《金属工艺学》第一章 钢铁材料及热处理

II. es曲线—屈服特征。即载荷超 过Fe再卸载时，试样的伸长只 能部分地恢复，产生了部分塑 性变形。
III. S处水平段——称作“屈服点”。 即当载荷增加到Fs时，拉力无 需再增大，试样仍可继续伸长。
规定：s点处的拉力Fs与试样原始面积S0 的比值，定为低碳钢材料的“屈服点”
或称“屈服强度”，即 s
布氏硬度法的应用：
用于测定如铸铁件、有色金属及 合金、退火钢、正火钢、调质钢 等。
2）洛氏硬度
是用 1200金刚石圆锥体作压 头，用来测定硬金属材料硬度 的方法。
洛氏硬度法的应用：
用于如淬火钢、渗碳钢、模 具工具钢等硬度的测定。
洛氏硬度的表示方法： 如20~67HRC。
（2）硬度值与机械设计
③ 制造承受冲击载荷的零件，除应 保证足够的静力学性能如强度、 硬度，还必须要有足够的韧性， 即耐冲击的能力。
（2）冲击韧性与机械零件设计
① 材料的 ak 值，只是表明其抗一 次大冲击而不断裂的能力。
② 金属零件受大能量冲击作用，其 抗冲击能力决定于akv值。
③ 受小能量多次冲击的作用，零件 抗冲击能力是取决于强度和塑性。
第一章 钢铁材料及热处理
知识点：
1.钢铁自身固有的力学性能一 般是不能满足零件的受力性要 求。
2.钢铁零件必须经过热处理才 能用。
§1-1 金属及合金的性能
主要有：力学性能、物理性能、 化学性能和工艺性能。
从机械零件和工程结构件设 计角度，重点放在金属材料的力 学性能。
一、 力学性能
力学性能又称机械性能， 是材料在力的作用下所表现出的 特征。
① 零件工作面要规定足够的硬度， 以耐磨损，防止疲劳断裂。
② 硬度和强度间有一定换算关系， 如《机械设计基础》教材中的 图表所示。
4. 冲击韧性 冲击韧性又称韧性，是指材
料受快速或突然载荷的作用，断 裂前所能吸收最大冲击功的能力。
冲击载荷：载荷以快速或突然的方 式作用在零件上。
（1）材料冲击韧性的指标
要用塑性好的低合金钢制造，如
受力过大（超载）时，先产生塑
性变形而不致突然断裂。
3）塑性好的金属材料是进行锻造、 冲压、焊接的必要条件。
3. 硬度 是指材料抵抗局部变形，特
别是局部塑性变形、压痕、划痕 的能力。
知识点：
① 硬度是机械零件、工具等必须具 有的机械性能指标。
如制造业用的刀具、量具、
锻锤及模具等，都要具有足够 的硬度，以耐磨和防止受冲击 力时产生裂纹。
② 硬度可间接反映金属的强度、塑 性、韧性及化学成分，是一项综 合性的机械性能指标。
（1）金属材料的硬度指标 最常用的有：布氏硬度 洛氏硬度
1）布氏硬度（HB）
用淬火钢球或硬质合金球作 压头，用来测定“较软”金属材 料硬度的方法。
布氏硬度值的表示方法：
如230HBS、500HBW。 S ——淬火钢球压头。 W——硬质合金钢球压头。
（1）塑性指标
是用拉伸试验测得的试样伸
长率 和端面收缩率 来衡量。
要点知识：
1）、 值越大，表示材料的塑性越好。
这样的金属可以发生大量的塑性变形而 不会断裂。如铜铝及其合金、低碳钢等，
如 50%； 80%，可拉制细丝、 扎制薄板。铸铁的、 值几乎为零，
称为脆性材料。
2）应用知识
如车身架材料，
要点： 1）Fb——是零件产生“缩颈”所能
承受的最大拉力。
2）规定：b点处的拉应力值为低碳钢 材料的抗拉强度，用
b符号表示， b
Fb S0
MPa.
3）抗拉强度 b 的工程意义
金属零件所承受的最大工 作应力值塑性
是指金属在外力作用下产生 永久变形而不断裂的能力。
力学性能的指标主要有：强度、 塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强 度和刚度。
1. 强度 是金属受外力作用下，抵
抗永久变形和断裂的能力。
（1）强度的定义式
（2）工程设计中常用的强度指标 ① 最大抗拉强度 b ② 屈服点 s
（3）金属材料的抗拉强度与屈服点 的测试
方法：是用金属试样做拉伸试验 测出来的。
1）低碳钢试样的拉伸试验曲线
是将低碳钢棒料加工成标准 试样，装在拉伸机上，在试样两 端缓慢施加轴向载荷，使其发生 拉伸变形直至断裂。
要点知识：
I. oe直线—弹性变形特征。
II.
e点处的应力e
Fe S0
：为不产
生永久变形的最大应力，称为
材料的弹性极限。
oe直线的斜率值：称为材料的弹 性模量，用E表示，表征材料抵 抗弹性变形的能力，技术上表示 金属的刚度。
屈服点指标来命名的，可直接知道材料的
屈服强度等级。
IV. sb曲线—强化阶段。材料屈服后 随变形程度的增大，金属内部 要产生变形抗力，须不断增大 载荷，试样才能继续伸长。
V. bz曲线—缩颈阶段。即当载荷 超过Fb值，试样出现局部 “缩 颈” 直至断裂。
“缩颈” ：零件局部横截面积变 小，是零件发生断裂的前奏。
受较高冲击力作用，要提高零件 的塑性值；
受小冲击力作用，要提高零件的 强度。
如连杆、曲轴，碎石机鄂
板等，都是受多次小能量冲击力 作用，这些零件可用球墨铸铁件 或孕育铸铁件制造。注意，铸铁 类的ak值几乎为零，但经热处理 后具有较高的强度、硬度。
④ 受大能量冲击作用的零件，选 择材料时，要考虑材料的冲击 韧性指标ak值大小。
用摆锤式冲击试验测出的试 样所受最大冲击吸收功AK与S0的 比值来衡量，见教材图1-4。
ak
Ak s0
(J
/ cm2 )
Ak 受最大冲击吸收功
s0 试样缺口处截面积
基本知识点：
① 强度、塑性、硬度指标，都是在 缓慢加载或静载荷条件下测定的。
② 机器中的零件大多要受冲击载荷 作用，如连杆、键连接、齿轮传 动、钻机、碎石机械，铁轨受力， 冲模、锻模等。
Fs S0
MPa。
金属材料屈服点的工程意义：
1）锅炉、压力容器、汽车发动机 缸体上的紧固螺栓、键、销零 件，在受载时是不允许屈服的， 其工作应力必须小于材料的屈 服点。
2）金属材料的 s ，其零件允许的工作
应力值
e
，故
是机械零件设计的主要
s
依据之一。
3）如Q235钢、Q275钢等钢材是以材料的
⑤
如飞机起落架、矿山载重汽
车的大梁、蒸汽锤的锤杆等，工 作时受大能量冲击力作用，其零 件要用高ak值的金属材料制造。