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1、完整版教学课件完整版教学课件二工程材料第二章工程材料第二章工程材料第一节第一节材料的分类材料的分类一、工程材料一、工程材料2二、钢的分类二、钢的分类3二、钢的分类二、钢的分类4三、钢产品的种类与代号三、钢产品的种类与代号见教材P20表2-15第二节第二节 金属材料的性能金属材料的性能一、力学性能一、力学性能 1 1、强度与塑性、强度与塑性 1 1）强度）强度：金属材料抵抗永久变形和断裂：金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。通过拉伸试验得到。的能力。通过拉伸试验得到。61 1、强度与塑性、强度与塑性图图2-3 2-3 拉伸试样拉伸试样图图2-4 2-4 低碳钢的力低碳钢的力伸长量曲线伸长量曲线71
2、 1、强度与塑性、强度与塑性图图2-4 2-4 低碳钢的力低碳钢的力伸长量曲线伸长量曲线（1 1）屈服点（屈服极限）屈服点（屈服极限）材料产生明显永久时的最低应力。 S = FSS0 (MPa)式中：Fs试样屈服时的拉伸力，N；S0试样原始横截面积，mm2。81 1、强度与塑性、强度与塑性图图2-4 2-4 低碳钢的力低碳钢的力伸长量曲线伸长量曲线（2 2）抗拉强度（强度极限）抗拉强度（强度极限）试样拉断前所能承受的最大拉试样拉断前所能承受的最大拉应力。应力。 b = FbS0 (MPa)式中 Fb试样拉断前承受的最大拉伸力，N。91 1、强度与塑性、强度与塑性2 2）塑性：）塑性：断裂前金属
3、产生不可逆永久变形的能力。 （1 1）断后伸长率）断后伸长率 =(L1L0)L0100 式中： L0试样的原始标距长度，mm； L1试样拉断后的标距长度，mm。 （2 2）断面收缩率）断面收缩率 = (S0S1) / S0100 式中： S1试样拉断处的最小横截面积，mm2。102 2、硬度、硬度硬度硬度：金属材料抵抗局部变形：金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕和划，特别是塑性变形、压痕和划痕的能力。痕的能力。 1)1)布氏硬度布氏硬度 单位压痕球面积上所承受单位压痕球面积上所承受的试验力的试验力。淬火钢球用。淬火钢球用HBSHBS表示。硬质合金球用表示。硬质合金球用HBWHBW表表示
4、。如示。如120HBS10/1000120HBS10/10003030表示用直径为表示用直径为10mm10mm的淬的淬火钢球作压头，在火钢球作压头，在1000kgf1000kgf试试验力作用下保持验力作用下保持30s30s所测得的所测得的布氏硬度值为布氏硬度值为120120。图图2-52-5布氏硬度试验原理布氏硬度试验原理112、硬度2)洛氏硬度用主试验力作用下压入试件表面的残余压痕深度增量bd确定硬度值。为测量不同硬度材料的洛氏硬度，可采用不同压头和试验力，对应有HRA、HRB、HRC，其中以HRC应用最广，如62HRC。洛氏硬度试验操作迅速、简便，所能测试的硬度范围大，压痕小，可测试成品表
5、面及较薄件。但测量准确性不高。为此，规定同一试件测三次取平均值为宜。图2-6洛氏硬度试验原理简图123、韧性 冲击韧性：指金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。冲击韧性值：一次冲断试样，缺口处单位截面积所消耗的功。冲击韧度的数值越大，材料的韧性越好，抗冲击破坏的能力越强。13二、其他性能二、其他性能1. 1. 物理性能物理性能1) 1) 密度密度 单位体积内的质量单位体积内的质量。如要求质量轻和惯性小的零件，均采用密。如要求质量轻和惯性小的零件，均采用密度小的铝合金制造。度小的铝合金制造。2) 2) 熔点熔点 熔点是金属或合金从固态向液态转变时的温度熔点是金属或合金从固态向液态转变时的温度。熔点
6、高的金属。熔点高的金属材料可以用来制造耐高材料可以用来制造耐高温零件。3)导热性金属传导热量的能力称为导热性。一般说，金属纯度越高，其导热能力就越大。制造散热器、热交换器与活塞等零件时，常选用导热性好的金属。141. 1. 物理性能物理性能4) 4) 导电性导电性 金属传导电流的性能金属传导电流的性能。纯金属的导电性比合金好。常用纯铜、。纯金属的导电性比合金好。常用纯铜、纯铝做导电材料，用导电性差的铜合金和铝合金作电热元件。纯铝做导电材料，用导电性差的铜合金和铝合金作电热元件。5) 5) 热膨胀性热膨胀性 金属随着温度变化而膨胀、收缩的特性金属随着温度变化而膨胀、收缩的特性。6) 6) 磁性磁
