第二章金属材料与热处理基础PPT课件
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金属材料与热处理第2版课件王学武
表面涂层
涂覆防锈涂料、金属镀层等，隔绝金属与腐 蚀介质的接触。
缓蚀剂
在腐蚀介质中添加能够减缓或抑制金属腐蚀 的化学物质。
电化学保护
通过外部电流改变金属的电位，从而抑制或 减缓金属的腐蚀。
控制环境
降低介质中的湿度、控制温度和压力等环境 因素，以减缓金属腐蚀。
05
金属材料的选择与应用
金属材料的选择原则
组织转变
金属在加热和冷却过程中会发生组织转变，如奥氏体向铁 素体的转变、珠光体向奥氏体的转变等。组织转变会影响 金属的机械性能，如硬度、韧性和强度等。
扩散与流动
金属在加热和冷却过程中会发生原子或分子的扩散与流动 ，这些过程会影响金属的内部组织结构，进而影响其性能 。
热处理工艺流程
预处理
包括金属材料的清理、切割和固定等 步骤，以确保热处理的均匀性和稳定 性。
腐蚀的能力。
力学性能
03
金属材料的力学性能包括强度、塑性、韧性、硬度、耐磨性和
疲劳强度等。
金属材料的生产与应用
生产方法
金属材料的生产方法包括冶炼、铸造、 锻造、轧制、挤压、拉拔和焊接等。
VS
应用领域
金属材料广泛应用于建筑、机械、化工、 航空航天、汽车、船舶和家电等领域。
02
金属材料的热处理技术
热处理的定义与分类
韧性
金属材料在冲击或振动载荷作用下吸收能量、不易断裂的能力，通常用冲击韧性和断裂韧性等指标来衡量。
涂覆防锈涂料、金属镀层等，隔绝金属与腐 蚀介质的接触。
缓蚀剂
在腐蚀介质中添加能够减缓或抑制金属腐蚀 的化学物质。
电化学保护
通过外部电流改变金属的电位，从而抑制或 减缓金属的腐蚀。
控制环境
降低介质中的湿度、控制温度和压力等环境 因素，以减缓金属腐蚀。
05
金属材料的选择与应用
金属材料的选择原则
组织转变
金属在加热和冷却过程中会发生组织转变，如奥氏体向铁 素体的转变、珠光体向奥氏体的转变等。组织转变会影响 金属的机械性能，如硬度、韧性和强度等。
扩散与流动
金属在加热和冷却过程中会发生原子或分子的扩散与流动 ，这些过程会影响金属的内部组织结构，进而影响其性能 。
热处理工艺流程
预处理
包括金属材料的清理、切割和固定等 步骤，以确保热处理的均匀性和稳定 性。
腐蚀的能力。
力学性能
03
金属材料的力学性能包括强度、塑性、韧性、硬度、耐磨性和
疲劳强度等。
金属材料的生产与应用
生产方法
金属材料的生产方法包括冶炼、铸造、 锻造、轧制、挤压、拉拔和焊接等。
VS
应用领域
金属材料广泛应用于建筑、机械、化工、 航空航天、汽车、船舶和家电等领域。
02
金属材料的热处理技术
热处理的定义与分类
韧性
金属材料在冲击或振动载荷作用下吸收能量、不易断裂的能力，通常用冲击韧性和断裂韧性等指标来衡量。
金属材料及其热处理ppt课件
1. 增加过冷度；冷速越快，
实际结晶温度越低，过冷度越 大。
2. 变质处理；加入细小变
质剂，提高形核率、降低长大 速度。
3. 振动处理。破坏枝晶，提高形核率、降低长大速度。
对于固态下晶粒粗大的金属材料，可通过冷、热机械加工（锻造、轧制等）
及热处理的方法来细化晶粒。 .
同素异构转变
大多数金属的晶格类型是固定
热处理在机械工业中具有重要地位。
.
