金属材料基础知识培训
4）可锻铸铁 可锻铸铁是用碳、硅含量较低的铁碳合金铸成白口铸铁坯件，再经过 长时间高温退火处理，使渗碳体分解出团絮状石墨而成，即可锻铁是一 种经过石墨化处理的白口铸铁。 可锻铸铁按热处理后显微组织不同分两类；一类是黑心可锻铸铁和珠 光可锻铸铁。黑心可锻铸铁组织主要是铁素体（F）基本+团絮状石墨； 珠光体可锻铸铁组织主要是珠光体（P）基体+团絮状石墨。另一类是白 心可锻铸铁，白心可锻铸铁组织决定于断面尺寸，小断面的以铁素体为 基体，大断面的表面区域为铁素体、心部为珠光体和退火碳。可锻铸铁 牌号、性能（根据GB9440-88）见下两表：
1.1生铁：
生铁是含碳量大于2％（2.11%）的铁碳合金，工业生铁含碳量一般 在2.5%~4.0%，并含Si、Mn、S、P 等元素，是用铁矿石经高炉冶炼的 产品。生铁生铁按含硅（Si）量划分铁号，按含锰（Mn）量分组，按含 磷（P）量分级，按含硫（S）量分类。 1）炼钢生铁： 炼钢生铁含硅量不大于1.7%，碳以Fe3C 状存在。故硬而脆，断口呈 白色。主要用作炼钢原料和可锻铸铁原料，炼钢生铁见下表所示。
2.钢及其分类： 钢是含碳量在0.04%~2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑 性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、 硫、磷等。钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种： 2.1 按品质分类： 按照钢中硫（S）和磷(P)的含量可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。 (1)普通钢（P≤0.045%，S≤0.055%） (2)优质钢（P、S 均≤0.035%） (3)高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%） 2.2 按化学成份分类 (1)碳素钢： a.低碳钢（C≤0.25%）； b.中碳钢（C≤0.25~0.60%）； c.高碳钢（C≤0.60%）。 (2)合金钢： a.低合金钢（合金元素总含量≤5%） b.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%） c.高合金钢（合金元素总含量＞10%）
黑心可锻铸铁主要用于制造汽车、拖拉机零件及机床附件、如轮壳、 弹簧支座、阀门等。珠光体可锻铸铁则用于制造曲轴、连杆、轮轴、 活塞环等。
5）球墨铸铁：
在铁水（球墨生铁）浇注前加一定量的球化剂（常用的有硅铁、镁等） 使铸铁中石墨球化。由于碳（石墨）以球状存在于铸铁基体中，改善 其对基体的割裂作用，球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击 韧性大大提高。并具有耐磨、减震、工艺性能好、成本低等优点，现 已广泛替代可锻铸铁及部分铸钢、锻钢件、如曲轴、连杆、轧辊、汽 车后桥等。根据GB1348-88 球墨铸铁牌号分为单铸和附铸试块两类； 单铸试块分八个牌号见下表：
2.3按成形方法分类： (1)锻钢；(2)铸钢；(3)热轧钢；(4)冷拉钢。 2.4按用途分类: 1)建筑及工程用钢： a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。 2)结构钢： a.机械制造用钢;b.弹簧钢;c.轴承钢 3)工具钢： a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。 4)特殊性能钢： a.不锈耐酸钢；b.耐热钢包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；c.电热合 金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢。 5)专业用钢:如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农 机用钢等。 2.5 按金相组织分类：
2.2 工艺性能：
2.3 化学性能：
指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。 ①铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括 流性能、充满铸模能力；收缩性、铸件凝固时体积收缩的能力；偏析 指化学成分不均性。 ②焊接性能：指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法，把两个或 两个以上金属材料焊接到一起，接口处能满足使用目的的特性。 ③冷弯性能：指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程 度一般用弯曲角度α（外角）或弯心直径d 对材料厚度a 的比值表 示，a 愈大或d/a 愈小，则材料的冷弯性愈好。 ④冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进 行冲压叫冷冲压。检验方法用杯突试验进行检验。 ⑤锻造性能：金属材料锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。
