金属材料及非金属材料

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1、进货检 验培训材 料-金属材料及非金属材料第一章 金属材料及热处理第一节金属材料的性能一、基本概念1、强度：材料在力的作用下抵抗永久变形和断裂的 能力。2、塑性：金属在外力作用下能稳定地改变自身的形 状和尺寸，而各质点间的联系不被破坏的性能。3、硬度：材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压 痕或划痕的能力。生产中常用压入法测量硬度，其方法是将一定几何形 状的压头，在一定压力作用下，压入材料的表面，根据压 入的程度来测量硬度值。压入法测量硬度常用方法有布氏 硬度(HBS、HBW)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)、维氏 硬度(H V)。(1) 布氏硬度HBS：表示用淬火钢球压头测量的布氏硬度值，

2、用于 测量硬度值小于450HBS。HBW:表示用硬质合金压头测量的布氏硬度值，用于 测量硬度值为450650HBW的材料由于布氏硬度测量压痕大，不宜测量成品或薄片金属 的硬度，主要用于原材料或半成品的硬度测量，如测量铸 铁、非铁金属(有色金属)、硬度较低的钢(如退火、正火、 调质处理的钢)。(2) 洛氏硬度洛氏硬度测量具有迅速、简便、压痕小、硬度测量范 围大等优点，可用于成品或较薄工件的测量，但不宜测量 组织不均匀的材料。(3) 维氏硬度维氏硬度测量压痕小，可测量较薄的材料和渗碳、渗 氮等表面硬化层。以上硬度换算经验公式：硬度在200600HBS时：1HRC相当于10HBS。硬度小于450HB

3、S时：1HBS相当于1HV。4、韧性：金属在断裂前吸收变形能量的能力，及抵 抗冲击破坏的能力。5、疲劳：材料在循环应力和交变应力作用下，尽管零 件所受的应力低于屈服点但经过较长时间的工作后，在一 处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产 生裂纹或突然发生完全断裂，这种现象称为疲劳。疲劳破 坏是机械零件失效的主要原因之一，机械零件的失效约有 60%70%属于疲劳破坏。二、钢的热处理1、根据加热、保温和冷却工艺方法的不同，热处理工 艺大致分类如下(GB/T 12603-1990):(1) 整体热处理其特点是对工件整体进行穿透加 热。如退火、正火、淬火+回火、调质等。(2) 表面热处理 其

4、特点是仅对工件的表面进行的 热处理工艺。如表面淬火和回火(如感应加热淬火)、气相 沉积等。(3) 化学热处理其特点是改变工件表面的化学成 分、组织和性能。如渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗、 渗金属、多元共渗等。2、钢的退火和正火(1) 退火：将工件加热到适当的温度，保持一定时间， 然后缓慢冷却的热处理工艺。其目的是降低硬度，去除内 应力，均匀钢的化学成分和组织，细化晶粒，提高塑性， 改善切削加工性能，为最终热处理做好组织准备。常用退 火工艺方法有完全退火、等温退火、球化退火、去应力退 火。(2) 正火：将工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热 处理工艺。(3) 退火与正火的选用：碳的质量分数低于0

5、.5%的钢，通常采用正火；碳的质 量分数为0.5%0.75%的钢，一般采用完全退火；碳的质量 分数高于0.75%的钢或高合金钢均应采用球化退火。由于正火处理比退火处理具有更好的力学性能，因此, 若正火和退火都能满足使用性能要求，应优先采用正火。 对于形状复杂或尺寸较大的工件，因正火可能产生较大内 应力，导致变形和裂纹，故宜采用退火。由于正火比退火生产周期短，效率高，成本低，操作 简单，因此，尽可能优先采用正火。3、钢的淬火和回火(1) 淬火：将工件加热奥氏体化后以适当的方式冷却 获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。淬火介质有 水、盐水、油、熔盐、空气等。(2) 回火：工件淬硬后再加热到A

