体内的晶粒大小。
钢的晶粒度按其奥氏体化条件与长大倾向又分成起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度三种(1)起始晶粒度指P刚完全转变为A时的A晶粒度细小而均匀越细小越容易长大（2）实际晶粒度钢在某一具体的获得的A的实际晶粒度的大小取决于具体的加热温度和保温时间V一定时T越高t越长越粗（3）本质晶粒度钢在一定条件A晶粒长大的倾向与脱氧方法和化学成分有关3. 过热及校正加热转变终了时所得A晶粒度较细小但如果在转变终了继续升高温度，则A晶粒度继续长大如果仅仅是晶粒长大而未发生使晶界弱化的某些变化，则称为过热使得钢的强度韧性变坏校正办法重新加热到临界温度以上，再次通过加热转变以求得细小的起始A晶粒4.过热组织的校正：1)由于控温不当导致加热温度过高，在已经引起过热的情况下，应该采用较为缓慢的冷却以获得平衡组织，然后再次加热到正常温度即可获得细晶粒A 2)如果过热后仍进行淬火，得到粗大的不平衡组织，则应该采取以下办法a,采用中速加热以获得细小A 晶粒b，先进行一次退火以获得平衡组织，然后再进行加热。
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第一章 合金化原理主要内容 ：碳钢中的常存杂质 碳钢的分类 碳钢的用途1.2 钢的合金化原理：① Me 在钢中的存在形式 ②Me 与铁和碳的相互作用 ③Me 对Fe-Fe3C 相图的影响 ④Me 对钢的热处理的影响 ⑤Me 对钢的性能的影响1.3合金钢的分类概念：⑴合金元素 ：特别添加 到钢中为了保证获得所要求的组织结构、 物理、化学和机 械性能的化学元素。
⑵杂质：冶炼时 由原材料以及冶炼方法、工艺操作而 带入 的化学元素。
⑶碳钢： 含碳量在 0.0218-2.11% 范围内的铁碳合金。
⑷合金钢：在碳钢基础上加入一定量合金元素的钢。
① 低合金钢： 一般指合金元素总含量小于或等于 5%的钢。
② 中合金钢： 一般指合金元素总含量在 5～10%范围内的钢。
③ 高合金钢： 一般指合金元素总含量超过 10%的钢。
④ 微合金钢： 合金元素（如 V,Nb,Ti,Zr,B ） 含量小于或等于 0.1%，而能显著影响 组织和性能的钢。
1.1 碳钢概论1. 锰（ Mn ）和硅（ Si ）⑴Mn ：W Mn ％＜0.8 ％ ①固溶强化 ②形成高熔点 MnS 夹杂物（塑性夹杂物），减 少钢的热脆 （高温晶界熔化，脆性↑） ；⑵Si ：W Si ％＜0.5％ ①固溶强化 ②形成 SiO2 脆性夹杂物；⑶Mn 和 Si 是有益杂质 ，但夹杂物 MnS 、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降 。
2. 硫（S ）和磷（ P ）⑴S ：在固态铁中的 溶解度极小 ， S 和 Fe 能形成 FeS ，并易于形成 低熔点共晶 。
发生热脆 （ 裂） 。
⑵P ：可固溶于α -铁，但剧烈地降低钢的韧性，特别是 低温韧性 ，称为冷脆。
磷 可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能 。
⑶S 和 P 是有害杂质 ，但可以 改善钢的切削加工性能 。
3．氮（ N ）、氢（ H ）、氧（ O ）⑴N ：在α -铁中可溶解， 含过饱和 N 的钢析出氮化物—机械时效或 应变时效（经 变形，沉淀强化，强度↑，塑性韧性↓，使其力学性能改变） 。
金属材料的基础知识
金属材料基础知识金属材料的基础知识一、金属材料的分类方法：金属材料分为两大类：即黑色金属与有色金属1、黑色金属元素：铁、锰、铬2、有色金属元素：除上述三种元素外，其余称为有色金属元素。
通常将以铁、锰、铬为基的合金称为黑色金属，以铁为基的合金称为钢，以其余金属元素为基的合金称为有色金属。
①按冶炼方法分类：工业用钢可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢三大类，每一类还可以根据炉衬材料不同分为碱性和酸性两类；电炉钢还可以分为电弧炉钢、感应炉钢、真空感应炉钢和电渣炉钢。
②按用途分类：按钢用途可分为结构钢、工具钢和特殊钢。
结构钢可分为两类，一类是建筑及工程用钢或构件用钢，另一类是机器制造用钢。
前者主要和做钢架、桥梁、钢轨、车辆、船舶、容器等，属于这类钢的有普通碳素钢和部分普通低合金钢，这类钢很大一部分做成钢板和型钢；后者主要用做各种机器零件，包括轴承、弹簧等。
