金属材料及热处理基础知识 ppt课件
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金属材料及其热处理PPT课件
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（1）金属锻压加工的特点
① 锻压加工后，可使金属获得较细密的晶粒，能合理控制金属纤 维方向，使纤维方向与应力方向一致，提高零件的性能。
② 锻压加工后，坯料的形状和尺寸发生改变而其体积基本不变， 与切削加工相比，可节约金属材料和加工工时。
③ 除自由锻造外，其他锻压方法如模锻、冲压等，都具有较高的 劳动生产率。
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（2）合金钢的牌号 我国合金钢的编号是按照合金钢中的含碳量，以及所含合金元素 的种类（元素符号）、含量来编制的。一般牌号的首位是表示 碳的平均质量分数的数字，表示方法与优质碳素钢的编号是一 致的。对于结构钢，平均质量分数以万分数计，对于工具钢， 以千分数计。
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（3）铸钢的牌号及用途 ① 工程用铸造碳钢的牌号前面是ZG（“铸钢”二字汉语拼音字 首），后面第一组数字表示屈服点，第二组数字表示抗拉强度， 若牌号末尾标字母H（焊），则表示该钢是焊接结构用碳素铸钢。 ② GB/T5613—1995《铸钢牌号表示方法》规定，以化学成分表 示的铸钢牌号中“ZG”后面一组数字表示铸钢的名义万分碳含量， 其后排列各主要合金元素符号及其名义百分含量。
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铸造、锻压和焊接是机械制造中最常用的三种金属热 加工方法。其产品大多是零件的毛坯。
1. 铸造
铸造：熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝 固后获得具有一定形状与性能的铸件的成形方法。
铸件：用铸造方法得到的金属件。铸件一般作为毛坯使用 ，需要进行切削后才能成为零件。
第11页/共31页
第17页/共31页
焊接有连接性能好，省工省料，成本低，重量轻，可 简化工艺等优点，所以应用广泛。但同时它也存在一些不 足之处，如结构不可拆，更换修理不方便；焊接接头组织 性能变坏；存在焊接应力，容易产生焊接变形；容易出现 焊接缺陷等。有时焊接质量成为突出问题，焊接接头往往 是锅炉压力容器的薄弱环节，实际生产中应特别注意。
（1）金属锻压加工的特点
① 锻压加工后，可使金属获得较细密的晶粒，能合理控制金属纤 维方向，使纤维方向与应力方向一致，提高零件的性能。
② 锻压加工后，坯料的形状和尺寸发生改变而其体积基本不变， 与切削加工相比，可节约金属材料和加工工时。
③ 除自由锻造外，其他锻压方法如模锻、冲压等，都具有较高的 劳动生产率。
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（2）合金钢的牌号 我国合金钢的编号是按照合金钢中的含碳量，以及所含合金元素 的种类（元素符号）、含量来编制的。一般牌号的首位是表示 碳的平均质量分数的数字，表示方法与优质碳素钢的编号是一 致的。对于结构钢，平均质量分数以万分数计，对于工具钢， 以千分数计。
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（3）铸钢的牌号及用途 ① 工程用铸造碳钢的牌号前面是ZG（“铸钢”二字汉语拼音字 首），后面第一组数字表示屈服点，第二组数字表示抗拉强度， 若牌号末尾标字母H（焊），则表示该钢是焊接结构用碳素铸钢。 ② GB/T5613—1995《铸钢牌号表示方法》规定，以化学成分表 示的铸钢牌号中“ZG”后面一组数字表示铸钢的名义万分碳含量， 其后排列各主要合金元素符号及其名义百分含量。
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铸造、锻压和焊接是机械制造中最常用的三种金属热 加工方法。其产品大多是零件的毛坯。
1. 铸造
铸造：熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝 固后获得具有一定形状与性能的铸件的成形方法。
铸件：用铸造方法得到的金属件。铸件一般作为毛坯使用 ，需要进行切削后才能成为零件。
第11页/共31页
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焊接有连接性能好，省工省料，成本低，重量轻，可 简化工艺等优点，所以应用广泛。但同时它也存在一些不 足之处，如结构不可拆，更换修理不方便；焊接接头组织 性能变坏；存在焊接应力，容易产生焊接变形；容易出现 焊接缺陷等。有时焊接质量成为突出问题，焊接接头往往 是锅炉压力容器的薄弱环节，实际生产中应特别注意。
