金属材料与热处理工艺
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5．热处理性能
§1．2 金属的结构与结晶 一、金属的晶体结构 1．晶体结构的基本知识 （1）晶体与非晶体
（2）晶格
（3）晶胞
（4）晶面和晶向
必须指出，位于晶格结点上的 原子不是静止不动的，而是以 结点为中心做热振动，并且随 着温度的升高，原子热振动的 振幅也将加大
2．常见金属的晶格类型
3．单晶体和多晶体 单晶体——由一个晶粒组成的晶体 多晶体——由很多大小、外形和晶格排列 方向均不相同的小晶体组成，小晶体称为 晶粒，晶粒间交界的地方称为晶界
布氏硬度值仅与压痕直径的大小有 关。
布氏硬度试验原理图
布氏硬度用符号HBW 表示，符号之前的数字是硬度值， 符号之后为试验条件，依次为：压头直径（mm）/ 试验力 （kgf）/ 保持时间（s）。
（2）洛氏硬度
试测原理：洛氏硬度是以压头压入金属材 料的压痕深度来表征材料的硬度。压头有两 种，其一是锥角为120°的圆锥金刚石压头 ；另一是直径为Ø1.5875mm钢球。因为压 痕的深度直接可用百分表测出来，所以洛氏 硬度值直接可以从洛氏硬度计的表盘上读出 ，不需另外的测量和计算，使用起来比布氏 硬度试验机方便。
3．晶粒大小及控制
4．金属的铸态组织 （1）组织的形成及其性能
（2）铸锭的缺陷见表1-12
5．同素异构转变
三、合金的结晶 1．合金的结构 （1）基本概念
合金——指两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素熔合 在一起所得到的具有金属特性的物质。 组元——组成合金最基本的、独立的物质。 相——合金中成分、结构及性能相同的均匀组成部分。 组织——在金属及合金内部晶体或晶粒大小、方向、形状、排列状况 等组成关系的构造情况。 （2）合金的组织
第一章 金属材料与热处理工艺
§1．1 金属材料的性能
一、金属材料的力学性能
1．强度
强度——金属抵抗塑性变形或断裂的能力。
（1）试样——拉伸试样
（2）力—伸长曲线
（3）弹性极限 弹性极限又称弹性强度，是材料所能承受的、不发生永久变形的最
大应力，用符号σe（MPa）表示。σe=Fe/So （4）屈服点
（2）多次重复冲击试验
6．疲劳强度
（1）疲劳的概念 （2）疲劳破坏的特征 （3）疲劳曲线和疲劳强度
二、金属材料的物理与化学性能
1．物理性能 （1）密度
密度——物质单位体积的质量。不同金属的密度是不同的。一般将 密度小于4.5×103kg/m3的金属称为轻金属，密度大于4.5×103 kg/m3 的金属称为重金属 （2）熔点
象。
（6）磁性 磁性——金属材料在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能。
2.化学性能
三、金属材料的工艺性能 1．铸造性能
铸造性能——在铸造过程中金属熔化成液态后铸造成型时所具有的 一种特性。 2．锻压性能
用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度称为锻压性能。 3．焊接性能
它是将两个或两个以上的焊件在外界某种能量的作用下，借助于 各焊件接触部位原子间的相互结合力连接成一个不可拆除的整体的一 种加工方法。 4．切削加工性能 切削金属材料的难易程度称为材料的切削加工性能。
合金的组织主要有固溶体、金属化合物及机械混合物三类
（3）面缺陷
面缺陷是指在晶体的空间中分布着的较大的缺陷。常见的面缺陷 有金属晶体中的晶界和亚晶界
二、纯金属的结晶
金属材料在冶炼和铸造过程中要经过由液态变为固态的凝固过程。
这个过程就是晶体结构的形成过程，称为结晶。
1．金属结晶的基本规律
（1）纯金属的冷却曲线
（2）过冷度
（3）纯金属的结晶过程
2．晶核的形成与长大 金属最基本的结晶规律是一个晶核的形成与长大的过程。
（1）断后伸长率δ 断后伸长率是试样拉断后，标距的伸长量与原始标距之比的百分
率，用公式表示为：δ=（lu- l0）/l0×100% （2）断面收缩率Z
Z=（S0-Su）/Su×100%=（d0-du）/du×100%
4．硬度 （1）布氏硬度
试验原理：布氏硬度值是用球面压痕 单位表面积上所承受的平均压力来计算。
维氏硬度符号为HV，其表示方法与布氏硬度基本相同。实际试验时，
