金属材料基础知识培训
金属材料培训PPT课件
1) 金属材料的种类、性能及选用； 2)热处理工艺基础及应用； 3)金属材料常用的加工方法；金属切削机床、
刀具、夹具等基本知识； 4)钳工的基本知识及基本技能； 5)焊工的基本知识及基本技能； 6)管工的基本知识及基本技能；
3.本课程的特点及学习方法
机械制造基础课程具有实践性强、综合性强 和覆盖面广的特点。
组织:两种物质相间组成，性能介于两者之间， 强度较， 硬度HBS 250。 5.莱氏体：T>727℃ A+Fe3C—Ld 高温莱氏体 T<727℃ P+Fe3C—Ld’低温莱氏体 性能: 与Fe3C相似 HBS>700 塑性极差。
• 二、铁碳合金状态图
• 1.含义：
• 是表明平衡状态下含C不大于6.69%的铁碳合金 的成分,温度与组织之间关系,是研究钢铁的成分, 组织和性能之间关系的基础,也是制定热加工工 艺的基础。
L1——拉深后长度 2）断面收缩率：Ψ
Ψ={（S0 - S1）/S0 }×100 ％ 式中 S。—— 试样原始截面面积(mm2)
S1 —— 试样断口处的截面面积(mm2) δ、ψ越大，材料塑性越好 ，一般δ〉5%为塑 性材料，δ〈5%为脆性材料。
二 、强度 强度指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形
和断裂的能力。常用来表示金属材料强度的指标 1.屈服强度 σs
学习时要重视实践性教学环节，在教学实习 中努力增加感性认识和实践知识，了解、熟悉企 业的生产和技术管理，注意理论与实践相结合。
认真做好本课程实验、综合练习等，有助于 理解和掌握理论知识，有利于职业综合能力的培 养，逐步提高解决生产实际问题的能力。
第一部分 金属材料
第一节 金属材料的主要性能 1.使用性能：机械零件在正常工作情况下应具备的性能。
金属材料基础知识
1、金属材料的机械性能的含义是什么？金属及合金的机械性能是指材料的力学性能，即受外力作用时所反映出来的性能。
它是衡量金属材料的重要指标。
2、金属材料的主要机械性能指标有哪些？金属材料的主要机械性能有：弹性、塑性、刚度、强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度和断裂韧性。
3、什么是弹性和韧性？金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后恢复原来的形状的性能，叫弹性；这种随着外力而消失得变形叫弹性变形，其大小与外力成正比。
金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能，叫塑性。
外力消失时留下的这部分不可恢复得变形叫塑性变形，其大小与外力不成正比。
4、什么叫应力？什么叫应变？材料受到拉伸时单位截面上的拉力叫应力，用σ表示。
材料受到拉伸时单位长度上的伸长量叫应变，用ε表示。
5、什么叫弹性极限？材料所能承受的、不产生永久变形的最大应力叫做弹性极限，用σb表示。
6、什么叫屈服极限？金属材料开始出现明显的塑性变形的应力叫做屈服极限，用示。
有些材料屈服极限很难测定，通常规定产生0.2%塑性变形时的应力作为屈服极限，用σ0.2表示。
7、什么叫刚度？刚度用什么来衡量？金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力叫刚度。
在弹性范围内，应力与应变的比值叫做弹性模数，弹性模数越大，刚度越大。
8、什么叫强度？强度是指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。
9、表示材料强度的指标有哪些？表示材料强度的指标有：1)、屈服强度：金属材料发生屈服现象时的屈服极限。
σs=P s/F0 (Pa)P s—试样产生屈服现象时所承受的最大外力，N(牛顿)；F0—试样原来的截面积，㎡。
2）、抗拉强度：金属材料在拉断前所承受的最大应力。
以σb表示。
σb=P b/F0 (Pa) P b—试样在断裂前的最大拉力，N(牛顿)；F0—试样原来的截面积，㎡。