金属材料与热处理(全) PPT
属于这种晶格的金属有：铬Cr、钒V、钨W、钼Mo、及α-铁α-Fe
3、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体， 但在立方体的每个面上还各有一个原子。
属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等
大家六方晶格：由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方 面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。
§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
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。
金属材料与热处理(全)
第一章：金属的结构与结晶
§1-1金属的晶体结构
★学习目的：了解金属的晶体结构。 ★重点：有关金属结构的基本概念： 晶面、晶向、 晶体、晶格、单晶体、晶体，金属晶格的三种常见 的类型。 ★难点：金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。
§2-1金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
1、晶体：所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。 （晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的 相互吸引力与排斥力相平衡的结果。）原子在空间呈规则排列的固体 物质称为“晶体”。
3、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体， 但在立方体的每个面上还各有一个原子。
属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等
大家六方晶格：由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方 面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。
§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
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。
金属材料与热处理(全)
第一章：金属的结构与结晶
§1-1金属的晶体结构
★学习目的：了解金属的晶体结构。 ★重点：有关金属结构的基本概念： 晶面、晶向、 晶体、晶格、单晶体、晶体，金属晶格的三种常见 的类型。 ★难点：金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。
§2-1金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
1、晶体：所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。 （晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的 相互吸引力与排斥力相平衡的结果。）原子在空间呈规则排列的固体 物质称为“晶体”。
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硬质合金 HBW 450- 600 用于测量淬火钢
2 .洛氏硬度
以顶角为120度的金刚石圆锥体或直径1．588mm的淬火 钢球作为压头，以一定的压力使其压入材料表面，测量压痕 深度来确定其硬度，即为洛氏硬度。被测材料硬度，可直接 在硬度计刻盘读出。
洛氏硬度常用的有三种，分别以HRA、HRB、HRC来表示。 洛氏硬度符号、试验条件和应用表
下贝氏体：无方向性的针状铁素体上弥散分布着细小颗粒的 渗碳体
7、魏氏组织
魏氏组织是在比较大的过冷度下形成的。奥氏体过冷到这 一温度区内，便会形成魏氏组织。魏氏组织铁索体是以切变机 理形成的其生长往往都是由晶界网状铁索体分枝，许多铁赢体 片平行地向晶粒内部长大。铁素体片之间的奥氏体随后变成珠 光体。魏氏组织会降低钢的塑性和韧性，尤其是冲击韧性。
3．维氏硬度 测定维氏硬度的原理基本上和布氏硬度相同，区别在于压头
采用锥面夹角为136度的金刚石正四棱锥体，压痕是四方锥形。 维氏硬度值用HV表示。
压痕面
4. 里氏硬度
原理：当材料被一个冲击体撞击时，较硬材料使冲击体产生 的反弹速度大于较软者。
5. 硬度与强度值的对应关系 由于硬度值综合反映了材料在局部范围内对塑性变形等 的抵抗能力，故它与强度值也有一定关系。 工程上：
冷却速度对晶粒大小的影响
