金属材料与热处理.ppt

1、金属材料与热处理学习目的：?1、掌握金属材料的性能及指标。?2、了解常用钢、铁材料的分类、牌号、性能和用途。?3、了解钢的热处理方式和目的。?4、了解常用有色金属材料的分类、牌号、性能和用途。?5、认识非金属材料的主要种类和用途。第一章 常用金属材料在机械、工程等工业领域中，采用的材料种类及在机械、工程等工业领域中，采用的材料种类及品种繁多、涉及范围及其广泛。品种繁多、涉及范围及其广泛。随着生产的迅速发展，随着生产的迅速发展，特别是电子产业、航空航天技术的突飞猛进，不断地特别是电子产业、航空航天技术的突飞猛进，不断地对材料的性能对材料的性能 提出了愈来愈高的要求。而传统单一材提出了愈来愈高的要

2、求。而传统单一材料往往不能全面满足强度、韧性、重量和稳定性等方料往往不能全面满足强度、韧性、重量和稳定性等方面的要求，为使各种材料之间的优点互补，获得性能面的要求，为使各种材料之间的优点互补，获得性能更加优越的材料，人们研制出各种新型复合材料。就更加优越的材料，人们研制出各种新型复合材料。就是由两种或两种以上不同材料的组合材料，其性能通是由两种或两种以上不同材料的组合材料，其性能通常兼有组成材料的各种优点，有着非常广阔的发展前常兼有组成材料的各种优点，有着非常广阔的发展前景。景。中国经过几十年的努力，钢铁工业已同过去的仅中国经过几十年的努力，钢铁工业已同过去的仅能生产能生产 100 100 多

3、个钢种、多个钢种、400 400 多个品种的钢材发展到现多个品种的钢材发展到现在能生产在能生产10001000多个钢种、多个钢种、4 4万多个品种的钢材，特别万多个品种的钢材，特别是国防工业和高精尖技术，包括原子弹、氢弹、导弹、是国防工业和高精尖技术，包括原子弹、氢弹、导弹、核潜艇、通讯卫星、火箭等需要的关键金属核潜艇、通讯卫星、火箭等需要的关键金属 材料。都材料。都已由国内自行研制开发成功，最大限度满足了其需要。已由国内自行研制开发成功，最大限度满足了其需要。1、1金属材料的性能为更合理使用金属材料，充分发挥其作为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件用，必须

4、掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（在正常工作情况下应具备的性能（使用性能使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能工艺性能）。）。材料的使用性能包括材料的使用性能包括物理性能物理性能（如比重、（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），（耐用腐蚀性、抗氧化性），力力学性能学性能（机械性能）。材料的工艺性能指材（机械性能）。材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。料适应冷、热加工方法的能力。1 1）机械性能（力学性能）：机械性

5、能是指金属机械性能（力学性能）：机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。材料在外力作用下所表现出来的特性。1 1、1 1 强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应变形和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应力。力。1 1、2 2 屈服点（屈服点（ss）：称屈服强度，指材料在拉）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L0.2%L时时应力值，单位用牛顿应力值，单位用牛顿/毫米毫米 （N

6、/mm N/mm）表示。）表示。1 1、3 3 抗拉强度（抗拉强度（bb）也叫强度极限指材料在拉）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿断前承受最大应力值。单位用牛顿/毫米毫米 （N/mm N/mm）表示。）表示。1 1、4 4 延伸率（延伸率（）：材料在拉伸断裂后，总伸长与）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。原始标距长度的百分比。1 1、5 5 断面收缩率（断面收缩率（）材料在拉伸断裂后、断面最）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。大缩小面积与原断面积百分比。1 1、6 6 硬度：指材料抵抗其它更硬物压入其表面的能硬度：指材料抵抗其它更硬物压入其

7、表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（HBSHBS、HBWHBW）和洛氏硬度（）和洛氏硬度（HKAHKA、HKBHKB、HRCHRC）1 1、7 7 冲击韧性（冲击韧性（AkAk）：材料抵抗冲击载荷的能力，）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳单位为焦耳/厘米厘米 （J/cm J/cm）.2 2）工艺性能：指材料承受各种加工、处理的能力的工艺性能：指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。那些性能。2 2、1 1 铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括流动性能、充满铸模能力；收工艺性能，主要包

8、括流动性能、充满铸模能力；收缩性、铸件凝固时体积收缩的能力；偏析指化学成缩性、铸件凝固时体积收缩的能力；偏析指化学成分不均性。分不均性。2 2、2 2 焊接性能：指金属材料通过加热或加热和加焊接性能：指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法，把两个或两个以上金属材料焊接到一压焊接方法，把两个或两个以上金属材料焊接到一起，接口处能满足使用目的的特性。起，接口处能满足使用目的的特性。2 2、3 3 冷弯性能：指金属材料在常温下能承受弯曲冷弯性能：指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度（外角）（外角）或弯心直径或弯心直径 d d对材料厚度对

9、材料厚度 a a的比值表示，的比值表示，a a愈大或愈大或 d/ad/a愈小，则材料的冷弯性愈好。愈小，则材料的冷弯性愈好。2 2、4 4 冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲压。检验方法破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲压。检验方法用杯突试验进行检验。用杯突试验进行检验。2 2、5 5 锻造性能：金属材料在锻压加工中能承受塑锻造性能：金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。性变形而不破裂的能力。3）化学性能：指金属材料与周围介质扫触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。3、1 耐腐蚀性：指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能