热处理
热处理的目的
热处理主要是为了改善金属材料的性能，即改善其工艺性能、提高机械 性能及使用性能。
.
热处理
热处理与相图
有固态相变发生的合金才能进行热处理，纯金属、某些单相合金不能热 处理强化，只能采用形变强化的方法。
a) 图F点以左的合金.不能进行热处理。
.
合金及其组织结构
2. 相
合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。相与相之间有明显的 界面－相界。
3. 组织
所谓合金的组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。数量、 大小和分布方式不同的相构成了合金不. 同的组织。单相组织、多相组织。
合金的晶体结构
根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金的组织可分 为固溶体、金属化合物和混合物三类。
.
钢的奥氏体转变
生产中冷却方式多种多样， 常采用的有两种：
1. 等温冷却； 等温淬火，等温退火等。
实际结晶温度越低，过冷度越 大。
2. 变质处理；加入细小变
质剂，提高形核率、降低长大 速度。
3. 振动处理。破坏枝晶，提高形核率、降低长大速度。
对于固态下晶粒粗大的金属材料，可通过冷、热机械加工（锻造、轧制等）
及热处理的方法来细化晶粒。 .
同素异构转变
大多数金属的晶格类型是固定
热处理在机械工业中具有重要地位。
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热处理
热处理的目的
热处理主要是为了改善金属材料的性能，即改善其工艺性能、提高机械 性能及使用性能。
.
热处理
热处理与相图
有固态相变发生的合金才能进行热处理，纯金属、某些单相合金不能热 处理强化，只能采用形变强化的方法。
a) 图F点以左的合金.不能进行热处理。
.
合金及其组织结构
2. 相
合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。相与相之间有明显的 界面－相界。
3. 组织
所谓合金的组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。数量、 大小和分布方式不同的相构成了合金不. 同的组织。单相组织、多相组织。
合金的晶体结构
根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金的组织可分 为固溶体、金属化合物和混合物三类。
.
钢的奥氏体转变
生产中冷却方式多种多样， 常采用的有两种：
1. 等温冷却； 等温淬火，等温退火等。
金属材料与热处理(全)
3、纯铁的同素异构转变：
1394℃
912℃
δ-Fe → γ- Fe → α – Fe
体心
面心
体心
4、金属的同素异构转变，也称为“重结晶”。
其与液态金属结晶有许多相似处：有一定转变温度，有过冷现象； 有潜热放出和吸收 ； 也由形核、核长大来完成。 不同处：∵属固 态相变 ，∴ 转变需较大的过冷度；新晶核优先在原晶界处形核；转 变中有体积的变化，会产生较大内应力。
§2-2金属的力学性能
学习目的：★ 理解金属材料性能（工艺性能、使用 性能）的概念、分类。
★掌握强度的概念及其种类、应力的概念及符号。 ★★掌握拉伸试验的测定方法；力——伸长曲线的几
个阶段；屈服点的概念。 教学重点与难点 1、理解力——伸长曲线是教学重点； 2、强度、塑性是教学难点。
教学过程：
复习
新课：
一、硬度
●材料抵抗局部变形特别是塑性变形压痕或划痕的能力称为硬度。（是衡量材 料软硬程度的指标）