快速冷却，形核点多，晶粒细小 冷却速度慢，均匀长大，晶粒粗大
1.2.2 铁碳合金的基本组织 铁 碳含量>2%--弱而脆
铁碳合金
铁素体—碳熔于α铁或δ铁中的固溶体 F
钢 奥氏体—碳熔于γ铁中的固溶体 A 强而韧 碳含量 0.02%-2%
渗碳体—铁碳金属化合物含碳6.67% Fe3C
许用应力 o
n
安全系数
2 .洛氏硬度
以顶角为120度的金刚石圆锥体或直径1．588mm的淬火 钢球作为压头，以一定的压力使其压入材料表面，测量压痕 深度来确定其硬度，即为洛氏硬度。被测材料硬度，可直接 在硬度计刻盘读出。
洛氏硬度常用的有三种，分别以HRA、HRB、HRC来表示。 洛氏硬度符号、试验条件和应用表
下贝氏体：无方向性的针状铁素体上弥散分布着细小颗粒的 渗碳体
7、魏氏组织
魏氏组织是在比较大的过冷度下形成的。奥氏体过冷到这 一温度区内，便会形成魏氏组织。魏氏组织铁索体是以切变机 理形成的其生长往往都是由晶界网状铁索体分枝，许多铁赢体 片平行地向晶粒内部长大。铁素体片之间的奥氏体随后变成珠 光体。魏氏组织会降低钢的塑性和韧性，尤其是冲击韧性。
3．维氏硬度 测定维氏硬度的原理基本上和布氏硬度相同，区别在于压头
采用锥面夹角为136度的金刚石正四棱锥体，压痕是四方锥形。 维氏硬度值用HV表示。
压痕面
4. 里氏硬度
原理：当材料被一个冲击体撞击时，较硬材料使冲击体产生 的反弹速度大于较软者。
5. 硬度与强度值的对应关系 由于硬度值综合反映了材料在局部范围内对塑性变形等 的抵抗能力，故它与强度值也有一定关系。 工程上：
冷却速度对晶粒大小的影响
快速冷却，形核点多，晶粒细小 冷却速度慢，均匀长大，晶粒粗大
1.2.2 铁碳合金的基本组织 铁 碳含量>2%--弱而脆
铁碳合金
铁素体—碳熔于α铁或δ铁中的固溶体 F
钢 奥氏体—碳熔于γ铁中的固溶体 A 强而韧 碳含量 0.02%-2%
渗碳体—铁碳金属化合物含碳6.67% Fe3C
许用应力 o
n
安全系数
《金属材料及热处理》课件
金属材料的耐磨性能提升
热处理：通过加热和冷却，改变金属材料的微观结构，提高耐磨性
合金化：添加其他元素，形成合金，提高耐磨性
表面处理：如电镀、喷涂、涂层等，提高耐磨性
结构设计：优化金属材料的形状和尺寸，提高耐磨性
05
金属材料的应用领域
航空航天领域
飞机制造：铝合金、钛合金、不锈钢等金属材料广泛应用于飞机制造
热处理的应用
提高金属材料的强度和硬度
改善金属材料的塑性和韧性
消除金属材料的内应力和变形
提高金属材料的耐磨性和耐腐蚀性
改善金属材料的表面质量和尺寸精度
提高金属材料的使用寿命和可靠性
04
金属材料的性能改善
金属材料的强度提升
热处理：通过加热和冷却改变金属的微观结构，提高强度
合金化：通过添加其他元素形成合金，提高强度
03
淬火是将金属材料加热到一定温度后迅速冷却，使材料内部形成马氏体组织，提高硬度和耐磨性
04
回火是将淬火后的金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使马氏体组织转变为回火马氏体，降低硬度和脆性，提高韧性和塑性
05
正火是将金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使材料内部组织均匀化，提高塑性和韧性
06
退火是将金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使材料内部组织软化，降低硬度和脆性，提高塑性和韧性
热处理工艺流程
加热：将金属材料加热到预定温度
保温：保持金属材料在预定温度下保温一段时间
冷却：将金属材料冷却到室温或低于室温
回火：将金属材料加热到一定温度后冷却，以消除内应力，提高韧性和塑性
淬火：将金属材料加热到一定温度后快速冷却，以获得高硬度和耐磨性
退火：将金属材料加热到一定温度后缓慢冷却，以消除内应力，提高塑性和韧性
热处理：通过加热和冷却，改变金属材料的微观结构，提高耐磨性
合金化：添加其他元素，形成合金，提高耐磨性
表面处理：如电镀、喷涂、涂层等，提高耐磨性
结构设计：优化金属材料的形状和尺寸，提高耐磨性
05
金属材料的应用领域
航空航天领域
飞机制造：铝合金、钛合金、不锈钢等金属材料广泛应用于飞机制造
热处理的应用
提高金属材料的强度和硬度
改善金属材料的塑性和韧性
消除金属材料的内应力和变形
提高金属材料的耐磨性和耐腐蚀性
改善金属材料的表面质量和尺寸精度
提高金属材料的使用寿命和可靠性
04
金属材料的性能改善
金属材料的强度提升
热处理：通过加热和冷却改变金属的微观结构，提高强度
合金化：通过添加其他元素形成合金，提高强度
03
淬火是将金属材料加热到一定温度后迅速冷却，使材料内部形成马氏体组织，提高硬度和耐磨性
04
回火是将淬火后的金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使马氏体组织转变为回火马氏体，降低硬度和脆性，提高韧性和塑性
05
