第一章钢铁材料及热处理
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且具有金属性质的物质，如钢、青铜等。
合金的优点： 力学性能好；加工性能好；价格便宜。
第一章钢铁材料及热处理
§1 金属材料的性能 一 材料性能的内容
使用性能： 物理性能、化学性能、力学性能。
加工性能： 亦称工艺性能，即适应于各种加工工艺的能力。
二 金属材料的力学性能
载荷
（一）力学性能：亦称机械性能 ，指材料抵抗外力作用的能力。
第一章 钢铁材料及热处理
材料是人类生产和生活的物质基础；
材料的使用是人类文明的体现：
青铜器时代 铁器时代 我国是世界上最早使用金属材料的国家之一。
现代社会的三大支柱： 材料
信息
纯金属： 单一金属元素所组成的物质。例：Fe Al Cu Au … 合 金： 由两种或两种以上金属元素或金属与非金属元素相互熔合
（二）力学性能的内容：强度、塑性、硬度、 韧性等
1、 强度
1） 概念：金属材料在静载荷的作用下，抵抗变形和 断 裂 的能力。
静载荷：对材料缓慢施加的外力。
2） 强度的种类：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗扭强度等。
3 ）抗拉强度的测定：（静拉伸试验）
A
步骤：将欲测材料制成如图所示拉伸试棒；
0
L0
装机缓慢加载，直到拉断；第一试章验钢铁机材自料及动热绘处理出拉伸曲线。
a 产生细小的晶体（晶核）— 形核； b 晶核长大，同时产生新的晶核； c 形成晶粒。
晶粒：晶体中晶格位向基本一致的区域。 晶界：晶粒之间原子排列不规则的区域。 多晶体结构：由许多晶粒组成的结构。 晶粒越细小机械性能就第一越章好钢铁。材料及热处理
3 结晶温度和冷却曲线(金属结晶时，温度随时间的变化关系曲线)
§2 纯金属的晶体结构和结晶
晶体： 晶体的原子在空间做有规则的排列； 非晶体： 原子的排列是不规则的。 一 晶体结构的基本知识 （一）基本概念
1 晶格：晶体中原子排列的格第式一。章钢铁材2料晶及胞热处：理晶格中的一个基本单元。
（二）晶格的类型
1 体心立方晶格： 晶胞是一个立方体。
α-Fe 属于这类晶格的金属有Cr、Mo、W、V等。 纯铁在912℃以下也具有体心立方晶格结构。
塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不发生断裂的能力。
伸长率：
试样拉断后其标距长度的相wenku.baidu.com伸长值。
(L 1 L 0 )/L 0 1% 00
断面收缩率： 试样拉断后断口处横截面面积的相对收缩量。
(A 0A k)/A 010 % 0
A0
L0 Ak
L1
第一章钢铁材料及热处理
δ↑ψ↑ 则塑性越好
3 硬度 1 概念：金属表面抗硬物压入的能力。 2 种类：
℃ 1538 1394
912
同素异晶转变： 晶格类型随温度改变而改变的现象。
液体（L） δ-Fe
γ-Fe
α-Fe 时间
重结晶： 固态下晶格类型的转变，亦存在生核和长大的过程。
纯铁的力学性能：σb=250MPa δ=50% 80HB ，
第一章钢铁材料及热处理
软而韧。
§3 合金的结构与状态图
一 基本概念
1 组元：组成合金的最基本的、能独立存在的物质，简称元。 2 相：在合金中凡是化学成份相同、晶格结构相同，并有界面与其
它部分分割开的一个均匀区域，称为相。
二 合金的结构
（一）固溶体 1 定义：组成合金的各组元在凝固后仍能保持溶解状
（二）金属化合物 态而形成均匀的固相。 （三）机械混合物
固溶体是单相组织，其晶格与溶剂保持一致。
实际结晶温度 Tn；其随金属的冷却速度V冷变化而变化
平衡结晶温度（理论结晶温度）T0 ；纯金属的T0是一恒定值
温
过冷度 ΔT = T0-Tn V冷↑ Tn ↓ ΔT ↑
度 5 晶粒大小对机械性能的影响
T0
ΔT V冷↑→ Tn ↓ ΔT ↑→ 晶粒越细 → 力学性能越好。
Tn
时间
ΔT ↑→
晶核数目
↑↑↑
2 面心立方晶格：
晶胞是一个立方体。 γ-Fe
这类晶格的金属有Cu、AL、 Ni、Au、Ag等。 纯铁在912℃—1394℃为面心立方晶格结构。
3 密排六方晶格： 晶胞是一个正六棱柱。 镁、锌等金属具有密排六方晶格结构。
第一章钢铁材料及热处理
