金属材料与热处理 ppt课件
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金属材料与热处理(全) PPT
属于这种晶格的金属有：铬Cr、钒V、钨W、钼Mo、及α-铁α-Fe
3、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体， 但在立方体的每个面上还各有一个原子。
属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等
大家六方晶格：由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方 面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。
§2-2金属的力学性能
学习目的：★ 理解金属材料性能（工艺性能、使用 性能）的概念、分类。
★掌握强度的概念及其种类、应力的概念及符号。 ★★掌握拉伸试验的测定方法；力——伸长曲线的几
个阶段；屈服点的概念。 教学重点与难点 1、理解力——伸长曲线是教学重点； 2、强度、塑性是教学难点。
教学过程：
复习
3、纯铁的同素异构转变：
1394℃
912℃
δ-Fe → γ- Fe → α – Fe
体心
面心
体心
4、金属的同素异构转变，也称为“重结晶”。
其与液态金属结晶有许多相似处：有一定转变温度，有过冷现象； 有潜热放出和吸收 ； 也由形核、核长大来完成。 不同处：∵属固 态相变 ，∴ 转变需较大的过冷度；新晶核优先在原晶界处形核；转 变中有体积的变化，会产生较大内应力。
金属材料与热处理(全)
第一章：金属的结构与结晶
§1-1金属的晶体结构
★学习目的：了解金属的晶体结构。 ★重点：有关金属结构的基本概念： 晶面、晶向、 晶体、晶格、单晶体、晶体，金属晶格的三种常见 的类型。 ★难点：金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。
§2-1金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
1、晶体：所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。 （晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的 相互吸引力与排斥力相平衡的结果。）原子在空间呈规则排列的固体 物质称为“晶体”。
3、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体， 但在立方体的每个面上还各有一个原子。
属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等
大家六方晶格：由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方 面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。
§2-2金属的力学性能
学习目的：★ 理解金属材料性能（工艺性能、使用 性能）的概念、分类。
★掌握强度的概念及其种类、应力的概念及符号。 ★★掌握拉伸试验的测定方法；力——伸长曲线的几
个阶段；屈服点的概念。 教学重点与难点 1、理解力——伸长曲线是教学重点； 2、强度、塑性是教学难点。
教学过程：
复习
3、纯铁的同素异构转变：
1394℃
912℃
δ-Fe → γ- Fe → α – Fe
体心
面心
体心
4、金属的同素异构转变，也称为“重结晶”。
其与液态金属结晶有许多相似处：有一定转变温度，有过冷现象； 有潜热放出和吸收 ； 也由形核、核长大来完成。 不同处：∵属固 态相变 ，∴ 转变需较大的过冷度；新晶核优先在原晶界处形核；转 变中有体积的变化，会产生较大内应力。
金属材料与热处理(全)
第一章：金属的结构与结晶
§1-1金属的晶体结构
★学习目的：了解金属的晶体结构。 ★重点：有关金属结构的基本概念： 晶面、晶向、 晶体、晶格、单晶体、晶体，金属晶格的三种常见 的类型。 ★难点：金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。
§2-1金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
1、晶体：所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。 （晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的 相互吸引力与排斥力相平衡的结果。）原子在空间呈规则排列的固体 物质称为“晶体”。
金属材料及其热处理ppt课件
1. 体心立方晶格（BCC）：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心。
具有体心立方晶格结构的金属有α-Fe、W、Mo、V、β-Ti等。 晶胞所包含原子数为： 8×1/8+. 1=2 个。
金属的晶格类型
2. 面心立方晶格（FCC） ：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的 中心。
表面热处理 (表面淬火和化学热处 理等)；
特殊热处理 (形变热处理、磁场热 处理等)。
根据热处理在零件生产工艺流程 中的位置和作用，热处理又可分 为预备热处理和最终热处理。
A1、A3、Acm为钢在平衡条件下的临界点。在实际热处理会产生不同程度的滞 后。实际转变温度与平衡临界温度之差称为过热度(加热时)或过冷度(冷却时)。 通常把加热时的临界温度加注下标“c. ” 。
4. 在热处理工艺上的应用。
了解加热、冷却时相变的规律，确 定合适的热处理制度。
.