正火是将金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使材料内部组织均匀化，提高塑性和韧性
06
退火是将金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使材料内部组织软化，降低硬度和脆性，提高塑性和韧性
热处理工艺流程
加热：将金属材料加热到预定温度
保温：保持金属材料在预定温度下保温一段时间
冷却：将金属材料冷却到室温或低于室温
回火：将金属材料加热到一定温度后冷却，以消除内应力，提高韧性和塑性
淬火：将金属材料加热到一定温度后快速冷却，以获得高硬度和耐磨性
退火：将金属材料加热到一定温度后缓慢冷却，以消除内应力，提高塑性和韧性
金属材料及热处理基本知识课件
第一讲金属热处理基本概念及其发展概述一金属热处理基本概念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，又以不同速度冷却从而获得我们所需要的性能的一种工艺。
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，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及内部的组织结构，而这一般不是肉眼所能看到的。
为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。
钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微复杂，可以通过热处理予以控制，获得我们所需的性能。
另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。
二热处理发展概述在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。
早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。
白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。
中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。
随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。
三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。
这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。
中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。
但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。
1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。
金属材料及热处理基本知识1PPT课件
• 应力集中的严重程度与缺口大小有关，同时 与缺口的尖锐程度有关，缺口越尖锐，即缺 口根部曲率半径越小，应力集中系数就越大。
第3页/共74页
• 承压类特种设备壳体的工作应力 绝大多数承压类特种设备都承受内压，内部压强会使壳体产生拉应力， 这一应力称为工作应力。 • 按照薄壁回转理论，对于圆筒形容器来说，轴向应力是切向应力的 一半，环焊缝受力仅是纵焊缝的一半。在相同的压力和直径下，球 形容器的壁厚可比圆筒形容器减少大约一半。 • 实际工作状态下的容器，其壳体中的应力比较复杂，除了内压引起 的总体薄膜应力外，还存在由于形状变化、壁厚改变、结构不连续 等引起的附加拉应力、压应力、弯曲应力；由于缺口引起的峰值应 力；由于冷热加工留下的残余应力；温度变化产生的热应力等等。
50
160
≈0 ≈0
20-25 24-32
第21页/共74页
• 马氏体（M）：碳在α-Fe中的过饱和固溶体（钢在奥氏体化后快速 冷却到马氏体点以下发生无扩散性相变的产物）。
• 贝氏体（B）：过冷奥氏体在中温区间（约250—4500C）相变产生 的过饱和的铁素体和渗碳体混合物 。
• 魏氏组织：亚共析钢因为过热而形成的粗晶奥氏体，在一定的过冷 条件下（较快），除了在原来奥氏体晶粒边界上析出块状α-Fe外， 还有从晶界向晶粒内部生长的片状α-Fe。
第14页/共74页
金属学与热处理基本知识
• 金属的晶体结构 • 定义：内部原子呈规则排列的物质称为晶体，原子的排列方式称为晶体结构。 • 晶体结构种类： • 体心立方晶格 铁（＜9120C，α-铁）、铬、钼、钨、钒等 • 面心立方晶格 铝、铜、镍、铅等 • 密排六方晶格 铍、镁、锌、镉等 • 单晶体：晶体内的晶格位向完全一致 • 多晶体：由许多晶粒（单晶体）组成的晶体结构，不存在各向异性，因为其中晶粒的位向不同，结果 只表现出它们的平均性能 • 实际使用的金属是由许多晶粒组成的，又叫多晶体。