也无须计算，硬度值直接从表中查出。 维氏硬度试验所用的试验力可根据工件的大小、厚薄等条件进行选
择，常用试验力在49.03~980.70N范围内变动。
5．冲击韧性 冲击韧性——金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。金属材
料的冲击韧性是通过弯曲冲击试验测量的。 （1）一次冲击试验
屈服点是材料开始产生明显塑性变形（即屈服）时的应力，用符号 σs（MPa）表示。屈服点也称屈服强度。σs=Fs/So （5）强度极限
强度极限也称抗拉强度，是材料在断裂前所能承受的最大应力，用 符号σb（MPa）表示。σb=Fb/So
2．刚度 刚度——材料在受力时抵抗弹性变形的能力。
3．塑性 塑性——金属材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力 。评定材料塑性的指标通常是指断后伸长率和断面收缩率。
熔点——金属及其合金从固体状态向液体状态转变时的熔化温度。 金属都有固定的熔点。
（3）导热性 导热性——金属能传导热的性能。一般情况下，金属的导热性比非
金属好。
（4） 导电性
导电性——金属能传导电流的性能。金属是良好导体。 金属导电性的好坏取决于它的热导率。
（5）热膨胀性 热膨胀性——金属材料在受热时体积会增大，冷却体积收缩时的现
洛氏硬度用符号HR表示，每一种标尺的符号在其后注明（HRC、 HRB、HRA），硬度值置于符号之前。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
（3）维氏硬度
维氏硬度是一种以正四棱锥金刚 石为压头的硬度测量方法。压头的两 个相对面间的夹角为136°。硬度值 的定义与布氏硬度相同，即压痕表面 上单位面积所承受的压力。所不同的 是压痕形状为正四棱锥形，用测量压 痕对角线的平均长度来计算压痕面积 及硬度值
4．金属的晶体缺陷 （1）点缺陷
（2）线缺陷
当晶格中某些原子由于某种
原因（如热振动的偶然偏差等 ）脱离其晶格结点而转移到晶 格间隙时便会造成这些缺陷。 由于这些缺陷的存在，会使其 周围的晶格发生畸变。
线缺陷即晶格中的“位错线”。
位错可视为晶格中一部分晶体相对 于另一部分晶体的局部发生滑移， 晶体滑移的部分与未滑移的部分的 交界线即为位错线。
§1．2 金属的结构与结晶 一、金属的晶体结构 1．晶体结构的基本知识 （1）晶体与非晶体
（2）晶格
（3）晶胞
（4）晶面和晶向
必须指出，位于晶格结点上的 原子不是静止不动的，而是以 结点为中心做热振动，并且随 着温度的升高，原子热振动的 振幅也将加大
2．常见金属的晶格类型
3．单晶体和多晶体 单晶体——由一个晶粒组成的晶体 多晶体——由很多大小、外形和晶格排列 方向均不相同的小晶体组成，小晶体称为 晶粒，晶粒间交界的地方称为晶界
布氏硬度值仅与压痕直径的大小有 关。
布氏硬度试验原理图
布氏硬度用符号HBW 表示，符号之前的数字是硬度值， 符号之后为试验条件，依次为：压头直径（mm）/ 试验力 （kgf）/ 保持时间（s）。
（2）洛氏硬度
试测原理：洛氏硬度是以压头压入金属材 料的压痕深度来表征材料的硬度。压头有两 种，其一是锥角为120°的圆锥金刚石压头 ；另一是直径为Ø1.5875mm钢球。因为压 痕的深度直接可用百分表测出来，所以洛氏 硬度值直接可以从洛氏硬度计的表盘上读出 ，不需另外的测量和计算，使用起来比布氏 硬度试验机方便。
3．晶粒大小及控制
4．金属的铸态组织 （1）组织的形成及其性能
（2）铸锭的缺陷见表1-12
5．同素异构转变
三、合金的结晶 1．合金的结构 （1）基本概念
合金——指两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素熔合 在一起所得到的具有金属特性的物质。 组元——组成合金最基本的、独立的物质。 相——合金中成分、结构及性能相同的均匀组成部分。 组织——在金属及合金内部晶体或晶粒大小、方向、形状、排列状况 等组成关系的构造情况。 （2）合金的组织
第一章 金属材料与热处理工艺
§1．1 金属材料的性能
一、金属材料的力学性能
1．强度
强度——金属抵抗塑性变形或断裂的能力。
（1）试样——拉伸试样
（2）力—伸长曲线
（3）弹性极限 弹性极限又称弹性强度，是材料所能承受的、不发生永久变形的最
大应力，用符号σe（MPa）表示。σe=Fe/So （4）屈服点