10、什么叫硬度？金属材料抵抗更硬的物体压入其内部的能力叫做硬度。
11、衡量材料的硬度的指标有哪些？衡量硬度的指标有：布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）、维氏硬度(HV)。
金属材料培训课件
金属材料第一节金属的性能金属材料的性能对零件的使用和加工有十分重要的作用,一般可分为使用性能和工艺性能两大类.使用性能是指材料在工作条件下所必需具备的性能,包罗物理性能、化学性能和力学性能,它反映金属材料在使用过程中暗示出来的特点,决定了材料的应用范围、平安可靠性及使用寿命。
工艺性能是反映金属材料在制造加工过程中的各种性能，如锻造性能、焊接性能、锻压性能、切削加工性及淬透性等。
〔一〕金属材料的机械性能弹性和塑性、刚度、强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度1、弹性和塑性弹性：金属材料受外力作用发生变形，当外力去掉后能恢复原状的性能叫弹性。
塑性：金属材料在栽荷作用下发生塑性变形而不破坏的能力。
2、刚度金属材料受力时抵当弹性变形的能力叫做刚性。
3、强度金属材料在外力作用下抵当塑性变形和断裂的能力叫做强度。
强度分抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度与抗扭强度。
4、硬度金属材料抵当更硬物体压力的能力叫做硬度。
5、冲击韧性金属材料抵当冲击载荷作用下断裂的能力叫做冲击韧性。
6、疲劳强度金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力叫做疲劳强度。
〔二〕金属材料的物理、化学及工艺性能1、物理性能金属材料的主要物理性能有密度、熔点、热膨胀性、导热性和导电性等。
2、化学性能金属材料的主要化学性能有耐酸性、耐碱性、抗氧化性等。
3、工艺性能工艺性能是物理、化学、机械性能的综合。
按工艺方法不同分为锻造性、可锻性、可焊性和切削加工性等。
第二节金属的布局与结晶一．钢的晶体构造所有的物质是由原子组成的。
固态物质内的原子摆列有两种类型：一种为原子的摆列紊乱而无规律性；另一种为原子按照必然的规律摆列。
前者就构成了非晶体类固态物质，如玻璃、松香等；后者就组成了晶体类固态物质，如各种固态金属。
〔一〕晶格在晶体内原子依照必然的几何规律在空间摆列成所谓的结晶格子，简称晶格。
由于金属原子具有占据彼此最相近位置的倾向，所以形成以下几种类型的晶格。
金属材料基础知识
金属的冷热弯曲性能也取决于材料的塑性和强度。材料承受 弯曲而不出现裂纹的能力，称为弯曲性能。一般用弯曲角度 或弯心直径与材料厚度的比值来衡量弯曲性能。
电厂锅炉管道弯头和输粉管道弯头是经过冷热弯曲成型的。
(三)焊接性能
• 金属材料采用一定的焊接工艺、焊接材料及结构形式，优质焊 接接头的能力，称为金属的焊接性。
适用范围
HRC
120°金刚石圆 锥
150
HRB Φ1.588mm钢球
100
HRA
120°金刚石圆 锥
60
一般淬火钢等硬度较大材料
退火钢和有色金属等软材料
硬而薄的硬质合金或表面淬 火钢
3．维氏硬度（HV） 维氏硬度是用一定的载荷将锥面夹角为136°的正四棱锥金刚石压头压入试 样表面，保持一定时间后卸除载荷，试样表面就留下压痕，测量压痕对角线 的长度，计算压痕表面积，载荷F除以压痕面积S所得值即为维氏硬度。维氏 硬度用符号HV表示，计算公式如下：
1．拉伸试样
2．拉伸曲线
• 拉伸曲线表示试样拉伸过程中力和变形关系，可用应力－延伸率曲线表 示，纵坐标为应力R，R=F/S0，横坐标为延伸率ε，ε＝ΔL/L0。
拉伸曲线的形状与材料有关， 由图可见，在载荷小的oa阶 段，试样在载荷F的作用下 均匀伸长，伸长量与载荷的 增加成正比。如果此时卸除 载荷，试样立即回复原状， 即试样产生的变形为弹性变 形。当载荷超过b点以后， 试样会进一步产生变形，此 时若卸除载荷，试样的弹性 变形消失，而另一部分变形 则保留下来，这种不能恢复 的变形称为塑性变形。
