金属材料基础培训课件

金属材料基础知识培训钢研纳克钢研纳克技术中心技术中心 文志旻文志旻20122012年年 5 5月月1金属材料基础知识培训钢研纳克1标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容前言点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容2标题添加点击此处输入相点击此处输入前言点击此处输入标题添加点一、引言3一、引言3材料是人类社会发展的基础l材料是指人类用以制造各种有用器件的物质，是人类生产和生活所必需的物质基础，是人类进化史上的里程碑l材料、能源、信息并列称为现代文明的三大支柱，而材料是基础l任何物质只要能为人类经济地使用，就成为材料4材料是人类社会发展的基础材料是指人类用以制造各种有用器件的物l所谓金属，就是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)、延展性好、容易导电和导热的物质l在自然界中，绝大多数金属以化合物的形式存在，少数金属(如金、铂、银)以单质的形式存在。l元素周期表里的100多种元素中，金属元素占了3/4。5所谓金属，就是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)、延展性好、金属材料的分类方法1、科学上的分类 科学上的分类是依据元素周期表，将金属按一定的规律分为碱金属、碱土金属、镧系元素、锕系元素等。2、工业上的分类分类依据类别是否有铁钢铁材料、非铁金属材料颜色黑色金属、有色金属密度重金属、轻金属市场价值贵金属、贱金属储量稀有金属、富有金属6金属材料的分类方法1、科学上的分类分类依据类别是否有铁钢铁材 钢铁材料也称为黑色金属材料，包括生铁、铁合金、铸铁、铸钢、结构钢、工具钢、不锈钢、耐热钢等。非铁金属材料也称为有色金属材料，包括铝、镁、铜、锌、钛、镍、稀土金属、稀有金属、贵金属、半金属等。一般工业生产中金属材料的分类如下表所示。7 钢铁材料也称为黑色金属材料，包括生铁、铁合金88二、钢铁材料的分类9二、钢铁材料的分类91、生铁的分类 生铁是含碳量大于2.11(质量分数)的铁碳合金，工业生铁含碳量一般为2.5%4%(质量分数)，并含硅、锰、硫、磷等元素，是用铁矿石经高炉冶炼的产品。生铁按用途不同分为炼钢生铁和铸造生铁。101、生铁的分类 生铁是含碳量大于2.11(质量(1)炼钢生铁是炼钢的主要原料，在生铁产量中占8090，硬而脆，断口呈白色，也叫白口铁。一般含硅量较低，含硫量较高。(2)铸造生铁是指用于铸造各种铸件的生铁，俗称翻铁砂，在生铁产量中占1020，是炼钢厂的主要商品铁，断口呈灰色，所以也叫灰口铁。一般含硅量较高，含硫量稍低。1、生铁的分类11(1)炼钢生铁是炼钢的主要原料，在生铁产量中占80902、铁合金 铁合金是铁与一种或几种元素组成的合金，主要用于钢铁冶炼。在钢铁工业中一般还把所有炼钢用的合金，不论含铁与否(如硅钙合金)，都称为“铁合金”。作为炼钢过程中的脱氧剂、合金剂的铁合金是炼钢和铸钢的重要原料，可以改善钢的理化性能和铸件的力学性能。122、铁合金 铁合金是铁与一种或几种元素组成的2、铁合金(1)脱氧剂 炼钢时所添加的一些与氧结合力比较强，且其氧化物又能顺利从钢液中排除，用以降低钢液中的氧含量的金属称为脱氧剂。常用的脱氧剂有硅铁、锰铁、铝铁、硅钙铁、硅锰铁、硅钡铁、硅铝铁等。(2)合金剂 在钢中加入各种铁合金可以调整其化学成分，生产出各种新金属材料。常用的合金剂主要有铬铁、钼铁、钨铁、钛铁、铌铁、钒铁、镍铁等。132、铁合金(1)脱氧剂133、铸铁的分类 铸铁与生铁的区别是进行了二次加工，即将铸造生铁在炉中重新熔化，并加入铁合金、废钢进行成分调整而得到。铸铁中碳的质量分数大于2.11。铸铁具有许多优良的力学性能且生产简便，成本低廉，是应用最广泛的材料之一。