金属材料与热处理84330
《金属材料与热处理》课程标准
《金属材料与热处理》课程教学标准【课程名称】金属材料与热处理【课程代码】C2-2-1【适用专业】模具设计与制造机械制造与自动化数控技术【学时数】48【学分数】3【开设时间】模具设计与制造第二学期机械制造与自动化第三学期数控技术第二学期一、课程概述“金属材料与热处理”是一门制造类专业群的平台课程，是在明确学院办学定位，分析专业群发展方向的前提下，通过对我院机械制造类重点专业职业岗位进行整体调研与分析的基础上，采用模块课程开发的方式形成的、适用于机械制造类专业群开设的综合性课程。
通过本课程的学习使学生获得常用工程材料及成型工艺方法的基础知识，培养学生综合运用材料及成型工艺知识进行选择材料与改性方法、选择毛坯生产方法以及工艺路线分析的初步能力，并未学习其他有关课程和从事工业工程生产第一线技术工作奠定必要的基础。
本课程注重培养学生解决生产具体工艺问题的能力；着重培养学生在机械制造领域内进行选择和判断能力；并培养高职应用型人才的技术文化修养。
二、课程模块组成1.工程材料的基础知识2.金属材料及热处理3.非金属材料（在汽车上的应用）4.毛坯成型工艺与方法选择二、培养目标1．方法能力目标（1）熟悉工程材料与材料成型工艺技术在机械制造过程中的地位和作用，具有现在制造过程的完整概念。
（2）通过在金相显微镜下观察铁碳合金的室温组织和力学实验，掌握金属材料的成分、组织、结构与性能之间的关系，培养透过现象看本质的能力；（3）给出知识目标，采用问题引入，培养自主学习获取信息的能力和独立思考的能力。
（4）通过完成各项目任务，让学生在学习中享受成功的喜悦，激发学习兴趣，从而培养学生勤奋好学的习惯；（5）通过实验培养学生的动手能力、实验技能、评价执行结果的能力。
2．社会能力目标（1）具有良好的人文素质和职业道德，善于沟通协作，团队意识强；（2）养成严谨细致、一丝不苟的工作作风；（3）具有热爱科学、实事求是的学习态度，具有创新意识和创新精神；（4）通过学习有关的新材料、新技术、新工艺及其发展概况，使学生获得更多的专业知识及行业知识，使学生具备博学多识的特质。
质检技师金属材料与热处理
金属材料与热处理第一章金属材料的性能金属材料是现代机械制造业的基本材料，广泛地应用于制造生产和生活用品。
金属材料之所以获得广泛的应用，是由于它具有良好的性能。
金属材料的性能包含使用性能和工艺性能两方面。
使用性能是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能，它包括物理性能（如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）、力学性能。
工艺性能是指金属在制造加工过程中反映出来的各种性能。
§1-1 金属材料的力学性能力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。
力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等。
金属材料在加工过程中所受的外力称为载荷。
根据载荷作用性质的不同，它分为静载荷、冲击载荷及交变载荷。
（1）静载荷是指大小不变或变化过程缓慢的载荷。
（2）冲击载荷在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。
（3）交变载荷是指大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。
金属材料受到载荷作用而产生的几何形状和尺寸的变化称为变形。
变形一般分为弹性变形和塑性变形。
金属受外力作用时，为保持其不变形，在材料内部作用着与外力相对抗的力，称为内力。
单位面积上的内力称为应力。
σ＝F / A式中：σ—应力，Pa。
1 Pa ＝1N/m2。
当面积用mm2时，则应力用MPa为单位。
1 MPa ＝1N/mm2 ＝106 Pa。
F —外力，N。
A —横截面积，m2。
一、强度金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。
强度的大小通常用应力来表示。
根据载荷作用方式不同，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等五种。
一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。
1、拉伸试样2、力—伸长曲线3、强度指标（1）屈服点在拉伸试验过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长的应力称为屈服点。
用符号σS表示，计算公式如下：σS = FS / A0式中：σS —屈服点，MPaFS—试样屈服时的载荷，NA0—试样原始横截面积，mm2（2）抗拉强度材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σb表示。
金属材料与热处理
金属材料与热处理一、用金属材料的分类、性能、成分1、金属材料的分类金属是指具有良好导电性和导热性，有一定强度和塑性，并具有光泽的物质，如铝、铁、铜等。
而羊毛、橡胶、塑料、陶瓷等则属于非金属材料。
金属材料通常分为黑金属和有色金属两大类：以铁或以它为主而形成的物质称为黑色金属，如钢和生铁。
除黑色金属以外的其他金属称为有色金属，如铜、铝、金、银等。
在机械制造业中，常用的金属材料分类如下：钢和铸铁主要是由铁和碳两种元素组成的合金，其区别在于含碳量的多少，理论上将含碳量在2.11%以下的合金称为钢，以上的称为铸铁。
常用的有色金属有铜及其它合金、铝及其它合金、钛及其它合金和轴承合金等。
2、金属材料的力学性能金属材料是现代机械制造的基本材料。
金属材料的性能包含使用性能和工艺性能两方面：使用性能使之金属材料在使用条件下表现出来的性能，它包括物理性能、化学性能、力学性能等；工艺性能是指金属材料在制造工艺过程中的适应加工的性能。
金属的物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、和磁性等；金属的化学性能包括腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。
