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1、金属材料知识 新员工入职培训 材料的分类 ng 几个概念 金属：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随 温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具 有规律性排列的固体（即晶体）。 合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性 的物质。 相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。 固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的 晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间 隙固溶体和置换固溶体两种。 固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸 变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 化合
2、物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶 体固态结构。 机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶 体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。 ng 金属材料性能 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。 ng 金属的机械性能 机械性能（力学性能）：机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特 性。 强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。材料单位面积 受载荷称应力。 屈服点（s）：称屈服强度，
3、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/毫米2（N/mm2）表示。 抗拉强度（b）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 /毫米2（N/mm2）表示。 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。 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：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分 布氏硬度（HBS、HBW）和洛氏硬度（HKA、HKB、HRC） 冲击韧性（Ak）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/厘米2（J/cm2）. ng 金属的力
4、学性能 一、 强 度 四、 冲击韧性 三、 硬 度 二、 塑 性 ng （一）强度的概念 （二）强度的测定拉伸实验 （三）强度指标 一、 强 度 ng 指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂 的能力。 1. 定义 2. 应用 强度是机械零件（或工程构件）在设计、加工、使用过 程中的主要性能指标，特别是选材和设计的主要依据。 （一）强度的概念 ng （二）强度的测定拉伸实验 1. 拉伸试样（GB6397-86） 2. 力伸长曲线（以低碳钢试样为例） 3. 脆性材料的拉伸曲线 ng 1. 拉伸试样（GB6397-86） 长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0 ng 2. 力伸长曲线 弹性变
5、形阶段 屈服阶段 颈缩现象 拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。 强化阶段 ng L F 0 3. 脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比） 脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。 ng （三）强度指标 1.屈服点 2.抗拉强度 在拉伸试验过程中，载荷不增加，试样仍能继续伸 长时的应力，用符号s表示。 材料在断裂前所能承受的最大应力，用符号b表 示。 脆性材料的屈服点： 试样卸除载荷后，其标距部分的残余伸长率达到试 样标距长度的0.2%时的应力，用符号0.2表示。 ng Fs A0 s= 1.屈服点 应用：s和0.2常作为零件选材和设计的依据。 脆性材料的屈服点 L F 0 F0.2 0.
6、2%L0 F0.2 A0 0.2= 计算公式 ng b= Fb A0 2.抗拉强度 应用：脆性材料制作机械 零件和工程构件时的选材和设 计的依据。 计算公式 ng （二）衡量指标 二、 塑 性 金属材料断裂前发生永久变形的能力。 断面收缩率： 伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。 试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与 原始横截面积的百分比。 （一） 定义 ng 伸长率（ ） l1-l0 l0 100%= l1试样拉断后的标距,mm; l0试样的原始标距,mm。 ng 断面收缩率（ ） S0-S1 S0 =100% S0试样原始横截面积,mm2； S1颈缩处的横截面积,mm2 。
7、 ng （一）布氏硬度 （二）洛氏硬度 三、 硬 度 1. 原理 2. 应用 3. 优缺点 1. 原理 2. 应用 3. 优缺点 ng 1. 原理 布氏硬度= F A凹 = 2F DD-（D-d ） （一）布氏硬度 ng 测量比较软的材料。 测量范围 HBS450、 HBW650的金属材料。 3. 优缺点 2. 应用 压痕大，测量准确， 但不能测量成品件。 ng 1. 原理 （二）洛氏硬度 加初载荷加主载荷卸除主载荷读硬度值 ng 2. 应用范围 20671500N 120金刚 石圆锥体 HRC 251001000N 1.588mm 钢球 HRB 7085600N 120金刚 石圆锥体 HRA
8、 常用洛氏硬度标度的试验范围 ng 优点：操作简便、迅速，效率 高，可直接测量成品件 及高硬度 的材料。 3. 优缺点 缺点：压痕小，测量不准确， 需多次测量。 ng 四、冲击韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 （三）冲击试验原 理及方法 （一）定义 （二）冲击试样 ng 计算公式 Ak=GH1 - GH2 =G（H1 - H2） 试验原理：试样被 冲断过程中吸收的能量 即冲击吸收功（Ak ） 等于摆锤冲击试样前后 的势能差。 试验过程如图所示。 冲击韧度（a k）：冲击吸收功除以试样缺口处截面积。 ng 材料的工艺性能 工艺性能：指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。 铸造性
9、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。 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。 顶气段性能：指金属材料能承授予顶锻而不破裂的性能。 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 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。 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。 锻造性能：金属材料
10、在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。 ng 材料的化学性能 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。 耐腐蚀性：指金属材料抵抗各种介质侵蚀 的能力。 抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产 生氧化皮能力。 ng 什么是黑色金属 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。 当铁中含C 在0.03%1.2%范围时则为钢，含 C1.2%2.5%的铁缺乏实用性，一般不进行工业 生产。 ng 钢是用生铁（炼钢生铁）或生铁加一部分
11、废钢炼成的钢中含碳量低于2.11%，并使 其杂质（主要指S、P）含量降低到规定标 准。 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。 ng 钢的分类 钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种： 1.按品质分类 2.按化学成份分类 3.按成形方法分类 4.按用途分类 5.按金相组织分类 6.综合分类 7.按冶炼方法分类 ng 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（P0.045%，S0.055%） (2)优质钢（P、S 均0.035%）
12、(3)高级优质钢（P0.035%，S0.030%） ng 按化学成份分类 (1)碳素钢： a.低碳钢（C0.25%）； b.中碳钢（C0.250.60%）； c.高碳钢（C0.60%）。 (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510%） c.高合金钢（合金元素总含量10%）。 ng 按成形方法分类 (1)锻钢； (2)铸钢； (3)热轧钢； (4)冷拉钢。 ng 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：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢： 包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢
13、；(c)易切结构钢； (d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。 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。 ng 按金相组织分类 (1)正火状态 a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢； d.奥氏体钢。 (2)退火状态： a.亚共析钢（铁素体+珠光体）；b.共析 钢（珠光体）;c.过共析钢（珠光体+渗碳体 ）;d.莱氏体钢（珠光体+
14、渗体）。 ng 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 钢 c.特定用途的普通结构钢 (2)优质钢（包括高级优质钢） 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； 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。 ng 按冶炼方法分类 (1)按炉种分 a.平炉钢：(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。
15、b.转炉钢：(a)酸性转炉钢；(b)碱性转炉钢。或 (a)底吹转炉钢；(b)侧吹转炉钢；(c)顶吹转炉钢 。 c.电炉钢：(a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉 钢；(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉钢。 (2)按脱氧程度和浇注制度分 a.沸腾钢； b.半镇静钢； c.镇静钢； d.特殊镇静钢。 ng 有关钢的热处理的名词： 退火：将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退 火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢 冷却的热处理方法。退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分 均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬 度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。所以退火既为了消除和改善前 道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于 半成品热处理，又称预先热处理。 正火：正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体， 然后在空气中自然冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的网状渗碳体， 对于亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用 正火代替退火工艺是比较经济的。 淬火：淬火是将钢加热到临界温度以上，保温