金属材料基础知识
2007.3.22
一.概述：
1.在机械、工程等工业领域中，采用的金属材料 种类及品种繁多，其分类如下：
2.金属材料性能：
为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须 掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情 况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工 过程中材料应具备的性能（工艺性能）。 材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、 导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性 能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能（机械 性能）。材料的工艺性能指材料适应冷、热加工 方法的能力。
指金属材料与周围介质扫触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。 ①耐腐蚀性：指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。 ②抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力。
二.黑色金属：
黑色金属：如生铁、铁合金、铸铁、钢、合金钢等。钢和生铁都是以铁 为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。习惯上把碳含 量＞2.11%的归类于铁，碳含量＜2.11%的归类于钢。 1.铁及其分类：
注： 牌号后面的字母A 系表示该牌号在附铸试块上测定的机械性能， 以区别 上表的单试块测定的性能。
除上述介绍几种常用铸铁外，还有抗磨白口铸铁、冷硬铸铁，耐 热铸铁等。铸造生铁通过锻化、变质、球化等方法可以改变其内部结 构，改善并提高其机械性能，因此，铸造生铁又可分为白口铸铁、灰 口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和特种铸铁等品种。
③专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构 钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。 3.2.2 优质碳素结构钢 ①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表 示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”，它不是顺序号， 所以不能读成45 号钢。 ②锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。 ③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别 标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。
2）白口铸铁 白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3C）形式存在，因断口呈亮白 色。故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe3C，白口铸铁硬度高、脆 性大、很难加工。因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要 求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和 可锻铸铁的坯料。 3）灰口铸铁 铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具 有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料 简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。 由于灰口铸铁内存在片状石墨，而石墨是一种密度小，强度低、硬度 低、塑性和韧性趋于零的组分。它的存在如同在钢的基体上存在大量小 缺口，即减少承载面积，又增加裂纹源，所以灰口铸铁强度低、韧性 差，不能进行压力加工。为改善其性能，在浇注前在铁水中加入一下量 的硅铁，硅钙等孕育剂，使珠光体基体细化，石墨变细小而均匀分布， 经过这种孕育处理的铸铁。称为孕育铸铁。灰口铸铁的牌号、性能组织 及用途见下表：
2.6 综合分类：
(1)普通钢 a.碳素结构钢：Q195；Q215(A、B)；Q235(A、B、C)； Q255(A、B)；Q275。 b.低合金结构 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。 b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。 c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢； (d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。
