1-钢铁材料及热处理PPT课件
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2、金属材料与热处理---钢铁热处理
A1以下的某温度保温适当
时间后，置于空气或水中 冷却的工艺。
螺杆表面的 淬火裂纹
1、回火的目的 ⑴减少或消除淬火内应力,
防止变形或开裂。
⑵获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回 火可调整硬度、韧性。
⑶稳定尺寸。淬火M和A’都是非平衡组织，有自发向平衡组
织转变的倾向。回火可使M与A’转变为平衡或接近平衡的组 织，防止使用时变形。
● <0.6%C时，组织为F+S；
● 0.6%C时，组织为S 。
正火温度
正火 实质上是完全退火 的变相形式，只不过 把退火炉内缓冷改为 空冷而言。 正火表示方法为Z。
正火温度
2、正火的目的
⑴ 对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同。 ⑵ 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作 组织准备。 ⑶ 普通件最终热处理。
下保温，使珠光体中的渗
碳体球化后出炉空冷。
主要用于共析、过共析钢。
球化退火的组织为铁素体基体上 分布着颗粒状渗碳体的组织，称 球状珠光体, 用P球表示。
对于有网状二次渗碳体的过共析 钢，球化退火前应先进行正火，
以消除网状.
球状珠光体
⑷ 去应力退火 将工件缓慢加热（100～150 ℃/小 时）到500~600℃ ，经过一段保温 后，随炉缓慢冷却到300~200 ℃以 下，再出炉空冷。 主要目的：1．消除内应力、稳定 尺寸、减少加工和使用过程中的变
实际加热或冷却时存在着过冷 或过热现象，因此将钢加热 时的实际转变温度分别用
Ac1、Ac3、Accm表示;冷却
时的实际转变温度分别用 Ar1、Ar3、Arcm表示。
钢铁材料的热处理介绍
使钢件获得较高的弹性、一定的韧性和硬度
(1)高温回火
将淬火后的钢件加热到500～650ºC，经过保温以后冷却,主要用于要求高强度、高韧性的重要结构零件，如主轴、曲轴、凸轮、齿轮和连杆等
使钢件获得较好的综合力学性能，即较高的强度和韧性及足够的硬度，消除钢件因淬火而产生的内应力
5．调质
将淬火后的钢件进行高温(500～600ºC)回火多用于重要的结构零件，如轴类、齿轮、连杆等调质一般是在粗加工之后进行的
7．化学热处理
将钢件放到含有某些活性原子(如碳、氮、铬等)的化学介质中，通过加热、保温、冷却等方法，使介质中的某些原子渗入到钢件的表层，从而达到改变钢件表层的化学成分，使钢件表层具有某种特殊的性能
化
学
热
处
理
(1)钢渗的碳
将碳原子渗入钢件表层
常用于耐磨并受冲击的零件，如:轮、齿轮、轴、活塞销等
使表面具有高的硬度(HRC60～65)和耐磨性，而中心仍保持高的韧性
细化晶粒，均匀组织，降低硬度，充分消除内应力完全退火适用于含碳量(质量分数)在O．8％以下的锻件或铸钢件
(2)球化退火
将钢件加热到临界温度以上20～30ºC，经过保温以后，缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷
降低钢的硬度，改善切削性能，并为以后淬火作好准备，以减少淬火后变形和开裂,球化退火适用于含碳量(质量分数)大于O．8％的碳素钢和合金工具钢
①改善组织结构和切削加工性能
②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理
③消除内应力
3．淬火
将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油(个别材料在空气中)中急速冷却
①使钢件获得较高的硬度和耐磨性
②使钢件在回火以后得到某种特殊性能，如较高的强度、弹性和韧性等
(1)高温回火
将淬火后的钢件加热到500～650ºC，经过保温以后冷却,主要用于要求高强度、高韧性的重要结构零件，如主轴、曲轴、凸轮、齿轮和连杆等
使钢件获得较好的综合力学性能，即较高的强度和韧性及足够的硬度，消除钢件因淬火而产生的内应力
5．调质
将淬火后的钢件进行高温(500～600ºC)回火多用于重要的结构零件，如轴类、齿轮、连杆等调质一般是在粗加工之后进行的
7．化学热处理
将钢件放到含有某些活性原子(如碳、氮、铬等)的化学介质中，通过加热、保温、冷却等方法，使介质中的某些原子渗入到钢件的表层，从而达到改变钢件表层的化学成分，使钢件表层具有某种特殊的性能
化
学
热
处
理
(1)钢渗的碳
将碳原子渗入钢件表层
常用于耐磨并受冲击的零件，如:轮、齿轮、轴、活塞销等
使表面具有高的硬度(HRC60～65)和耐磨性，而中心仍保持高的韧性
细化晶粒，均匀组织，降低硬度，充分消除内应力完全退火适用于含碳量(质量分数)在O．8％以下的锻件或铸钢件
(2)球化退火
将钢件加热到临界温度以上20～30ºC，经过保温以后，缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷
降低钢的硬度，改善切削性能，并为以后淬火作好准备，以减少淬火后变形和开裂,球化退火适用于含碳量(质量分数)大于O．8％的碳素钢和合金工具钢
①改善组织结构和切削加工性能
②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理
③消除内应力
3．淬火
将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油(个别材料在空气中)中急速冷却
①使钢件获得较高的硬度和耐磨性
②使钢件在回火以后得到某种特殊性能，如较高的强度、弹性和韧性等
热处理工人培训讲义PPT课件
锅
g
小写
尾
钢轨钢
轨
U
小写
头
*
第二节我国钢铁产品牌号表示方法和原则是什么？（续） 二、我国钢号表示方法的分类说明
1．碳素结构钢 ①由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如Q235表示屈服点(σs)为235 MPa的碳素结构钢。 ②必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。③专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。 2．优质碳素结构钢 ①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。②锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。 3．碳素工具钢 ①钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。②钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如“T8”表示平均碳含量为0.8%。③锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。 4．易切削钢 ①钢号冠以“Y”，以区别于优质碳素结构钢。②字母“Y”后的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.3%的易切削钢，其钢号为“Y30”。③锰含量较高者，亦在钢号后标出“Mn”，例如“Y40Mn”。 5．合金结构钢 ①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr。②钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量＜1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1”，例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。 ③钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中。钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。④高级优质钢应在钢号最后加“A”，以区别于一般优质钢。⑤专门用途的合金结构钢，钢号冠以(或后缀)代表该钢种用途的符号。例如，铆螺专用的