7、性 金属在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的能力金属在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的能力。铁磁性材料。铁磁性材料( (在外在外加磁场中，能被强烈磁化到很大程度加磁场中，能被强烈磁化到很大程度) )、顺磁性材料、顺磁性材料( (在外加磁场中在外加磁场中呈现十分微弱的磁性呈现十分微弱的磁性) )、抗磁性材料、抗磁性材料( (能够抗拒或减弱外加磁场磁化能够抗拒或减弱外加磁场磁化作用的金属材料作用的金属材料) )。 铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。抗磁铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。抗磁性材料则可用作要求避免磁场干扰的零件和结构材料。性材料则可用作要求避免磁场干扰的零件和结构材
8、料。152. 2. 化学性能化学性能1) 1) 导耐腐蚀性导耐腐蚀性 金属在常温下抵抗氧、水及其他化学介质腐蚀破坏的能力。金属在常温下抵抗氧、水及其他化学介质腐蚀破坏的能力。2)2）抗氧化性金属在加热时抵抗氧化作用的能力。163.3.工艺性能工艺性能 1 1） 铸造性能铸造性能：金属在铸造成型过程中获得：金属在铸造成型过程中获得外形准确、内部健全的铸件的能力。外形准确、内部健全的铸件的能力。 2 2) ) 锻造性能锻造性能：金属利用锻压加工方法成型：金属利用锻压加工方法成型的难易程度。的难易程度。 3) 3) 焊接性能焊接性能：金属在一定条件下获得优质：金属在一定条件下获得优质焊接接头的难易程
9、度。焊接接头的难易程度。 4) 4) 切削加工性能切削加工性能：金属在切削加工时的难：金属在切削加工时的难易程度。易程度。17第三节第三节 常用金属材料常用金属材料钢是以铁为主要元素，碳的质量分数C在2.11%以下，并含有其他元素的铁碳合金。铸铁是碳的质量分数C2.11%，并有较高含硅量的铁碳合金。18第三节第三节 常用金属材料常用金属材料1.非合金钢（碳钢）非合金钢的性能可满足许多机械零件和工程结构的使用要求，且工艺性能较好，价格低廉、产量大、品种多、规格全，在工业中应用很广。低碳钢（C0.6%）。低碳钢的强度、硬度低，塑性、韧性好；中碳钢具有良好的综合力学性能；高碳钢的强度、硬度高，但塑性
10、、韧性较低。普通碳钢、优质碳钢、特殊质量碳钢(以S、P的含量划分)。结构钢主要用于制造机械零件及工程结构件，工具钢主要制造各种刃具、量具和模具等。191. 非合金钢非合金钢1）碳素结构钢如Q235-AF，表示S235MPa，质量等级为A级，脱氧方法为沸腾钢的碳素结构钢。201. 非合金钢非合金钢2)优质碳素结构钢如45表示平均碳含量为045的普通锰含量的优质碳素结构钢，65Mn表示平均碳含量为0.65%的较高锰含量的优质碳素结构钢。211. 非合金钢非合金钢3) 3) 碳素工具钢碳素工具钢如如T8T8表示平均碳含量为表示平均碳含量为0.80.8的优质碳素工具钢。若牌号末尾加的优质碳素工具钢。若
11、牌号末尾加“A A”，表示钢中硫、磷含量较少，为高级优质钢，如，表示钢中硫、磷含量较少，为高级优质钢，如T10AT10A。221. 非合金钢非合金钢4)优质铸造碳钢如ZG200400表示。S200MPa，b400MPa的铸钢。232. 2. 低合金低合金高强度结构钢高强度结构钢在低碳钢的基础上加入少量合金元素制成。具有较高强度（S295MPa）和塑性、一定的耐蚀性以及良好的焊接性能，成本与碳素结构钢相近。牌号与碳素结构钢相同。243. 3. 合金合金钢钢合金元素的种类和含量高于国标规定范围的钢合金元素的种类和含量高于国标规定范围的钢。合。合金元素是为改善钢的性能在冶炼时有意加入钢中的元素，金元
