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1、-绪论 一、现代社会生产的三大支柱是：材料、能源和信息。而材料的品种、数量和质量是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志之一 二、目前世界上的材料品种有40余万种，并以每年5%的速率递增。 一、汽车材料：I.金属材料，包括黑色金属钢和铁，有色金属材料铝、铜、铅等及其合金；II.非金属材料，分为有机分子材料塑料、橡胶，无机非金属材料玻璃、瓷等以及新型的复合材料。III.汽车运行材料，汽车运行过程中所消耗的燃料、润滑油，工作液和轮胎等。第一章 金属材料力学性能指标教学目标1. 了解金属材料力学性能指标的概念2. 了解金属材料的拉伸试验、强度试验及冲击试验重点和难点金属材料的强度、塑性、硬度、冲击
2、韧性及疲劳的根本概念金属材料的性能一般分为两大类，见下表使用性能金属在使用过程中表想出来的特性力学性能强度、塑性、硬度、冲击韧性、抗疲劳性等物理性能密度、导电性、导热性、热膨胀性、磁性、熔点等化学性能抗氧化性、抗腐蚀性等其他性能耐磨性、吸振性等工艺性能金属在使用过程中表现出来的特性铸造、压力加工、焊接、切削加工、热处理性能等加工制造过程中，表想出来的是否容易被加工成形及加工的特性等1.1 强度与塑性强度-在外力作用下，金属材料抵抗永久变形和断裂的能力塑性-在外力作用下,金属材料产生永久变形而不断裂的能力1.1.1载荷载荷；金属材料在使用过程中所受的外力称为载荷载荷的类型见下表载荷的分类根据外力
3、作用的类型可分为拉伸载荷抗拉强度拉钩、绳、螺栓压缩载荷抗压强度活塞、连杆弯曲载荷抗弯强度曲轴、摇臂剪切载荷抗剪强度销、轴扭荷扭转扭转曲轴等旋转零件根据作用力的方向、时间可分为静载荷缓慢增加后保持大小和方向不变的载荷冲击载荷不仅和作用力有关，而且作用时的速度有关交变载荷力的大小、方向随时间作周期性变化1.1.2 拉伸试验与拉伸图详见课本1.1.3强度强度的大小用应力表示，金属材料在受到外力作用时必然在材料部产生与外力相等的抵抗力，即力。单位截面上的力称为应力。用符号表示，单位：Pa=通过拉伸试验得到的指标有；弹性极限、屈服强度、抗拉强度。1.1.4 塑性塑性：指材料受力时在断裂前产生永久变形的能
4、力。通过拉伸试验得到的指标有指标：伸长率和断面收缩率1.1.4.1伸长率=100L0-试样原始标距长度，。L1-试样拉断后的标距长度，100指L0=100mm的延伸率1.1.4.2断面收缩率=100S0-试样原始横截面积S1-试样拉断后的横截面积，伸长率、断面收缩率与塑性的关系：、值越大，塑性越好。1.2硬度硬度：指材料外表抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。常用硬度试验法；布氏硬度HB、洛氏硬度HRC、维氏硬度HV1.2.1 布氏硬度HB主要用于测定铸铁、有色金属、及其合金，低合金构造钢以及非金属材料。1.2.2洛氏硬度HRC主要用于测定铜、铝等有色金属及其合金、硬质合金、外表淬火、滲碳件以
5、及退火、正火和淬火。1.2.3维氏硬度HV主要用于测定金属镀层、薄片金属以及化学热处理后的硬度。硬度与耐磨性的关系：硬度越大，耐磨性也越好。1.3冲击韧性冲击韧性：材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。指标：冲击韧度k=Ak/S1.4金属疲劳的概念1.4.1交变应力：许多零件，在工作过程中往往受到大小或大小及方向随时间呈周期性变化的应力作用，此应力称为交变应力。1.4.2金属的疲劳：金属材料在交变应力的长期作用下，虽然应力远小于材料的抗拉强度，甚至低于屈服点，也会发生突然断裂，这种现象叫金属疲劳。总结：强度与塑性、硬度、冲击韧性及金属疲劳概念作业：1、*材料的截面积为500mm2,工作时受到拉伸
6、载荷为12000N，求该材料的抗拉强度。 2、硬度常用试验方法有哪些？它与耐磨性有和联系。 3、强度与塑性、硬度、冲击韧性及金属疲劳是金属的什么性能？ 第二章 黑色金属教学目标1. 了解铁碳合金根底知识，以及碳对铁碳合金性能的影响2. 了解金属和合金的部构造及导致金属性能不同的根本原因重点与难点1. 碳对铁碳合金组织和性能的影响2. 钢的热处理2.1 铁碳合金的部构造2.1.1 金属和合金的部构造主要指的是：晶体构造和显微组织金属和合金的部构造主要指的是：晶体构造和显微组织2.1.1.1金属和合金的晶体构造一切金属在固态下都是晶体。晶体是指其原子具有规则排列的物体。晶体中原子离子或分子在空间的
7、排列方式称为晶体构造金属晶格的根本类型：晶格是指描述晶体排列规律的空间格架。从晶格中取出一个最能代表原子排列特征的最根本的几何单元称为晶胞。1面心立方晶格：属于这类金属：-铁、铜、镍、金、银、铝2体心立方晶格：属于这类金属有：铁、铬、钼、钒、钨等3密排六方晶格：属于这类金属的：镁、钛、锌、铍等注意：晶格是指描述晶体排列规律的空间格架，从晶格中取出最能代表原子排列特征的最根本的几何单元，成为晶胞4） 、实际金属的晶体构造：实际金属都是多晶体。在显微镜下观察都是有小晶体组成的，这些小晶体为晶粒。2.1.2铁碳合金的组元与根本相：1.铁碳合金的组元：铁的熔点为1538。C同素异构转变：金属在固态下随
