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1、第一章第一章 机械工程材料及热处理机械工程材料及热处理本章要点本章要点常用金属材料的性能、牌号及应用常用金属材料的性能、牌号及应用常用非金属材料常用非金属材料钢的热处理原理、方法及应用钢的热处理原理、方法及应用1 1第一节第一节 金属材料的性能金属材料的性能引言：引言：1.1.金属材料的性能金属材料的性能使用性能使用性能：指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、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（耐酸、碱性，抗氧化性等）。物理性能（）和化学性能（耐酸、碱性，抗氧化性等）。工艺性能：工艺性能：指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加指在制造机
2、械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能工和热处理的性能2.力学性能力学性能(又称机械性能又称机械性能) 包括包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和热处理工艺性能切削加工性能和热处理工艺性能等。等。指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、弹性、强度、弹性、塑性、硬度、冲击韧度塑性、硬度、冲击韧度和和疲劳强度疲劳强度等。等。2 2一 强度与塑性、材料的拉伸曲线、材料的拉伸曲线（1 1）、）、oeoe段：直线、段：直线、弹性变性弹性变性（2 2）、）、eses段：曲线、段：曲线、弹
3、性变形弹性变形+ +塑性塑性变形变形（5 5）、）、b b点：出现点：出现缩颈现象缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。（3 3）、）、s ss s段：水平线（略有波动）段：水平线（略有波动）明显的塑性变形明显的塑性变形屈服现象屈服现象，作用的力基，作用的力基本不变，试样连续伸长。本不变，试样连续伸长。（4 4）、）、sbsb曲线：曲线：弹性变形弹性变形+ +均匀塑均匀塑性变形性变形S S材料拉伸实验材料拉伸实验3 3圆圆形拉伸形拉伸试样试样拉伸实验拉伸实验4 4强度指材料抵抗
4、塑性变形和断裂的能力强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。、强度的指标、强度的指标（2 2）、抗拉强度）、抗拉强度指试样拉断前所承受的最大拉应力。指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。（1 1）、屈服点）、屈服点b = F Fb b/S/S0 0 当材料的内应力当材料的内应力b b时，材料将产生断裂。时，材料将产生断裂。b b常用作脆性材料的选材和设计的依据。常用作脆性材料的选材和设计的依据。 符号：符号： s 材料产生屈服现象时的最小应力材料产生屈服现象时的最小应力s s = = F Fs s/S/S0 0 Fs
5、：试样屈服时所承受的拉伸力（试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（mm）1-1 1-1 强度与塑性强度与塑性5 5、塑性指标、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。指标是断后伸长率和断面收缩率。（1 1）、断后伸长率）、断后伸长率（2 2）、断面收缩率）、断面收缩率指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的
6、最大缩减量与原始横截面积的百分比。=(L=(L1 1-L)/L x 100%-L)/L x 100%L:L:标距（本实验标距（本实验L=100L=100）L1:L1:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。=(A0-A1)/A0 x 100%=(A0-A1)/A0 x 100%A0:A0:试件原横截面积。试件原横截面积。A1:A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。1-1 1-1 强度与塑性强度与塑性6 6二硬度引言：引言：1 1、定义：、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。
7、指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。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。有关。2 2、硬度的测试方法、硬度的测试方法 （1 1）布氏硬度）布氏硬度 HBS HBS或或HBWHBW （2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 HR HR （3 3）维氏硬度）维氏硬度 HV HV一般来说，硬度越高，耐磨性越好，强度也较高一般来说，硬度越高，耐磨性越好，强度也较高7 7（1 1）、布氏硬度试验）、布氏硬度试验（布氏硬度计） 原理原理: :用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力
8、压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面材料表面压痕直径压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。、布氏硬度、布氏硬度、布氏硬度、布氏硬度布氏硬度计布氏硬度计布氏硬度试验原理图布氏硬度试验原理图 8 8（2 2）、布氏硬度值）、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。压力表示。如：120HBS500HBW（3 3）、优缺点）、优缺点. .测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）测量值较准确，重复性好，可测组织不
