钢材基础知识培训材料

的、周期性的、重复排列。有一定的熔点和 凝固点，性能趋向各向异性。 非晶体: 原子排列杂乱无章呈无序状态，没 有一 定的熔点和凝固点，性能趋向 各向同性。
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晶体中的原子排列
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金属的结晶
ºC
L
a：结晶开始点
b：结晶终了点
Tº
a
b
S
0
纯金属的冷却曲线（理想状态）
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金属的结晶
T0：理论结晶温度
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金属的同素异构转变
金属的同素异构转变的慨念
金属在固态下，随着温度的改变其 晶体结构发生变化的现象。
金属的同素异构转变的意义
可以用热处理的方法即可通过加热、 保温、冷却来改变材料的组织，从而 达到改善材料性 能的目的。
δ-Fe
1538cº
体心立方
1394ºc
γ -Fe 912ºc
面心立方
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α- Fe 室温
ºC
T1：实际结晶温度
L
ΔT=T0--T1（过冷度）
T0
T1 S
0
纯金属的冷却曲线（实际）
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金属的结晶
ºC L
a
L+s
b
a：结晶开始点 b： 结晶终了点 合金的结晶是在一个 温度范围内完成。
s
0
合金的冷却曲线
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金属的结晶
结晶的必要条件----过冷度 金属的结晶过程：
原子团 形核 晶核长大
小晶粒
• 行热加工时FeS共晶体已经熔化，这将造成钢材在热加工
• 过程中开裂，使钢பைடு நூலகம்变得极脆，这种现象称为热脆性。
•
硫对钢的焊接有不良影响，会导致焊缝的热裂现象；
• 在焊接过程中，硫易于氧化而形成SO2气体，使焊缝中产
• 生气孔。因此，须严格控制硫的含量。
• 4、鳞（P)室温下，钢中的磷全部溶于铁素体中，能使钢的强度、
A
硬度 材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。最 常用的硬度指标有：布氏硬度（HB)和 洛氏硬度 (HRA-C)。布氏硬度和洛氏硬 度试验原理和使用范围均不相同；
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冲击韧度 金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的 能力。常用的指标有冲击韧度(Ak)。
疲劳强度 金属材料抵抗交变载荷的作用而不 破坏 的能力。常用的指标有疲劳强度(σ-1) 。
晶粒（外形不规则的 小晶体）
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形核：自身晶核、外来晶核 晶核长大方式：树枝状方 式 晶界—晶粒间的分界面； 单晶体—结晶方位完全一致的的晶体 多晶体—由多晶粒组成的晶体结构
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ü细化晶粒的方法 Ø增加冷却速度，增大过冷度； Ø增加外来晶核; Ø采用机械、超声波振动、电磁搅拌等；
ü晶粒粗细对材料力学性能的影响 晶粒越细，强度越高，塑性和韧性也越好。
• 分溶于铁素体形成置换固溶体。因此具有固溶强化作用 ；
• 锰与硫结合可形成高熔点（1620℃）的MnS，从而消除
• 硫的有害作用（热脆性）。锰还能提高钢的强度。但当
• 锰的含量较小时，其作用并不明显。
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• 3、硫（S) 硫在钢中常以FeS的形式存在，而FeS与Fe形成熔点
• 较低（985℃）的共晶体，当钢加热到1000℃～1200℃进
体心立方
1.3 合 金 的 结 构
一般，低温条件下强度有所增加，塑性和冲击韧性下 降 ，高温条件下相反。 5、热处理工艺
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合金元素作用
• 1、硅（Si）：
•
在碳钢中，硅的含量一般小于0.4％。硅能溶于铁素
体，
• 具有强化作用（可使钢致密，提高强度和硬度）。同时 也会
• 降低钢的韧度和塑性。当含量较小时，其影响并不明显 。
• 2 、锰（Mn）在碳钢中，锰的含量一般为0.25％～0.8％ 。锰大部
强度 材料在外力作用，抵抗塑性变形和断裂的 能力。工程上常用的金属材料的强度指标 有屈服强度(σs)和抗拉强度(σb)等；
在低碳钢拉伸曲线中，把F-Δl 坐标换成 σ-ε（应力—应变）就可 以直接在图上读出力学性能指标， 并且不需要做成标准试样。
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强度
• 应力极限
屈服点s 屈服阶段 弹性极限p 弹性阶段
零件发生疲劳破坏是没有预兆而突然断裂，此时 发生疲劳破坏的应力远远小于抗拉强度，甚至比屈服 强度还小，非常危险。
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影响力学性能的主要因素
• 1、含碳量 含碳量越高，强度和硬度越高，但塑性显著降低。
2、杂质元素：有益Si、Mn，有害S、P 3、合金元素
加入某些合金元素，可提高和改善其综合力学性能 ，并获得某些特殊的物理和化学性能。 4、温度
强度极限b
颈缩阶段
强化阶段
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塑性 材料在外力作用下产生永久变形而不破 坏的性能。表示材料的塑性指标是：伸 长率δ和断面收缩率Ψ；对于塑性差的 材料，用σ0.2来代替σs； 1）使材料具有良好的成形性； 2）受到外力变形时，有强化作用。 3 ）伸长率δ l1 l 100 % 4）断面收缩率Ψ A l A1 10% 0
钢的抗氧 • 化性和耐热性。 • 9、钛（Ti）：钛能细化晶粒，使组织致密，
并能提高 • 钢的综合机械性能
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1.2 金属及合金的晶体结构
1. 三种常见的金属的晶格 类型：
体心立方 面心立方 密排六方
2. 金属的结晶：原子由无序状态向有 序状态转变的过程。有晶体形成。
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基本概念
凝固：一般非晶体由液态向固态转变的过程 。 结晶：由液态金属转变为固态晶体的过程。 晶体： 原子排列时有序的，原子在三维空间做规则
• 的主要成分，若和Mn、Mo、Si等元素配合，更能显示出
• 它的特性。
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• 6、镍（Ni）：含镍在6％以下时能使钢具有高 强度和高
• 韧度。含镍8％～11％与铬配合可组成镍铬不 锈钢。含镍超
• 过20％可成为耐热钢。 • 7、钨（W）：钨能提高钢的强度及耐磨性，
使钢具有 • 良好的热硬性 • 8、铝（Ai）：铝能细化钢的晶粒，并能提高
金属材料及热处理讲 座
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1.金属材料导论
1.1 金属材料的主要性能 1.2 金属及合金的晶体结构 1.3 合金的结构 1.4 二元合金状态图 1.5 铁碳合金
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第1章 金属材料导论
材料、信息、能源称为现代技术的三大支柱。
金属材料
工程材料
陶瓷材料 高分子材料
复合材料
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1.1.1 金属材料的力学性能
• 硬度增加，但也使其室温特别是低温时塑性和韧度大大下
• 降，这种现象称为冷脆性（易产生脆裂）。因此，应严格
• 控制磷的含量。
•
但磷的冷脆性也可利用，如在炮弹钢中加入较多的磷，
• 可使炮弹爆炸时的碎片增多，提高杀伤力。
• 5、铬（Cr）：铬是一种常用的合金元素，含碳量低
• 的钢加入铬能提高钢的强度和硬度。它是不锈钢和耐热钢