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、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。
金属材料的力学性能是指金属在外力作用下时表现出来的性能。
力学性能也包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。
1）强度 金属抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。
根据载荷作用方式的不同，强度可分为抗拉强度（b σ）、抗压强度（bc σ）、抗弯强度（bb σ）、抗剪强度（b τ）、抗扭强度（t τ）五种形式。
一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。
抗拉强度：材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度。
0S F b b =σ式中：b σ－－抗拉强度，N/mm 2；F b ――试样承受的最大载荷，N ；S 0――试样原始横截面积，mm 2。
2）塑性 金属断裂前产生永久变形的能力称为塑性。
金属材料及热处理
金属材料及热处理
金属材料是工程中常用的材料之一，其性能的优劣直接影响着工程产品的质量。
而金属材料的性能又与其热处理工艺密切相关。
因此，对金属材料及其热处理工艺的研究具有重要的意义。
首先，金属材料的选择对于工程产品的性能至关重要。
金属材料的性能包括力
学性能、物理性能和化学性能等多个方面。
在实际工程中，需要根据产品的具体要求来选择合适的金属材料，以满足产品的使用需求。
比如，对于需要具有较高强度的产品，可以选择高强度的合金钢作为材料；对于需要具有良好导热性能的产品，可以选择铜或铝等金属材料。
因此，对于不同的工程产品，需要根据其具体要求来选择合适的金属材料，以保证产品的性能。
其次，金属材料的热处理工艺对其性能也有着重要的影响。
热处理工艺是通过
加热、保温和冷却等工艺来改变金属材料的组织结构和性能。
常见的热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。
通过不同的热处理工艺，可以调整金属材料的硬度、强度、韧性和耐磨性等性能，从而满足不同工程产品的要求。
比如，对于需要具有较高硬度和强度的产品，可以采用淬火工艺来提高材料的硬度和强度；对于需要具有较高韧性的产品，可以采用回火工艺来提高材料的韧性。
因此，热处理工艺的选择对于金属材料的性能具有重要的影响。
总之，金属材料及其热处理工艺对于工程产品的性能具有重要的影响。
在实际
工程中，需要根据产品的具体要求来选择合适的金属材料，并通过合适的热处理工艺来调整材料的性能，以满足产品的使用需求。
只有这样，才能保证工程产品具有良好的性能和质量，从而满足用户的需求。
金属材料的热处理
固体氰化
常用有色合金的热处理
变形铝合金的热处理
种类
目的
特征
备注
淬火
获得最大程度的过饱和固液体，从而在人工或自然时效后得到高的机械强度
淬火介质有水、油、熔盐及其他液体介质。用水淬火时水温不应超过80℃。零件也可以进行等温淬火。
要正确选择：加热温度，保温时间、加热设备和冷却方法四要素，否则不易达到目的。
是为了提高零件的强度和提高在100℃以下工作时零件的抗蚀性
T5—固溶处理加不完全人工时效
为了得到足够的强度，并保持高的塑性
T6—固溶处理加完全人工时效
为了得到最大的强度和硬度
T7—固溶处理加稳定化处理
为了得到足够的强度和比较高的确良稳定性
T8—固溶处理加软化处理
降低硬度，提高塑性
铜合金的热处理
种类
目的
抗蚀氮化
软氮化
离子氮化
氰化
（透碳氮
共渗）
液体氰化
在一定条件下同时向工件表面渗入碳和氮原子的工艺
氰化可以得到含氮马氏体，耐磨性优良，硬度较高，提高零件的疲劳强度和耐蚀性，且变形较小。
常用于低碳钢、低碳合金钢、中碳钢、中碳合金钢的形状复杂、变形要求小的中小型耐磨工件，具有渗碳和氮化的优点。
目前较多采用气体氰化。扩散层较浅0.02mm~3m，硬度可达66~70HRC
回火分为低温回火、中温回火和高温回火（指500℃~650℃回火）
调质
将工件加热至高于淬火温度10℃~20℃（或20℃~30℃），保温后进行淬火，然后在400℃~720℃进行高温回火
两次加热
调质能得到粒状渗碳体，组织均匀细密，具有良好的塑性、韧性及强度，提高综合机械性能，且可以降低淬火变形和开裂，提高高切削性能。
金属材料与热处理
金属材料与热处理金属材料是工业生产中常用的材料之一，其具有良好的导电性、导热性和机械性能，因此在各行各业中得到广泛应用。
然而，金属材料的性能在制造过程中往往不能达到最佳状态，这就需要进行热处理。
热处理是对金属材料进行加热或冷却处理，以改变其组织结构和性能的一种工艺。
通过控制材料的加热温度、冷却速率和保温时间等参数，可以使金属材料达到理想的机械性能、延展性和强度等特性。
金属材料的热处理可以分为多种类型，包括退火、淬火、回火等。
其中，退火是指将金属材料加热到一定温度，然后缓慢冷却，以降低硬度、改善延展性和强度等性能。
淬火则是指将金属材料加热到相变温度，然后迅速冷却，以提高硬度和强度等性能。
回火是在淬火后对材料进行再加热处理，以减轻淬火时的残余应力和脆性。
热处理的过程非常关键，不同的热处理工艺对金属材料的性能影响很大。
例如，合理的退火处理可以使金属材料获得较好的塑性和韧性，适用于制造弯曲、拉伸等工艺要求较高的产品；而淬火处理则适用于需要获得较高硬度和强度的零部件。
另外，金属材料的选择也会影响热处理效果。
不同金属材料具有不同的热处理特性和需求，因此需要根据具体情况选择合适的金属材料和热处理工艺。
一些常见的金属材料包括钢铁、铝、铜等，它们各自有不同的机械性能和热处理特点。
总的来说，金属材料与热处理密不可分。
通过合理的热处理工艺，可以改善金属材料的性能，提高产品的质量和使用寿命。
因此，在金属加工和制造领域，热处理是一项重要的工艺，需要专业人员严格控制各项参数，以保证金属材料的优良性能和性价比。
热处理在金属材料加工和制造中起着至关重要的作用，它可以改善金属材料的组织结构和性能，提高其强度、耐磨性、耐腐蚀性等特性，同时也能够消除金属材料制造过程中产生的应力、缩小尺寸误差等问题，从而提高产品的质量和使用寿命。
一种常见的热处理工艺是退火。