(四)切削性能 金属材料承受切削加工的难易程度，称为切削性能。
金属的切削性能与材料及切削条件有关，如纯铁很பைடு நூலகம்易切削，但难以获得较高的光洁度； 不锈钢可在普通车床上加工，但在自动车床上，却难以断屑，属于难加工材料。通常，材 料硬度低时切削性能较好，但是对于碳钢来说，硬度如果太低时，容易出现“粘刀”现象， 光洁度也较差。一般情况下金属承受切削加工时的硬度在HB170一230之间为宜。
第2章金属材料的基础知识
相是指合金中具有同一的聚集状态、同一的结构和性质的均匀组 成部分。按照相的形态划分，分为液相和固相。固态合金中的相 结构，分为固溶体和金属化合物。
组织是指用肉眼或借助显微镜观察到材料具有独特微观形貌特征 的部分。组织反映材料的相组成、相形态、大小和分布状况，它 是决定材料最终性能的关键。
金属材料的基本知识
金属材料在不同的使用场合下，所要求的力 学性能、物理性能、化学性能以及工艺性能各 不相同。虽然都是金属材料，不同成分和不同 状态下的性能差异也非常大。造成金属材料性 能差异的主要原因是由于金属材料内部结构的 不同。
2.1 金属材料的基础知识
按照物质原子在三维空间排列方式的不同， 材料可分为晶体材料与非晶体材料两大类。
3）面缺陷
面缺陷是指晶体中有一维空间方向上尺寸 很小，另外两维方向上尺寸较大的缺陷。这类 缺陷主要是指晶界和亚晶界。
晶界和亚晶界处区域内的原子排列不整齐， 偏离其平衡位置，产生晶格畸变。
面缺陷对金属的塑性变形起着阻碍的作用， 强度、硬度较晶内高。因此金属内部的晶粒越 细小，晶界就越多，强度和硬度就越高。
（2）金属的实际晶体结构
在理想状态下，金属的晶体结构是原子排 列的位向或方式完全一致的晶格，这种晶体称 为单晶体。
单晶体需要通过特殊的方法才能获得，例 如生产半导体元件的单晶硅、单晶锗等。
单晶体在不同方向上具有不同性能的现象 称为各向异性。
多晶体：由许多位向不同的晶粒构成 的晶体。
晶粒：多晶体是由许多微小的单晶体 构成的，这单晶体称为晶粒。
液体
2.1.1 纯金属的晶体结构与结晶
纯金属是指仅由同一种金属元素组成的金属。 汽车中的各种导电体、传热器等大多由纯铜、 纯铝等纯金属材料制成。纯金属是典型的晶体材料。
常用金属材料焊接的基础知识培训
防止夹渣的产生，需要在焊接 前清理母材表面，并在焊接过 程中保持合适的电流和电压。
未熔合
未熔合可能是由于电流过小或 焊接速度过快造成的，需要调 整工艺参数。
裂纹
裂纹的产生可能是由于热处理不 当或材料质量问题，需要加强材
料检验和控制热处理工艺。
焊接安全与防护
04
焊接作业安全要求
焊接操作人员需经过专业培训，熟悉焊接设备、工具和工艺流程，掌握安全操作规 程。
铝及铝合金是一种轻质、高强度的金属材料，具有良好的塑 性和导电性。其焊接时需要采用特殊的工艺措施，如采用高 纯度的氩气保护、选择合适的焊接电流和速度等，以避免氧 化和气孔的产生。
铜及铜合金的焊接特性
铜及铜合金是一种导热性好、耐腐蚀性强的金属材料。其焊 接时需要采用特殊的工艺措施，如采用高纯度的氩气保护、 选择合适的焊接电流和速度等，以避免氧化和气孔的产生。
不锈钢材料的焊接特性
不锈钢的分类
不锈钢主要分为奥氏体不锈钢、铁素 体不锈钢和双相不锈钢等。不同类型 的不锈钢具有不同的焊接特性和应用 场景。
不锈钢的焊接工艺
不锈钢的焊接需要采用特殊的工艺措 施，如控制焊接参数、选择合适的焊 接材料等，以避免热影响区的脆化和 裂纹的产生。
有色金属材料的焊接特性
铝及铝合金的焊接特性
焊接质量评估标准
AWS D1.1标准
ASME规范
美国焊接协会制定的钢结构焊接质量评估 标准，适用于钢结构制造和安装过程中的 焊接质量评估。
美国机械工程师协会制定的压力容器和锅 炉建造规范，对焊接质量提出了相应的要 求和评估标准。
GB50205-2001标准
DIN EN 10204标准
中国国家标准《钢结构工程施工质量验收 规范》，规定了钢结构焊接质量的验收标 准和评估方法。
金属材料基础知识
G、按冶炼方法分类 ：
平炉钢 、转炉钢 、电炉钢
金属材料基础知识