●根据硬度的试验方法可以把硬度分为：布氏硬度试验方法、洛氏硬度试验方 法、维氏硬度试验方法。
1、布氏硬度 （1）布氏硬度的测试原理：用一定直径的球体（钢球或硬质合金），以规定
的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，然后用测量表面压 痕直径来计算硬度。
教学过程。
复习旧课： 1、晶体结构的概念。 2、常见的三种金属晶格类型。 3、晶体的缺陷。 导入新课：
1394℃
912℃
δ-Fe → γ- Fe → α – Fe
体心
面心
体心
4、金属的同素异构转变，也称为“重结晶”。
其与液态金属结晶有许多相似处：有一定转变温度，有过冷现象； 有潜热放出和吸收 ； 也由形核、核长大来完成。 不同处：∵属固 态相变 ，∴ 转变需较大的过冷度；新晶核优先在原晶界处形核；转 变中有体积的变化，会产生较大内应力。
§2-2金属的力学性能
学习目的：★ 理解金属材料性能（工艺性能、使用 性能）的概念、分类。
★掌握强度的概念及其种类、应力的概念及符号。 ★★掌握拉伸试验的测定方法；力——伸长曲线的几
个阶段；屈服点的概念。 教学重点与难点 1、理解力——伸长曲线是教学重点； 2、强度、塑性是教学难点。
教学过程：
复习
新课：
一、硬度
●材料抵抗局部变形特别是塑性变形压痕或划痕的能力称为硬度。（是衡量材 料软硬程度的指标）
●根据硬度的试验方法可以把硬度分为：布氏硬度试验方法、洛氏硬度试验方 法、维氏硬度试验方法。
1、布氏硬度 （1）布氏硬度的测试原理：用一定直径的球体（钢球或硬质合金），以规定
的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，然后用测量表面压 痕直径来计算硬度。
教学过程。
复习旧课： 1、晶体结构的概念。 2、常见的三种金属晶格类型。 3、晶体的缺陷。 导入新课：
金属材料与热处理课件
钛及其合金
1.2 金属的性能
金属材料的性能包括使用性能和工艺性能. 使用性能: 指金属材料在使用条件下所表现出 来的性能 ，它包括物理性能、化学性能、力学 性能等 工艺性能: 指金属材料在制造工艺过程中的适 应加工的性能。包括热处理性能、铸造性能、锻 造性能、切削性能等
金属的物理性能
金属的物理性能是指金属固有的属性，包括密 度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性。 密度：某种物质单位体积的质量称为该物质的密度。 根据密度可分为轻金属和重金属 熔点：金属或合金从固态向液态转变时的温度称为熔 点。 熔点高的金属称为难熔金属（如钨、钼、钒等）。 用来制造火箭、导弹、燃气轮机和喷气飞机等。 熔点低的金属称为易熔金属（如锡、铅等）
金属的化学性能
金属的化学性能是指金属在化学作用下所表现 的性能，如耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。 耐腐蚀性：金属材料在常温下低抗氧、水蒸汽及 其化学介质腐蚀破坏作用的能力， 抗氧化性：金属材料在加热时低抗氧化作用的能 力， 化学稳定性：化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性 和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定 性称为热稳定性。
金属晶粒大小对力学性能的影响
二.铁碳合金和Fe－C相图
合金
合金是指由两种或两种以上金属元素或金属与非 金属元素组成的，具有金属特征的物质。如碳钢、合 金钢等铁-碳合金、铜合金、钛合金等。
金属材料与热处理(最全)PPT课件