3.2.3 碳素工具钢 ①钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。 ②钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如 “T8”表示平均碳含量为0.8%。 ③锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。 ④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在 钢号最后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。 碳素工具钢用途广泛。其中T7、（T7A）、T8、（T8A）钢因韧性较 好，主要用作承受震动与冲击载荷的工具，如凿子、打铁用模、各种锤 子、木工工具等；T9（T9A）由于含碳量较高，故硬度、耐磨性较高、 韧性较差，有一定韧性用作不受剧烈震动冲击的工具。如冲模、冲头、 木工切削工具、凿岩凿子等到；T10、（T10A）、T11、（T11A）韧性 尚可，耐磨、较硬、应用较广、制作要求较高且不受突然和剧烈冲愚味 震动而需要一定韧性及具有锋利刀口的各种工具，如车刀、刨刀、钻 头、板牙、铣刀、刀锯锯条及简单量具；T12（T12A）、T13（T13A） 钢则用于制造不受震动，要求极高硬度的工具，如钻头、丝锥、锉刀、 刮刀等。
2）铸造用生铁 铸造生铁硅含量为1.25~3.6%。碳多以石墨状态存在。断口呈灰色。 软、易切削加工。主要用来生产各种铸铁件原料如床身、箱体等。 铸造生铁见下表所示：
3）球墨铸造用生铁 球墨铸造用生铁也是一种铸造生铁，只是低硫低磷。低硫使碳充分在 铁中石墨化。低磷提高生铁的机械性能；主要用于生产性能（机械性 能）较好的球墨铸铁件。球墨生铁见下表所示：
1.2 铸铁:
பைடு நூலகம்
铸铁是含碳大于2.11%的铁碳合金，它是将铸造生铁（部分炼钢生 铁）在炉中重新熔化，并加进铁合金、废钢、回炉铁调整成分而得 到。与生铁区别是铸铁是二次加工，大都加工成铸铁件。铸铁件具有 优良的铸造性可制成复杂零件，一般有良好的切削加工性。另外具有 耐磨性和消震性良好，价格低等特点。 1）铸铁牌号的表示方法： 各种铸铁代号，由表示该铸铁特征的汉语拼音字母的第一个大写正体 字母组成。当两种铸铁名称的代号字母相同时，可在该大写正体字母 后加小写正体字母来区别。同一名称铸铁，需要细分时，取其细分特 点的汉语拼音第一个大写正体字母，排列在后面。见下表： 牌号中代号后面的一组数字，表示抗拉强度值；有两组数字时，第一 组表示抗拉强度值，第二组表示延伸率值。两组数字中间用“一”隔 开。 合金元素用国际元素符号表示，含量大于或等于1%时，用整数表 示：小于1 %时一般不标注。常规元素（C、Si、Mn、S、p）一般不 标注，有特殊作用时，才标注其元素符号及含量。
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成量制作时，一般采用切口样板号切口， 如上图c。
当内弯90°角钢框时，如下图：
二．型钢圆弧切口内弯号料与计算 如图： 切口宽 L =0.01745(b-t/2)α 当α=90°时, 切口宽L=1/2(b-t/2)π
角钢圆弧内弯任意角度的零件料长 如右图
计算公式如下： L=A+B+0.01745(b-t/2)α
2.4 号料
利用样板、样杆、号料图及放样得出的数据，在板料或型钢上画出 零件真实的轮廓和孔口的真实形状及于之连接构件的位置线、加工线等， 并标出加工符号，这一工作过程称为号料。
2.4.1 号料的一般技术要求
①熟悉施工图样和产品制造工艺，合理安排各零件号料的先后次序， 零件在材料上的排布位置，应符合制造工艺的要求；
①号料样板。供号料或号料同时号孔的样板。
②成型样板。主要用于检验成型加工的零件的形状、角度、曲 率半径及尺寸的样板。
③定位样板。用于确定构件之间相对位置（如装配线、角度、 斜度）和各种孔口的位置和形状。
④样杆。主要用于定位或简单零件的号料。 2.3.2.2 样板、样杆的材料
制作样板的材料一般采用0.5-2mm的薄钢板，对精度要求不高 的可以用黄板纸和油毡纸制作。 2.3.2.3 样板、样杆的制作
气割的实质是被切割材料在纯氧中燃烧的过程。 金属材料能否进行切割的条件：
①金属在氧气中燃点应低于熔点，这是气割正常进行的最基本点； ②当金属在氧气中剧烈地燃烧时，其生成的金属氧化物熔点比金 属本身的熔点低； ③金属在氧气中燃烧所产生的热量应大于金属本身所传到出去的 热量，这样才可保持切割口处的温度。 3.2.2 气割工艺参数 气割的工艺参数包括预热火焰能率、切割氧压力、切割速度、割 咀到工件表面的距离以及切割倾角等。 预热火焰能率是影响气割质量的重要工艺参数。气割时，一般选 用中性焰或轻微的氧化焰。同时火焰强度要适中。 切割氧压力取决于割咀类型和咀号，可根据工件厚度选择氧气压 力。 可以根据“风线”的情况来判定切割氧压力是否合适。 切割速度与工件厚度、割咀形式有关，一般随工件厚度增大而减 慢。 割咀到工件表面的距离也是根据工件的厚度以及预热火焰的长度 来确定。一般预热火焰焰心应离工件表面2～4mm.