H、综合分类: 在实际中按其化学成分、质量、用途
进行综合分类。
(1)普通钢 a.碳素结构钢，b.低合金结构钢 ，c.特定用 途的普通结构钢 。
(2)优质钢（包括高级优质钢）
a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c) 弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢； (f)特定用途 优质结构钢。
金属材料基础知识
3、金属晶格的类型 1）体心立方晶格 它的晶胞是一个立方体，
原子位于立方体的八个顶角上和立方体的中 心，属于这种晶格类型的金属有铬（Cr）、 钒（V）、钨（W）、钼（Mo）、及a-铁（aFe）等金属。
金属材料基础知识
2）面心立方晶格 它的晶胞也是一个立方体 ，原子位于立方体的八个顶角和立方体六个 面的中心，属于这种晶格类型的金属有铝（ Al）、铜（Cu）、铅（Pb）、镍（Ni）及r铁（r-Fe）等金属。
另外，测量陶瓷、铸铁或工具钢等脆性材料的冲击吸收功 时，常采用10mm×l0mm×10mm的无缺口冲击试样。
金属材料基础知识
4.金属的工艺性能
工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的 适应能力。它包括铸造性能、锻压性能、焊 接性和切削加工性能等。
金属材料基础知识
三、金属的结构与结晶
不同的金属材料具有不同的力学性能，即使是 同一种金属材料，在不同的条件下其力学性 能也是不同的。金属力学的这些差异，从本 质上来说，是由其内部结构所决定的。
机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金 组成物，虽然是两种晶体，却是一种组成成 分，具有独立的机械性能。
⑴．固溶体
合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且 结构与组元之一相同的固相。
金属材料基础知识
一、金属材料分类金属材料——指纯金属或合金，经过熔炼和各种加工后而制成的材料。
按性质特点，通常分为黑色金属材料和有色金属材料两大类。
黑色金属材料的分类（一）钢的分类钢是指含碳量低于2.11％的铁碳合金1.按照化学成分分类(1)碳素钢——钢中除铁外，主要只含有碳、硅、锰、硫、磷等几种元素。
按含碳量分类低碳钢——含碳量低于0.25％的钢。
中碳钢——含碳量在0.25％～0.6％的钢。
高碳钢——含碳量超过0.6％的钢。
(2)合金钢——是指在碳钢的基础上，为改变钢的性能，在冶炼过程时特意加入一种或多种合金元素而炼成的钢。
根据钢中合金元素总含量的多少分为2.按冶炼质量分类（1）普通钢——钢中含硫量不超过0.055％～0.065％；含磷量不超过0.045％～0.085％。
（2）优质钢——钢中含硫量不超过0.030％～0.045％；含磷量不超过0.035％～0.040％。
3.按照用途分类(1)结构钢——用以制造各种工程结构件（如建筑、桥梁、锅炉、船舶、车辆构件）和机械零件（如齿轮、轴类零件）的钢。
用于制造机械零件的钢，通常称为机械制造用结构钢。
主要钢种有优质碳素结构钢、合金结构钢以及各种专门用途的结构钢（如弹簧钢、轴承钢等）。
这类钢大多要经过热处理后才能使用。
(2)工具钢——这是用以制造各种工具的钢。
按其化学成分，通常分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。
按其用途，又可分为刃具钢（或称刀具钢）、模具钢和量具钢。
(3) 特殊用途钢——是指某些具有特殊物理、化学或机械性能的钢。
如不锈钢、耐碳钢、耐热钢、磁钢等。
4.按照炼钢方法分类转炉钢——用转炉炼出来的钢。
它按炉衬材料分为酸性转炉钢和碱性转炉钢；按进风方法又分为底吹转炉钢、侧吹转炉钢和纯氧顶吹转炉钢。
平炉钢——用平炉炼出来的钢。
它按炉衬材料又分为酸性平炉钢和碱性平炉钢。
电炉钢——用电炉炼出来的钢。
它按炉衬材料又分为酸性电炉钢和碱性电炉钢。
5.按照脱氧程度分类镇静钢——脱氧完全的钢。