相图的应用
综上所述，相图是材料状态与成分、温度之间关系的图解， 是研究合金的重要工具：
1. 作为选材的依据。
2. 在铸造生产中的应用。
不同成分合金的熔点，确定合适的 冶炼和浇注温度。
3. 在锻造工艺上的应用。
.
合金及其组织结构
2. 相
合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。相与相之间有明显的 界面－相界。
3. 组织
所谓合金的组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。数量、 大小和分布方式不同的相构成了合金不. 同的组织。单相组织、多相组织。
合金的晶体结构
根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金的组织可分 为固溶体、金属化合物和混合物三类。
单晶体与多晶体
金属是由很多大小、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，晶粒之间交界的地方称为 晶界。
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心。
具有体心立方晶格结构的金属有α-Fe、W、Mo、V、β-Ti等。 晶胞所包含原子数为： 8×1/8+. 1=2 个。
金属的晶格类型
2. 面心立方晶格（FCC） ：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的 中心。
表面热处理 (表面淬火和化学热处 理等)；
特殊热处理 (形变热处理、磁场热 处理等)。
根据热处理在零件生产工艺流程 中的位置和作用，热处理又可分 为预备热处理和最终热处理。
A1、A3、Acm为钢在平衡条件下的临界点。在实际热处理会产生不同程度的滞 后。实际转变温度与平衡临界温度之差称为过热度(加热时)或过冷度(冷却时)。 通常把加热时的临界温度加注下标“c. ” 。
4. 在热处理工艺上的应用。
了解加热、冷却时相变的规律，确 定合适的热处理制度。
.
相图的应用
综上所述，相图是材料状态与成分、温度之间关系的图解， 是研究合金的重要工具：
1. 作为选材的依据。
2. 在铸造生产中的应用。
不同成分合金的熔点，确定合适的 冶炼和浇注温度。
3. 在锻造工艺上的应用。
.
合金及其组织结构
2. 相
合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。相与相之间有明显的 界面－相界。
3. 组织
所谓合金的组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。数量、 大小和分布方式不同的相构成了合金不. 同的组织。单相组织、多相组织。
合金的晶体结构
根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金的组织可分 为固溶体、金属化合物和混合物三类。
单晶体与多晶体
金属是由很多大小、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，晶粒之间交界的地方称为 晶界。
金属材料与热处理完整ppt课件
晶界：
小角度晶界─相邻晶粒的位向差小于10°的晶 界。基本上由位错构成。
大角度晶界─相邻晶粒的位向差大于10°的晶 界。原子排列比较混乱，结构比较复杂。
精选课件
55
亚晶界： 晶粒内部位向差小于 1° 的亚结构，也称为亚晶
粒，亚晶之间的界面，称为亚晶界。通常由位错构成。
亚晶界
精选课件
56
相界：不同结构的晶粒之间的界面 界面结构类型: 共格界面, 半共格, 非共格
同晶向上的原子排列方式和排列 紧密程度是不一样的。下页的两 个表给出了体心立方晶格和面心 立方晶格中各主要晶面、晶向上 的原子排列方式和紧密程度。
精选课件
41
精选课件
42
精选课件
43
五、晶体的 同素异构转变(多晶型性转变) 金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现
象称之为同素异构转变。（温度、压力）
α-Fe单晶体，密排方向 [111] 的弹性模量 E=290,000MN/m2，而非密排方向100的 E=135,000MN/m2。
精选课件
45
七、多晶体的伪各向同性 如Fe，不同方向上E均为210000MN/m2左右。 原因：实际材料为多晶体，各单晶粒分布的方向
不同，各向异性相互抵消，而呈现无向性。 ——伪各向异性。
如 Fe晶体，室温～912℃，体心立方，α- Fe，
912 ℃～1394 ℃，面心立方，γ-Fe， 1394 ℃ ～熔点1538 ℃ ，体心立方，δ-Fe。 Fe, Mn, Ti , Co 等少数金属具有同素异构转变。 性能随之变化。
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44
六、晶体的各向异性
不同晶面和晶向上原子密度不同， 原子间距离 不同， 结合力不同－－晶体在不同方向上的力学、 物理和化学性能有所差异－－各向异性。
小角度晶界─相邻晶粒的位向差小于10°的晶 界。基本上由位错构成。
大角度晶界─相邻晶粒的位向差大于10°的晶 界。原子排列比较混乱，结构比较复杂。
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亚晶界： 晶粒内部位向差小于 1° 的亚结构，也称为亚晶
粒，亚晶之间的界面，称为亚晶界。通常由位错构成。
亚晶界
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相界：不同结构的晶粒之间的界面 界面结构类型: 共格界面, 半共格, 非共格
同晶向上的原子排列方式和排列 紧密程度是不一样的。下页的两 个表给出了体心立方晶格和面心 立方晶格中各主要晶面、晶向上 的原子排列方式和紧密程度。
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41
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42
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43
五、晶体的 同素异构转变(多晶型性转变) 金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现