143、铸铁的分类 铸铁与生铁的区别是进行了二次3、铸铁的分类(1)按断口颜色分类铸铁按断口颜色不同分为灰铸铁、白口铸铁和麻口铸铁。1)灰铸铁 灰铸铁的大多数力学性能指标远低于钢，但抗压强度与钢相当，具有良好的铸造性能、减振性、耐磨性、切削加工性能及低的缺口敏感性，常用来生产一些强度要求不高、主要承受压力的箱体或底座等。灰铸铁是工业生产上应用最普遍的一种铸铁。2)白口铸铁 白口铸铁(不是白口铁，白口铁是一种生铁)是不含石墨的铸铁，几乎全部的碳都与铁形成碳化三铁。它具有很高的硬度和脆性，不能承受冷加工，也不能承受热加工，只能直接用于铸造状态。它是一种良好的抗磨材料，可在磨损条件下工作。白口铸铁包括普通白口铸铁、低合金白口铸铁、中合金白口铸铁和高合金自口铸铁。3)麻口铸铁 麻口铸铁又称麻口铁、斑铸铁，是介于白口铸铁和灰铸铁之间的一种铸铁，其断口呈灰白相间的麻点状。由于麻口铸铁的综合性能不好，故应用较少。153、铸铁的分类(1)按断口颜色分类153、铸铁的分类(2)按化学成分分类 铸铁按化学成分不同可分为普通铸铁与合金铸铁两类。1)普通铸铁 普通铸铁是指不含合金元素的铸铁，一般常用的灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁等都属于这一类铸铁。2)合金铸铁 合金铸铁是指在普通铸铁内有意识地加入一些合金元素，以提高铸铁某些特殊性能而配制成的一种高级铸铁，如具有各种耐蚀、耐热、耐磨特殊性能的铸铁。163、铸铁的分类(2)按化学成分分类163、铸铁的分类(3)按生产方法和组织性能分类 铸铁按生产方法和组织性能不同可分为普通灰铸铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和特殊性能铸铁。1)普通灰铸铁 普通灰铸铁具有一定的强度、硬度、良好的减振性和耐磨性；具有高导热性，好的抗热疲劳能力；同时还具有良好的铸造工艺性能，以及优异的切削加工性能。普通灰铸铁生产简便，成本低，在工业和民用生活中得到了广泛的应用。2)孕育铸铁 孕育铸铁也叫变质铸铁，是在灰铸铁的基础上，采用变质处理(即在铁液中加入少量的变质剂)得到的一种高级铸铁。这种铸铁的强度、塑性和韧性均比普通灰铸铁好得多，主要用来制造力学性能要求较高且截面尺寸变化较大的大型铸铁件。173、铸铁的分类(3)按生产方法和组织性能分类173、铸铁的分类3)可锻铸铁 可锻铸铁也叫韧性铸铁，它的名字很奇怪，虽然名曰“可锻”，但这种铸铁却不可锻造，只是比灰铸铁具有更高的韧性，一般是由白口铸铁经退火而成。这种铸铁可用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车与拖拉机的前后轮壳、低压阀门、管接头等。4)球墨铸铁 球墨铸铁和钢相比，除塑性、韧性稍低外，其他性能均接近，是兼有钢和铸铁优点的优良材料。5)特殊性能铸铁 特殊性能铸铁是一些具有某些特性的铸铁，根据用途的不同，可分为耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。183、铸铁的分类3)可锻铸铁 可锻铸铁也叫韧性铸铁，它的名字3、铸铁的分类(4)按碳在铸铁中存在的状态分类 按碳在铸铁中存在的状态的不同，可将铸铁分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。1)白口铸铁中的碳，不以石墨形式存在，断口呈亮白色，硬而脆。2)碳以石墨形式存在的有灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。灰铸铁中石墨以片状形式存在；可锻铸铁中石墨以团絮状形式存在；球墨铸铁中石墨以圆球状形式存在；蠕墨铸铁中石墨以蠕虫状形式存在。193、铸铁的分类(4)按碳在铸铁中存在的状态分类194、钢的分类 钢是碳的质量分数为0.04一2.11的铁碳合金。钢的分类方法很多，一般可按品质、用途、化学成分、制造加工形式和冶炼方法分类。