第3篇 工程材料[43页]
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
碳素钢牌号 1．（普通）碳素结构钢 2．优质碳素结构钢 3．碳素工具钢 4．铸造碳钢
1．（普通）碳素结构钢 （1）屈服强度字母Q （2）屈服强度数值 （3）质量等级符号：A、B、C、D级，从A到D依次提 高。 （4）脱氧方法符号：
F－沸腾钢 b－半镇静钢 Z－镇静钢 TZ－特殊镇静钢 （Z与TZ符号在钢号组成表示方法中予以省略） Q235A-表示屈服强度为235MPa，质量等级为A级的碳素结构 钢。
当材料的内应力σ＞σb时，材料将产生断裂。 σb常用作脆性材料的选材和设计的依据。
二、塑性指标 塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的
能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。
1、断后伸长率
指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度 的百分比。
δ=(L1- L0)/L0 x 100%
L0 :原始标距长度 L1:拉断后标距长度。将断口密合在一起，用卡尺直接 量出。
三、淬火与回火
1．淬火 淬火是将钢加热到一定温度，保温一段 时间，在液体中冷却的热处理工艺。 2．回火 钢的回火是指将淬火后的钢，重新加热、 保温，然后冷却到室温的热处理工艺。
回火的目的是为了消除淬火时产生的内应力，减少变形， 降低脆性，并具有一定的韧性。
回火又分为
回火
低温回火 150--250℃ 部分消除内应力，硬度稍有降低。
万能液压试验机
s 弹屈
性服 阶阶 段段
颈 缩 阶 段 强化阶段
d
e
b
a
c
sb
se sp
ss
e
sp — 比例极限
应力与应变成正比
se — 弹性极限 材料在弹性范围内变形
ss — 屈服极限
材料发生显著塑性变形
sb — 强度极限
材料承受最大应力
2013
3、强度的指标
强度指标用应力值来表示 。
1、弹性极限 指材料能保持弹性变形的最大应力。
二、退火与正火
1．退火 退火是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后
缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。 2.正火
正火是将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后 取出在空气中冷却的热处理工艺。
退火与正火的目的：降低零件的硬度，消除零件在前一工序 中产生的内应力，提高塑性和韧性。
正火比退火快，效率高，晶粒更细，强度、硬度要高。
σe = Fe/A0
Fe：弹性变形范围内的最大拉伸力（N）
A0 ：试样原始横截面积（mm2）
2、屈服点（屈服强度） 材料产生屈服现象时的最小应力。
σs = Fs/A0
Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） A0 ：试样原始
横截面积（mm2）
3、抗拉强度 指试样拉断前所承受的最大拉应力。
σb = Fb/A0
第三节 钢和铸铁
一、钢的分类
碳素钢（又称碳钢、非合金钢）——含碳量小于2.11% 的铁碳合金。（含碳量小于0.0218%的铁碳合金称纯铁）
碳素钢的分类
1．按钢的含碳量分 低碳钢：C≤0.25％ 中碳钢：C ＝0.25％～0.60％ 高碳钢：C ≥0.60％
2．按钢的质量分 普通钢：S ≤0.050％，P≤ 0.045％ 优质钢：S ≤0.035％，P≤ 0.035％ 高级优质钢：S≤ 0.025％，P≤ 0.025％
冲压性能、切削加工性能和热处理工艺性能 等。
2、金属材料力学性能
指材料在外力作用下表现出来的特性，主要有强度、 刚度、塑性、硬度等。
一、强度
强度指金属材料抵抗破坏（变形和断裂）的能力 。
常见的强度形式有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、 抗扭强度、抗剪强度等。一般以抗拉强度作为判别金属强 度指标。 1、拉伸试样
2、断面Biblioteka Baidu缩率
指试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积 的百分比。
Ψ=(S0-S1)/S0 x 100%
S0:试件原横截面积。 S1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。
三、刚度
刚度：材料抵抗变形的能力。 指标：挠度y、转角θ
四、 硬度
1、定义：指材料局部体积内抵抗弹性、塑性变形、压 痕和划痕的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其物 理含义与试验方法有关。