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• 承压类特种设备壳体的工作应力 绝大多数承压类特种设备都承受内压，内部压强会使壳体产生拉应力， 这一应力称为工作应力。 • 按照薄壁回转理论，对于圆筒形容器来说，轴向应力是切向应力的 一半，环焊缝受力仅是纵焊缝的一半。在相同的压力和直径下，球 形容器的壁厚可比圆筒形容器减少大约一半。 • 实际工作状态下的容器，其壳体中的应力比较复杂，除了内压引起 的总体薄膜应力外，还存在由于形状变化、壁厚改变、结构不连续 等引起的附加拉应力、压应力、弯曲应力；由于缺口引起的峰值应 力；由于冷热加工留下的残余应力；温度变化产生的热应力等等。
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≈0 ≈0
20-25 24-32
第21页/共74页
• 马氏体（M）：碳在α-Fe中的过饱和固溶体（钢在奥氏体化后快速 冷却到马氏体点以下发生无扩散性相变的产物）。
• 贝氏体（B）：过冷奥氏体在中温区间（约250—4500C）相变产生 的过饱和的铁素体和渗碳体混合物 。
• 魏氏组织：亚共析钢因为过热而形成的粗晶奥氏体，在一定的过冷 条件下（较快），除了在原来奥氏体晶粒边界上析出块状α-Fe外， 还有从晶界向晶粒内部生长的片状α-Fe。
第14页/共74页
金属学与热处理基本知识
• 金属的晶体结构 • 定义：内部原子呈规则排列的物质称为晶体，原子的排列方式称为晶体结构。 • 晶体结构种类： • 体心立方晶格 铁（＜9120C，α-铁）、铬、钼、钨、钒等 • 面心立方晶格 铝、铜、镍、铅等 • 密排六方晶格 铍、镁、锌、镉等 • 单晶体：晶体内的晶格位向完全一致 • 多晶体：由许多晶粒（单晶体）组成的晶体结构，不存在各向异性，因为其中晶粒的位向不同，结果 只表现出它们的平均性能 • 实际使用的金属是由许多晶粒组成的，又叫多晶体。
金属材料及热处理基础知识培训讲义PPT课件
基 础
相相
衍 生 相
奥氏体
铁素体
渗碳体
珠光体 贝氏体 马氏体 莱氏体
铁素体
奥氏体
渗碳体
高碳马氏体（针状）
低碳马氏体（板状条）
贝氏体
珠光体
热处理定义：
热处理是指金属或合金在固态范围内，通过一定的 加热、保温、冷却等方法，以改变金属或合金的内部 组织，而得到所需要性能的一种工艺操作。
热处理工艺简介：
常见的材料、热处理缺陷：
材料形状缺陷：
材料表面质量缺陷：
内部缺陷：
热处理缺陷：
表面非马超标
谢谢大家！
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
内部气孔多，不致密 放置1小时后腐蚀残酸浸出
常见的材料、热处理缺陷：
材料形状缺陷：
材料表面质量缺陷：
内部缺陷：
裂纹
发纹在枝晶夹缝处
发纹是枝晶间夹杂物集中所致
常见的材料、热处理缺陷：
材料形状缺陷：
材料表面质量缺陷：
内部缺陷：
带状
常见的材料、热处理缺陷：
材料形状缺陷：
材料表面质量缺陷：
金属材料的性能：
工艺性能：
热处理性：
淬硬性 淬透性 变形和开裂趋势 氧化脱碳趋势 过热过烧趋势 回火稳定性 回火脆性 时效趋势
材料的力学性能试验：
电子万能拉力试验机（双空间）
小应力传感器（30KN） 弯曲（压缩）夹头
大应力传感器（300KN） 拉伸夹头
材料的力学性能试验：
低合金钢（5%）； 中合金钢（5~10%）； 高合金钢（＞10%）；
钢铁
生铁
钢
铸造生铁
炼钢生铁
按化学成分
按断口分
金属材料和热处理基本知识培训最新PPT课件
? （1）白口铸铁：
? 白口白铸口铁铸特铁中性的：碳基本上以化合物（如Fe3C）形式存在。断口呈银白色。
非常硬、脆，难以切削加工，很少用来制造零件。 常利用其坚硬、耐磨的特点，制造犁铧、轧辊等。
? （2）灰铸铁(HT250、HT350)：
灰铸铁中的碳大部分以片状石墨形态存在，断面呈暗灰色。灰铸铁在机械制 造中占有重要地位。
2.2、合金钢
? （4）特殊性能钢：
? 不锈钢——能抵抗大气腐蚀的钢，一般来说含铬量大于12%
? 牌号：一位（表示含碳量千分之几）或两位（含碳量不小于1%或上限不
大于0.03%，表示万分之几）阿拉伯数字+合金元素平均含量（≥1.5%才
标出）+合金元素。
例如：：例如：1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢——含碳量≤0.12%,含铬17%～
为材料的强度极限。
b
用拉伸实验测定抗拉强度 及弹性、塑性等相关指标
拉伸实验低碳钢 试样
拉伸试验机
拉 伸 试 样 产 生 颈 缩 现 象
低应碳力钢:ζ =受F/拉A 时应力与应变关系曲线图
应变:ε=ΔL/L
几个重要点: E点:最大弹性变形点 S点:塑性变形屈服点 B点:能承受最大外力 K点:材料产生断裂 材料的几个重要极限 ζ :弹性极限;
? 防锈铝合金（5083、5086）：塑性和韧性较好，抗腐蚀性较好，常
用于热交换器、壳体等。
?