• 奥氏体（A）：碳溶 于 -Fe中的一种间隙 固溶体，具有面心立 方晶体结构，塑性好 ，变形抗力小，易于 锻造成型
铁碳合金中的组元和基本相
渗碳体：铁和碳 的金属化合物 （ 即 Fe3C） 属 于复杂结构的 间隙化合物， 硬而脆，强度 很低，耐磨性 好，是一个亚 稳定的化合物 ，在一定温度 下可分解为铁 和石墨
精品课程
金属材料与热处理
工程材料的分类
工程材料
黑色金属材料：钢和铸铁
金属材料
有色金属材料
铝及铝合金 铜及铜合金 滑动轴承合金
高分子材料
非金属材料 陶瓷材料 复合材料
当今社会科学技术突飞猛进，新材料层出不穷，但到目前为止，在 机械工业中使用最多的材料仍然是金属材料，其主要原因是因为 它具优良的使用性能和加工工艺性能。
3）晶粒细化：→强度↑，且塑韧性↑
• 晶界原子排列较不规则，阻碍位错运动，使 形抗力增大。
• 晶粒小 → 晶界多 → 变形抗力大 → 强 度，硬度↑（细晶强化）
• 晶粒小 → 变形分散，应力集中小 → 塑 性↑，韧性↑
• 晶粒大小与屈服强度的关系： • σs=σi+kyd(-1/2) _____霍尔配奇公式
2）性能：强硬度显著降低，塑韧性显著提高（变形 前水平），内应力完全消除。
3）结晶驱动力：塑性变形贮存的能量 4）再结晶温度： 取决于材料、合金成分、变形度、
铁碳合金中的组元和基本相
渗碳体：铁和碳 的金属化合物 （ 即 Fe3C） 属 于复杂结构的 间隙化合物， 硬而脆，强度 很低，耐磨性 好，是一个亚 稳定的化合物 ，在一定温度 下可分解为铁 和石墨
精品课程
金属材料与热处理
工程材料的分类
工程材料
黑色金属材料：钢和铸铁
金属材料
有色金属材料
铝及铝合金 铜及铜合金 滑动轴承合金
高分子材料
非金属材料 陶瓷材料 复合材料
当今社会科学技术突飞猛进，新材料层出不穷，但到目前为止，在 机械工业中使用最多的材料仍然是金属材料，其主要原因是因为 它具优良的使用性能和加工工艺性能。
3）晶粒细化：→强度↑，且塑韧性↑
• 晶界原子排列较不规则，阻碍位错运动，使 形抗力增大。
• 晶粒小 → 晶界多 → 变形抗力大 → 强 度，硬度↑（细晶强化）
• 晶粒小 → 变形分散，应力集中小 → 塑 性↑，韧性↑
• 晶粒大小与屈服强度的关系： • σs=σi+kyd(-1/2) _____霍尔配奇公式
2）性能：强硬度显著降低，塑韧性显著提高（变形 前水平），内应力完全消除。
3）结晶驱动力：塑性变形贮存的能量 4）再结晶温度： 取决于材料、合金成分、变形度、
金属材料与热处理第二章 金属的晶体结构与结晶
第一节 金属的晶体结构 一、晶体与非晶体
固态物质按其原子(或分子)的聚集状态可分 为晶体和非晶体两大类。
二、晶体结构的基本知识
在研究金属的晶体结构时,为分析问题方便, 通常将金属中的原子近似地看成是刚性小球。
图2-3 晶胞的表示方法
三、常见金属的晶格类型
在金属晶体中,由于原子间的结合方式,决定 了金属晶体具有高度对称的简单的晶体结构。
同素异构转变是纯铁的一个重要特性,是钢 铁能够进行热处理的理论依据。金属的同素异 构转变过程与金属液的结晶过程很相似,实质上 它是一个重结晶过程,因此,同素异构转变同样遵 循结晶的一般规律:转变时需要过冷;有潜热产 生;转变过程也是在恒温下通过晶核的形成和长 大来完成的,如图2-20所示。但由于同素异构转
8.什么是过冷现象和过冷度?过冷度与冷却速度有什么关系? 它对铸件的晶粒大小有什么影响?
9.金属液结晶的必要条件是什么?试叙述纯金属的结晶过程 。
10.什么是晶粒与晶界?晶粒大小对金属力学性能有什么影 响?
11.用哪些方法可以获得细晶粒组织?其依据是什么?
12.什么是金属的同素异构转变?同素异构转变与金属液结晶 有什么异同之处?