退火是指将金属材料加热到其临界温度以上，然后进行缓慢冷却。
通过退火处理，金属材料的晶粒可以重新长大，原来的晶界处的碎屑得到消除；同时，还能消除金属的内应力，提高塑性和韧性。
《金属材料及热处理》课件
热处理：通过加热和冷却，改变金属材料的微观结构，提高耐磨性
合金化：添加其他元素，形成合金，提高耐磨性
表面处理：如电镀、喷涂、涂层等，提高耐磨性
结构设计：优化金属材料的形状和尺寸，提高耐磨性
05
金属材料的应用领域
航空航天领域
飞机制造：铝合金、钛合金、不锈钢等金属材料广泛应用于飞机制造
热处理的应用
提高金属材料的强度和硬度
改善金属材料的塑性和韧性
消除金属材料的内应力和变形
提高金属材料的耐磨性和耐腐蚀性
改善金属材料的表面质量和尺寸精度
提高金属材料的使用寿命和可靠性
04
金属材料的性能改善
金属材料的强度提升
热处理：通过加热和冷却改变金属的微观结构，提高强度
合金化：通过添加其他元素形成合金，提高强度
03
淬火是将金属材料加热到一定温度后迅速冷却，使材料内部形成马氏体组织，提高硬度和耐磨性
04
回火是将淬火后的金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使马氏体组织转变为回火马氏体，降低硬度和脆性，提高韧性和塑性
05
正火是将金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使材料内部组织均匀化，提高塑性和韧性
06
退火是将金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使材料内部组织软化，降低硬度和脆性，提高塑性和韧性
热处理工艺流程
加热：将金属材料加热到预定温度
保温：保持金属材料在预定温度下保温一段时间
冷却：将金属材料冷却到室温或低于室温
回火：将金属材料加热到一定温度后冷却，以消除内应力，提高韧性和塑性
淬火：将金属材料加热到一定温度后快速冷却，以获得高硬度和耐磨性
退火：将金属材料加热到一定温度后缓慢冷却，以消除内应力，提高塑性和韧性
常用金属材料及热处理知识
常用金属材料及热处理知识金属材料是工业生产中最常用的材料，包括钢铁、不锈钢、铝合金、铜合金等。
这些金属材料都具有良好的机械性能、电导性能、导热性能和成形性能，因此在各个行业中得到广泛应用。
下面主要介绍常用金属材料及其热处理知识。
1.钢铁钢铁是最常用的金属材料，包括碳钢和合金钢两种。
碳钢中碳含量较低，一般在0.1%-0.3%之间，适用于一般工程材料的制造；合金钢中包含一定数量的合金元素，如铬、镍、钒等，通过合金元素的添加可以提高钢的硬度、强度和耐磨性能。
热处理：钢的热处理包括退火、正火、淬火、回火等工艺。
退火可以消除应力和改善材料的韧性；正火可以提高材料的硬度和强度；淬火可以使钢材具有高硬度和耐磨性；回火可以降低淬火后的脆性，提高韧性。
2.不锈钢不锈钢是一种具有耐腐蚀性能的铁基合金材料，主要成分为铁、铬、镍等元素。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性、耐高温性和良好的机械性能，广泛应用于制造化工设备、食品加工设备、医疗器械等高要求的领域。
热处理：不锈钢的热处理主要包括退火和固溶处理。
退火可以去除不锈钢中的应力，改善材料的硬度和韧性；固溶处理可以提高不锈钢的硬度和强度。
3.铝合金铝合金是一种轻量化的金属材料，具有良好的导热性能、导电性能和可加工性能。
铝合金可以通过添加合金元素如铜、锌、锰等来改变材料的性能，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
热处理：铝合金的热处理主要包括固溶处理和时效处理。
固溶处理可以提高铝合金的硬度和强度；时效处理可以提高材料的抗拉强度和硬度。
4.铜合金铜合金具有良好的导电性能、导热性能和耐腐蚀性能，广泛应用于电子、电器、交通等领域。
铜合金通过添加合金元素如锡、锌、铝等来改变材料的性能。
热处理：铜合金的热处理主要包括退火和固溶处理。
退火可以消除应力、改变晶粒结构；固溶处理可以提高材料的强度和硬度。
综上所述，金属材料是工业生产中最常用的材料之一，包括钢铁、不锈钢、铝合金、铜合金等。
这些金属材料具有良好的机械性能、导电性能、导热性能和成形性能，可以通过热处理来改变材料的性能。
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铜器时代：司母戊鼎（公元前11—16世纪） 1战13国0×编7钟80（×前1140705—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
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4
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
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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。
1
★ 材料按物质结构不同分：
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
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2
金属材料
材料分类
陶瓷材料 高分子材料
复合材料
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3
材料发展概括 ▲ 石器时代 天然石，兽骨，树枝
第一节 金属的力学性能
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。
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7
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：
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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。
• 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。
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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
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1、断后伸长率
L1 Lo 100%
L0
L 1 试样拉断后的标距（mm）
绪论
★材料分：金属材料、非金属材料、复合材料
金属材料—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），有机高分子材料（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
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万能材料试验机 a) WE系列液压式 b) WDW系列电子式
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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
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(a)试样 (b)伸长 (c)产生缩颈 (d)断裂
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•屈服点（ σs ）或规定残余 伸长应力（ σr） •抗拉强度(σb)
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•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
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
静载荷：指大小不变或变化过程缓慢的载荷。
。
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8
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
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9
按作用形式ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ同分：
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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。
原标准（GB228-76）： 精0选. 2ppt 屈服强度
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•抗拉强度:材料在拉伸条件下所能承受最大力的
应力值
b
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
•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是机械零件设计计精选算pp的t 主要依据。
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• 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。
• 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。
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。
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
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6
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
21
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
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22
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。
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23
应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l0
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24
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：
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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）
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13
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
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14
1. 拉伸试样（GB6397-86）
长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0
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