金属材料和热处理基础知识

刚度和弹性
1．刚度－材料在受力时，抵抗弹性变形的能力 E=σ/ε 杨氏弹性模量 GPa, MPa 本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组织不 敏感的力系指标。 2．弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的 最大应力。 比例极限：σp=Pp/Fo 应力―应变保持线性关系的极限 应力值 弹性极限：σe=Pe/Fo 不产永久变形的最大抗力 工程上，σp、σe视为同一值，通常也可用σ0.01
冲击韧性
韧性：材料断裂前吸收变形能量的能力--韧性。 冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。 ak=冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积F(J/cm2) ak值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形，断口 呈金属光泽，呈结晶状。 ak值高，明显塑变，断口 呈灰色纤维状，无光泽， 韧性材料。 韧性与温度有关 —脆性转变温度TK
2、优质碳素结构钢 优质碳素结构钢既保证机械性能, 又保证化学成分, 而且钢中 所含杂质及非金属夹杂物较少, 机械性能比较优良。主要用于制 造重要的机械零件。一般在热处理后使用。 优质碳素结构钢用两位数字表示钢号, 两位数字表示平均含碳 量的万分数。 如20钢的平均含碳量为0.20％。 3、碳素工具钢 碳素工具钢的含碳量在0.65～1.35％范围内, 按其含硫、磷量 的不同, 分为优质碳素工具钢和高级优质碳素工具钢。 碳素工具钢的编号是以"T"开头, 后面的数字表示平均含碳量 的千分之几, 高级优质碳素工具钢, 在钢号后面再标以"A"。如 T8A表示平均含碳量为0.8％的高级优质碳素工具钢。
三、碳钢的编号及用途 1、普通碳素结构钢 这类钢又称为普通碳钢, 钢号表示方法由代表屈服强度的字母、屈服强度值、 质量等级符号和脱氧方法符号等四部份顺序组成。 Q ×××─× × ┬ ─┬─ ┬ ┬ │ │ │ └──脱氧方法符号, 分为F(沸腾钢)、B(半镇静钢)、 │ │ │ Z(镇静钢)、TZ(特殊镇静钢) │ │ └─── 质量等级, 分为A、B、C、D等 │ └────── 该钢的屈服强度值, 单位MPa └───────── 屈服强度代号 如Q235─A、F 屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。 Q255─B、Z 屈服强度为255MPa的B级镇静钢。 钢的质量等级中A级最低, D级最高, 通常应用最多为A、B级, 主要用于制造 型钢、建筑用材和普通机械零件。C、D级钢中硫、磷含量偏低、含碳量控制比较 严格, 主要用在焊接结构中。 工程中的普通结构、建筑用材使用最多的是Q235--AX或Q235--BX, 即原普通 碳素结构编号系统中的A3钢。
1.4 按照冶炼过程中脱氧程度和钢坯内气孔存在情况
1.4.1 1.4.2 1.4.3
镇静钢（Z）
沸腾钢（F） 半镇静钢（b）
1.4.1 镇静钢（Z）

为完全脱氧的钢。在钢号尾部加注Z表示。 通常注成上大下小带保温帽的锭型，浇注时钢液 镇静不沸腾。锭模上部有保温帽（在钢液凝固时 作补充钢液用），这节帽头在轧制开坯后需切除， 故钢的收得率低。 在正常操作条件下，镇静钢中没有气泡，匀致密； 由于含氧量低，钢中氧化物夹杂较少，纯净度较 高，冷脆和时效倾向小；同时，镇静钢偏析较小， 性能比较均匀，质量较高。
4．IV(BK) 段―局部集中塑性 变形 颈缩
材料的强度――材料所能承受的极限应力. 单位Pa(N/mm2) σ =P/Fo 表示材料抵抗变形和断裂的能力 1．抗拉强度 σ b=Pb/Fo 材料被拉断前所承受的最大应力值（材料抵抗外力而不致断 裂的极限应力值）。
2．屈服强度σs和条件屈服强度σ0.02 a: σ s=Ps/Fo （σ s代表材料开始明显塑性变形的抗力, 是设计和选材的主要依据之一。） b: σ 0.02条件屈服强度
金属材料及热处理 基础知识
静载单向静拉伸应力―应变曲线
低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线分为四阶段：
1．I(oab)段―弹性变形阶段 a: Pp ，b: Pe （不产生永久变形 的最大抗力） oa段：△L∝ P 直线阶段 ab段：极微量塑性变形 2．II(bcd)段―屈服变形 c: 屈服点 Ps 3．III(dB)段―均匀塑性变形 B: Pb材料所能承受的最大载荷
3．疲劳强度σ-1 （80%的断裂由疲劳造成） 疲劳极限：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断Baidu Nhomakorabea的最高 应力值。
塑性
1．延伸率
Lk:试样拉断后最终标距长度 延伸率与试样尺寸有关， d5 , d10 (Lo=5do, 10do) 2．断面收缩率 y =△F/Fo=(Fo-Fk)/Fo x 100% d ,y 越大，塑性愈好 d<5%, 脆性材料
碳 钢
一、碳钢中的杂质 1．锰—有益；0.25--0.80% 脱氧剂； 降低FeO→↓脆性， Mn+S→MnS(降低S的有害作用) ↑热加工性能 固溶强化；使性能更优； 2．Si 有益 脱氧→↓脆性 固溶强化 3．硫— 有害 985℃ （Fe+FeS）→热脆 加入Mn→MnS 4． 磷 — 有害 Fe3P 室温下<100℃，脆性大→冷脆 5．O、N、H O2－↓机械性能 ，强度、塑性降低，有害元素 N2－兰脆，若钢中存在Al.V.Ti↑→兰脆消失→强度，硬度提高 H2—氢脆、白点，有害
4、碳素铸钢 将钢液直接铸造成钢件的钢称为铸钢。 碳素铸钢的编号是在数字之前冠以“ZG”, 后面 的两位数字表示平均含碳量的万分数。如ZG25表 示平均含碳量为0.25％的碳素铸钢。 5、专用碳素钢 常用在钢号的前面或后面加一汉语拼音字母。如 20g表示20号锅炉钢; H08表示碳平均含量为0.08％ 的焊条用钢; 容器用钢加字母"R"等。
二、碳钢的分类 1、按含碳量分类 低碳钢: 钢中含碳量小于0.25％; 中碳钢: 钢中含碳量在0.25～0.6％之间; 高碳钢: 钢中含碳量大于0.6％。 2、按质量分类 按钢中有害杂质硫、磷的含量为标志分为: 普通碳素钢 (S≤0.055％、P≤0.045％) 优质碳素钢 (S≤0.040％、P≤0.040％) 高级优质碳素钢 (S≤0.030％、P≤0.035％) 3、按用途分类 分为碳素结构钢和碳素工具钢。