金属材料的基本知识论述(ppt 32页)
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第1节 金属材料(课件 32张ppt).ppt
合金的特性：
根据以上实验可得到合金与组成它们的纯金属的性质有何异同？
1、 一般地，合金的硬度和强度高于组成它们的纯金属。
2、 合金的熔点低于组成它们的纯金属。
3、 一般地，合金的抗腐蚀性能强于组成它们的纯金属。
合作探究
延展性
导电性
导热性
密度
硬度
金属
良好
良好
良好
大多密度较大
一般较大
非金属
不具有延展性
大多较差（石墨较好）
大多为热的不良导体（石墨较好）
大多密度较小
一般较小，但差异很大（金刚石硬度极大，而石墨硬度就较小）
金属一定能导电、导热，但能导电导热的单质不一定 是金属。如非金属石墨也能导电，也能导热。
为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金怎么样？
用来铸造硬币的金属材料需要具有什么性质？
资源丰富无毒轻便耐磨耐腐蚀美观、易加工
金称为形状记忆合金。
记忆合金
1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。
状态
固态
铝、锌、铁、碳、硫、磷
汞、溴
液态
金属都有特殊的金属光泽，非金属大多无光泽
金属大多呈银白色或灰色，非金属大多外表暗淡
金属常温下呈固态，汞除外，非金属常温下大多是气态或固态，溴除外
总结一下
金属
非金属
光泽
特殊的金属光泽
大多数无金属光泽
颜色
大多数银白色或灰色（铜：紫红色，金：金黄色）
多种颜色，大多外表暗淡
钢
(1)成分
金属材料基本知识PPT课件
M＋A残 M＋A残 S+T＋M＋A残 B下＋ A残 P+S
f 退火
P
例题
g 等温退火 P
h 油淬
T＋M＋A残
53
例2：有一根长2米直径20mm的实心T12钢圆棒，不均匀加热，加热 后棒料温度如图所示，假设各段冷却介质如表所示，请在各段中
填入相应的相组织，并分析其力学性能。
A
B
C
D
1000 ℃
750 ℃
2、纯金属中的固态转变 同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发
生变化的现象。 固态转变的特点：①形核部位特殊；②过冷倾向大;
③伴随着体积变化。 铁的同素异构转变：-Fe13⇄94℃-Fe9⇄12℃-Fe
㈡ 合金 1、相图
匀晶L 共晶L+ 共析 + 包晶 L+
杠杆定律：只适用于两相区。 枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分
S回 淬火 (油冷)
? T+S回
淬火
分级淬T回火
等温淬火
? S
P
(水冷)150-
MS Mf
P M?+2A50’℃ M回
M+A’ T+M+A’
?
T+B下+M+A’
S
PP B下
时间
3、回火时的转变 碳钢：马氏体的分解 ；残余奥氏体分解 ；-碳化物
转变为Fe3C ；Fe3C聚集长大和铁素体多边形化 。 W18Cr4V钢： 560℃三次回火。析出W、Mo、V的碳化
组织组成物标注 G 复相组织组成物：
珠光体P(F+ Fe3C) F
A+F
P
A+ Fe3C
第一章 金属材料导论_【PPT课件】
• δ和ψ的数值越大，说明金属材料的塑 性越好；反之亦然。良好的塑性是金属材 料进行塑性加工的必要条件。
•
• 四、硬度
• • 金属材料抵抗外物压入其表面的能力。一般来说，硬
度高的材料，耐磨性能好，强度也高。因此，硬度是机械 零件设计要求的技术条件之一。
• • 生产中常用有布氏硬度（HB）和洛氏硬度（HR）等。
• ③当载荷继续增加超过S点后，变形量随载荷的增加而急 剧增加。当载荷增大到b时，变形集中在试样的某一部位 上，出现缩颈现象。由于承载面积减小，试样很快被拉断。
试样在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用σb
表示，Βιβλιοθήκη • （二）截面收缩率• 截面收缩率是试样拉断后缩颈处横截 面积的最大缩减量与原始横截面积的百分 比。
• HRB 直径1.588mm淬火钢球测软金属，如铜合金、 退火钢件等，总载荷980.7KN；
• HRC 120°金刚石圆锥体测如淬火工件，总载荷 1471.1KN 。
• ▲洛氏硬度试验操作简便、迅速，可测定各种金属材 料的硬度。
• ▲ 洛氏硬度压痕小，适用于成品，但重复性差，需在 不同部位测多次。
• （一）布氏硬度测定方法：
•
用一定直径的淬火钢球或硬质合金球作压头，
在一定的静载荷下压入试件表面，保持压力至规
定的时间后卸载。根据所加载荷的大小和所得压
痕表面积来计算（或查表）得压痕表面上的平均