6、c点一下某温度，1保温一定时间，然后冷却至室温的热处理工艺。回火的目的：减少或消除淬火应力；满足使用性能 要求；稳定组织和尺寸。回火的方法：在实际生产过程中，按回火温度的不 同，通常分为低温回火、中温回火、高温回火。低温回火(250C), 般硬度5864HRC。中温回火（250500C）, 般硬度 3550HRC。高温回火（500C）, 般硬度200350HBS。4、钢的表面热处理表面淬火是表面热处理中的最常用的方法，是强化 材料表面的重要手段。常用的表面淬火方法有感应加热表 面淬火和火焰加热表面淬火。（1）感应加热表面淬火：利用感应电流通过工件所产 生的热量，使工件表层、局部或整体加热并快速

7、冷却的工 艺方法。根据电流频率，可分为高频、中频、工频感应加 热淬火。感应加热淬火方法及应用频率范围/Hz淬硬层深度/mm高频感应加热淬火中频感应加热淬火工频感应加热淬火200300kHz110kHz50Hz0.52281015（2）火焰加热表面淬火：应用可燃气体（如氧乙炔）燃 烧产生的高温火焰对工件表面进行加热，并快速冷却的淬 火工艺。5、钢的化学热处理（1）渗碳：将工件放在具有活性碳原子的介质中加热、 保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。渗碳的目的是提 高工件表层含碳量，提高工件表面硬度和耐磨性，心部保 持良好的韧性。（2）渗氮：在一定温度下于一定介质中使氮原子渗入 工件表层的化学热处理工

8、艺。（3）碳氮共渗：在奥氏体状态下，同时将碳、氮渗入 工件表层，并以渗碳为主的化学热处理工艺。常用的为气 体碳氮共渗。（4）氮碳共渗：在工件表层同时渗入氮和碳，并以渗 氮为主的化学热处理工艺，也称软氮化。四、金属材料分类及用途钢是指以铁为主要元素，碳的质量分数小于2.11%, 并且有少量硅、锰、硫等其他元素的材料。按照国家标准 钢的分类的规定，钢按化学成分分为非合金钢、低合 金钢、合金钢三大类。1、非合金钢（碳素钢）（1）杂质元素对碳素钢性能的影响碳素钢中的杂质元素主要是由炼铁、炼钢的原料中带 入的，这些元素有称为常存元素，主要有锰、硅、硫、磷等 锰的影响：锰就有较强的脱氧能力，可消除钢中Fe

9、O夹杂物，降低钢的脆性。锰在钢中能溶解于铁素体中，起到强化钢的作用；锰 也可以与钢中的硫反应形成MnS,从而减小硫的有害作用, 改善钢的热加工性能。因此，锰在钢中基本上是一种有益 元素。硅的影响：硅比锰具有较强的脱氧能力。硅能溶于铁 素体中使铁素体强化，从而提高钢的强度和硬度，但同时也降低了钢的塑性和韧 性。所以碳素钢中硅的质量分数不应超过0.4%。总体而言, 硅也是钢中的有益元素。硫的影响：硫不溶于铁，常以化合物 FeS 的|形式存在, FeS又与Fe容易形成低熔点的共晶体，导致在轧制时坯料 开裂，这种现象应为热举。 例因此，硫在钢中属于|有害元素,在其含量必须严格控零件，如小齿轮、小轴承受

10、扭曲的压力载磷的零入铁素体轴产大齿轮溶强主强度和硬度显著提高，但塑性和韧性也急剧下降，尤其使 承受扭低温时脆性更的大这种件温脆性现象称为冷脆。磷还 使钢的韧脆转变温度提高。因此，磷在钢中也是有害元素, 其含量必须严格控制。（2）碳素钢的分类：按钢中碳的质量分数分类：低碳钢：中碳钢：低碳钢：化,使钢的C0.60%按主要质量等级分类：普通质量碳素钢优质碳素钢特殊质量碳素钢按钢的用途分类：1）碳素结构钢碳素结构钢的牌号由代表钢材屈服点的“屈”字的汉 语拼音首位字母“Q”、屈服强度数值（单位为Mpa）的质 量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。例如：Q235-AF其中Q-钢材屈服点“屈”字的汉