(1)按品质分类 钢按品质不同可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。1)普通钢 S、P等杂质及残存元素含量的控制要求一般的钢。普通非合金钢中S不大于0.055%，P不大于0.045%；普通低合金钢中S、P含量按A、B、C、D、E质量等级分别为不大于0.045%、0.040%、0.035%、0.030%、0.025%；对其它杂质元素的含量也有明确的控制要求，主要用于制作建筑结构件和要求不太高的机械零件。204、钢的分类 钢是碳的质量分数为0.04一2.114、钢的分类2)优质钢 S、P等杂质及残存元素含量的控制要求较高的钢。优质非合金结构钢中S、P均不大于0.040%，优质非合金工具钢中S、P分别不大于0.030%、0.035%，主要用于制作机械结构零件和工具，如轴承、弹簧等。3)高级优质钢 高级优质钢含杂质元素极少，其中硫和磷的质量分数均少于0.03，主要用于重要机械结构零件和工具。为了区别于一般优质钢，这类钢的钢号后面，通常加符号“A”以便识别，如Q235A等。214、钢的分类2)优质钢 S、P等杂质及残存元素含量的控制要4、钢的分类(2)按用途分类钢按用途不同分为结构钢、工具钢、特殊钢和专业用钢。1)结构钢又分为建筑及工程用结构钢和机械制造用结构钢。建筑及工程用结构钢是用于建筑、桥梁、锅炉或其他工程上制造金属结构件的钢，多为低碳钢。由于大多要经过焊接施工，故其含碳量不宜过高。机械制造结构钢用于制造机械设备上的结构零件，基本上都是优质钢和高级优质钢。224、钢的分类(2)按用途分类224、钢的分类2)工具钢 工具钢是用于制造工具的钢，可制造刀具、模具、量具、手工工具等。3)特殊钢 特殊钢指用特殊方法生产，具有特殊物理性能、化学性能和力学性能的钢，主要包括不锈钢、耐热钢、高电阻合金钢、耐磨钢、磁钢等。4)专业用钢 专业用钢指各工业部门专业用途的钢，如农机用钢、机床用钢、汽车用钢、航空用钢、锅炉用钢、电工用钢、焊条用钢等。234、钢的分类2)工具钢 工具钢是用于制造工具的钢，可制造刀4、钢的分类(3)按化学成分分类 钢按化学成分不同分为碳素钢和合金钢。1)碳素钢 碳素钢是指碳的质量分数不大于2，并含有少量锰、硅、硫、磷和氧等杂质元素的铁碳合金。按含碳量的不同又分为四类：工业纯铁，是指碳的质量分数不大于0.04的铁碳合金；低碳钢，是指碳的质量分数在0.040.25范围内的铁碳合金；中碳钢，是指碳的质量分数在0.250.60范围内的铁碳合金；高碳钢，是指碳的质量分数在0.62.0范围内的铁碳合金。244、钢的分类(3)按化学成分分类244、钢的分类2)合金钢 合金钢是在碳素钢的基础上，为改善钢的性能，在冶炼时加入一些合金元素(如铬、镍、钼、钨、钒、钛等)而炼成的钢。按合金元素的总含量不同可分为三类：低合金钢，是指合金元素的总质量分数不大于5的钢；中合金钢，是指合金元素的总质量分数在510范围内的钢；高合金钢，是指合金元素的总质量分数大于10的钢。254、钢的分类2)合金钢 合金钢是在碳素钢的基础上，为改善钢4、钢的分类(4)按制造加工形式分类钢按制造加工形式的不同分为铸钢、锻钢、热轧钢、冷轧钢、冷拔钢等。1)铸钢 铸钢是指用铸造方法生产出来的一种钢，碳的质量分数为0.150.6。随着含碳量的增加，铸造碳钢的强度增大，硬度提高。铸造碳钢具有较高的强度、塑性和韧性，成本较低，在重型机械中用于制造承受大载荷的零件，如轧钢机机架、水压机底座等；在铁路车辆上用于制造受力大又承受冲击的零件，如摇枕、侧架、车轮等。2)锻钢 锻钢指用锻造方法生产出来的各种钢。锻钢制造出的零件质量比铸钢件高，能承受较大的冲击力，用于制造一些重要的机器零件，如大型阀门、法兰等。264、钢的分类(4)按制造加工形式分类264、钢的分类3)热轧钢 热轧钢是指用热轧方法生产出的各种钢材。常用于生产型钢、钢管、钢板等。