9、均匀材料（铸铁）. .可测的硬度值不高可测的硬度值不高. .不测试成品与薄件不测试成品与薄件 . .测量费时，效率低测量费时，效率低 (4) (4)、测量范围、测量范围用于测量用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等. .9 9(1)(1)、洛氏硬度试验、洛氏硬度试验（洛氏硬度计） 原理原理: : 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。种压痕硬
10、度试验。2 2、洛氏硬度、洛氏硬度、洛氏硬度、洛氏硬度洛氏硬度测量原理图洛氏硬度测量原理图 洛氏硬度计洛氏硬度计 1010(2)(2)、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。出。如：如：50HRC50HRC 一般淬火钢件一般淬火钢件(3)(3)、优缺点、优缺点 HRB HRB 软钢、退火钢、铜合金软钢、退火钢、铜合金试验简单、方便、迅速试验简单、方便、迅速 HRA HRA 硬质合金、表面淬火钢硬质合金、表面淬火钢压痕小，可测成品，薄件压痕小，可测成品，薄件 数据不够准确，应测三点取平均值数据不够准确，应测三点取平均值 不
11、应测组织不均匀材料，如铸铁。不应测组织不均匀材料，如铸铁。(4)(4)、测量范围、测量范围用于测量用于测量淬火钢、硬质合金淬火钢、硬质合金等材料等材料. .1111(1)(1)、维氏硬度试验、维氏硬度试验 原理原理: :用用夹角为夹角为136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度）压入试样表面，测出压痕对角线长度d d，进而算出压，进而算出压痕表面积，最后求出压痕表面积上的平均压力。痕表面积，最后求出压痕表面积上的平均压力。(2)(2)、维氏硬度值、维氏硬度值
12、用压痕表面积上的平均压力表示。用压痕表面积上的平均压力表示。如：如：640HV640HV。 (4)(4)、测量范围、测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。3 3、维氏硬度、维氏硬度、维氏硬度、维氏硬度(3)(3)、优缺点、优缺点 测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬） 可测成品与可测成品与薄件薄件 试样表面要求高，费工。试样表面要求高，费工。1212一、钢铁材料的生产过程一、钢铁材料的生产过程铁矿石铁矿石 生铁生铁 钢锭钢锭 型材型材 铸铁铸铁轧制、挤压、拉轧制、挤压、拉拔、锻造等压力拔、锻造等压
13、力加工方法加工方法1、生铁的冶炼、生铁的冶炼原料：铁矿石原料：铁矿石燃料：焦炭燃料：焦炭熔剂：石灰石熔剂：石灰石设备：高炉设备：高炉2、钢的冶炼、钢的冶炼原料：生铁、废钢原料：生铁、废钢燃料：焦炭燃料：焦炭熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂设备：电弧炉设备：电弧炉（钢板、型（钢板、型钢、钢管）钢、钢管）第二节钢第二节钢1313电弧炉1414 二钢的分类与编号二钢的分类与编号钢钢碳素钢碳素钢低合金钢（低合金钢（10%）（1）按含碳量分）按含碳量分低碳钢低碳钢 0.0218 % C 0.25%中碳钢中碳钢 0.25 % C 0.6%高碳钢高碳钢 0.6% C2.11%（2）按
14、质量和用途分）按质量和用途分碳素结构钢碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢碳素工具钢易切削结构钢易切削结构钢铸钢铸钢、钢的分类、钢的分类1515、钢的牌号及其应用、钢的牌号及其应用（1）、碳素结构钢：）、碳素结构钢：牌号牌号：Q+屈服点数值质量等级符号脱氧方法符号屈服点数值质量等级符号脱氧方法符号 例如：例如： Q195， Q 275等。等。用途用途：薄板，铁丝，钉，小轴，螺栓等。：薄板，铁丝，钉，小轴，螺栓等。（2）、优质碳素结构钢：）、优质碳素结构钢：牌号牌号：用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的：用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的万倍。万倍。 例如：例如： 08
15、F，20，45，60等。等。用途用途：用作各种较重要的机器零件：用作各种较重要的机器零件 如：齿轮、主轴等。如：齿轮、主轴等。1616（3 3）、碳素工具钢）、碳素工具钢 牌号牌号：用：用“T”“T”加数字表示，该数字表示钢中平均含加数字表示，该数字表示钢中平均含 碳量的千倍。碳量的千倍。 如：如： T8 T8， T9 T9等。等。 T8T8：表示碳的平均含碳量为：表示碳的平均含碳量为0.8%0.8%的碳素工具钢的碳素工具钢。 用途用途：用来制作各种刀具、量具和模具。：用来制作各种刀具、量具和模具。（4 4）、易切削用钢：主要用在自动机床上加工大批量的零件，）、易切削用钢：主要用在自动机床上加
16、工大批量的零件，如螺钉，螺母等。其如螺钉，螺母等。其牌号牌号如：如：Y20,Y20,表示易切削结构钢，其表示易切削结构钢，其平均含碳量为平均含碳量为0.2%0.2%。 （5 5）、铸钢：用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁，）、铸钢：用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁，同时具有良好的塑性和韧性，适于制造形状复杂、强度和同时具有良好的塑性和韧性，适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件，如火车轮、大齿轮等。其韧性要求高的零件，如火车轮、大齿轮等。其牌号牌号如：如：ZG230-450ZG230-450。 牌号意义：牌号意义：ZGZG屈服点抗拉强度屈服点抗拉强度1717三杂质对钢性能的影响三杂质对钢性能的影响（1）、硅和锰的影响：）、硅和锰的影响： 有益元素有益元素。不但可以溶于。不但可以溶于F中，产生强化作用，使钢的中，产生强化作用，使钢的强度和硬度提高；而且强度和硬度提高；而且Mn能消除硫对钢的危害。能消除硫对钢的危害。（2）、磷的影响：）、磷的影响： 有害元素有害元素，使钢产生冷脆性。，使钢产生冷脆性。（3）、硫的影响：）、硫的影响： 有害元素有害元素，使钢产生热脆性。，使钢产生
