精编钢材知识专业培训课件

钢材基础知识培训
张立祥
2008-03-17
第一章 力学性能
力学性能： 材料在外力作用时表现出来的性能。 包括强度、塑性、刚度、硬度、韧性、 及疲劳性能和耐磨性等。
强度：材料抵抗塑性变形或断裂的能力。 塑性：断裂前材料产生永久变形的能力。 刚度：材料对弹性变形的抵抗能力。 硬度：材料抵抗局部变形、压痕、划痕的能力。 韧性：材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量
1.铁素体（F）：碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体。 溶碳能力差，随温度的升高，碳的溶解度稍增：室温，溶碳0.0008%；
600°C时，溶碳0.0057%；727°C时，溶碳量最大，约为0.0218%。 铁素体强度、硬度较低，塑性和韧性好（屈服强度：100-170MPa，
抗拉强度：180-280MPa，延伸率：30%-50%，HBS：50-80）。 铁素体在770°C以下具有铁磁性，770°C以上则失去铁磁性。 物质系统中物理、化学性质完全相同，与其他部分具有明显分界面的
当试验压头为淬硬钢球时，其硬度符号为HBS；硬质合金球 时，符号为HBW。 2.布氏硬度表示方法：符号HBS或HBW之前的数字为硬度值，
符号后面的数字表示试验条件（球体直 径/试验力/试验力保持时间【10-15s不 标注】），例170HBS10/1000/30。
第二节 硬度-布氏硬度
3.试验条件的选择：
第二章 铁碳合金
第一节：铁碳合金分类
铁碳合金（iron-carbon）：主要是由铁和碳两种元素组成的合金 是现代工业中应用最广泛的金属材料。
铁碳合金的分类：（1）工业纯铁，C ≤0.0218%； （2）钢，0.0218%≤C ≤2.11% ； （3）白口铁，2.11%≤C ≤6.69%。
第二章：铁碳合金的相和组织
2. 洛氏硬度值HR=k-e：k为常数，用金刚石圆锥体压头时 k=100，用钢球压头时k=130；e为残 余压痕深度增量，单位为0.002mm。
第二节 硬度-洛氏硬度
3.洛氏硬度标尺： 为了用一台硬度计测定从软到硬不同材料
的硬度，可以采用不同的压头和总试验力，组 成15种洛氏硬度标尺，最长用的有三种-HRA、 HRB、HRC。
钢及铸铁布氏硬度大于140时，F / D2 =10；布氏硬度小于或等于140时， =3F0力F0及纵试验力F0+F1先后作 用下，将压头压入试样表面，经规定保持 时间后卸除主试验力F1，用保持初始试验 力的条件下测量的残余压痕深度增量来计算硬度。
百分比。
刚度
刚度：在应力-应变曲线上的弹性阶段，应力和 应变的比值即为材料刚度（弹性模量）。
实际工件的刚度与材料的刚度和工件的尺寸和形 状有关，工件刚度代表工件产生单位弹性变形 时所需载荷的大小。
工件刚度代表工件产生单位弹性变形所需的载荷 大小。单位（N/mm）
第二节 硬度-布氏硬度
1.布氏硬度原理：用一定直径的球体，以相应的试验力压入 试样表面，经规定保持时间后，卸除试力， 用测量表面压痕来计算硬度。
的能力。
第一章 力学性能
第一节 强度和塑性
拉伸试样依照GB/T 228-2002制作。 标距：测量伸长用的圆柱或棱柱部分的长度。 L0=kS01/2 ：其中L0表示原始标距，最小为15mm； S0 原始横截
面积；k是比例系数，通常k=5.65，若采用5.65不 能满足L0＞15mm，则采用k=11.3或非比例试样 （ L0与 S0无比例关系）。 A=（Lu-L0）/L0：A断后伸长率，A11.3（k=11.3），A80mm（非比 例试样L0=80mm）；Lu断后标距； L0原始标距。
均匀部分称为相 .
工业纯铁
B250P1
第二节：铁碳合金的相
2、渗碳体（Fe3C）：铁和碳组成的一种具有复杂晶格的间隙 化合物。
渗碳体中碳含量为6.69%，熔点1227°C，无通俗异构转变，230°C 以下有弱磁性，硬度800HB，塑性、韧性几乎为零，脆性极大。
布氏硬度试验时，压头直径D，试验力F，及试验保持时间t，应根据被测 材料的种类、硬度值范围及材料的厚度进行试验。
常用压头球体直径D有1，2，2.5，5和10mm五种；试验力从1-3000kgf 范围内；试验力保持时间黑色金属10-15s，有色金属30s，布氏硬度值小于 35时为60s，用钢球压头时，硬度值必须小于450HBS，硬质合金压头时， 硬度值必须小于650HBW。
第二节 硬度-洛氏硬度
硬度标尺 硬度值有效范围
HRC 20-67HRC
适用举例 调质钢、淬火钢件
HRB 25-100HRB
软钢、退火钢、铜合金
HRA 60-85HRA
硬质合金、表面淬火钢
第二节 硬度
布氏硬度
优点：测量精度高，能反映材 料的平均性能；
缺点：操作复杂，耗时长不能 准确测量高硬度材料。
第一节 强度和塑性
屈服点（σs）：在外力作用下，材料产生屈服现象时的应力 值。
屈服强度（σ0.2）：若材料无明显屈服现象，国家标准则规 定以残余应变量达到0.2%时的应力值来 表征材料的微量塑性变形的抗力，称为屈 服强度。
抗拉强度（ σb ）：材料在断裂前所能承受的最大应力。 断后伸长率（A）：试样断裂后，标距的伸长与原始标距的
应用意义：冲击韧度反映了材料的冶金质量和热加 工工艺质量；反映材料抵抗对一次或少数次大能量 冲击破坏的能力 ；可以评定材料的冷脆性。
第三节 其他
7.塑性应变比r值：r值表示钢板拉伸时，宽度方 向与厚度方向应变比之比值。r值越大，表示 钢板越不易在厚度方向变形（越不容易开裂）， 深冲性越好。
8. 应变强化指数n：钢材在拉伸中实际应力－应 变曲线的斜率。其物理意义是，n值高，表示 材料在成形加工过程中变形容易传播到低变形 区，而使应变分布较为均匀，减少局部变形集 中现象，因此n值对拉延胀形非常重要。
洛氏硬度
优点：操作简单、迅速，压痕 小，测试硬度值范围大
缺点：当材料内部组织不均匀 时，硬度数据波动大，须测量 数次取平均值。
第三节 韧性
冲击韧度：材料在冲击加载下吸收塑性变形 功和断裂功的能力，常用标准试样的冲 击吸收功AK 或冲击韧度α K表示。
α K=AK/断裂面截面面积
AK-冲击吸收功