象称之为同素异构转变。（温度、压力）
α-Fe单晶体，密排方向 [111] 的弹性模量 E=290,000MN/m2，而非密排方向100的 E=135,000MN/m2。
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七、多晶体的伪各向同性 如Fe，不同方向上E均为210000MN/m2左右。 原因：实际材料为多晶体，各单晶粒分布的方向
不同，各向异性相互抵消，而呈现无向性。 ——伪各向异性。
如 Fe晶体，室温～912℃，体心立方，α- Fe，
912 ℃～1394 ℃，面心立方，γ-Fe， 1394 ℃ ～熔点1538 ℃ ，体心立方，δ-Fe。 Fe, Mn, Ti , Co 等少数金属具有同素异构转变。 性能随之变化。
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六、晶体的各向异性
不同晶面和晶向上原子密度不同， 原子间距离 不同， 结合力不同－－晶体在不同方向上的力学、 物理和化学性能有所差异－－各向异性。
金属热处理(共9张PPT)
§2 退火和正火
一、退火 退火是将金属和合金加热到适当温度，保温一定
时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
按金属成分和性能要求的不同，退火可分为:
将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平 衡状态组织的退火工艺。完全退火的目的是通过完全重结晶 细化晶粒，降低硬度，改善切削性能。完全退火主要用于亚 共析钢的铸、锻件。
右图为 热处理的基本工艺过程的温度-时间关系曲线。 为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。
表面淬火加热的方法很多，如感应加热、火焰加热、电接触 钢加热和冷却时的温度变化曲线见图3-2。
主要有表面淬火、渗碳和渗氮等工艺。 提高钢件的硬度和耐磨性，淬火＋不同回火，获得各种需要的性能，是强化钢的主要方法。
间后，在静止空气中冷却的热处理工艺。
把钢件加热到
以上100～150℃的正火则称为高温正火。
与退火类似，但冷却速度比退火快。钢件在正火后的强度和 硬度比退火稍高，但消除残余应力不彻底。又因操作简便、生 产率高，所以，正火常优先采用。低碳钢件可代替退火。
§3 淬火和正火 钢件在正火后的强度和硬度比退火稍高，但消除残余应力不彻底。
化学热处理是将金属和合金工件置于一定温度的活性介 质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学 成分、组织和性能的热处理工艺。
常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属元素等。
使钢件中碳化物球状化而进行的退火工艺。球化退火主要 用于过共析钢，目的是使网状渗碳体球状化，降低硬度、提 高韧性，改善切削性能，为淬火作组织准备。
为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件
内存在的残余应力而进行的退火。主要用于消除铸件、锻件、 焊接件和切削件的残余应力。
一、退火 退火是将金属和合金加热到适当温度，保温一定
时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
按金属成分和性能要求的不同，退火可分为:
将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平 衡状态组织的退火工艺。完全退火的目的是通过完全重结晶 细化晶粒，降低硬度，改善切削性能。完全退火主要用于亚 共析钢的铸、锻件。
右图为 热处理的基本工艺过程的温度-时间关系曲线。 为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。
表面淬火加热的方法很多，如感应加热、火焰加热、电接触 钢加热和冷却时的温度变化曲线见图3-2。
主要有表面淬火、渗碳和渗氮等工艺。 提高钢件的硬度和耐磨性，淬火＋不同回火，获得各种需要的性能，是强化钢的主要方法。
间后，在静止空气中冷却的热处理工艺。
把钢件加热到
以上100～150℃的正火则称为高温正火。
与退火类似，但冷却速度比退火快。钢件在正火后的强度和 硬度比退火稍高，但消除残余应力不彻底。又因操作简便、生 产率高，所以，正火常优先采用。低碳钢件可代替退火。
§3 淬火和正火 钢件在正火后的强度和硬度比退火稍高，但消除残余应力不彻底。
化学热处理是将金属和合金工件置于一定温度的活性介 质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学 成分、组织和性能的热处理工艺。
常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属元素等。
使钢件中碳化物球状化而进行的退火工艺。球化退火主要 用于过共析钢，目的是使网状渗碳体球状化，降低硬度、提 高韧性，改善切削性能，为淬火作组织准备。
为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件
内存在的残余应力而进行的退火。主要用于消除铸件、锻件、 焊接件和切削件的残余应力。
金属材料与热处理第4章铁碳合金课件.ppt
4.2 二元合金相图
4.2.1 二元合金相图的表示方法 4.2.2 二元合金匀晶相图分析 4.2.3 二元合金共晶相图分析
4.2.1 二元合金相图的表示方法
合金相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温 度和成分之间的关系，简称相图或状态图。
它是了解合金中各种组织的形成与变化规律的有效工 具，是合金在极缓慢冷却、接近平衡条件下测绘的，又 称平衡图。
a)间隙固溶体 b)置换固溶体 溶质原子对晶格畸变影响示意图
4.1.3 金属化合物
合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质 称为金属化合物。
金属化合物可用化学分子式来表示。金属化合物的晶格类 型不同于任一组元，一般具有复杂的晶格结构，其性能具有 “三高一稳定”的特点，即高熔点、高硬度、高脆性和良好 的化学稳定性。
相：合金中化学成分、结构相同的组成部分称为相，相与 相之间具有明显的界限。