工具钢分为量具刃具钢、冷模具钢、热模具钢、耐冲击工具用钢等。
特殊性能钢分为耐热钢（包括抗氧化和热强钢），不锈耐酸钢、电工用钢等。
③按金相组织分类：A按平衡状态或退火状态的组织分类，可分为亚共析钢，共析钢，过共析钢和莱氏体钢。
B按正火组织为类，可分为珠光体、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。
但由于正火控冷的冷却速度随钢材尺寸不同而不同，所以这类分类方法不是绝对的。
C按加热冷却时有无相变和室温时的金相组织分类：可分为：铁素体钢：加热和冷却时，始终保持铁素体组织。
奥氏体钢：加热冷却时，始终保持奥氏体组织。
马氏体钢：钢加热奥氏体化后快速冷却中，在低温（奥氏体向马氏体转变开始温度Ms线之下）连续冷却时，过冷奥氏体组织转变为马氏体组织，室温时仍保持马氏体组织。
双相钢：室温时在固溶组织中铁素体和奥氏体相约各占一半或较少相的含量在30%以上，兼有铁素体组织和奥氏体组织。
二、金属材料的表示方法。
①钢的编号方法：根据国标GB/T221-2000《钢铁产品牌号表示方法》的规定，一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。
第一章金属材料的基础知识
在碳等元素氧化到规定范围后，钢液中 大量的氧在冷凝过程中将以FeO和Fe3O4等形 态析出，使钢的塑性差，轧制时易产生裂纹；
因此，炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂 （锰铁、硅铁和铝）除氧。
Si + FeO = SiO2 +Fe Mn + FeO = MnO + Fe
2Al +3 FeO = Al2O3 +3 Fe 达到要求后，把钢液铸成钢锭ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ轧成钢材。
炼钢生铁和铸造生铁都属于铸铁。
铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。根 据碳在铸铁中存在的形式不同，铸铁分为 三种。
白口铸铁： 熔融状态的铁液，若快速冷 却Fe3C来不及分解而保留下来，铁的断口呈 白色。白口铁硬而脆、不宜加工一般用来 炼钢。故又称炼钢生铁。Fe-Fe3C状态图中 的亚共晶、共晶、过共晶合金即为此类铸 铁。
只有一种金属元素的物质叫纯金属
由两种或两种以上的金属元素（或 金属与非金属元素）熔合在一起形 成的具有金属特性的物质叫合金。
金属材料就是指金属及合金。
当各个金属原子相互在一起形成固体 时，各金属原子与其价电子脱离变成 正离子，按照一定的几何形式排列， 并在其占据的位置上作高频率的振动, 价电子呈自由电子的形式在各离子间 作高速穿梭运动，它们为整个金属公 有，形成“电子气”，金属固体就是 依靠这些公有化了的自由电子与各正 离子之间的引力结合而成。这种方式 叫“金属键”。
钢中不含有特意加入的金属元素，除铁碳外， 有少量硅、锰、磷、硫等杂质元素。
合金钢：
在碳素钢的基础上，为改善钢的性能冶炼时 特意加入一种或多种合金元素炼成的钢。
3.按冶炼方法分类： 按炉别分：
转炉钢 转炉为梨形容器，因装料和出钢时需倾转炉体而得名。
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金属材料及处理工艺基础知识一、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。
二、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A表示，k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。
三、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。
c.高强度钢板（加磷钢）一般的，在金属材料中磷和硫属于有害元素（量较少时），但当磷的量达到一定的量（0.05％以上）时，磷的强化作用（置换强化）要超过其有害的作用。
目前使用的加磷钢属于这个范畴，有B170P1, B210P1, B250P1 B180P2等，其中B代表宝钢，170，210，250等代表其最小的屈服强度（MPa），P代表加磷强化，P1中的1代表是超低碳（碳含量为双零――小数点后两个零），P2中的2代表是低碳（碳含量为单零）。