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第二节我国钢铁产品牌号表示方法和原则是什么？（续） 二、我国钢号表示方法的分类说明
1．碳素结构钢 ①由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如Q235表示屈服点(σs)为235 MPa的碳素结构钢。 ②必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。③专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。 2．优质碳素结构钢 ①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。②锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。 3．碳素工具钢 ①钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。②钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如“T8”表示平均碳含量为0.8%。③锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。 4．易切削钢 ①钢号冠以“Y”，以区别于优质碳素结构钢。②字母“Y”后的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.3%的易切削钢，其钢号为“Y30”。③锰含量较高者，亦在钢号后标出“Mn”，例如“Y40Mn”。 5．合金结构钢 ①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr。②钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量＜1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1”，例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。 ③钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中。钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。④高级优质钢应在钢号最后加“A”，以区别于一般优质钢。⑤专门用途的合金结构钢，钢号冠以(或后缀)代表该钢种用途的符号。例如，铆螺专用的
金属材料与热处理 ppt课件
三、金属结构材料的应用情况(1)
1.从总产量来看，钢铁材料的产量占绝对优势， 占世界金属总产量的95％，而且有许多良好的 性能，能满足大多数条件下的应用，价格低廉。
2.在世界金属矿储量中，铁矿资源虽然比较丰富 和集中，但就世界地壳中金属矿产储量来讲， 则非铁金属矿储量大于铁矿储量，如铁只占 5.1％，而非铁金属中铝为8.8％．镁为2.1％， 钛为0.6％。
四、金属材料发展的历史(3)
5.在非铁金属冶金方面，19世纪80年代发电 机的发明，使电解法提纯铜的工业方法得 以实现，开创了电冶金新领域；同时，用 熔盐电解法将氧化铝加入熔融冰晶石，电 解得到廉价的铝，使铝成为仅次于铁的第 二大金属；20世纪40年代，用镁作还原剂 从四氯化钛制得纯钛，并使真空熔炼加工 等技术逐步成熟后，钛及钛合金的广泛应 用得以实现。同时，其他非铁金属也陆续 实现工业化生产。
用锻压成形方法获得优良锻件的 难易程度称为锻造性能。 铸铁不能锻压 。
焊接性能：
大量接性能是指金属材料对焊接加 工的适应性。 切削加性能：切削加工（性能） 金属材料的难易程度称为切削加工 性能。
第三单元
金属的晶体结构与结晶
一、金属材料的晶体结构
晶体与非晶体 非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状 况的，称为非晶体。如：普通玻璃、松香、 树脂等。 晶体：凡原子呈有序、有规则排列的物质， 金属的固态、金刚石、明矾晶体等。 性能：晶体有固定的熔、沸点，呈各向异性， 非晶体没有固定熔点，而且表现为各向同性。
•强度的指标
强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。 1、屈服点
Re= Fs/S0
符号： Re 材料产生屈服现象时的最小应力
Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（mm）
《钢的热处理》PPT课件
度高、保温时间长, 晶粒粗大.
⑵加热速度: 加热速度越快,过热 度越大, 形核率越高, 晶粒越细.
⑶合金元素：
Nb/%
Nb、Ti对奥氏体晶粒的影响
阻碍奥氏体晶粒长大的元素:
Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、
Mo、Cr、Al等碳化物和氮 化物形成元素。
析出颗粒 对黄铜晶 界的钉扎
ppt课件
16
促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。 ⑷ 原始组织: 平衡状态的组织有利于获得细晶粒。 奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的
由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册
中的数据是以30-50℃/h 的速度加热或冷却时测得的.
ppt课件
8
第二节 钢在加热时的转变
加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在
A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加 热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。
一、奥氏体的形成过程
ppt课件
10
℃
第四步 奥氏体成分均匀 共析钢奥氏体化曲线（875℃退火）
化：Fe3C溶解后，其所 温 度
在部位碳含量仍很高， ，
通过长时间保温使奥氏
体成分趋于均匀。
ppt课件
11
共析钢奥氏体化过程
亚共析钢和过共析钢的奥 氏体化过程与共析钢基本 相同。但由于先共析 或 二次Fe3C的存在，要获得 全部奥氏体组织，必须相 应加热到Ac3或Accm以上.