合金的组织是指合金中不同相之间相互组合而成的综合 体 。各相的数量、形状、大小及分布方式的不同形成了 合金组织。
4.1.2 固溶体
固溶体：一种组元的原子溶入另一组元的
晶格中所形成的均匀固相，称为固溶体。溶入
的元素称为溶质，而基体元素称为溶剂。固溶
1点以上
1～2点
2～3点
共析钢结晶示意图
3点以下
珠光体显微组织
2. 亚共析钢的结晶过程分析
亚共析钢（含碳量0.0218%＜C＜0.77%）的冷却过程如 图4-15结晶出奥氏体，到2点时结晶完毕。在2点到3点之 间，奥氏体组织不发生转变；冷却到与GS线相交的3点时， 从奥氏体中开始析出铁素体。当温度降至与PSK线相交的 4点时，剩余奥氏体的含碳量达到0.77%，此时奥氏体发 生共析转变，转变为珠光体。亚共析钢室温组织由珠光体 P和铁素体F组成。
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绪论
★材料分：金属材料、非金属材料、复合材料 —指钢铁、有色金属等材料
非金属材料—无机高分子材料（陶瓷、水泥、
木材等），高分子材料（如塑料、橡胶），
复合材料---玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材
料。 ★现在新材料----纳米材料、智能材料
★世界四大材料： 钢铁、木材、塑料、水泥
★ 材料按物质结构不同分：
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。
•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。
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
陶器时代 泥巴（日晒→原始陶器；火烧→瓷器用具）
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。
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
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。
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
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
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 .
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
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
1、断后伸长率
L1Lo 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
S0 S1 100%
L0
S 1 试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）
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
Байду номын сангаас
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
• 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
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：
★材料分：金属材料、非金属材料、复合材料 —指钢铁、有色金属等材料
非金属材料—无机高分子材料（陶瓷、水泥、
木材等），高分子材料（如塑料、橡胶），
复合材料---玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材
料。 ★现在新材料----纳米材料、智能材料
★世界四大材料： 钢铁、木材、塑料、水泥
★ 材料按物质结构不同分：
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。
•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。
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
陶器时代 泥巴（日晒→原始陶器；火烧→瓷器用具）
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。
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
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。
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
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
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 .
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
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
1、断后伸长率
L1Lo 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
S0 S1 100%
L0
S 1 试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）
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
Байду номын сангаас
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
• 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
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：