d．烘烤硬化钢(BH钢)BH钢是为提高钢板的抗凹性、抗划痕性和表面质量而开发的高强度钢板。
即材料经过涂装烘烤后（170度左右），屈服强度会增加30－50MPa，其机理是高温C、N原子扩散速度加快，而在位错聚集而强化材料，烘烤前后的屈服强度的增量即为BH值。
由于烘烤硬化钢的特殊性能，常将其用于表面覆盖件，如门外板，顶盖等。
e．其它新型高强度钢板近年，随着新技术的应用和开发，还出现了双相钢，多相钢，诱导塑性相变钢等成型性能好，强度高的钢板，目前在我们车上有少量使用，这里就不赘述了。
2.结构材料机构材料，主要是承担较高的载荷，根据其使用地点和要求，有很多种，下面就简单的介绍几种。
a．不锈钢顾名思义，不锈钢的主要特定是能抵抗外界的腐蚀，如抗酸蚀，碱蚀等，主要是通过加入Cr，Ni等合金元素而起作用的。
其按照基体又可分为奥氏体不锈钢，铁素体不锈钢，马氏体不锈钢等。
常见的牌号有奥氏体型：1Cr17Mn6Ni15N，1Cr18Mn8Ni5N，1Cr18Ni9，1Cr18Ni9Si3，0Cr18Ni9；铁素体型：0Cr13Al，1Cr15；马氏体型：1Cr12，4Cr13等。
b．弹簧钢弹簧钢按化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类，其钢号表示方法，前者基本上与优质碳素结构钢相同，后者基本上与合金结构钢相同。
其基本功能是通过弹性变形的产生和恢复，把机械能转变为形变能，以及反过来把形变能转化为动能和机械能。
其一般含C量为0.55％-0.7％，钢种有Si-Mn,Cr-Mn等等多种，典型的有65Mn。
c．渗碳钢渗碳钢通常为含碳量为0.17％-0.24％的低碳或低碳合金钢。
主要是通过不同的渗碳工艺提高钢材的表面碳含量而使材料的表面具有较高的硬度而心部仍具有好的塑性，这样材料的综合性能有较大的提高，即表面硬，耐磨耐接触疲劳，而心部软，耐冲击载荷。
渗碳钢常用于齿轮，轴等件。
d．调质钢：调质钢为含碳量在0.30％-0.60％的中碳钢，经过调质处理（淬火＋高温回火）后得到一定的强度和足够的韧度，能够满足汽车的使用要求。
主要用在汽车的一些轴，，转向臂，传动系统的花键，中间轴等。
四、金属材料的热处理方式金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类，热处理工艺有四种，即常说的热处理四把火：退火，正火，淬（读音为zhan）和回火，见下图：表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。
为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。
表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。
经过高频淬火的材料表面具有硬度高的组织而耐磨，有高的接触疲劳强度，而心部组织未变；化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。
化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。
化学热处理是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。
渗入元素后，有时还要进行其他热处理工艺如淬火及回火。
化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。
金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。
其主要的参数是加热的温度，保温时间，冷却的速度和方式。
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。
其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。
因为材料的分子（原子）结构决定了材料的显微组织，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。
不同的材料经过不同的热处理会得到不同的组织，因此具有不同的性能。