常用金属材料及热处理

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1、 常用材料及热处理主讲:潘晓辉 2012年12月前言 Introduction工程材料是构成机械的物质基础。机械的性能取决于其使用的材料.用于机械制造的材料有上千种,我们在选择材料时,既能保证使用性能、便于加工，又要有经济性，那就必须了解这些材料，认识这些材料。 工程材料分类金属非金属复合材料碳钢合金钢钢有色金属塑料橡胶陶瓷聚合物聚合物基复合材料金属基复合材料黑色金属重金属轻金属贵金属铸铁 金属材料的金属材料的性能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

2、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。工艺性能：工艺性能：指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。 1. 铸造性能：铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括流动性能、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. 2. 焊接性能：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：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

3、一般用弯曲角度（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。 工艺性能工艺性能4. 冲压性能冲压性能：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. 锻造性能锻造性能：金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。 化学性能化学性能化学性能化学性能：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. 抗氧化性抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力。 腐蚀的概念 金属表面受到外部介质作用而逐渐破坏的现象称为腐蚀或者锈

4、蚀。腐蚀通常分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。 金属在电解质溶液中的腐蚀，称为电化学腐蚀；金属在非电解质中的腐蚀，称为化学腐蚀。 大部分金属的腐蚀是电化学腐蚀。电化学腐蚀示意图 电化学腐蚀实际上是电池作用。-Fe+CuH2SO4e铁和铜在电解质H2SO4溶液中形成了一个电池，由于铁的电极电位低，为阳极，铜的电极电位高，为阴极，所以铁被溶解，而在阴极上就放出氢气。化学腐蚀 化学腐蚀就是金属与介质直接发生化学反应。 在干燥环境下钢铁表面的红色锈蚀就是属于化学腐蚀： 4Fe+3O2=2 Fe2 O3当氧气含量不足时，反应物为FeO(黑色）钢铁氧化发黑的成分是Fe3 O4 机械性能机械性能是指金属材料

5、在外力作用下所表现出来的特性。 1. 抗拉强度抗拉强度：也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿/平方毫米（ N/mm2 ）表示。 2. 屈服强度屈服强度 ：指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L时应力值，单位用牛顿/平方毫米 （N/mm2 ）表示。 机械性能机械性能（力学性能力学性能）3. 延伸率延伸率（）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。4. 断面收缩率断面收缩率（）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。硬度硬度硬度：指材料抵抗其它更硬物压入其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（HBS、

6、HBW）和洛氏硬度（HRA、HKB、HRC)和维氏硬度（HV)布氏硬度 原理：用一定直径的钢球以相应的试验力压入试样的表面，保持规定的时间后卸除试验力，在试样的表面留下球形痕迹，测量压痕直径的大小求得硬度值 布氏硬度又两种：HBS和HBW,区别时钢球布同，HBS用的时淬火钢球，HBW是硬质合金球，HBS现在基本都不用，现在用的是HBW. 布氏硬度计的优点：准确 布氏硬度计的缺点：损伤大，不易测薄的工件洛氏硬度 原理：以顶角为120的金刚石圆锥体或者直径时1.588mm的淬火钢球做压头，以规定的试验力压入试样的表面，根据压痕深度，确定硬度值。 洛氏硬度有9种：HRA,HRB,HRC,HRD,HR

7、E,HRF,HRG,HRH,HRK 洛氏硬度计的优点：简单迅速，效率高，直接读数 洛氏硬度计的缺点：不够准确维氏硬度 原理：原理与布氏相似，区别是采用锥面夹角为136的金刚石正四棱锥体，测量压痕两对角线长度。 优点：准确度高，压痕更小，是以微米单位来计 缺点：效率低冲击韧性冲击韧性冲击韧性（Ak）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/平方厘米 （J/cm2）。韧性转变温度：冲击吸收功氏随着温度的降低而降低的，有些材料在低于某一温度时，冲击值显著下降，这一温度称为韧性转变温度 普通碳素钢的韧性转变温度大约是在-20，这就是某些车辆、桥梁、管道等在东北等寒冷地区易发生脆断的原因。 铁碳合金相图铁碳

8、合金相图 。 铁碳合金相图：表示在平衡状态下铁碳合金的化学成分、相、组织与温度的关系图。利用它可以研究钢和铸铁的内部组织及其变化规律，从而为更好的利用它们，并为制定热处理、压力加工等工艺规程打下基础。在工程中一般研究的铁碳合金状态图实际上都是铁与渗碳体两组元构成的状态图。 铁碳合金的相图及组织转变铁碳合金的相图及组织转变 工业纯铁工业纯铁碳钢碳钢白口铸铁白口铸铁亚亚共析钢共析钢共析钢共析钢过过共析钢共析钢亚亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铁过共晶白口铁 工业纯铁 含碳量小于0.0218%的铁碳合金， 钢 含碳量在0.0218%2.11%的铁碳合金， 共析钢 含碳量等

9、于0.77%， 亚共析钢 含碳量小于0.77%， 过共析钢 含碳量位于0.77%2.11%， 白口铸铁 含碳量在2.11%6.69%的铁碳合金 共晶白口铸铁 含碳量等于4.3% ， 亚共晶白口铸铁 含碳量位于2.11%4.3% 过共晶白口铸铁 含碳量位于4.3%6.69% 1.铁素体铁素体（F F） 碳溶于碳溶于 中的固溶体，它保持体心立方晶格结构。其显中的固溶体，它保持体心立方晶格结构。其显微组织微组织如图如图1-151-15，溶解度溶解度（0.008%0.008% 0.02%0.02%），），故性质接近纯故性质接近纯铁，强度、硬度低，塑性、韧性好。铁，强度、硬度低，塑性、韧性好。 Fe2.

10、奥氏体奥氏体（A A） 碳溶于碳溶于 中的固溶体，保持面心立方晶格结构。其显中的固溶体，保持面心立方晶格结构。其显微组织微组织如图如图1-16，溶解度，溶解度（0.77%0.77% 2.11%2.11%），），其强度和硬其强度和硬度略高于铁素体，塑性、韧性较好，奥氏体氏没有磁性的。度略高于铁素体，塑性、韧性较好，奥氏体氏没有磁性的。 Fe3.渗碳体渗碳体（FeFe3 3C C） 铁和碳组成的金属化合物，复杂斜方晶体结构。含碳量为铁和碳组成的金属化合物，复杂斜方晶体结构。含碳量为6.69%，其硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性极大，在，其硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性极大，在一定条件下分解为

11、铁和石墨。一定条件下分解为铁和石墨。 图图1-15铁素体的显微组织铁素体的显微组织图图1-16奥氏体的显微组织奥氏体的显微组织4.珠光体珠光体P 珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物。其显微组织珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物。其显微组织如如图图1-17，珠光体强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体珠光体强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间。和铁素体之间。 5.莱氏体莱氏体Ld 莱氏体在莱氏体在727以上，由奥氏体与渗碳体以上，由奥氏体与渗碳体组成的机械混合物，称为高温莱氏体组成的机械混合物，称为高温莱氏体Ld；在；在727以下，该组织转变为由珠光体与渗碳以下，该组织转变为由珠光体与