二 纯金属的结晶 1 结晶： 原子由无序状态排列的液体转变为按一定几何形状排列的 晶体，这个转变过程叫结晶。 2 结晶过程：
a 布氏硬度：HB
硬度值较稳定， 数据重复性好； 测量费时， 压痕面积大， 不适于成品检验。
用淬火钢球做压头，表示为HBS， 其最大有效测量值是450HBS；
用硬质合金球做为压头，表示为HBW，最大有效测量值为650HBW。
适用：灰铸铁、非铁金属、较软钢材
b 洛氏硬度：HRC（有效值范围是20HRC～67HRC）
硬度符号 HRA HRB HRC
压头类型 总压力/kgf
应用
金刚石圆锥 60 硬质合金、表面淬火钢
淬火钢球 100 软钢、退火钢、铜合金
金刚石圆锥 150
淬火钢件
硬度的换算公式：10HRC≈HB第一章钢铁材料及热处理
测量简单迅速，压痕小， 可用于成品检验。
数据重复性较差，
应多点测量。
4 冲击韧性 材料抵抗冲击载荷的能力。 ak = Ak/A0 (J/cm2) Ak：冲击吸收功 AK = G(H1－H2) ×9.8 J A0：试样横截面积
分析曲线：
′
低碳钢拉伸曲线
弹性极限： 材料保持完全弹性变形所能 承受的最大应力；
e
Fe A0
(MPa)
屈服极限： 材料在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小应力；
（屈服强度）
s
Fs A0
0.2
强度极限： 材料断裂前所能承第受一章的钢最铁材大料应及热力处，理又称抗拉强度；
b
Fb A0
2 塑性及其衡量指标
第一章钢铁材料及热处理
2 种类：
置换固溶体 间隙固溶体
溶剂原子 溶质原子
溶剂原子 溶质原子
a 置换固溶体：溶剂晶格上的原子被溶质原子所取代。
无限固溶体：溶质可以以任何比例溶解到溶剂中去,如铜-镍
合金系、金-银合金系则是无限固溶体。
有限固溶体：溶质在溶剂中的溶解度有限。如铜-锌合
金，锌在铜中的溶解度为46%。 第一章钢铁材料及热处理
晶核长大的速度 ↑
晶核数目↑ → 每一个晶核长大的余地越小 → 晶粒越细
第一章晶钢粒铁材越料细及热→处理 晶界越多
三 金属的同素异晶转变
纯铁的分类： 1538℃以上为液体，L 1538-1394 ℃具有体心立方晶格，δ-Fe 1394-912 ℃具有面心立方晶格, γ-Fe 912 ℃以下具有体心立方晶格， α-Fe
合金的优点： 力学性能好；加工性能好；价格便宜。
第一章钢铁材料及热处理
§1 金属材料的性能 一 材料性能的内容
使用性能： 物理性能、化学性能、力学性能。
加工性能： 亦称工艺性能，即适应于各种加工工艺的能力。
二 金属材料的力学性能
载荷
（一）力学性能：亦称机械性能 ，指材料抵抗外力作用的能力。
第一章 钢铁材料及热处理
材料是人类生产和生活的物质基础；
材料的使用是人类文明的体现：
青铜器时代 铁器时代 我国是世界上最早使用金属材料的国家之一。
现代社会的三大支柱： 材料
信息
纯金属： 单一金属元素所组成的物质。例：Fe Al Cu Au … 合 金： 由两种或两种以上金属元素或金属与非金属元素相互熔合
（二）力学性能的内容：强度、塑性、硬度、 韧性等
1、 强度
1） 概念：金属材料在静载荷的作用下，抵抗变形和 断 裂 的能力。
静载荷：对材料缓慢施加的外力。
2） 强度的种类：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗扭强度等。
3 ）抗拉强度的测定：（静拉伸试验）
A
步骤：将欲测材料制成如图所示拉伸试棒；
0
L0
装机缓慢加载，直到拉断；第一试章验钢铁机材自料及动热绘处理出拉伸曲线。
a 产生细小的晶体（晶核）— 形核； b 晶核长大，同时产生新的晶核； c 形成晶粒。
晶粒：晶体中晶格位向基本一致的区域。 晶界：晶粒之间原子排列不规则的区域。 多晶体结构：由许多晶粒组成的结构。 晶粒越细小机械性能就第一越章好钢铁。材料及热处理
3 结晶温度和冷却曲线(金属结晶时，温度随时间的变化关系曲线)
§2 纯金属的晶体结构和结晶
晶体： 晶体的原子在空间做有规则的排列； 非晶体： 原子的排列是不规则的。 一 晶体结构的基本知识 （一）基本概念
1 晶格：晶体中原子排列的格第式一。章钢铁材2料晶及胞热处：理晶格中的一个基本单元。
（二）晶格的类型
1 体心立方晶格： 晶胞是一个立方体。
α-Fe 属于这类晶格的金属有Cr、Mo、W、V等。 纯铁在912℃以下也具有体心立方晶格结构。
塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不发生断裂的能力。
伸长率：
试样拉断后其标距长度的相wenku.baidu.com伸长值。
(L 1 L 0 )/L 0 1% 00
断面收缩率： 试样拉断后断口处横截面面积的相对收缩量。
(A 0A k)/A 010 % 0
A0
L0 Ak
L1
第一章钢铁材料及热处理
δ↑ψ↑ 则塑性越好
3 硬度 1 概念：金属表面抗硬物压入的能力。 2 种类：
℃ 1538 1394
912
同素异晶转变： 晶格类型随温度改变而改变的现象。
液体（L） δ-Fe
γ-Fe
α-Fe 时间
重结晶： 固态下晶格类型的转变，亦存在生核和长大的过程。
纯铁的力学性能：σb=250MPa δ=50% 80HB ，
第一章钢铁材料及热处理
软而韧。
§3 合金的结构与状态图
一 基本概念
1 组元：组成合金的最基本的、能独立存在的物质，简称元。 2 相：在合金中凡是化学成份相同、晶格结构相同，并有界面与其
它部分分割开的一个均匀区域，称为相。
二 合金的结构
（一）固溶体 1 定义：组成合金的各组元在凝固后仍能保持溶解状
（二）金属化合物 态而形成均匀的固相。 （三）机械混合物
固溶体是单相组织，其晶格与溶剂保持一致。
实际结晶温度 Tn；其随金属的冷却速度V冷变化而变化
平衡结晶温度（理论结晶温度）T0 ；纯金属的T0是一恒定值
温
过冷度 ΔT = T0-Tn V冷↑ Tn ↓ ΔT ↑
度 5 晶粒大小对机械性能的影响
T0
ΔT V冷↑→ Tn ↓ ΔT ↑→ 晶粒越细 → 力学性能越好。
Tn
时间
ΔT ↑→
晶核数目
↑↑↑
2 面心立方晶格：
晶胞是一个立方体。 γ-Fe
这类晶格的金属有Cu、AL、 Ni、Au、Ag等。 纯铁在912℃—1394℃为面心立方晶格结构。
3 密排六方晶格： 晶胞是一个正六棱柱。 镁、锌等金属具有密排六方晶格结构。
第一章钢铁材料及热处理
二 纯金属的结晶 1 结晶： 原子由无序状态排列的液体转变为按一定几何形状排列的 晶体，这个转变过程叫结晶。 2 结晶过程：
a 布氏硬度：HB
硬度值较稳定， 数据重复性好； 测量费时， 压痕面积大， 不适于成品检验。
用淬火钢球做压头，表示为HBS， 其最大有效测量值是450HBS；
用硬质合金球做为压头，表示为HBW，最大有效测量值为650HBW。
适用：灰铸铁、非铁金属、较软钢材
b 洛氏硬度：HRC（有效值范围是20HRC～67HRC）
硬度符号 HRA HRB HRC
压头类型 总压力/kgf
应用
金刚石圆锥 60 硬质合金、表面淬火钢
淬火钢球 100 软钢、退火钢、铜合金
金刚石圆锥 150
淬火钢件
硬度的换算公式：10HRC≈HB第一章钢铁材料及热处理
测量简单迅速，压痕小， 可用于成品检验。
数据重复性较差，
应多点测量。
4 冲击韧性 材料抵抗冲击载荷的能力。 ak = Ak/A0 (J/cm2) Ak：冲击吸收功 AK = G(H1－H2) ×9.8 J A0：试样横截面积
分析曲线：
′
低碳钢拉伸曲线
弹性极限： 材料保持完全弹性变形所能 承受的最大应力；
e
Fe A0
(MPa)
屈服极限： 材料在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小应力；
（屈服强度）
s
Fs A0
0.2
强度极限： 材料断裂前所能承第受一章的钢最铁材大料应及热力处，理又称抗拉强度；
b
Fb A0
2 塑性及其衡量指标
第一章钢铁材料及热处理
2 种类：
置换固溶体 间隙固溶体
溶剂原子 溶质原子
溶剂原子 溶质原子
a 置换固溶体：溶剂晶格上的原子被溶质原子所取代。
无限固溶体：溶质可以以任何比例溶解到溶剂中去,如铜-镍
合金系、金-银合金系则是无限固溶体。
有限固溶体：溶质在溶剂中的溶解度有限。如铜-锌合
金，锌在铜中的溶解度为46%。 第一章钢铁材料及热处理
晶核长大的速度 ↑
晶核数目↑ → 每一个晶核长大的余地越小 → 晶粒越细
第一章晶钢粒铁材越料细及热→处理 晶界越多
三 金属的同素异晶转变
纯铁的分类： 1538℃以上为液体，L 1538-1394 ℃具有体心立方晶格，δ-Fe 1394-912 ℃具有面心立方晶格, γ-Fe 912 ℃以下具有体心立方晶格， α-Fe