10、力。3、2 抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力。1、2金属材料金属材料是应用最广泛的材料，目前仍占据材料金属材料是应用最广泛的材料，目前仍占据材料工业的主导地位。包括黑色金属的型钢、钢板及工业的主导地位。包括黑色金属的型钢、钢板及钢带、钢管、钢丝、钢丝绳，有色金属的棒材、钢带、钢管、钢丝、钢丝绳，有色金属的棒材、线材、板材、带材及箔材、管材等线材、板材、带材及箔材、管材等9 9大类。大类。黑色金属：如生铁、铁合金、铸铁、钢、合金钢黑色金属：如生铁、铁合金、铸铁、钢、合金钢等。钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加等。钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金

11、。元素的合金，统称为铁碳合金。习惯上把碳含量习惯上把碳含量2.11%2.11%的归类于铁，碳含量的归类于铁，碳含量2.11%2.11%的归类于钢。当铁中含的归类于钢。当铁中含C C在在0.03%1.2%0.03%1.2%范围时则为钢，含范围时则为钢，含C1.2%2.5%C1.2%2.5%的铁缺乏实用的铁缺乏实用性，一般不进行工业生产。性，一般不进行工业生产。1 1）铸铁铸铁 ：铸铁是以铁铸铁是以铁-碳碳-硅为主的多元铁硅为主的多元铁基合金。基合金。普通铸铁的化学成分一般为普通铸铁的化学成分一般为24碳，碳，13硅，硅，0.020.25硫，硫，0.051.0磷。磷。铸铁的铸造性能优良，因而通常采

12、用铸造铸铁的铸造性能优良，因而通常采用铸造的方法制造成铸件使用，故称之为铸铁。的方法制造成铸件使用，故称之为铸铁。铸铁是人类使用最早的金属材料之一。到铸铁是人类使用最早的金属材料之一。到目前为止，铸铁仍是一种被广泛使用的金目前为止，铸铁仍是一种被广泛使用的金属材料。属材料。铸铁中的碳主要是以石墨的形态存在，所以，铸铁中的碳主要是以石墨的形态存在，所以，铸铁的组织是由金属基体和石墨所组成的。铸铁的组织是由金属基体和石墨所组成的。铸铁的金属基体有珠光体、铁素体、铁素体铸铁的金属基体有珠光体、铁素体、铁素体珠光体，经热处理后有马氏体、贝氏体等组织，珠光体，经热处理后有马氏体、贝氏体等组织，它们相当于

13、钢的组织。它们相当于钢的组织。铸铁中石墨的形态可分为六种铸铁中石墨的形态可分为六种:型为片状石墨型为片状石墨;型为蟹状石墨型为蟹状石墨;型为蠕虫状石墨型为蠕虫状石墨;型为聚集状型为聚集状(团絮状团絮状)石墨石墨;型为不规则或开裂状石墨型为不规则或开裂状石墨;型为球状石墨。型为球状石墨。总之，铸铁的组织特点，是在钢的基体总之，铸铁的组织特点，是在钢的基体上分布着不同形状的石墨见图上分布着不同形状的石墨见图1-1。图图1-1铸铁中石墨的六种形态铸铁中石墨的六种形态2)2)、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点 铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分。因铸铁的性能取决于铸铁的组织

14、和成分。因铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分。因铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分。因此，铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织此，铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织此，铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织此，铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。石以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。石以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。石以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。石墨机械性能很低，硬度仅为墨机械性能很低，硬度仅为墨机械性能很低，硬度仅为墨机械性能很低，硬度仅为HB3HB35 5，抗拉强，抗拉强，抗拉强，抗拉强度为度为度为度为20Mpa20Mpa，延伸率接近零，

15、延伸率接近零，延伸率接近零，延伸率接近零 石墨石墨石墨石墨珠光体珠光体珠光体珠光体铁素体铁素体铁素体铁素体抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度MPaMPa208002080010003501000350400400 石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多，石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多，石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多，石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多，石墨减小铸铁件的有效承载截面积，同时石石墨减小铸铁件的有效承载截面积，同时石石墨减小铸铁件的有效承载截面积，同时石石墨减小铸铁件的有效承载截面积，同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应力集中，形墨尖端易使铸件在承载时产生应力集中，形

16、墨尖端易使铸件在承载时产生应力集中，形墨尖端易使铸件在承载时产生应力集中，形成脆性断裂。成脆性断裂。成脆性断裂。成脆性断裂。因此，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳因此，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳因此，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳因此，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低，钢低，钢低，钢低，一般说来，石墨的数量越少，分布越分散，一般说来，石墨的数量越少，分布越分散，一般说来，石墨的数量越少，分布越分散，一般说来，石墨的数量越少，分布越分散，形状越接近球形，则铸铁的强度、塑性和韧形状越接近球形，则铸铁的强度、塑性和韧形状越接近球形，则铸铁的强度、塑性和韧形状越接近球形，则铸铁的强度、塑性和韧性越高。性越高。性越高。性越高。看出钢在断裂前，有看出钢在断裂前，有看出钢在断裂前，有看出钢在断裂前，有明显的屈服阶段，其明显的屈服阶段，其明显的屈服阶段，其明显的屈服阶段，其延伸率较高，而铸铁延伸率较高，而铸铁延伸率较高，而铸铁延伸率较高，而铸铁则没有明显的屈服阶则没有明显的屈服阶则没有明显的屈服阶则没有明显的屈服阶段，铁素体加球状石段，铁素体加球状石段，铁素体加球状石段，铁素体加球状石墨铸