关于金属材料与热处理

一、强度
概念：强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂 的能力 。通过拉伸试验测得大小。强度的大小通常用应力来表示。
=F/S
-----应力 Pa
1 Pa=1N/m2 1M Pa=106Pa
按载荷的作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、 抗弯强度、抗剪强度、和抗扭强度。
注意：一般多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。
•若零件在使用时不允许产生过量塑性变形，应以材料的σs或 σ0.2进行设计计算。 •若零件在使用时只要求不发生破坏，则以材料的σb来设计计 算。
•因此σs和σb是机械零件设计计算的主要依据。
• 强度的意义
• 强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，一 般钢材的屈服强度在200～1000MPa 之间。
1、断后伸长率
L1 Lo 100%
L0
L 1 试样拉断后的标距（mm）
L o 试样原始标距（mm）
由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率δ数值不 同，因此应注明试样尺寸比例。如: δ10——试样 L0=10d0 δ5 ——试样 L0=5d0
2、断面收缩率
Sห้องสมุดไป่ตู้ S1 100%
L0
S 1 试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）
S o 试样原始截面积（mm2）
•δ和ψ是用来判断材料在断裂前所能产生的最大塑性变形量大 小。 •一般认为ψ＞5％的材料为塑性材料，如低碳钢；ψ＜5％的为 脆性材料，如灰铸铁 .
塑性对材料的意义: 1.是金属材料进行压力加工的必要条件; 2.提高安全性:因为零件在工作时万一超 载，也会由于塑性变形使材料强化而避
S0
•规定残余伸长应力:
材料屈服时的拉力（N）
对无明显屈服现 象的材料
: 规定残余伸长率为0.2%时的应力 r 0 .2
原标准（GB228-76）： 0 . 2 屈服强度
•抗拉强度:材料在拉伸条件下所能承受最大力的
应力值
b
Fb S0
拉伸过程中最大的拉力（N）
很重要，表示零 件破坏前能抗的
最大应力值
免突然断裂
• 强度与塑性是一对相互矛盾的性能指标。在金属材 料的工程应用中，要提高强度，就要牺牲一部分塑 性。反之，要改善塑性，就必须牺牲一部分强度。
研究力学性能意义：是选择和使用金属材料的重要依据 一、基本概念 1、弹性：指物体在外力作用下改变基本形状和尺寸，当 外力卸除后物体又恢复到其原始形状和尺寸的特性。
2、内力：金属受到外力时为保其不变形，在材料内部作用 者与外力相对抗的力称为内力。 3、应力：单位面积上的内力。 4、应变：指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变 化；通常以百分比（%）表示 5、载荷：金属材料在加工及使用过程中所受的外力。 按作用性质分：
本课学习方法是：预习 、笔记 、复习、讨论问题 本教材的重点：常见的材料牌号及应用，钢的热处理
第一章 金属的性能
〈 使用性能—力学、物理、化学
金属材料的性能 工艺性能—铸造、锻压、焊接、切削加工
力学性能：受外力作用下所表现出的性能。不能说：机械性能 判据 如： 强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等
第一节 金属的力学性能
静载荷：指大小不变或变化过程缓慢的载荷。
。
冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。 循环载荷：指大小、方向随时间发生周期性变化的载荷
按作用形式不同分：
6、变形：材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化， 称为变形。分为弹性变形与塑性变形 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。
陶器时代 泥巴（日晒→原始陶器；火烧→瓷器用具）
铜器时代：司母戊鼎（公元前11—16世纪） 1战13国0×编7钟80（×1前104075—221年）65个 总重
2500Kg
铁器时代 沧州大狮（公元953年 ）重50T ,长5.3m,宽3m
人工复合材 料 塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等
沧州铁 狮铸造于
关于金属材料与热 处理
★ 材料按物质结构不同分：
金属材料、非金属材料（有机高分子材料和陶瓷 料)、复合材料
★ 材料按用途不同分：
机械工程材料、土木工程材料、电工材料、电子材 料
★ 材料按功能不同分：
结构材料、功能材料、磁性材料等
金属材料
材料分类
陶瓷材料 高分子材料
复合材料
材料发展概括 ▲ 石器时代 天然石，兽骨，树枝
拉伸实验
（金属的抗拉强度和塑性都是通过拉伸试验测定）
（GB/T228-2002）
1. 拉伸试样 2. 力—伸长曲线（以低碳钢试样为例） 3. 脆性材料的拉伸曲线
1. 拉伸试样（GB6397-86）
长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0
万能材料试验机 a) WE系列液压式 b) WDW系列电子式
2. 力－伸长曲线 拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。
弹性变形阶段 屈服阶段 强化阶段 颈缩现象
(a)试样 (b)伸长 (c)产生缩颈 (d)断裂
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
3. 脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）
F
0
ΔL
脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。
应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l0
• 强度越高，表明材料在工作时越可以承受较高的载 荷。当载荷一定时，选用高强度的材料，可以减小 构件或零件的尺寸，从而减小其自重。
• 因此，提高材料的强度是材料科学中的重要课题， 称之为材料的强化。
二、塑性 ——在外力作用下金属材料在断裂前产生不
可逆永久变形的能力
•常用的塑性判据： 拉伸时的断后伸长率和断面收缩率
三、强度 ——金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和
破坏的能力
工程上常用的金属材料的强度 指标：
•屈服点（ σs ）或规定残余 伸长应力（ σr） •抗拉强度(σb)
•屈服点（ σs ）:指材料产生屈服时的应力
对有明显屈服现 象的材料
很重要，大多数 零件不允许有塑
性变形
F 屈服点
s
（屈服极限） s
公 元953年。 铁狮子通 高5.78米， 身长6.5 米，体宽 3.17米， 重约40吨
本课程的性质和目的
1、性质： 是机械类专业必修的一门专业技术基础课。
2、目的： a 获得有关金属热处理、金属材料的基本知识。 b 熟悉常见金属材料的牌号、性能特点及应用；了解它 们之间成分、组织、性能、热处理的关系。 c 具有选择零件材料的能力，确定加工工艺路线的能力。 d 为后续课程和从事技术工作打下基础。