2、硬度的测试方法 （1）布氏硬度 ＨＢ （2）洛氏硬度 HRC （3）维氏硬度 ＨＶ
布氏硬度计
洛氏硬度计
维氏硬度计
返回
布洛维氏硬度计
第二节 钢的热处理
一、钢的热处理原理
1．概述 钢的热处理是将钢在固态范围内加热到给定温度，经 过保温，然后按照选定的速度冷却，从而获得所要求的性 能的工艺过程。 根据热处理的目的和工艺方法的不同，热处理可分为：
中温回火 350--500℃ 大大降低内应力，硬度有降低。
高温回火 500--650℃ 完全消除内应力，硬度降低较多，综合力学性能优良。
调质处理：淬火+高温回火
四、表面热处理
常用的表面热处理方法有表面淬 火及化学热处理两种。
1．表面淬火
（1）火焰加热表面淬火 （如 图2-8所示）
（2）感应加热表面淬火 （如 图2-9所示）
3．按钢的用途分
结构钢：含碳量一般均小于0.70% 工具钢：含碳量一般均大于0.70% 4．按冶炼时脱氧程度的不同分 沸腾钢F：脱氧程度不完全的钢 镇静钢Z：脱氧程度完全的钢 半镇静钢b：脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间的钢 5.按合金元素的含量分 低合金钢 （合金元素含量小于5%） 中合金钢 （合金元素含量5%～10%） 高合金钢（合金元素含量大于10%）
金属材料的基本知识
第一节 金属材料的一般性能 第二节 金属的热处理 第三节 钢和铸铁 第四节 材料选用的一般原则
第一节 金属材料的性能
1、金属材料的性能 使用性能：指材料在使用过程中所表现的性能，主要包 括力学性能、物理性能和化学性能。
工艺性能： 指金属材料在加工过程中表现的性能。 包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、
2．化学热处理
化学热处理是指将钢件放入一定 温度的活性介质中保温，使一种或几 种元素渗入它的表层，以改变其表层 化学成分、组织和性能的热处理工艺。
化学热处理种类很多，最常用的 是渗碳和渗氮。
（1）钢的渗碳 将工件置于渗碳 介质中加热并保温，使碳原子渗入工 件表层的化学热处理工艺，如图2-10 所示。
（2）钢的渗氮 是指在一定温度 下，使活性氮原子渗入工件表面的化 学热处理工艺。
材料的分类
金属材料
黑色金属（钢铁材料）：钢、铁 有色金属：铝、铜、锌、锰等
高分子材料：塑料、橡胶、纤维
非金属材料 陶瓷材料 矿物材料：金刚石（c)、刚玉(宝石Al2O3)、 石英（水晶SiO2）
复合材料：玻璃钢、碳纤维等
1．（普通）碳素结构钢 （1）屈服强度字母Q （2）屈服强度数值 （3）质量等级符号：A、B、C、D级，从A到D依次提 高。 （4）脱氧方法符号：
F－沸腾钢 b－半镇静钢 Z－镇静钢 TZ－特殊镇静钢 （Z与TZ符号在钢号组成表示方法中予以省略） Q235A-表示屈服强度为235MPa，质量等级为A级的碳素结构 钢。
当材料的内应力σ＞σb时，材料将产生断裂。 σb常用作脆性材料的选材和设计的依据。
二、塑性指标 塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的
能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。
1、断后伸长率
指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度 的百分比。
δ=(L1- L0)/L0 x 100%
L0 :原始标距长度 L1:拉断后标距长度。将断口密合在一起，用卡尺直接 量出。
三、淬火与回火
1．淬火 淬火是将钢加热到一定温度，保温一段 时间，在液体中冷却的热处理工艺。 2．回火 钢的回火是指将淬火后的钢，重新加热、 保温，然后冷却到室温的热处理工艺。
回火的目的是为了消除淬火时产生的内应力，减少变形， 降低脆性，并具有一定的韧性。
回火又分为
回火
低温回火 150--250℃ 部分消除内应力，硬度稍有降低。
万能液压试验机
s 弹屈
性服 阶阶 段段
颈 缩 阶 段 强化阶段
d
e
b
a
c
sb
se sp
ss
e
sp — 比例极限
应力与应变成正比
se — 弹性极限 材料在弹性范围内变形
ss — 屈服极限
材料发生显著塑性变形
sb — 强度极限
材料承受最大应力
2013
3、强度的指标
强度指标用应力值来表示 。
1、弹性极限 指材料能保持弹性变形的最大应力。
二、退火与正火
1．退火 退火是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后
缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。 2.正火
正火是将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后 取出在空气中冷却的热处理工艺。