第二章 金属的晶体 结构与结晶
主编
第二章 金属的晶体结构与结晶
不同的金属材料具有不同的力学性能;同一种金属材 料,在不同的条件下其力学性能也是不同的。金属性能的 这些差异,完全是由金属内部的组织结构所决定的。因此, 研究金属的晶体结构及其变化规律,是了解金属性能,正确 选用金属材料,合理确定加工方法的基础。
金属材料与热处理第二部分
①可全面了解铁碳合金的结晶过程和变化规律；
②对选材和铸、锻、焊、热处理等热加工工艺有重要的指导意义。
3、表示方法： 横坐标——铁碳合金二种元素的成分轴，数字为含碳量ωc（%） 纵坐标——铁碳合金从液态到固态变化过程时的温度轴（℃）
§ 2-3
铁碳合金相图
一、Fe-Fe3C相图的组成
二、 Fe-Fe3C相图中特性点、线的含义及各区域内的组织：
四、Fe-Fe3C相图的应用：
2．为制定热加工工艺提供依据：
相图总结了不同成份的铁碳合金在缓慢冷却时组织随 温度的变化规律，这就为制订热加工工艺提供了依据，无 论在铸造、锻造，焊接、热处理等方面都具有重要意义。 对铸造：根据相图可以找出不同成分的钢或铸铁的熔 点，确定铸造温度；根据相图上液相线和固相线间距离估 计铸造性能的好坏，距离越小，铸造性能愈好，如共晶成 分或接近共晶成分的铸铁铸造性能比铸钢好。因此，共晶 成分的铸铁常用来浇注铸件，其流动性好，分散缩孔少， 显微编析少。
180 ＞700 ＞700
莱氏体
L'd
4.3
727～1148
性能接近于渗碳体， 硬度很高，塑性、 韧性极差
§ 2-3
铁碳合金相图
1、含义：是表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，不 同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的一种图形。
2、重要意义：是研究铁碳合金的基础，是研究铁碳合金的 成分、温度和组织结构之间关系的图形。
②对选材和铸、锻、焊、热处理等热加工工艺有重要的指导意义。
3、表示方法： 横坐标——铁碳合金二种元素的成分轴，数字为含碳量ωc（%） 纵坐标——铁碳合金从液态到固态变化过程时的温度轴（℃）
§ 2-3
铁碳合金相图
一、Fe-Fe3C相图的组成
二、 Fe-Fe3C相图中特性点、线的含义及各区域内的组织：
四、Fe-Fe3C相图的应用：
2．为制定热加工工艺提供依据：
相图总结了不同成份的铁碳合金在缓慢冷却时组织随 温度的变化规律，这就为制订热加工工艺提供了依据，无 论在铸造、锻造，焊接、热处理等方面都具有重要意义。 对铸造：根据相图可以找出不同成分的钢或铸铁的熔 点，确定铸造温度；根据相图上液相线和固相线间距离估 计铸造性能的好坏，距离越小，铸造性能愈好，如共晶成 分或接近共晶成分的铸铁铸造性能比铸钢好。因此，共晶 成分的铸铁常用来浇注铸件，其流动性好，分散缩孔少， 显微编析少。
180 ＞700 ＞700
莱氏体
L'd
4.3
727～1148
性能接近于渗碳体， 硬度很高，塑性、 韧性极差
§ 2-3
铁碳合金相图
1、含义：是表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，不 同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的一种图形。
2、重要意义：是研究铁碳合金的基础，是研究铁碳合金的 成分、温度和组织结构之间关系的图形。
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3
第一节 金属的力学性能
材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出来的特性。力学 性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧度及疲劳强度等。
一、强度
强度是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。 强度指标一般可以通过金属拉伸试验来测定。把标准试样装夹在 试验机上，然后对试样缓慢施加拉力，使之不断变形直到拉断为止。 在此过程中，试验机能自动绘制出载荷F和试样变形量AL的关系曲线。 此曲线叫做拉伸曲线。
（1）屈服点σs材料产生屈服时的最小应力。单位为MPa。
σs= Fs/AO （2-1）
式中，Fs是屈服时的最小载荷(N)；A0是试样原始截面积。