常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均 匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。
真空热处理炉
箱式可控气氛多用炉
ppt课件
17
第三节 钢在冷却时的转变
冷却是热处理更重要的工序。 一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程
⑵加热速度: 加热速度越快,过热 度越大, 形核率越高, 晶粒越细.
⑶合金元素：
Nb/%
Nb、Ti对奥氏体晶粒的影响
阻碍奥氏体晶粒长大的元素:
Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、
Mo、Cr、Al等碳化物和氮 化物形成元素。
析出颗粒 对黄铜晶 界的钉扎
ppt课件
16
促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。 ⑷ 原始组织: 平衡状态的组织有利于获得细晶粒。 奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的
由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册
中的数据是以30-50℃/h 的速度加热或冷却时测得的.
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第二节 钢在加热时的转变
加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在
A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加 热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。
一、奥氏体的形成过程
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10
℃
第四步 奥氏体成分均匀 共析钢奥氏体化曲线（875℃退火）
化：Fe3C溶解后，其所 温 度
在部位碳含量仍很高， ，
通过长时间保温使奥氏
体成分趋于均匀。
ppt课件
11
共析钢奥氏体化过程
亚共析钢和过共析钢的奥 氏体化过程与共析钢基本 相同。但由于先共析 或 二次Fe3C的存在，要获得 全部奥氏体组织，必须相 应加热到Ac3或Accm以上.
常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均 匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。
真空热处理炉
箱式可控气氛多用炉
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第三节 钢在冷却时的转变
冷却是热处理更重要的工序。 一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程
《钢的热处理》PPT课件
一、钢的奥氏体化
钢加热到Ac1，点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变，加 热到Ac3和Accm点以上时，便全部转变为奥氏体，热处理加热的 主要目的就是为了得到奥氏体，因此这种加热到相变点以上获得 奥氏体组织的过程称为钢的奥氏体化。
1.奥氏体的形成
精选ppt
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5
§ 3.1 钢在加热时的组织转变
钢的热处理的目的在于消除毛坯(如铸件、锻件等)中缺陷， 改善其工艺性能，为后续工序作好组织准备;更重要的是热处理能 显著提高钢的力学性能，从而充分发挥钢材的潜力，提高工件的 使用性能和使用寿命。因此，热处理在机械制造工业中占有十分 重要的地位。
根据加热和冷却方法不同，常用的热处理大致分类如下。 (1)整体热处理对工件进行整体穿透加热。常用的方法有:退 火、正火、淬火、回火等。
二、奥氏体晶粒的长大及其影响因素
精选ppt
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9
§ 3.1 钢在加热时的组织转变
奥氏体形成后继续加热或保温，在伴随着残余渗碳体的溶解
和奥氏体的均匀化同时，奥氏体的晶粒将发生长大。其结果使钢
件冷却后的机械性能降低，特别是冲击韧性变坏;奥氏体晶粒粗大
也是淬火变形和开裂的重要原因。所以，为了获得细晶粒的奥氏
7
§ 3.1 钢在加热时的组织转变
较低，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散，才能得到成分均
匀的奥氏体。如图3-3为钢的奥氏体化过程。
由上可知，热处理的保温，不仅是为了将工件热透，而且也
是为了获得均匀的奥氏体组织，以便冷却后能得到良好的组织和
性能。
亚共析钢和过共析钢加热到Ac1点以上时，珠光体转变成奥 氏体，得到的组织为奥氏体和先析的铁素体或渗碳体，称为不完
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钢加热到Ac1，点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变，加 热到Ac3和Accm点以上时，便全部转变为奥氏体，热处理加热的 主要目的就是为了得到奥氏体，因此这种加热到相变点以上获得 奥氏体组织的过程称为钢的奥氏体化。
1.奥氏体的形成
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§ 3.1 钢在加热时的组织转变
钢的热处理的目的在于消除毛坯(如铸件、锻件等)中缺陷， 改善其工艺性能，为后续工序作好组织准备;更重要的是热处理能 显著提高钢的力学性能，从而充分发挥钢材的潜力，提高工件的 使用性能和使用寿命。因此，热处理在机械制造工业中占有十分 重要的地位。
根据加热和冷却方法不同，常用的热处理大致分类如下。 (1)整体热处理对工件进行整体穿透加热。常用的方法有:退 火、正火、淬火、回火等。
二、奥氏体晶粒的长大及其影响因素
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§ 3.1 钢在加热时的组织转变
奥氏体形成后继续加热或保温，在伴随着残余渗碳体的溶解
和奥氏体的均匀化同时，奥氏体的晶粒将发生长大。其结果使钢
件冷却后的机械性能降低，特别是冲击韧性变坏;奥氏体晶粒粗大
也是淬火变形和开裂的重要原因。所以，为了获得细晶粒的奥氏
7
§ 3.1 钢在加热时的组织转变
较低，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散，才能得到成分均
匀的奥氏体。如图3-3为钢的奥氏体化过程。
由上可知，热处理的保温，不仅是为了将工件热透，而且也
是为了获得均匀的奥氏体组织，以便冷却后能得到良好的组织和
性能。
亚共析钢和过共析钢加热到Ac1点以上时，珠光体转变成奥 氏体，得到的组织为奥氏体和先析的铁素体或渗碳体，称为不完
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金属工艺学-0绪论-1钢铁材料及热处理
金属工艺学 —绪论 绪论
河北理工大学 机械工程学院
绪论
• 金属工艺学 金属工艺学:
研究金属材料性质及其加工工艺为 主的综合性技术基础课程。 主的综合性技术基础课程。 • 主要研究内容： 主要研究内容：
– – – – 各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系； 各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系； 金属机件的加工工艺过程和结构工艺性； 金属机件的加工工艺过程和结构工艺性； 常用金属材料性能对加工工艺的影响； 常用金属材料性能对加工工艺的影响； 工艺方法的综合比较等.