4)冷轧钢 冷轧钢是指用冷轧方法生产出的各种钢材。与热轧钢相比，它的特点是表面光洁，尺寸精确，力学性能好。常用来轧制薄板、精密钢带和精密钢管。5)冷拔钢 冷拔钢是指用冷拔方法生产出的各种钢材。特点是精度高，表面质量好。主要用于生产钢丝。274、钢的分类3)热轧钢 热轧钢是指用热轧方法生产出的各种钢材4、钢的分类(5)按冶炼方法分类 钢按冶炼方法不同分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢及特殊镇静钢。1)沸腾钢 沸腾钢是指脱氧不完全的钢。钢在冶炼后期不加脱氧剂，导致钢液中含氧量较高(质量分数为0.020.04)、在锭模中发生强烈反应生成一氧化碳气泡，浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象，气体逸出。钢锭凝固后，蜂窝气泡分布在钢锭中，在轧制过程中这种气泡空腔会被粘合起来。优点是钢的收缩率高，生产成本低，表面质量和深冲性能好，广泛应用于一般建筑工程。缺点是钢的杂质较多，成分不均匀。284、钢的分类(5)按冶炼方法分类284、钢的分类2)镇静钢 镇静钢是指炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧进行较完全的钢。浇注时钢液很平静，没有沸腾现象。镇静钢的生产成本虽然较高，但其组织致密，成分均匀，性能稳定，适用于预应力混凝土等重要的结构工程。3)半镇静钢 半镇静钢是指脱氧介于沸腾钢和镇静钢之间的钢。浇注时沸腾现象较沸腾钢弱，生产很难控制，在钢产量中所占比例很小。4)特殊镇静钢 特殊镇静钢是指比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢。这类钢质量最好，适用于特别重要的结构工程。294、钢的分类2)镇静钢 镇静钢是指炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭钢铁材料的特点l资源丰富地壳中5%的丰度l成本低廉大部分钢材的售价较低l便于回收90%的钢铁材料可回收l性能优良且多样强度和韧度耐腐蚀性能耐磨性能低温性能特殊功能l固态多形性相变使得性能可大幅改变30钢铁材料的特点资源丰富性能优良且多样30钢铁材料与技术的发展方向l提高产量满足经济建设发展需求l高性能高强度、高韧性、长寿命l高内部质量高洁净度、高均匀性、超细晶粒l高表面质量高尺寸精度和光洁度l微合金化改善组织和性能l多品种钢种和材型l低成本降低合金含量和工艺操作成本l绿色化易于回收和利用、可持续发展31钢铁材料与技术的发展方向提高产量满足经济建设发展需求31钢铁材料研究的挑战与机遇l上千年的发展使其进一步创新难度增大l工业化试验费用很高l企业创新观念需加强l经济效益显著，对国民经济影响较大l上千年的发展积累了丰富的经验和奠定了良好的基础l中国正逐步成为世界钢铁研究的中心32钢铁材料研究的挑战与机遇上千年的发展使其进一步创新难度增大经三、金属材料的力学性能33三、金属材料的力学性能33 金属材料在不同环境(温度、介质、湿度)下，承受各种外加载荷(拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等)时所表现出的力学特征，称为金属材料的力学性能，主要包括强度、硬度、塑性和冲击韧性等。检验金属材料力学性能的试验很多，通过试验测定相关数值后，即可作为设计的依据。咱们公司涉及到相关的力学性能的产品就是硬度计、拉伸、冲击试验机等等。34 金属材料在不同环境(温度、介质、湿度)下，1、硬度l硬度是指材料对压入塑性变形、划痕、磨损或切削等的抗力，是材料在一定条件下抵抗本身不发生残余变形物压入的能力。l机械加工车间里的车、铣、刨、磨、钻工艺，都是通过金属工具进行的，可见不同金属的软硬度是不同的。l不同硬度试验方法适用范围如下表所示。