对于无明显屈服现象的金属材料（如高碳钢、铸铁），测量屈服点 很困难，工程上经常采用残余伸长为0.2％原长时的应力σ0.2作为屈服 强度指标，称为规定残余伸长应力。
13
2．钢在加热时的转变 在热处理工艺中，钢的加热目的是为了获得奥氏体，奥氏体是钢在 高温状态时的组织，其强度及硬度高，塑性良好，晶粒的大小、成分及 其均匀化程度，对钢冷却后的组织和性能有重要影响。因此，钢在加热 时，为了得到细小均匀的奥氏体晶粒，必须严格控制加热温度和保温时 间，以求在冷却后获得高性能的组织。 3．钢在冷却时的转变 冷却是热处理的关键工序，成分相同的钢经加热获得奥氏体组织后， 以不同的速度冷却时，将获得不同的力学性能，见表2-1。
7
三、硬度
硬度是指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。 常用来测定硬度的方法有布氏硬度试验法和洛氏硬度试验法。
1．布氏硬度试验法
如图2-2所示采用
直径为D的淬火钢球或
硬质合金球，在规定载
荷F的作用下，压入被
测金属表面，保持一
定时间后卸除载荷，测
定压痕直径，求出压痕
球形的表面积，压痕单
位表面积上所承受的平
机械基础
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
第二章 金属材料与热处理基础
学习目的：
通过本章的学习具备所必需的汽车所使用的金属材料基本知 识。
学习要求：
掌握金属的力学性能指标及常用数据。 掌握钢的热处理的基本知识及常用的热处理方法、工艺特点和 应用范围。 掌握常用的机械工程材料类型、牌号、力学性能及用途。 初步具有选择工程材料的能力。
9
四、冲击韧度
对于承受冲击载荷的材料，如汽车 发动机中的活塞，不仅要求具有高的强 度和一定的塑性，还必须具备足够的冲 击韧度。金属材料抵抗冲击载荷作用而 不破坏的能力称为冲击韧度。
冲击韧度的测定方法，如图2-4所 示。是将被测材料制成标准缺口试样， 在冲击试验机上由置于一定高度的重锤 自由落下而一次冲断。冲断试样所消耗 的能量称为冲击功，其数值为重锤冲断 试样的势能差。冲击韧度值aKV就是试 样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功， 这个值越大，则韧性越好，受冲击时， 越不容易断裂。
10
五、疲劳强度
Baidu Nhomakorabea在汽车上的许多零件中，比如各种轴、齿轮、弹簧、连杆等，要 受到大小和方向呈周期性变化的载荷作用。这种交变载荷虽然小于材 料的强度极限，甚至小于其弹性极限，但经多次循环后，在没有明显 的外观变形时也会发生断裂，这种破坏称作疲劳破坏或疲劳断裂。这 种破坏都是突然发生的，具有很大的危险性。
疲劳强度σ-1是表示材料以周期性交变载荷作用而不致引起断裂 的最大应力，其大小与应力变化的次数有关。对于黑色金属规定循环 次数为107次，有色金属循环次数为108次。
为了提高金属的疲劳强度，可以通过改善零件的结构形状，避免 应力集中，减小表面粗糙度值，进行表面热处理和强化处理等方法。
11
第二节 钢的热处理常识
1．断后伸长率δ
试样拉断后的标距伸长量和原始标距之比
δ=(L1—L0)/L0×100％
（2-4）
式中，L1试样原始标距长度。L0试样拉断后的标距长度。
2．断面收缩率ψ
试样拉断处ψ=×100％横截面积的缩减量与原始横截面积之比
ψ= =(A0—A1)/AO ×100％
（2-5）
式中，Ao是试样的原始横截面积；A．是试样断口处的横截面积。
1．拉伸曲线 图2-1为低碳钢的拉伸曲线，图中纵坐标表示载荷单位为N；横坐 标表示绝对伸长量△L，单位为mm。
4
从图2-1中可以看出下面几个变形阶段： （1）Oe———弹性变形阶段 （2）es———屈服阶段 （3）sb———强化阶段 （4）bk———缩颈阶段
5
2．强度指标
材料受到外力作用会发生变形，同时在材料内部产生一个抵抗变形 的力称为内力。单位面积上的内力称为应力，单位为Pa（帕），即N/m2 工程上常用MPa(兆帕)，1MPa=106pa，或1Pa=1N/m2，或1MPa=1N/mm2。
14
二、退火与正火
一、钢的热处理原理
1．概述 热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却 以获得所需要的组织结构与性能的工艺。 根据热处理的目的和工艺方法的不同，热处理可分为：
12
热处理 方法虽然很 多，但任何 一种热处理 工艺都是由 加热、保温、 和冷却三个 阶段所组成 的。热处理 工艺过程可 用在温度一 时间坐标系 中的曲线图 表示，这种 曲线称为热 处理工艺曲 线，见图2-5。