应力值。此平均应力值作为布氏硬度，并用HBS （淬火钢球压头）或HBW（硬质合金压头）表示。
• 由于布氏硬度测量时压痕面积较大，能反映
• 洛氏硬度计上有九种标尺，分别用符号（常用） HRA、HRB和HRC……等表示。不同洛氏硬度的 压头、负荷和适用范围如表1-1 （p9）所列。
•
• 四、硬度
• • 金属材料抵抗外物压入其表面的能力。一般来说，硬
度高的材料，耐磨性能好，强度也高。因此，硬度是机械 零件设计要求的技术条件之一。
• • 生产中常用有布氏硬度（HB）和洛氏硬度（HR）等。
• ③当载荷继续增加超过S点后，变形量随载荷的增加而急 剧增加。当载荷增大到b时，变形集中在试样的某一部位 上，出现缩颈现象。由于承载面积减小，试样很快被拉断。
试样在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用σb
表示，Βιβλιοθήκη • （二）截面收缩率• 截面收缩率是试样拉断后缩颈处横截 面积的最大缩减量与原始横截面积的百分 比。
• HRB 直径1.588mm淬火钢球测软金属，如铜合金、 退火钢件等，总载荷980.7KN；
• HRC 120°金刚石圆锥体测如淬火工件，总载荷 1471.1KN 。
• ▲洛氏硬度试验操作简便、迅速，可测定各种金属材 料的硬度。
• ▲ 洛氏硬度压痕小，适用于成品，但重复性差，需在 不同部位测多次。
• （一）布氏硬度测定方法：
•
用一定直径的淬火钢球或硬质合金球作压头，
在一定的静载荷下压入试件表面，保持压力至规
定的时间后卸载。根据所加载荷的大小和所得压
痕表面积来计算（或查表）得压痕表面上的平均
应力值。此平均应力值作为布氏硬度，并用HBS （淬火钢球压头）或HBW（硬质合金压头）表示。
• 由于布氏硬度测量时压痕面积较大，能反映
• 洛氏硬度计上有九种标尺，分别用符号（常用） HRA、HRB和HRC……等表示。不同洛氏硬度的 压头、负荷和适用范围如表1-1 （p9）所列。
金属材料基本知识部分PPT课件
件时的选材和设计
的依据。
图4 低碳钢拉伸曲线
9
2） 塑 性 ● 定义 金属材料断裂前发生永久变形（不可恢复）的能力。 ● 衡量指标
伸长率：
试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。 断面收缩率：
试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与原 始横截面积的百分比。
10
伸长率（ δ ）
l1-l0
δ=
×100%
● 抗拉强度
材料在断裂前所能承受的最大应力，用符号σb表
示。
7
● 屈服点计算公式
Fs
σs= A0
F
F0.2
脆性材料的屈服点
σ = 0.2
F0.2 A0
图6
0
0.2%L0
ΔL
应用：σs和σ0.2常作为零件选材 和设计 的依据。
8
● 抗拉强度计算公式
σb=
Fb A0
应用：
脆性材料制作
机械零件和工程构
● 内部质点按一定的几何规律呈周期性规则排列的物 质称为晶体。
● 有固定的熔点（如铁为1538℃，铜为1083℃，铝为 660℃）；一般具有规则的外形；在不同的方向上具 有不同的性能，即表现出晶体的各向异性。
●非晶体及其特性
● 内部质点无规则的堆积在一起的物质称为非晶体。
与晶体相反，没有固定的熔点；表现出各向同性。
准确，但不能测量成品 件。 ● 试验（录像）
图11 布氏硬度法
15
● 洛氏硬度
（HRA、HRB、HRC）
●试验：GB83。
一定锥形的金刚石 （淬火钢球），在规 定载荷和时间后，测 出的压痕深度的大小。
图12 洛氏硬度计
16
● 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC） 测量录像
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属脆性材科 属韧性材料 属塑性材料
良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。
任何零件都需要一定塑性。 塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。 防止过载断裂；增加可靠性 。
4．硬度( hardness )
抵抗局部塑性变形的能力 抵抗更硬的物体压入其内的能力。
通常材料的强度越高，硬度也越高
最常用的硬度指标有：布氏硬度（HB)和洛氏硬度 (HR)。 氏硬度和洛氏硬度试验原理和使用范围均不相同；
掌握影响晶粒大小的因素及细化晶粒的方法
方法： 概念较多、实践性强，要联系实际加深理解和记忆
作业
P21 1. 10. 11. 13. 14.