硬铝合金（2014）：主要为铝铜镁合金，强度ζ =680MPa、硬度
HBS≈115。用于薄板、形材、管材、线材和冲压b件等。
?
超硬铝合金（7075）：主要为铝铜锌合金，强度ζ
为试样缺口处
单位截面积
A 上所消耗的冲击功
? 白口白铸口铁铸特铁中性的：碳基本上以化合物（如Fe3C）形式存在。断口呈银白色。
非常硬、脆，难以切削加工，很少用来制造零件。 常利用其坚硬、耐磨的特点，制造犁铧、轧辊等。
? （2）灰铸铁(HT250、HT350)：
灰铸铁中的碳大部分以片状石墨形态存在，断面呈暗灰色。灰铸铁在机械制 造中占有重要地位。
2.2、合金钢
? （4）特殊性能钢：
? 不锈钢——能抵抗大气腐蚀的钢，一般来说含铬量大于12%
? 牌号：一位（表示含碳量千分之几）或两位（含碳量不小于1%或上限不
大于0.03%，表示万分之几）阿拉伯数字+合金元素平均含量（≥1.5%才
标出）+合金元素。
例如：：例如：1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢——含碳量≤0.12%,含铬17%～
为材料的强度极限。
b
用拉伸实验测定抗拉强度 及弹性、塑性等相关指标
拉伸实验低碳钢 试样
拉伸试验机
拉 伸 试 样 产 生 颈 缩 现 象
低应碳力钢:ζ =受F/拉A 时应力与应变关系曲线图
应变:ε=ΔL/L
几个重要点: E点:最大弹性变形点 S点:塑性变形屈服点 B点:能承受最大外力 K点:材料产生断裂 材料的几个重要极限 ζ :弹性极限;
? 防锈铝合金（5083、5086）：塑性和韧性较好，抗腐蚀性较好，常
用于热交换器、壳体等。
?
硬铝合金（2014）：主要为铝铜镁合金，强度ζ =680MPa、硬度
HBS≈115。用于薄板、形材、管材、线材和冲压b件等。
?
超硬铝合金（7075）：主要为铝铜锌合金，强度ζ
为试样缺口处
单位截面积
A 上所消耗的冲击功
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50，100，120kg等，小于10kg的压力可以
测定显微组织硬度。
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冲击韧性
韧性：材料断裂前吸收变形能量的能力--韧性。 冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。 ak=冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积F(J/cm2) ak值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形，断口 呈金属光泽，呈结晶状。 ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性 材料。
2．弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能 承受的最大应力。 比例极限：σp=Pp/Fo 应力―应变保持线性关系的 极限应力值 弹性极限：σe=Pe/Fo 不产永久变形的最大抗力 工程上，σp、σe视为同一值，通常也可用σ0.01
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硬度 抵抗外物压入的能力，称为硬度―综合性能指标
韧性与温度有关 —脆性转变温度TK
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断裂韧性
1．问题的提出 低应力脆断――断裂力学 2．应力场强度因子KI 前面所述的力学性能，都是假定材料内部是完整、连续 的，但是实际上，内部不可避免的存在各种缺陷（夹杂 、气孔等），由于缺陷的存在，使材料内部不连续，这 可看成材料的裂纹，在裂纹尖端前沿有应力集中产生， 形成一个裂纹尖端应力场。表示应力场强度的参数—— “应力场强度因子”。
1．布氏硬度
适用于未经淬火的钢、铸铁、有色金属或质地轻 软的轴承合金。
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洛氏硬度
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 轻金属，未淬火钢
②HRC 较硬，淬硬钢制品
③HRA 2020/10/15 硬、薄试件
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维氏硬度
维氏硬度的压力一般可选5，10，20，30，
KI<KIC时，裂纹扩展很慢或不扩展，不发生脆断。
KIC可通过实验测得，它是评价阻止裂纹失稳扩展能力 的力学性能指标。是材料的一种固有特性，与裂纹本
身的大小、形状、外加应力等无关，而与材料本身的
成分、热处理及加工工艺有关。
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应用