12、素是为改善钢的性能在冶炼时有意加入钢中的元素，常用的合金元素有：常用的合金元素有：SiSi、MnMn、CrCr、NiNi、V V、W W、MoMo、AlAl、B B等。合金元素的存在，使钢的力学性能得到提高，特别等。合金元素的存在，使钢的力学性能得到提高，特别是使钢的淬透性提高。某些合金元素还可使钢具有一些是使钢的淬透性提高。某些合金元素还可使钢具有一些特殊性能，如耐蚀性、抗氧化性等。来制造更加重要的特殊性能，如耐蚀性、抗氧化性等。来制造更加重要的机械零件和工程结构件以及一些在特殊条件下工作的钢机械零件和工程结构件以及一些在特殊条件下工作的钢件。件。253. 3. 合金合金钢钢 1) 1) 合
13、金钢的分类与牌号合金钢的分类与牌号 如如20CrMnTi20CrMnTi表示平均表示平均C C=0.2=0.2，含，含CrCr、MnMn、TiTi三种合金元素，其含量均在三种合金元素，其含量均在1 15 5以下的合金以下的合金钢。钢。9Mn2V9Mn2V表示平均表示平均C C=0.9=0.9，MnMn的平均含量为的平均含量为2 2，V V的平均含量低于的平均含量低于l.5l.5的合金工具钢。的合金工具钢。263. 3. 合金合金钢钢 2)2)2)2)合金结构钢合金结构钢合金结构钢合金结构钢 (1) (1)合金渗碳钢合金渗碳钢：碳含量：碳含量0.25%4mm常称为厚钢板，4mm为薄钢板，厚板常采
14、用热轧，薄板冷、热轧制均可。特殊用途钢板有锅炉钢板和压力容器钢板等。特性钢板有不锈钢板和耐热钢板等。69第七节 通用钢材二、型钢1、热轧等边角钢（GB/T97871988）b边宽度d边厚度r内圆弧半径r1边端内圆弧半径70第七节 通用钢材2、热轧槽钢（GB/T7071988）h高度b腿宽度d腰厚度t平均腿厚度r内圆弧半径71第七节 通用钢材3、热轧工字钢（GB/T706-1988）h高度b腿宽度d腰厚度t平均腿厚度r内圆弧半径4、其它型钢72第七节通用钢材73三、三、 钢管钢管1、低压流体输送焊接管（GB/T3091-2001）这种管子原为英制，俗称熟铁管、对缝管或水煤气管。表2-31中公称口
15、径表示近似内径的名义尺寸，它不等于外径减2倍壁厚。每种规格的实际内径随管壁厚度而变化，它等于外径减2倍壁厚。管子供应长度412m。这种管子的材料有：Q215A、B，Q235A、B，Q295A、B，Q345A、B和其它软钢。管子内、外表面有镀锌和不镀锌两种，镀锌管防腐且不易污染管内流体，但焊接性较差，价格较高。741、低压流体输送焊接管（GB/T3091-2001）适于输送水、污水、燃气、空气、采暖蒸汽等低压流体，或用作结构。三、三、 钢管钢管752、直缝电焊钢管（GB/T13793-1992）这种管子也是焊接钢管，公制，俗称卷焊管。是以热轧或冷轧钢带，经电阻焊接或焊后冷加工制造，不热处理。材料
16、有：08F、08、10F、10、15F、15、20、Q195、Q215A、B、Q235A、B。管子外径从5508mm、壁厚从0.512.7mm，分档均较细，一个管径下有多种壁厚。通常的供应长度为：210m。这种管子的用途与工作压力接近于低压流体输送焊接管。三、三、 钢管钢管763 3、结构用和输送流体用无缝钢管（、结构用和输送流体用无缝钢管（GB/T8162-1999GB/T8162-1999、GB/T8163-1999GB/T8163-1999） 材料有：材料有：1010、2020、3535、4545、Q245Q245、Q295Q295、Q345Q345等碳钢和多种合金钢，经热轧或冷轧制成，
17、热轧管以热等碳钢和多种合金钢，经热轧或冷轧制成，热轧管以热轧状态或热处理状态供货，冷轧管以热处理状态交货。轧状态或热处理状态供货，冷轧管以热处理状态交货。管子外径从管子外径从6 6660mm660mm、壁厚从、壁厚从0.250.2565mm65mm，一个管径下，一个管径下有多种壁厚。通常的供货长度为：热轧管有多种壁厚。通常的供货长度为：热轧管3 312m12m，冷轧，冷轧结构用管结构用管2 210.5m10.5m，冷轧流体用管，冷轧流体用管3 310.5m10.5m。规格见表。规格见表3-323-32。三、三、 钢管钢管774、其它钢管除以上钢管外，还有螺旋缝电焊钢管和许多专用钢管及特性钢管。如：锅炉用、化肥用、石油裂化用、液压和气动缸筒用、不锈钢等无缝钢管；传动轴用电焊钢管、方形或矩形冷拔管等。三、三、 钢管钢管78作业作业P562-1、2-379