1.1 金属材料的性能
1.1.1 金属材料的力学性能 1．弹性和刚度 2．强度 3．塑性 4．硬度 5．冲击韧性 6．疲劳强度
1.1.2 金属材料的其它性能 1．物理性能 2．化学性能 3．工艺性能
（2）抗拉强度（σb ）
抗拉强度是材料在拉断前 承受最大载荷时的应力。
F
F
S
0F 0
.2
s 0.2
bs
e
σb =Fb/S0 （MPa）
它表征了材料在拉伸条件下 所能承受的最大应力。
0.2%
抗拉强度 — 是脆性材料选材的依据。
b
k
100%
l
l l0
屈强比 σs/σb小，则工程构件可靠性高
不同材料的拉伸曲线
批量生产的零件 当HRC20-70 时有效
(3)维氏硬度 HV
( diamond penetrator hardness )
适用范围:
➢ 测量薄板类 ➢ HV≈HBS
5．冲击韧性 ( notch toughness )
材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。
H1
AK = G（H1 – H2）（J）
H2
（弹性模量E的大小主要取决于各种材料的本性）
弹性变形－－随外力消失而消失的变形
F F
F
塑性变形 产生永久的不可恢复的变形
F F F
2.强度
材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。
工程上常用的金属材料的强度指标有屈服强度(σs)和抗拉强度(σb)
（1） 屈服强度（σS 、σ0.2 ）
指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力。
σS=Fs/S0 （MPa） 它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。
当材料单位面积上所受的应力σe<σ<σs时，只产生微量的塑 性变形。当σ>σs时，材料将产生明显的塑性变形。
条件屈服强度: σ0.2=F 0.2/S0 （MPa）
对于塑性差的材料，用σ0.2来代替σs
屈服强度 — 是塑性材料选材和评定的依据。
拉伸F S0
s
F
F Fs
Fe
e
k
l0
L dk
lk
o 缩颈 拉伸曲线
l
l l0
应力—应变曲线
e — 弹性极限点 K — 断裂点
S — 屈服点
b — 极限载荷点
1．弹性和刚度
弹性：受外力作用时产生变形，外力去掉后能恢复原来形状的性能。 刚度：材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力。
σ
σe σs σb ε
退火低碳钢
中碳调质钢
淬火钢及铸铁
低、中回火钢
3.塑性
材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。
常用 δ 和 ψ 作为衡量塑性的指标。 F
伸长率： lk l0 100%
l0
断面收缩率: s0 sk 100%
s0
δ↑、Ψ↑ 塑性越好
d0
F
l0
L dk
lk
δ < 2 ~ 5% δ ≈ 5 ~ 10% δ > 10%
F
(1)布氏硬度HB (Brinell-hardness)
D D
用一定载荷P，将直径为D的球体，
压入被测材料的表面，保持一定时间后卸去载荷，
d
根据压痕面积大小确定硬度值。
测量HBS<450的较软金属采用淬火钢球 测量HBW450-650的材料采用硬质合金钢球
exp:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球 在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。
洛氏硬度一般用于HB>450
F F F
120
0
h
洛氏硬度试验
原理： HR = (k-h) / 0.002
对金刚石圆锥压头 k = 0.2 mm
对钢球压头
k = 0.26 mm
洛氏硬度特点
洛氏硬度测量的优点：操作简便，压痕小 可用于成品和薄形件
缺点：测量数值分散 HRC洛氏硬度适用于：淬火钢，调质钢
ak = AK /S （J/m2）
在冲击载荷下工作的零件， 很少是受大能量一次冲击而 破坏的；往往是受小能量多 次重复冲击而破坏的。
6．疲劳强度( fatigue strength )
材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力。
受交变载荷作用的零件，在
其所受应力远远低于该材料的
低碳钢： σb≈3.6HB 高碳钢： σb≈3.4HB 调质合金钢： σb≈3.25HB
(2)洛氏硬度HR (Rockwell hardness)
将标准压头用规定压力压入被测材料的表面， 根据压痕深度来确定硬度值 根据压头的材料及所加的负荷不同又可分为 HRA、HRB、HRC三种
10HRC≈HBS
1.1.1 材料的力学性能
在外力作用下所表现出的特性。
外力→弹性变形→失效
作用在机件上的外力——载荷
静载荷 动载荷
常见的失效形式
断裂 塑性变形 过量弹变 磨损 腐蚀
失效形式与力学性能的关系
力学性能
强度
b s
塑性
刚度
硬度
韧性
疲劳强度
失效形式
断裂 塑性变形 过量弹变 磨损
拉伸实验
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
工程材料的分类
按组成特点分：
金属材料 非金属材料
陶瓷材料 高分子材料
复合材料
材料、信息、能源称为现代技术的三大支柱。
第１章 金属材料的基本知识
1.1 金属材料的性能 1.2 金属的晶体构造和结晶过程
基本内容和要求
（1）掌握金属主要机械性能： 强度、塑性、韧性、硬度的概念和应用
（2）三种常见的金属晶体结构及其基本性能 （3）实际金属晶体缺陷及其对性能的影响 （4）熟悉结晶过程以及过冷度的概念，
布氏硬度试验
HB 压痕 压的 入表 载面 荷N积 （ m）m（） 2F
0.102
D2(1 1 d2 )
D
布氏硬度计
布氏硬度特点
布氏硬度测量的优点：测量数值稳定，准确 缺点：操作慢，不适用批量生产和薄形件
布氏硬度适用于：铸铁，有色金属 退火、正火、调质处理钢（未经淬火的钢） 原材料，毛坯 当HBS<450 时有效（HBW450-650)