351、硬度硬度是指材料对压入塑性变形、划痕、磨损或切削等的抗力3636常用硬度相关术语l(1)布氏硬度(HBW)材料抵抗采用硬质合金球压头施加试验力所产生永久压痕变形的度量单位。l(2)洛氏硬度(HR)材料抵抗采用硬质合金，或对应某一标尺的金刚石圆锥体压头施加试验力所产生永久压痕变形的度量单位。l(3)维氏硬度(HV)材料抵抗采用金刚石正四棱锥体压头施加试验力所产生永久压痕变形的度量单位。l(4)努氏硬度(HK)材料抵抗采用金刚石菱形锥体压头施加试验力所产生永久压痕变形的度量单位。l(5)肖氏硬度(HS)应用弹性回跳法将撞销(具有尖端的小锥，尖端上常镶有金刚石)从一定高度落到所测试材料的表面上而发生回跳，用测得的撞销回跳的高度来表示的硬度。l(6)里氏硬度(HL)用规定质量的冲击体在弹性力作用下以一定速度冲击试样表面，冲头在距试样表面1mm处的回弹速度与冲击速度的比值计算的硬度值。37常用硬度相关术语(1)布氏硬度(HBW)材料抵抗采用硬质2、拉伸性能l材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形，外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。l材料的种类很多，常用材料可分为塑性材料和脆性材料两大类。在试验时，通常用低碳钢代表塑性材料，用灰铸铁代表脆性材料。l拉伸性能是人们解决强度问题和选择材料的依据。382、拉伸性能材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形2、拉伸性能 任何工程材料受力后都将会产生变形。这个过程大体上可以分为弹性变形、塑性变形和最后断裂三个基本阶段。1)弹性是指固体材料在外力作用下改变其形状与大小，但当力撤去后即恢复原来状态的性质，2)塑性是指固体材料受到超过特定值的外力作用时，其形状与大小会发生永久性变化的特性，3)断裂是指固体材料受外力作用变形的最终结果。固体材料受力变形产生裂纹和裂纹扩展到一定的临界值后即产生断裂。392、拉伸性能 任何工程材料受力后都将会产生变拉伸实验l拉伸试验是一种较简单的力学性能试验，它能够清楚地反映出材料受力后所发生的弹性、塑性和断裂三个变形阶段的基本特性。l由拉伸试验得出的力学性能指标包括诸如规定非比例延伸强度、屈服强度、抗拉强度等强度指标，断后伸长率、断面收缩率等塑性指标，弹性模量、泊松比等力学常数，以及表征材料形变硬化规律的参数等。40拉伸实验拉伸试验是一种较简单的力学性能试验，它能够清楚地反映拉伸实验 拉伸试验在拉伸试验机上进行，试验机有机械式、液压式、电液或电子伺服式等类型。试样形式可以是材料全截面的，也可以加工成圆形或矩形的标准试样。钢筋、线材等一些实物样品一般不需要加工而保持其全截面进行试验。试样制备时应避免材料组织受冷、热加工的影响，并保证一定的表面粗糙度。41拉伸实验 拉伸试验在拉伸试验机上进行，试验机2.2材料的屈服 当材料所受到的力达到一定值(超过弹性极限)的时候，虽然力不再增加而形变却依然在继续，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。也就是说，此时外力不再增加但材料的破坏却还在继续，材料已经失去了对变形的抵抗能力。当应力达到某值后，塑性应变急剧增加，应力出现微小波动，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。将此时材料所受到的应力作为该种材料的屈服极限，或叫做屈服强度。在使用材料的时候，一般要保证材料受到的应力小于该材料的屈服极限，这样才能安全。422.2材料的屈服 当材料所受到的力达到一定2.3抗拉强度 当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而增大，直至应力达到最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值称为抗拉强度或强度极限，用符号Rm表示，单位为N/mm2或MPa。