当内弯90°角钢框时，如下图：
二．型钢圆弧切口内弯号料与计算 如图： 切口宽 L =0.01745(b-t/2)α 当α=90°时, 切口宽L=1/2(b-t/2)π
角钢圆弧内弯任意角度的零件料长 如右图
计算公式如下： L=A+B+0.01745(b-t/2)α
2.4 号料
利用样板、样杆、号料图及放样得出的数据，在板料或型钢上画出 零件真实的轮廓和孔口的真实形状及于之连接构件的位置线、加工线等， 并标出加工符号，这一工作过程称为号料。
2.4.1 号料的一般技术要求
①熟悉施工图样和产品制造工艺，合理安排各零件号料的先后次序， 零件在材料上的排布位置，应符合制造工艺的要求；
①号料样板。供号料或号料同时号孔的样板。
②成型样板。主要用于检验成型加工的零件的形状、角度、曲 率半径及尺寸的样板。
③定位样板。用于确定构件之间相对位置（如装配线、角度、 斜度）和各种孔口的位置和形状。
④样杆。主要用于定位或简单零件的号料。 2.3.2.2 样板、样杆的材料
制作样板的材料一般采用0.5-2mm的薄钢板，对精度要求不高 的可以用黄板纸和油毡纸制作。 2.3.2.3 样板、样杆的制作
气割的实质是被切割材料在纯氧中燃烧的过程。 金属材料能否进行切割的条件：
①金属在氧气中燃点应低于熔点，这是气割正常进行的最基本点； ②当金属在氧气中剧烈地燃烧时，其生成的金属氧化物熔点比金 属本身的熔点低； ③金属在氧气中燃烧所产生的热量应大于金属本身所传到出去的 热量，这样才可保持切割口处的温度。 3.2.2 气割工艺参数 气割的工艺参数包括预热火焰能率、切割氧压力、切割速度、割 咀到工件表面的距离以及切割倾角等。 预热火焰能率是影响气割质量的重要工艺参数。气割时，一般选 用中性焰或轻微的氧化焰。同时火焰强度要适中。 切割氧压力取决于割咀类型和咀号，可根据工件厚度选择氧气压 力。 可以根据“风线”的情况来判定切割氧压力是否合适。 切割速度与工件厚度、割咀形式有关，一般随工件厚度增大而减 慢。 割咀到工件表面的距离也是根据工件的厚度以及预热火焰的长度 来确定。一般预热火焰焰心应离工件表面2～4mm.
金属材料及热处理基础知识
VS
金属材料可以根据其晶体结构、相组 成、显微组织等特征进行分类。例如 ，根据晶体结构，金属材料可分为面 心立方晶格、体心立方晶格和密排六 方晶格等。根据相组成，金属材料可 分为单相合金和多相合金。根据显微 组织，金属材料可分为奥氏体、铁素 体、马氏体等。
金属材料的性质与用途
金属材料的性质包括物理性质、化学性质和机械性能等。物理性质包括密度、熔点、导热性、导电性 和磁性等。化学性质包括耐腐蚀性、抗氧化性和抗疲劳性等。机械性能包括强度、硬度、韧性、塑性 和耐磨性等。
金属材料及热处理基础知识
2023-11-08
contents
目录
• 金属材料概述 • 金属材料的结构与性能 • 金属材料热处理原理及工艺 • 常用金属材料及其热处理 • 金属材料及热处理的应用与发展 • 金属材料及热处理案例分析
01
金属材料概述
金属材料的定义与分类
金属材料是指具有金属特性的材料， 通常包括纯金属和合金。纯金属是由 同种元素组成的金属材料，如铁、铜 、铝等。合金是由两种或两种以上的 金属元素组成的金属材料，如不锈钢 、钛合金等。
热处理缺陷及防止措施
热处理过程中可能出现多种缺陷，如裂 纹、变形、氧化、脱碳等。
裂纹是热处理过程中最常见的缺陷之一 ，它主要是由于加热或冷却速度过快、和冷却速度、选
择合适的加热温度等。
变形是热处理过程中常见的缺陷之一， 它主要是由于加热或冷却过程中产生的 应力引起的。防止变形的措施包括采用 多阶段加热或冷却、合理安排工件的放
性能。
退火
将金属材料加热到适当温度后缓慢 冷却，以消除内应力、提高韧性等 。
正火
将金属材料加热到适当温度后保温 一定时间，然后空冷，使金属材料 内部结构更均匀、硬度更高。
金属材料培训PPT课件
3.机械制造基础的基本内容
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。
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。
常用金属材料焊接的基础知识培训
夹渣
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。
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。
金属材料知识培训.