布氏硬度
HBS或HBW 或
洛氏硬度
HRC、HRB、HRA 、 、
12
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.4 冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。 冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。
Ak v
13
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能 1.5 疲劳强度
材料在多次交变载荷作用下而不引起断裂 的最大应力。 的最大应力。疲劳破坏是机械零件失效的主要 原因之一。 原因之一。
碳钢主要是由铁和碳两种元素组成的合金； 碳钢主要是由铁和碳两种元素组成的合金； 含碳量<2.11%，硅、锰、硫、磷等杂质.
1.1 碳及杂质对碳钢的影响 强度、硬度提高 塑性、韧性下降 提高， 下降； 碳 --- 强度、硬度提高，塑性、韧性下降； 强度、硬度、弹性提高 塑性、韧性下降 提高， 下降； 硅 --- 强度、硬度、弹性提高，塑性、韧性下降； 下降， 强度、硬度提高 塑性、韧性下降 冷脆； 提高， 磷 --- 强度、硬度提高，塑性、韧性下降，冷脆； 强度、硬度提高 对性能影响不大。 提高， 锰 --- 强度、硬度提高，对性能影响不大。
河北理工大学 机械工程学院
绪论
• 金属工艺学 金属工艺学:
研究金属材料性质及其加工工艺为 主的综合性技术基础课程。 主的综合性技术基础课程。 • 主要研究内容： 主要研究内容：
– – – – 各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系； 各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系； 金属机件的加工工艺过程和结构工艺性； 金属机件的加工工艺过程和结构工艺性； 常用金属材料性能对加工工艺的影响； 常用金属材料性能对加工工艺的影响； 工艺方法的综合比较等.
布氏硬度
HBS或HBW 或
洛氏硬度
HRC、HRB、HRA 、 、
12
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.4 冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。 冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。
Ak v
13
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能 1.5 疲劳强度
材料在多次交变载荷作用下而不引起断裂 的最大应力。 的最大应力。疲劳破坏是机械零件失效的主要 原因之一。 原因之一。
碳钢主要是由铁和碳两种元素组成的合金； 碳钢主要是由铁和碳两种元素组成的合金； 含碳量<2.11%，硅、锰、硫、磷等杂质.
1.1 碳及杂质对碳钢的影响 强度、硬度提高 塑性、韧性下降 提高， 下降； 碳 --- 强度、硬度提高，塑性、韧性下降； 强度、硬度、弹性提高 塑性、韧性下降 提高， 下降； 硅 --- 强度、硬度、弹性提高，塑性、韧性下降； 下降， 强度、硬度提高 塑性、韧性下降 冷脆； 提高， 磷 --- 强度、硬度提高，塑性、韧性下降，冷脆； 强度、硬度提高 对性能影响不大。 提高， 锰 --- 强度、硬度提高，对性能影响不大。
钢铁材料及热处理
热处理在钢铁材料中的应用
提高钢铁材料的机械性能
通过热处理可以改变钢铁材料的内部 组织结构，从而提高其强度、硬度和 韧性等机械性能。
提高钢铁材料的耐磨性
通过热处理可以细化钢铁材料的晶粒， 从而提高其硬度和耐磨性。
提高钢铁材料的耐腐蚀性
通过热处理可以改变钢铁材料的表面 结构和化学成分，从而提高其耐腐蚀 性。
钢铁材料在未来的应用前景与挑战
高端装备制造领域
随着高端装备制造业的发展，对 钢铁材料的性能要求越来越高， 需要钢铁材料具备更高的强度、
韧性、耐腐蚀等性能。
新能源领域
新能源产业的发展对钢铁材料提 出了新的要求，如风电设备、核 电设备等需要钢铁材料具备更高
的耐高温、耐辐射等性能。
环保领域
随着环保意识的提高，钢铁材料 在环保领域的应用逐渐增多，如 环保设备、污水处理设备等，需 要钢铁材料具备更高的耐腐蚀、
钢铁材料及热处理
contents
目录
• 钢铁材料简介 • 钢铁材料的热处理技术 • 钢铁材料的性能优化 • 钢铁材料的发展趋势与挑战
01
钢铁材料简介
钢铁材料的定义与分类
定义
钢铁材料是指以铁元素为主要成 分，经过冶炼、加工和热处理后 得到的金属材料。
分类
钢铁材料可以分为生铁、铸铁、 钢和铁合金等。
热处理过程中，金属材料内部的原子或分子的运动速度会随着温度的升高而加快 ，当温度降低时，原子或分子的运动速度会减缓。通过控制加热和冷却速度，可 以控制原子或分子的运动速度和排列方式，从而改变材料的内部组织结构。
热处理的主要工艺方法
退火
将金属材料加热到适当温度后保温一段时间，然后缓慢冷 却至室温。退火可以消除金属材料的内应力、降低硬度并 提高塑性。
钢的热处理[1]
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钢的热处理目录❑钢铁材料热处理定义—————————————————— 1 ❑钢铁材料分类方法——————————————————— 1 ❑钢铁材料的编号方法—————————————————— 2 ❑典型金属的晶体结构——————————————————2 ❑典型的金属组织————————————————————6 ❑钢的普通热处理—————————————————————9 ❑钢的热处理原理—————————————————————14❑钢铁材料热处理定义钢铁材料热处理是通过加热、保温和冷却方式借以改变合金的组织与性能的一种工艺方法。