σ0.2= F0.2/AO （2-2）
（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/AO （2-3）
式中，Fb是试样断裂前所承受的最大载荷（N）。
6
二、塑性
金属材料在载荷的作用下，产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。 通过拉伸试验测得 的常用塑性指标有：断后伸长率和断面收缩率。
均压力（F/A）即为布
氏硬度值，压头为淬火
钢球时用HBS表示，压
头为硬质合金球用时
HBW表示。例如120HBS，
450HBW。
8
2．洛氏硬度试验法 采用顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球作 为压头．如图2-3所示。试验时先施加初载荷，使压头与试样表面接 触良好，保证测量准确，再施加主载荷，保持到规定的时间后再卸除 主载荷，依据压痕的深度来确定材料的硬度值。
第一节 金属的力学性能
材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出来的特性。力学 性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧度及疲劳强度等。
一、强度
强度是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。 强度指标一般可以通过金属拉伸试验来测定。把标准试样装夹在 试验机上，然后对试样缓慢施加拉力，使之不断变形直到拉断为止。 在此过程中，试验机能自动绘制出载荷F和试样变形量AL的关系曲线。 此曲线叫做拉伸曲线。
（1）屈服点σs材料产生屈服时的最小应力。单位为MPa。
σs= Fs/AO （2-1）
式中，Fs是屈服时的最小载荷(N)；A0是试样原始截面积。
对于无明显屈服现象的金属材料（如高碳钢、铸铁），测量屈服点 很困难，工程上经常采用残余伸长为0.2％原长时的应力σ0.2作为屈服 强度指标，称为规定残余伸长应力。
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2．钢在加热时的转变 在热处理工艺中，钢的加热目的是为了获得奥氏体，奥氏体是钢在 高温状态时的组织，其强度及硬度高，塑性良好，晶粒的大小、成分及 其均匀化程度，对钢冷却后的组织和性能有重要影响。因此，钢在加热 时，为了得到细小均匀的奥氏体晶粒，必须严格控制加热温度和保温时 间，以求在冷却后获得高性能的组织。 3．钢在冷却时的转变 冷却是热处理的关键工序，成分相同的钢经加热获得奥氏体组织后， 以不同的速度冷却时，将获得不同的力学性能，见表2-1。
7
三、硬度
硬度是指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。 常用来测定硬度的方法有布氏硬度试验法和洛氏硬度试验法。
1．布氏硬度试验法
如图2-2所示采用
直径为D的淬火钢球或
硬质合金球，在规定载
荷F的作用下，压入被
测金属表面，保持一
定时间后卸除载荷，测
定压痕直径，求出压痕
球形的表面积，压痕单
位表面积上所承受的平
机械基础
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整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
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第二章 金属材料与热处理基础
学习目的：
通过本章的学习具备所必需的汽车所使用的金属材料基本知 识。
学习要求：
掌握金属的力学性能指标及常用数据。 掌握钢的热处理的基本知识及常用的热处理方法、工艺特点和 应用范围。 掌握常用的机械工程材料类型、牌号、力学性能及用途。 初步具有选择工程材料的能力。
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四、冲击韧度
对于承受冲击载荷的材料，如汽车 发动机中的活塞，不仅要求具有高的强 度和一定的塑性，还必须具备足够的冲 击韧度。金属材料抵抗冲击载荷作用而 不破坏的能力称为冲击韧度。