（2）多次重复冲击试验
6．疲劳强度
（1）疲劳的概念 （2）疲劳破坏的特征 （3）疲劳曲线和疲劳强度
二、金属材料的物理与化学性能
1．物理性能 （1）密度
密度——物质单位体积的质量。不同金属的密度是不同的。一般将 密度小于4.5×103kg/m3的金属称为轻金属，密度大于4.5×103 kg/m3 的金属称为重金属 （2）熔点
象。
（6）磁性 磁性——金属材料在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能。
2.化学性能
三、金属材料的工艺性能 1．铸造性能
铸造性能——在铸造过程中金属熔化成液态后铸造成型时所具有的 一种特性。 2．锻压性能
用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度称为锻压性能。 3．焊接性能
它是将两个或两个以上的焊件在外界某种能量的作用下，借助于 各焊件接触部位原子间的相互结合力连接成一个不可拆除的整体的一 种加工方法。 4．切削加工性能 切削金属材料的难易程度称为材料的切削加工性能。
合金的组织主要有固溶体、金属化合物及机械混合物三类
（3）面缺陷
面缺陷是指在晶体的空间中分布着的较大的缺陷。常见的面缺陷 有金属晶体中的晶界和亚晶界
二、纯金属的结晶
金属材料在冶炼和铸造过程中要经过由液态变为固态的凝固过程。
这个过程就是晶体结构的形成过程，称为结晶。
1．金属结晶的基本规律
（1）纯金属的冷却曲线
（2）过冷度
（3）纯金属的结晶过程
2．晶核的形成与长大 金属最基本的结晶规律是一个晶核的形成与长大的过程。
（1）断后伸长率δ 断后伸长率是试样拉断后，标距的伸长量与原始标距之比的百分
率，用公式表示为：δ=（lu- l0）/l0×100% （2）断面收缩率Z
Z=（S0-Su）/Su×100%=（d0-du）/du×100%
4．硬度 （1）布氏硬度
试验原理：布氏硬度值是用球面压痕 单位表面积上所承受的平均压力来计算。
维氏硬度符号为HV，其表示方法与布氏硬度基本相同。实际试验时，
也无须计算，硬度值直接从表中查出。 维氏硬度试验所用的试验力可根据工件的大小、厚薄等条件进行选
择，常用试验力在49.03~980.70N范围内变动。
5．冲击韧性 冲击韧性——金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。金属材
料的冲击韧性是通过弯曲冲击试验测量的。 （1）一次冲击试验
屈服点是材料开始产生明显塑性变形（即屈服）时的应力，用符号 σs（MPa）表示。屈服点也称屈服强度。σs=Fs/So （5）强度极限
强度极限也称抗拉强度，是材料在断裂前所能承受的最大应力，用 符号σb（MPa）表示。σb=Fb/So
2．刚度 刚度——材料在受力时抵抗弹性变形的能力。
3．塑性 塑性——金属材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力 。评定材料塑性的指标通常是指断后伸长率和断面收缩率。
熔点——金属及其合金从固体状态向液体状态转变时的熔化温度。 金属都有固定的熔点。
（3）导热性 导热性——金属能传导热的性能。一般情况下，金属的导热性比非
金属好。
（4） 导电性
导电性——金属能传导电流的性能。金属是良好导体。 金属导电性的好坏取决于它的热导率。
（5）热膨胀性 热膨胀性——金属材料在受热时体积会增大，冷却体积收缩时的现
洛氏硬度用符号HR表示，每一种标尺的符号在其后注明（HRC、 HRB、HRA），硬度值置于符号之前。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
（3）维氏硬度
维氏硬度是一种以正四棱锥金刚 石为压头的硬度测量方法。压头的两 个相对面间的夹角为136°。硬度值 的定义与布氏硬度相同，即压痕表面 上单位面积所承受的压力。所不同的 是压痕形状为正四棱锥形，用测量压 痕对角线的平均长度来计算压痕面积 及硬度值
4．金属的晶体缺陷 （1）点缺陷
（2）线缺陷
当晶格中某些原子由于某种
原因（如热振动的偶然偏差等 ）脱离其晶格结点而转移到晶 格间隙时便会造成这些缺陷。 由于这些缺陷的存在，会使其 周围的晶格发生畸变。
线缺陷即晶格中的“位错线”。
位错可视为晶格中一部分晶体相对 于另一部分晶体的局部发生滑移， 晶体滑移的部分与未滑移的部分的 交界线即为位错线。