热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。
应用它可以控制工件的各种性能，如硬度、抗拉强度、冲击韧性、耐磨性、耐腐蚀性、磁性能等。
还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。
例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性；齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。
钢铁材料的强韧化主要有两个途径：一是对钢铁材料实施热处理；二是通过调整钢的化学成分，加入合金元素（亦即钢的合金化原理），以改善钢的性能。
本培训的基本内容包括钢铁材料的分类及编号、典型金属的晶体结构、热处理原理及普通热处理工艺四大方面。
❑钢铁材料分类方法钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。
为保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。
钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下六种：1、按品质分类(1) 普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）(2) 优质钢（P、S均≤0.035%）(3) 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）2、按化学成份分类(1) 碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（C≤0.25~0.60%）；c.高碳钢（C≤0.60%）。
材料与热处理PPT
材料与热处理
目录
• 材料科学概述 • 材料的热处理工艺 • 金属材料的热处理 • 非金属材料的热处理 • 材料与热处理的应用案例
01 材料科学概述
材料的定义与分类
总结词
材料的定义与分类是材料科学的基础 ，对材料的认识和应用具有重要意义 。
详细描述
材料是指用于制造有用物体的物质， 具有固、液、气等相态。根据组成和 结构的不同，材料可分为金属材料、 非金属材料、复合材料等。
01
03
陶瓷材料的热处理可以改善其力学性能、电性能、光 学性能等，广泛应用于航空航天、能源、环保等领域。
04
陶瓷材料的热处理方法包括烧成、烧结、熔融等。通 过这些方法，可以制备出具有优异性能的陶瓷材料， 如高强度、高硬度、高耐磨性等。
复合材料的热处理
复合材料的热处理是指通过加热和冷 却等手段，改变复合材料的物理和化 学性质，以达到所需的性能和加工要 求。
05 材料与热处理的应用案例
汽车工业中的材料与热处理
汽车发动机制造
使用高强度钢材和热处理工艺制 造发动机零部件，如连杆、曲轴 等，以提高发动机效率和寿命。
汽车底盘制造
采用合金钢经过热处理后制造汽车 底盘零部件，如悬挂系统、刹车系 统等，以提高其耐磨性和抗疲劳性 能。
汽车轻量化
采用高强度铝合金、镁合金等轻质 材料，经过适当的热处理，以降低 汽车重量，提高燃油经济性和动力 性能。
正火
正火是将材料加热到一定温度，保温一段时间后 ，以适当的方式冷却至室温的热处理工艺。正火 的主要目的是细化材料组织，提高材料的强度和 韧性。
回火
回火是在淬火后将材料加热到一定温度，保温一 段时间后冷却至室温的热处理工艺。回火的主要 目的是消除淬火产生的内应力、稳定组织结构、 提高材料的韧性和塑性。
目录
• 材料科学概述 • 材料的热处理工艺 • 金属材料的热处理 • 非金属材料的热处理 • 材料与热处理的应用案例
01 材料科学概述
材料的定义与分类
总结词
材料的定义与分类是材料科学的基础 ，对材料的认识和应用具有重要意义 。
详细描述
材料是指用于制造有用物体的物质， 具有固、液、气等相态。根据组成和 结构的不同，材料可分为金属材料、 非金属材料、复合材料等。
01
03
陶瓷材料的热处理可以改善其力学性能、电性能、光 学性能等，广泛应用于航空航天、能源、环保等领域。
04
陶瓷材料的热处理方法包括烧成、烧结、熔融等。通 过这些方法，可以制备出具有优异性能的陶瓷材料， 如高强度、高硬度、高耐磨性等。
复合材料的热处理
复合材料的热处理是指通过加热和冷 却等手段，改变复合材料的物理和化 学性质，以达到所需的性能和加工要 求。
05 材料与热处理的应用案例
汽车工业中的材料与热处理
汽车发动机制造
使用高强度钢材和热处理工艺制 造发动机零部件，如连杆、曲轴 等，以提高发动机效率和寿命。
汽车底盘制造
采用合金钢经过热处理后制造汽车 底盘零部件，如悬挂系统、刹车系 统等，以提高其耐磨性和抗疲劳性 能。
汽车轻量化
采用高强度铝合金、镁合金等轻质 材料，经过适当的热处理，以降低 汽车重量，提高燃油经济性和动力 性能。
正火
正火是将材料加热到一定温度，保温一段时间后 ，以适当的方式冷却至室温的热处理工艺。正火 的主要目的是细化材料组织，提高材料的强度和 韧性。
回火
回火是在淬火后将材料加热到一定温度，保温一 段时间后冷却至室温的热处理工艺。回火的主要 目的是消除淬火产生的内应力、稳定组织结构、 提高材料的韧性和塑性。
《钢铁材料基础知识》PPT课件
L08表示Si含量：0.45～0.85％ L10表示Si含量：0.85～1.25％
• 建成最具核心竞争力的特钢企业
1.2 铸铁的分类
• 碳的含量超过2%〔一般是2.5～3.5％〕的铁碳合金称为铸铁。铸铁一般用铸造生铁经 冲天炉等设备重熔，用于浇注机械零件。
• 按断口颜色一般可以把铸铁分为：灰铸铁、白口铸铁和麻口铸铁。 • 按化学成分一般可以把铸铁分为：普通铸铁和合金铸铁。 • 按生产工艺和组织性能可以把铸铁分为：普通灰铸铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸
≥1.4 ≥O．10 ≥O．50 ≥O．06 ≥0.40 ≥0.10 ≥O．90 ≥O．10 ≥O．13 ≥0.10 ≥O．12 ≥0.12 ≥0.05
是指不含任何合金元素的铸铁，如灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等。
是在普通铸铁内加入一些合金元素，用以提高某些特殊性能而配制的一种高级铸铁。如各种耐蚀、 耐热、耐磨的特殊性能铸铁。
参见“灰铸铁”。
这是在灰铸铁基础上，采用“变质处理”而成，又称变质铸铁。其强度、塑性和韧性均比一般灰铸 铁好得多，组织也较均匀。主要用于制造力学性能要求较高，而截面尺寸变化较大的大型铸件。
按用途可将生铁分为：炼钢用生铁和铸造用生铁； 按化学成分可将生铁分为：普通生铁和特种生铁〔包括天然合金生铁和 铁合金〕。
生铁的牌号 生铁按含硅量不同划分牌号，以阿拉伯数字表示平均含硅量的千分数。 每个牌号按含锰量不同划分为组，每个牌号按含磷量不同划分为级，每个牌号按含硫 量不同划分为类，组、级、类序号越大，有关元素含量越多。 例如：L04 表示Si含量：≤0.45％
10% 高合金钢：合金元素总含量>10% 1.3 新国标GB/T13304－1991按化 学成分分类为：
非合金钢、低合金钢、合金钢
• 建成最具核心竞争力的特钢企业
1.2 铸铁的分类
• 碳的含量超过2%〔一般是2.5～3.5％〕的铁碳合金称为铸铁。铸铁一般用铸造生铁经 冲天炉等设备重熔，用于浇注机械零件。
• 按断口颜色一般可以把铸铁分为：灰铸铁、白口铸铁和麻口铸铁。 • 按化学成分一般可以把铸铁分为：普通铸铁和合金铸铁。 • 按生产工艺和组织性能可以把铸铁分为：普通灰铸铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸
≥1.4 ≥O．10 ≥O．50 ≥O．06 ≥0.40 ≥0.10 ≥O．90 ≥O．10 ≥O．13 ≥0.10 ≥O．12 ≥0.12 ≥0.05
是指不含任何合金元素的铸铁，如灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等。
是在普通铸铁内加入一些合金元素，用以提高某些特殊性能而配制的一种高级铸铁。如各种耐蚀、 耐热、耐磨的特殊性能铸铁。
参见“灰铸铁”。
这是在灰铸铁基础上，采用“变质处理”而成，又称变质铸铁。其强度、塑性和韧性均比一般灰铸 铁好得多，组织也较均匀。主要用于制造力学性能要求较高，而截面尺寸变化较大的大型铸件。
按用途可将生铁分为：炼钢用生铁和铸造用生铁； 按化学成分可将生铁分为：普通生铁和特种生铁〔包括天然合金生铁和 铁合金〕。
生铁的牌号 生铁按含硅量不同划分牌号，以阿拉伯数字表示平均含硅量的千分数。 每个牌号按含锰量不同划分为组，每个牌号按含磷量不同划分为级，每个牌号按含硫 量不同划分为类，组、级、类序号越大，有关元素含量越多。 例如：L04 表示Si含量：≤0.45％
10% 高合金钢：合金元素总含量>10% 1.3 新国标GB/T13304－1991按化 学成分分类为：
非合金钢、低合金钢、合金钢
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金属工艺学
河北理工大学 机械工程学院
1
第一章 钢铁材料及热处理
钢铁材料及热处理 主要研究金属和合金的
成分和所经历的热处理 过程与其内部组织和性 能的相互关系，以及如 何改善金属和合金的组
织和性能。
2
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
性能是进行设计、选材和制定工艺的 依据。
力学性能//物理性能//化学性能//工艺性能
颁材准
GB/T -
布料
实 施
室 温
22
拉8
伸 试 验
20 02
方
法
》
F与ΔL关系曲线 —— 拉伸曲线
图1-2所示
4
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.1 强度与拉伸试验
拉伸曲线
OE段：弹性变形阶段； ES段：屈服阶段（除产生弹性变形
外，还产生部分塑性变形）；
SB段：均匀塑性变形,强化阶段
1.力学性能：
金属材料在外力作用下表现出来的特性，
如强度、塑性、弹性、硬度和冲击韧性等。
1.1 强度与拉伸试验
强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力；
☻常用抗拉强度、屈服强度等表征金属材料的性能3 。
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.1 强度与拉伸试验
20 《 国
02 金 家 年属标
性，而使塑性和韧性有所下降；
锰 ---钢中有益的元素，能使钢的强度、硬度增 加，减少氧和硫对钢的危害，因含量较
少，对钢的性能影响不大；
硫 --- 来自矿石和燃料，不熔于铁，与铁化合
生成FeS。FeS与Fe形成共晶体，热脆，
严格控制含硫量；
磷 --- 强度、硬度增加，塑性、韧性显著下
降，冷脆，严格控制含磷量。
HBS或HBW
HRA 、 HRC、HRB
8
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
布氏硬度计
布氏硬度试验是用一定的载荷F，将直 径为D的淬火钢球或硬质合金球，在一 定压力作用下，压入被测材料的表面， 保持一定的时间后卸去载荷，以载荷与 压痕表面积的比值作为布氏硬度值。
洛氏硬度计
洛氏硬度试验是用一定的载荷将顶角为120°的金刚石 圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球压人被测试样表面， 根据压痕的深度确定它的硬度值。
3. 工艺性能
金属材料适应加工工艺要求的能力。
按照 工艺 方法 不同 划分
铸造性能 锻压性能 焊接性能 切削性能