11、语拼音首位字母； 235屈服点a s=235Mpa； A（B、C、D）-分别为质量等级 代号；F（b、Z、TZ）-脱氧程度代号。2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号表示方法，采用两位阿拉伯数 字（以万分之一为一个计量单位表示平均碳的质量数）或 阿拉伯数字和元素符号组成牌号。根据化学成分不同，部分优质碳素钢又分为正常锰含量和较高锰含量优质碳素结构钢两类。例如20钢，表示平 均碳的质量分数为0.20%的钢；20Mn，表示平均碳的质量 分数为0.20%、锰的质量分数为0.7-1.0%的钢。高级优质碳素结构钢，在牌号后加符号“ A” .例如， 平均碳的质量分数为0.45%的高级优质碳素结构钢，其牌

12、号表示为“ 45A”特级优质碳素结构钢，在牌号后加符号“ E” .例如， 平均碳的质量分数为0.45%的高级优质碳素结构钢，其牌 号表示为“ 45E”3)碳素工具钢碳素工具钢中碳的质量分数在0.65-1.35%范围之内， 故属于高碳钢范畴。原则上，碳素工具钢的牌号是以汉字 “碳”的汉语拼音首位字母“ T”后面附加数字表示。例 如：T8，表示含碳量0.8%的碳素工具钢常用碳素钢用途牌号含碳量()用途举例Q1950.06-0.12塑性好，可制作铆钉、螺钉、开口销等Q2350.14-0.22强度较高，是应用较多的碳素 钢，可制作螺栓、螺母、销子、 吊钩等200.17-0.23属于低碳钢，强度、硬度不

13、高， 塑性、韧性及焊接性能较好，可 制作压力容器、法兰盘等。450.42-0.50属中碳钢，具有良好的综合力学 性能，只要用于制造受力较大或 受力复杂的零件，如齿轮轴、连 杆等。600.57-0.65属于咼碳钢，热处理后具有较咼 的强度和硬度，但焊接性能和切 削性能差，主要用于制造各种弹 性元件及耐磨零件，如各种弹 簧、低速齿轮等。T70.65-0.74淬火、回火后，常用于制造能承 受振动、冲击在硬度适中情况下 有较好韧性的工具，如冲头、木 工工具等。T100.95-1.04用于制造耐磨性能较高，不受剧 烈振动，具有一定韧性及锋利刃 口的各种工具，如铇刀、车刀、 钻头、丝锥等。T121.15-

14、1.24用于不受冲击，要求高硬度的各种工具，如丝锥、锉刀等。2、低合金钢与合金钢为了提高钢的力学性能，改善钢的工艺性能和得到某 些特殊的物理化学性能，炼钢时有目的向钢中加入某些合 金元素，就得到了低合金钢和合金钢。习惯上，把低合金 钢和合金钢统称为合金钢。常用的合金元素有硅(Si)、锰 (Mn)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钻(Co)、 钛(Ti)、铝(Al)、硼(B)、氮(N)和稀土元素等。为充分发挥 合金元素的作用，一般合金钢使用前都要热处理。(1) 合金元素对钢力学性能的影响几乎所有合金元素均能不同程度的溶于铁素体、奥氏 体中形成固溶体，使钢的强度、硬度提高，

15、但塑性、韧性 有所下降。合金元素形成碳化物，起第二相强化、硬化作 用。合金元素使珠光体增加，其强化结构钢的作用。(2) 合金钢的分类：按质量等级，合金钢可分为优质合金钢(如一般工程 结构用合金钢、耐磨钢、硅锰弹簧钢等)；特殊质量合金钢 (如合金结构钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不 锈钢、耐热钢等)另外，按合金元素种类将合金钢分为:铬钢、锰钢、硅 锰钢、铬镍钢等；按用途将钢分为：结构钢、工具钢、不锈钢及耐热钢 等(3)常用合金钢用途牌号含碳量()用途举例20Cr0.17-0.24形状复杂、心部要求较高强 度、工作表面承受磨损的零 件。如变速箱齿轮、凸轮、活 塞销、牙嵌离合器等20CrMnTi0.