断裂韧性是强度和韧性的综合体现。
（1）探测出裂纹形状和尺寸，根据KIC，制定零件工作 是否安全KI≥KIC ，失稳扩展。 （2）已知内部裂纹2a，计算承受的最大应力。 （3）已知载荷大小，计算不产生脆断所允许的内部宏观 裂纹的临界尺寸。
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BCC、FCC、HCP晶胞的重要参数
晶胞 晶体学参数
原子半径 晶胞原子 配位 致密
数
数度
FCC a=b=c, a =b =g =90o
金属材料及热处理基础知识
• 力学性能 • 晶体结构 • 金属材料的塑性变形 • 铁－碳平衡图 • 过冷奥氏体的转变 • 常用热处理工艺 • 碳钢 • 合金钢分类及用途 • 材料选用15
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精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
I：单位厚度，无限大平板中有一长度2a的穿透裂纹
Y：裂纹形状，加载方式，试样几何尺寸，试验类型有
关的2020系/10/1数5 ――几何形状因子。
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3．断裂韧性 对于一个有裂纹的试样，在 拉伸载荷作用下，Y值是一 定的，当外力逐渐增大，或 裂纹长度逐渐扩展时，应力 场强度因子也不断增大，当 应力场强度因子KI增大到某 一值时，
2．断面收缩率
y =△F/Fo=(Fo-Fk)/Fo x 100% d ,y 越大，塑性愈好 d<5%, 脆性材料
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刚度和弹性 1．刚度－材料在受力时，抵抗弹性变形的能力 E=σ/ε 杨氏弹性模量 GPa, MPa 本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组 织不敏感的力系指标。
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静载单向静拉伸应力―应变曲线
低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线分为四阶段：
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1．I(oab)段―弹性变形阶段 a: Pp ，b: Pe （不产生永久变 形的最大抗力） oa段：△L∝ P 直线阶段 ab段：极微量塑性变形 2．II(bcd)段―屈服变形 c: 屈服点 Ps 3．III(dB)段―均匀塑性变形 B: Pb材料所能承受的最大载 荷 4．IV(BK) 段―局部集中塑性 变形
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
精品资料
金属材料力学性能
• 静载单向静拉伸应力―应变曲线 • 材料的强度 • 塑性 • 刚度和弹性 • 硬度 • 冲击韧性 • 断裂韧性
塑性变形的抗力,是设计和选材的主要依据之一
。）
b: σ0.02条件屈服强度 3．疲劳强度σ-1 （80%的断裂由疲劳造成） 疲2劳020/1极0/15限：材料经无数次应力循环而不发生疲8 劳
塑性 1．延伸率
Lk:试样拉断后最终标距长度 延伸率与试样尺寸有关， d5 , d10 (Lo=5do, 10do)
颈缩
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材料的强度――材料所能承受的极限应力.
单位: MPa(N/mm2)
σ=P/Fo 表示材料抵抗变形和断裂的能力 1．抗拉强度 σb=Pb/Fo 材料被拉断前所承受的最大应力值（材料抵抗外
力而不致断裂的极限应力值）。
2．屈服强度σs和条件屈服强度σ0.02
a: σs=Ps/Fo
（σs代表材料开始明显
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晶体结构
• 理想晶体 • 面心立方晶体 • 体心立方晶体 • 密排六方晶体 • 点缺陷 • 线缺陷－位错 • 面缺陷－晶间 • 金属材料的塑性变形 • 冷塑性变形对金属组织性能的影响
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σy =KI
就可使裂纹前沿某一区域的 内应力大到足以使材料产生 分离，从而导致裂纹突然失 稳扩展，即发生脆断。
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这个应力场强度因子的临界值，称为材料的断裂韧性， 用KIC表示，它表明了材料有裂纹存在时抵抗脆性断裂 的能力。
当KI>KIC时，裂纹失稳扩展，发生脆断。
KI＝KIC时，裂纹处于临界状态