冲击韧度的测定方法，如图2-4所 示。是将被测材料制成标准缺口试样， 在冲击试验机上由置于一定高度的重锤 自由落下而一次冲断。冲断试样所消耗 的能量称为冲击功，其数值为重锤冲断 试样的势能差。冲击韧度值aKV就是试 样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功， 这个值越大，则韧性越好，受冲击时， 越不容易断裂。
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五、疲劳强度
Baidu Nhomakorabea在汽车上的许多零件中，比如各种轴、齿轮、弹簧、连杆等，要 受到大小和方向呈周期性变化的载荷作用。这种交变载荷虽然小于材 料的强度极限，甚至小于其弹性极限，但经多次循环后，在没有明显 的外观变形时也会发生断裂，这种破坏称作疲劳破坏或疲劳断裂。这 种破坏都是突然发生的，具有很大的危险性。
疲劳强度σ-1是表示材料以周期性交变载荷作用而不致引起断裂 的最大应力，其大小与应力变化的次数有关。对于黑色金属规定循环 次数为107次，有色金属循环次数为108次。
为了提高金属的疲劳强度，可以通过改善零件的结构形状，避免 应力集中，减小表面粗糙度值，进行表面热处理和强化处理等方法。
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第二节 钢的热处理常识
1．断后伸长率δ
试样拉断后的标距伸长量和原始标距之比
δ=(L1—L0)/L0×100％
（2-4）
式中，L1试样原始标距长度。L0试样拉断后的标距长度。
2．断面收缩率ψ
试样拉断处ψ=×100％横截面积的缩减量与原始横截面积之比
ψ= =(A0—A1)/AO ×100％
（2-5）
式中，Ao是试样的原始横截面积；A．是试样断口处的横截面积。
1．拉伸曲线 图2-1为低碳钢的拉伸曲线，图中纵坐标表示载荷单位为N；横坐 标表示绝对伸长量△L，单位为mm。
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从图2-1中可以看出下面几个变形阶段： （1）Oe———弹性变形阶段 （2）es———屈服阶段 （3）sb———强化阶段 （4）bk———缩颈阶段
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2．强度指标
材料受到外力作用会发生变形，同时在材料内部产生一个抵抗变形 的力称为内力。单位面积上的内力称为应力，单位为Pa（帕），即N/m2 工程上常用MPa(兆帕)，1MPa=106pa，或1Pa=1N/m2，或1MPa=1N/mm2。
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二、退火与正火
一、钢的热处理原理
1．概述 热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却 以获得所需要的组织结构与性能的工艺。 根据热处理的目的和工艺方法的不同，热处理可分为：
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热处理 方法虽然很 多，但任何 一种热处理 工艺都是由 加热、保温、 和冷却三个 阶段所组成 的。热处理 工艺过程可 用在温度一 时间坐标系 中的曲线图 表示，这种 曲线称为热 处理工艺曲 线，见图2-5。
σ0.2= F0.2/AO （2-2）
（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/AO （2-3）
式中，Fb是试样断裂前所承受的最大载荷（N）。
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二、塑性
金属材料在载荷的作用下，产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。 通过拉伸试验测得 的常用塑性指标有：断后伸长率和断面收缩率。
均压力（F/A）即为布
氏硬度值，压头为淬火
钢球时用HBS表示，压
头为硬质合金球用时
HBW表示。例如120HBS，
450HBW。
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2．洛氏硬度试验法 采用顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球作 为压头．如图2-3所示。试验时先施加初载荷，使压头与试样表面接 触良好，保证测量准确，再施加主载荷，保持到规定的时间后再卸除 主载荷，依据压痕的深度来确定材料的硬度值。