几种常见的力学性能
强度：指材料抵抗塑性变形和断裂的能力，对于结构材料来说，它是最重 要的力学性能。 塑性：表示材料断裂前发生的永久变形（塑性变形）的能力。 塑性指标：延伸率 和断面收缩率 韧性：反映材料抵抗裂纹扩展能力的大小，是单位体积材料在断裂前所吸 收的能量，也就是外力使材料断裂所做的功。 硬度：指材料抵抗外物压入能力，硬度测量简单快速，不破坏零件。硬度 与强度之间有一定关系，可用硬度来估计强度。
一、概述
1、热处理的定义 温 度 保温
临界温度
热 加
冷 却
时间
一、概述
2、热处理的主要目的：获得所需的使用性能 3、热处理的应用范围：整个制造业 4、热处理的分类：
普 通 热处理 热处理 表 面 热处理 化 学 热处理 渗碳、渗氮 碳氮共渗 退火、正火 淬火、回火 表面淬火 火焰加热淬火
感应加热淬火
三、钢在冷却时的组织转变
2、过冷奥氏体的等温冷却转变 (2)转变产物的组织与性能 珠光体形貌
光镜下形貌
电镜下形貌
三、钢在冷却时的组织转变
2、过冷奥氏体的等温冷却转变 (2)转变产物的组织与性能 索氏体形貌
光镜形貌
电镜形貌
三、钢在冷却时的组织转变
2、过冷奥氏体的等温冷却转变 (2)转变产物的组织与性能------屈氏体形貌
2. 弹性极限e和屈服强度s ： • 弹性极限是表征开始塑性变形的抗力。 • 严格说：是表征微量塑性变形的抗力。 • 测出的弹性极限受测量精度影响，为便 于比较，规定残余伸长应力。 • 规定以残余伸长为0.01%的应力作为规 定残余伸长应力，记作0.01 • 除退火或热轧的低碳钢和中碳钢等少数 合金有屈服现象外，大多数金属合金都 没有屈服点。 • 规定产生0.2%残余伸长的应力作为屈服 强度，以0.2表示。
金属材料的基础知识
抗拉强度: 在拉断前试样所能承受的最大应力 为该试样的抗拉强度，用符号σb 表示，计算公式为。
σb=
Fb So
二、 塑性
➢概念
塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久性变形而不断裂的能 力。
➢ 衡量指标
伸长率：试样被拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比 称为伸长率，用符号δ表示。计算公式为：
δ= l1 l0 ×100% l0
δ ψ
性能指标
名称
抗拉强度 屈服点 规定残余伸长应力
伸长率 断面收缩率
硬度 冲击韧性
HBS(HBW) HRC HRB HRA 标尺洛氏硬度值 A标尺洛氏硬度值 维氏硬度值
冲击韧度
疲劳强度 σ-1
疲劳极限
单位 MPa MPa MPa
J/cm2 MPa
含义
试样拉断前所能承受的最大应力 拉伸过程中，力不增加（保持恒定）试 样仍能继续伸长时的应力 规定残余伸长率达0.2%时的应力
部永久性积累损伤经一定循环次数后产生裂纹或突发完全断 裂的过程称为金属疲劳。
五、疲劳强度
➢疲劳破坏可分为微观裂纹、宏 观裂纹和瞬时断裂三 个过程。
五、疲劳强度
➢疲劳曲线 ：疲劳曲线是指交变应力σ与循 环次数N的关系曲线，如下图所示。
常用金属材料的力学性能指标及其含义
力学性能
符号
强度 塑性
σb σs σ0.2
0.1
e 0.2
一、强度—拉伸曲线
1.弹性变形阶段 2.屈服阶段 3.强化阶段 4.缩颈阶段
低碳钢的应力-应变曲线
一、强度—衡量指标
屈服点： 用符号σs表示，计算公式为
σs=
Fs So
式中：Fb——试样断裂前所承受的最大拉力， 单位为N；