由材料的 物理性能、 化学性能、 力学性能 综合决定。
14
第一章 钢铁材料及热处理
第二节 铁碳合金及其状态图
碳钢、铸铁—机械制造各部门中，
应用最广泛的材料。
资源丰富、冶炼简单、价格低廉、
原始标距之比。
L0
（2）断面收缩率：
试样拉断处横截面积收缩 A0Ak 10% 0
量与原始截面积之比。
A0
7
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.3 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。
硬度值的物理意义随其试验方法的不 同而不同。工程上常用的有：
布氏硬度
洛氏硬度
12
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
2.物理性能和化学性能
物理性能：密度、熔点、热膨胀性、导 热性、导电性和磁性等；
化学性能：耐腐蚀性能（酸、氧化）；
耐 蚀 性：金属材料对周围介质 （如大气、水汽及各种电介质） 侵蚀的抵抗能力。
13
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
Wc> 0.60%
Ws,Wp ≤ 0.020%
17
第一章 钢铁材料及热处理
第二节 铁碳合金及其状态图
1.2 碳钢的分类、编号、性能和用途 （2）编号
9
测量布氏硬度时，由于F和D都是定值，所以，
一般是先测得压痕直径d，根据d查表确定材料
的布氏硬度值。 布氏硬度值越大，材料越硬。
用布氏硬度试验测材料的硬度值，其测试数据比 较准确，但不能测太薄的试样和硬度较高的材料。
用洛氏硬度计可以测量从软到硬的各种不同材 料，这标尺。
（屈服后，试棒开始产生塑性变形）；
B 点：形成了“缩颈”（继续变形所
需的拉力减小，变形量增加）；
BK段：非均匀变形阶段， 承载下降，到k点断裂。
图1-1 拉伸试棒
图1-2 低碳钢的拉伸曲线 5
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.1 强度与拉伸试验
应力：金属强度指标，即单位面积上的外力。
应力
应变
F A0
L L0
常用的强度指标：
（1）屈服强度：材料产生塑性变形的最低应力； s （2）抗拉强度：材料在拉断前所承受最大应力。 b 6
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.2 塑性
金属材料在外力作用下 产生塑性变形而不破坏能力。
（1）伸长率：
试样拉断后标距伸长量与 L1L0 10% 0
11
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.5 疲劳强度
材料在多次交变载荷作用下而不引起断裂 的最大应力。疲劳破坏是机械零件失效的主要 原因之一。
据统计，机械零件失效中大约有80%以上属于疲 劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳 破坏经常造成重大事故，所以对于轴、齿轮、轴承、 叶片、弹簧等承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较 好的材料来制造。
硬度和强度一样，都反映了材料对塑性变形的 抗力。
硬度还影响到材料的耐磨性，在一般情况下， 硬度高，其耐磨性能也较好。
10
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.4 冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。
Akv—冲击功，J ak —冲击韧性值， J/cm2
冲击试验机
Akv = G(H1 - H2) J A—试样断口处截面积
具有良好的力学性能、工艺性能。
1. 碳钢
碳钢主要是由铁和碳两种元素组成 的合金；
含碳量<2.11%， 还含有少量硅、锰、硫、磷等杂质15 。
1.1 碳及杂质对碳钢的影响
碳 --- 钢中的主要元素，对碳钢的性能影响最
大，含碳量升高，强度、硬度提高，而
塑性、韧性下降；
硅 ---钢中有益的元素，它能消除氧的不良影 响，并能适当提高钢的强度、硬度和弹
16
第一章 钢铁材料及热处理
第二节 铁碳合金及其状态图
1.2 碳钢的分类、编号、性能和用途
（1）分类
碳含量:
钢的质量
用途不同
低碳钢
普通质量碳钢
碳素结构钢
Wc< 0.25% 中碳钢
Ws ,Wp ≥ 0.045% 优质碳钢
碳素工具钢
Wc=0.25%~0.60% Ws,Wp ≤ 0.035%
高碳钢
特殊优质碳钢
河北理工大学 机械工程学院
1
第一章 钢铁材料及热处理
钢铁材料及热处理 主要研究金属和合金的
成分和所经历的热处理 过程与其内部组织和性 能的相互关系，以及如 何改善金属和合金的组
织和性能。
2
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
性能是进行设计、选材和制定工艺的 依据。
力学性能//物理性能//化学性能//工艺性能
颁材准
GB/T -
布料
实 施
室 温
22
拉8
伸 试 验
20 02
方
法
》
F与ΔL关系曲线 —— 拉伸曲线
图1-2所示
4
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.1 强度与拉伸试验
拉伸曲线
OE段：弹性变形阶段； ES段：屈服阶段（除产生弹性变形
外，还产生部分塑性变形）；
SB段：均匀塑性变形,强化阶段
1.力学性能：
金属材料在外力作用下表现出来的特性，
如强度、塑性、弹性、硬度和冲击韧性等。
1.1 强度与拉伸试验
强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力；
☻常用抗拉强度、屈服强度等表征金属材料的性能3 。