退火与正火的目的：降低零件的硬度，消除零件在前一工序 中产生的内应力，提高塑性和韧性。
正火比退火快，效率高，晶粒更细，强度、硬度要高。
σe = Fe/A0
Fe：弹性变形范围内的最大拉伸力（N）
A0 ：试样原始横截面积（mm2）
2、屈服点（屈服强度） 材料产生屈服现象时的最小应力。
σs = Fs/A0
Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） A0 ：试样原始
横截面积（mm2）
3、抗拉强度 指试样拉断前所承受的最大拉应力。
σb = Fb/A0
第三节 钢和铸铁
一、钢的分类
碳素钢（又称碳钢、非合金钢）——含碳量小于2.11% 的铁碳合金。（含碳量小于0.0218%的铁碳合金称纯铁）
碳素钢的分类
1．按钢的含碳量分 低碳钢：C≤0.25％ 中碳钢：C ＝0.25％～0.60％ 高碳钢：C ≥0.60％
2．按钢的质量分 普通钢：S ≤0.050％，P≤ 0.045％ 优质钢：S ≤0.035％，P≤ 0.035％ 高级优质钢：S≤ 0.025％，P≤ 0.025％
冲压性能、切削加工性能和热处理工艺性能 等。
2、金属材料力学性能
指材料在外力作用下表现出来的特性，主要有强度、 刚度、塑性、硬度等。
一、强度
强度指金属材料抵抗破坏（变形和断裂）的能力 。
常见的强度形式有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、 抗扭强度、抗剪强度等。一般以抗拉强度作为判别金属强 度指标。 1、拉伸试样
2、断面Biblioteka Baidu缩率
指试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积 的百分比。
Ψ=(S0-S1)/S0 x 100%
S0:试件原横截面积。 S1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。
三、刚度
刚度：材料抵抗变形的能力。 指标：挠度y、转角θ
四、 硬度
1、定义：指材料局部体积内抵抗弹性、塑性变形、压 痕和划痕的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其物 理含义与试验方法有关。
2、硬度的测试方法 （1）布氏硬度 ＨＢ （2）洛氏硬度 HRC （3）维氏硬度 ＨＶ
布氏硬度计
洛氏硬度计
维氏硬度计
返回
布洛维氏硬度计
第二节 钢的热处理
一、钢的热处理原理
1．概述 钢的热处理是将钢在固态范围内加热到给定温度，经 过保温，然后按照选定的速度冷却，从而获得所要求的性 能的工艺过程。 根据热处理的目的和工艺方法的不同，热处理可分为：
中温回火 350--500℃ 大大降低内应力，硬度有降低。
高温回火 500--650℃ 完全消除内应力，硬度降低较多，综合力学性能优良。
调质处理：淬火+高温回火
四、表面热处理
常用的表面热处理方法有表面淬 火及化学热处理两种。
1．表面淬火
（1）火焰加热表面淬火 （如 图2-8所示）
（2）感应加热表面淬火 （如 图2-9所示）
3．按钢的用途分
结构钢：含碳量一般均小于0.70% 工具钢：含碳量一般均大于0.70% 4．按冶炼时脱氧程度的不同分 沸腾钢F：脱氧程度不完全的钢 镇静钢Z：脱氧程度完全的钢 半镇静钢b：脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间的钢 5.按合金元素的含量分 低合金钢 （合金元素含量小于5%） 中合金钢 （合金元素含量5%～10%） 高合金钢（合金元素含量大于10%）
金属材料的基本知识
第一节 金属材料的一般性能 第二节 金属的热处理 第三节 钢和铸铁 第四节 材料选用的一般原则
第一节 金属材料的性能
1、金属材料的性能 使用性能：指材料在使用过程中所表现的性能，主要包 括力学性能、物理性能和化学性能。
工艺性能： 指金属材料在加工过程中表现的性能。 包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、
2．化学热处理
化学热处理是指将钢件放入一定 温度的活性介质中保温，使一种或几 种元素渗入它的表层，以改变其表层 化学成分、组织和性能的热处理工艺。
化学热处理种类很多，最常用的 是渗碳和渗氮。
（1）钢的渗碳 将工件置于渗碳 介质中加热并保温，使碳原子渗入工 件表层的化学热处理工艺，如图2-10 所示。
（2）钢的渗氮 是指在一定温度 下，使活性氮原子渗入工件表面的化 学热处理工艺。
材料的分类
金属材料
黑色金属（钢铁材料）：钢、铁 有色金属：铝、铜、锌、锰等
高分子材料：塑料、橡胶、纤维
非金属材料 陶瓷材料 矿物材料：金刚石（c)、刚玉(宝石Al2O3)、 石英（水晶SiO2）
复合材料：玻璃钢、碳纤维等