8、温度的变化由一种晶格转变为另一种晶格的现象1)Fe组元纯铁 -Fe -1394-Fe-912- a -Fe (同素异构转变)强度低、硬度低、韧性、塑性好2)在固态下，碳在铁碳合金中可以3种形式存在：自由态石墨、碳溶解于铁的晶格中形成固态碳、碳与铁作用形成化合物。2.铁碳合金的根本相：1)相 铁素体F ：C固溶到 -Fe中相强度低、硬度低、塑性好、韧性好室温：C%=0.0008%, 727 C%=0.0218%2)相 奥氏体A：C固溶到-Fe中相 强度低、硬度低，塑性、韧性比铁素体F高3)渗碳体Fe3C： 铁和碳形成的具有稳定成分的化合物，渗碳体硬度高、塑性韧性极差4)珠光体P ： 由铁素体F和
9、渗碳体Fe3C组成的复相化合物，2.1.3碳合金状态图：相图简介三条水平线和三个重要点液固相线,液相线ACD,固相线AECF溶解度线 ES线 碳在A中的固溶线，1148 ，2.11%727, 0.77%,Fe3CIIPQ线 碳在F中的固溶线，727 ,0.0218%室温 , 0.0008%，Fe3CIIIGS线包晶转变线H：1495 ，C%=0.09-0.53%LB+H-AJ 即 L0.53+ 0.09- A0.17 共晶转变线ECF,1148 度，C%=2.11-6.69%L4.3- A2.11+Fe3C共晶渗碳体Le4.3 高温莱氏体 Le，Ld共析转变线PSK，727，C%=0.0218
10、-6.69%As-FP+Fe3C共析渗碳体A0.77- F0.0218+Fe3CP珠光体珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C和F之间Le- P+Fe3CII+Fe3C共晶-低温莱氏体 Le五个根本区请学生找：ABCD以上-液相区L AHNA-固溶体NJESGN-奥氏体A GPQ以左-铁素体F铁素体DFKL垂线-渗碳体区七个两相区L+；L+A；L+F3C；+A；A+F；A+ F3C；F+ F3C小结：金属晶格的根本类型铁碳合金相图作业：1金属晶格的根本类型有哪些？奥氏体、铁素体、渗碳体特点是什么？2.2 碳对铁碳合金组织和性能的影响根据含碳量不同铁碳合金分为：碳钢含碳量为0.0218-
11、2.11铸铁(含碳量大于2.11)2.2.1 成分对组织的影响:工业纯铁-C0.0218-F+Fe3CIII亚共析钢- C0.0218-0.77-F+P共析钢- C0.77-P过共析钢- C0.77-2.11-P+Fe3CII亚共晶白口铁- C2.11-4.3- P+Fe3CII+Ld共晶白口铁- C4.3- Ld过共晶白口铁- C4.3-6.69- Ld+ Fe3CI2.2.2成分、组织对性能的影响 图见课本看图请同学分析：HB线图 C 硬度高的渗碳体含量增多 硬度低的渗碳体减少b线图C亚共析钢中珠光体强度高增多，铁素体强度低减少。随含碳量的增加合金的强度增加。但当含碳量超过共析成分后，由于
12、强度底，脆性成分大Fe3C析出，合金的强度增加变慢，含碳量超过1时，Fe3C的数量增多，钢的强度增大线图线图C铁素体不断减少渗碳体增加合金的塑性、韧性减少线图随着含碳量的增加，硬度高的渗碳含量增多。硬度低的铁素体含量减少从而使合金的硬度呈直线上升。为使铁碳合金具有适当的塑性和韧性铁碳合金中碳的质量分数，通常在1.3%-1.4%之间。2.3碳钢2.3.1碳钢的分类：1按化学成分分类：低碳钢、中碳钢、高碳钢2按用途分类：构造钢、工具钢、特殊性能钢3按质量分类：普通钢、优质钢、高级优质钢2.3.2碳钢中的杂质元素对性能的影响锰、硅有益； 硫、磷-有害杂质；1.普通碳素构造钢：牌号用Q+屈服强度值+等
13、级+脱氧方法。如：Q235-A.F 即表示屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。2.优质碳素构造钢钢号用平均碳含量的万分数的数字表示。如：08F，20A，45，15Mn。F表沸腾钢 0.20%C，后有A表高级优质钢 表含Mn量高制作各种机器零件，一般进展热处理。08F 塑性好，冷冲压件10，20 冷冲压件，焊接件，渗碳处理。35，45 40，50 齿轮、轴类60，65 弹簧3.碳素工具钢 0.65-1.35C%， 用以制作刃具、量具、模具钢号用平均碳含量的千分数的数字和T一起表示。如：T10A, T9 , T12, 1.0%C，A表示高级优质碳素工具钢 0.9%C 1.2%C, T7，T8，强度，韧性较高，可制作冲头、凿子、榔头T9，T10，T11，强度，韧性适中，可制作钻头、刨刀、丝锥、手锯及冷作模具。T12，T13， 硬度很高，韧性低，可制作锉刀、刮刀、量规。总结含碳量对钢性能的影响掌握钢、铁的分类及碳钢分类及牌号作业：1钢和铸铁铁的划分 2碳钢的分类 3钢中杂质的影响 420钢属( )钢，其含碳量为( )；45钢属( )钢，其含碳量为( )；T8钢属( )钢，其含碳量为( )。2.4合金钢合金钢：钢中除了锰、硅、硫、磷等常存杂质外，有时还专门参加*些