第二章-金属材料的基础知识
• 这两种类型，可分为置换固溶体和间隙固 溶体；化合物可分为金属化合物和非金属 化合物，金属化合物又包括：正常价化合 物、电子化合物、间隙相和间隙化合物和 超结构（有序固溶体）等。
二、合金的相结构
• 1.固溶体 • 是指合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀
的、且晶格类型与组元之一相同的固相；而其他 组元的晶格结构将消失。保留晶格结构的组元称 为溶剂；晶格结构消失的组元称为溶质。 • 固溶体的晶格与溶剂的晶格相同，而溶质以原子 状态分布在溶剂的晶格中。按照溶质原子在溶剂 中分布情况的不同，固溶体可分为以下两种类型：
• 由于实际金属的各个晶粒的取向不同，其各向异 性显示不出来，因此实际金属是各向同性的。但 当个晶粒取向一致时，则又显各向异性。
晶体缺陷
实际金属晶体结构中存在着缺陷，缺陷的 存在破坏了晶体的完整性，对晶体的性能 影响非常大。根据其几何特征主要分为：
1.点缺陷
点缺陷是指在三维尺度上都很小，尺寸范 围不超过几个原子直径的缺陷。
• 位错能够在金属的结晶、相变和塑性变形等过 程中形成。晶体中的位错密度对金属的性能、塑 性变形及其组织转变等都有着极其重要的影响。
• 位错的密度是指单位体积中位错线的总长度，
• 金属强度与位错密度的关系如图
• 在充分退火金属晶体中，位错密度一般为105～ 108/cm2。 而经过剧烈冷变形的金属, 位错密度 可增至1010～1012/cm2。图2-12所示为金属的强 度与位错的关系曲线。由图可见，位错是影响金 属力学性能最重要的晶体缺陷，由于金属晶体中 位错的存在，使金属的强度降低了2-3个数量级。
3.面缺陷
• 面缺陷是指二维尺度很大而三维尺度很小 的缺陷。
• 金属晶体中的面缺陷主要有晶界和亚晶界
二、合金的相结构
• 1.固溶体 • 是指合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀
的、且晶格类型与组元之一相同的固相；而其他 组元的晶格结构将消失。保留晶格结构的组元称 为溶剂；晶格结构消失的组元称为溶质。 • 固溶体的晶格与溶剂的晶格相同，而溶质以原子 状态分布在溶剂的晶格中。按照溶质原子在溶剂 中分布情况的不同，固溶体可分为以下两种类型：
• 由于实际金属的各个晶粒的取向不同，其各向异 性显示不出来，因此实际金属是各向同性的。但 当个晶粒取向一致时，则又显各向异性。
晶体缺陷
实际金属晶体结构中存在着缺陷，缺陷的 存在破坏了晶体的完整性，对晶体的性能 影响非常大。根据其几何特征主要分为：
1.点缺陷
点缺陷是指在三维尺度上都很小，尺寸范 围不超过几个原子直径的缺陷。
• 位错能够在金属的结晶、相变和塑性变形等过 程中形成。晶体中的位错密度对金属的性能、塑 性变形及其组织转变等都有着极其重要的影响。
• 位错的密度是指单位体积中位错线的总长度，
• 金属强度与位错密度的关系如图
• 在充分退火金属晶体中，位错密度一般为105～ 108/cm2。 而经过剧烈冷变形的金属, 位错密度 可增至1010～1012/cm2。图2-12所示为金属的强 度与位错的关系曲线。由图可见，位错是影响金 属力学性能最重要的晶体缺陷，由于金属晶体中 位错的存在，使金属的强度降低了2-3个数量级。
3.面缺陷
• 面缺陷是指二维尺度很大而三维尺度很小 的缺陷。
• 金属晶体中的面缺陷主要有晶界和亚晶界