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.1 强度与拉伸试验
20 《 国
02 金 家 年属标
性，而使塑性和韧性有所下降；
锰 ---钢中有益的元素，能使钢的强度、硬度增 加，减少氧和硫对钢的危害，因含量较
少，对钢的性能影响不大；
硫 --- 来自矿石和燃料，不熔于铁，与铁化合
生成FeS。FeS与Fe形成共晶体，热脆，
严格控制含硫量；
磷 --- 强度、硬度增加，塑性、韧性显著下
降，冷脆，严格控制含磷量。
HBS或HBW
HRA 、 HRC、HRB
8
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
布氏硬度计
布氏硬度试验是用一定的载荷F，将直 径为D的淬火钢球或硬质合金球，在一 定压力作用下，压入被测材料的表面， 保持一定的时间后卸去载荷，以载荷与 压痕表面积的比值作为布氏硬度值。
洛氏硬度计
洛氏硬度试验是用一定的载荷将顶角为120°的金刚石 圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球压人被测试样表面， 根据压痕的深度确定它的硬度值。
3. 工艺性能
金属材料适应加工工艺要求的能力。
按照 工艺 方法 不同 划分
铸造性能 锻压性能 焊接性能 切削性能
由材料的 物理性能、 化学性能、 力学性能 综合决定。
14
第一章 钢铁材料及热处理
第二节 铁碳合金及其状态图
碳钢、铸铁—机械制造各部门中，
应用最广泛的材料。
资源丰富、冶炼简单、价格低廉、
原始标距之比。
L0
（2）断面收缩率：
试样拉断处横截面积收缩 A0Ak 10% 0
量与原始截面积之比。
A0
7
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.3 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。
硬度值的物理意义随其试验方法的不 同而不同。工程上常用的有：
布氏硬度
洛氏硬度
12
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
2.物理性能和化学性能
物理性能：密度、熔点、热膨胀性、导 热性、导电性和磁性等；
化学性能：耐腐蚀性能（酸、氧化）；
耐 蚀 性：金属材料对周围介质 （如大气、水汽及各种电介质） 侵蚀的抵抗能力。
13
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
Wc> 0.60%
Ws,Wp ≤ 0.020%
17
第一章 钢铁材料及热处理
第二节 铁碳合金及其状态图
1.2 碳钢的分类、编号、性能和用途 （2）编号
9
测量布氏硬度时，由于F和D都是定值，所以，
一般是先测得压痕直径d，根据d查表确定材料
的布氏硬度值。 布氏硬度值越大，材料越硬。
用布氏硬度试验测材料的硬度值，其测试数据比 较准确，但不能测太薄的试样和硬度较高的材料。
用洛氏硬度计可以测量从软到硬的各种不同材 料，这标尺。
（屈服后，试棒开始产生塑性变形）；
B 点：形成了“缩颈”（继续变形所
需的拉力减小，变形量增加）；
BK段：非均匀变形阶段， 承载下降，到k点断裂。
图1-1 拉伸试棒
图1-2 低碳钢的拉伸曲线 5
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.1 强度与拉伸试验
应力：金属强度指标，即单位面积上的外力。
应力
应变
F A0
L L0
常用的强度指标：
（1）屈服强度：材料产生塑性变形的最低应力； s （2）抗拉强度：材料在拉断前所承受最大应力。 b 6
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.2 塑性
金属材料在外力作用下 产生塑性变形而不破坏能力。
（1）伸长率：
试样拉断后标距伸长量与 L1L0 10% 0
11
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.5 疲劳强度
材料在多次交变载荷作用下而不引起断裂 的最大应力。疲劳破坏是机械零件失效的主要 原因之一。
据统计，机械零件失效中大约有80%以上属于疲 劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳 破坏经常造成重大事故，所以对于轴、齿轮、轴承、 叶片、弹簧等承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较 好的材料来制造。
硬度和强度一样，都反映了材料对塑性变形的 抗力。
硬度还影响到材料的耐磨性，在一般情况下， 硬度高，其耐磨性能也较好。
10
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.4 冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。
Akv—冲击功，J ak —冲击韧性值， J/cm2
冲击试验机
Akv = G(H1 - H2) J A—试样断口处截面积
具有良好的力学性能、工艺性能。
1. 碳钢
碳钢主要是由铁和碳两种元素组成 的合金；
含碳量<2.11%， 还含有少量硅、锰、硫、磷等杂质15 。
1.1 碳及杂质对碳钢的影响
碳 --- 钢中的主要元素，对碳钢的性能影响最
大，含碳量升高，强度、硬度提高，而
塑性、韧性下降；
硅 ---钢中有益的元素，它能消除氧的不良影 响，并能适当提高钢的强度、硬度和弹
16
第一章 钢铁材料及热处理
第二节 铁碳合金及其状态图
1.2 碳钢的分类、编号、性能和用途
（1）分类
碳含量:
钢的质量
用途不同
低碳钢
普通质量碳钢
碳素结构钢
Wc< 0.25% 中碳钢
Ws ,Wp ≥ 0.045% 优质碳钢
碳素工具钢
Wc=0.25%~0.60% Ws,Wp ≤ 0.035%
高碳钢
特殊优质碳钢