432.3抗拉强度 当钢材屈服到一定程度后，由3、冲击性能 材料抵抗冲击载荷的能力称为材料的冲击性能。冲击载荷是指以较高的速度施加到零件上的载荷。当零件在承受冲击载荷时，瞬间冲击所引起的应力和变形比静载荷时要大得多，因此在制造这类零件时，就必须考虑到材料的冲击性能。冲击试验是利用能量守恒原理，将具有一定形状和尺寸的带有v型或u型缺口的试样，在冲击载荷作用下冲断，以测定其冲击吸收功的一种试验方法。冲击试验是试样在冲击试验力的作用下的一种动态力学性能试验。冲击试验对材料的缺陷很敏感，它能灵敏地反映出材料的宏观缺陷、显微组织的微小变化和材料品质，因此冲击试验是生产上用来检验冶炼、热加工、热处理工艺质量的有效方法。443、冲击性能 材料抵抗冲击载荷的能力称为冲击实验l夏比冲击试验是用规定高度的摆锤对处于简支梁状态的缺口试样进行一次性冲击，并测量试样折断时的吸收能量KU或KV的试验。夏比冲击试样有U型缺口试样和V型缺口试样两种。l冲击吸收能量K是通过一次摆锤冲击试验获得的。45冲击实验夏比冲击试验是用规定高度的摆锤对处于简支梁状态的缺口冲击实验 试验时，先将标准冲击试样放置在摆锤冲击试验机的支座上，把具有重量G(单位为N)的摆锤提高到距试样高度为h(单位为m)的位置，摆锤势能为Gh，然后使其下落，将试样冲断，冲断试件后摆锤又上升到距原试件的高度为h之处，此时摆锤剩余势能为Gh，那么冲断试样所消耗掉的能量为Gh-Gh，称为冲击吸收能量K(单位为J)。即 K=G(h-h)冲击吸收能量K值越高，表示材料的冲击韧性越好。一般把冲击吸收能量K值高的材料称作韧性材料，K值低的材料称为脆性材料。46冲击实验 试验时，先将标准冲击试样放置在摆锤4、扭转性能l材料抵抗扭矩作用的能力叫做扭转性能。扭转试验是测试材料在切应力作用下的力学性能的试验技术，可以测定脆性材料和塑熔性材料的强度和塑性，对于制造承受扭矩的零件(如轴、弹簧等)镕材料常需进行扭转试验。扭转试验在扭转试验机上进行，试验时在圆柱形试样的标距两端施加扭矩，测量扭矩及其相应的扭角，一般扭至断裂，便可测出金属材料的各项扭转性能指标，这对于承受剪切扭转的机械零件具有重要的实际意义。474、扭转性能材料抵抗扭矩作用的能力叫做扭转性能。扭转试验是测5、压缩性能l压缩性能是指材料在压应力作用下抵抗变形的能力。l压缩试验在万能试验机或压力试验机上进行，对试样施加轴向压力，在其变形和断裂过程中测定材料的强度和塑性。实际上，压缩与拉伸仅仅是受力方向相反。但两者之间也存在差别，与拉伸试验相比，压缩试验有如下特点：1)塑性较好的金属材料(如退火钢、黄铜等)只能被压扁，一般不会被破坏485、压缩性能压缩性能是指材料在压应力作用下抵抗变形的能力。45、压缩性能 2)脆性材料压缩破坏的形式有剪坏和拉坏两种。剪坏的断裂面与底面约呈45角，拉坏是由于试样的纤维组织与压应力方向一致，压缩试验时试样横截面面积增加，而横向纤维伸长超过一定限度而破断。3)压缩试验时，试样端面存在很大的摩擦力，这将阻碍试样端面的横向变形(使试样呈腰鼓状)，影响试验结果的准确性。试样高度与直径之比(L/d0)越小，其端面摩擦力对试验结果的影响越大。为了减小试样端面摩擦力的影响，可增大L/d0，的比值，但也不宜过大，以免引起纵向失稳。495、压缩性能 2)脆性材料压缩破坏的形式有剪坏和拉坏两种。剪6、弯曲性能l弯曲性能指材料承受弯曲载荷时的力学性能。l用脆性材料制造的刀具和机器零件，在使用过程中都受到不同程度的弯曲载荷，对它们来说，弯曲试验具有特别重要的意义。弯曲试验主要用于测定脆性和低塑性材料(如铸铁、高碳钢、工具钢等)的抗弯强度和能反映塑性指标的挠度，还可用来检查材料的表面质量。弯曲试验在万能材料试验机上进行，有三点弯曲和四点弯曲两种加载方式。l弯曲试验不受试样偏斜的影响，可以较好地测定脆性材料和低塑性材料的抗弯强度。试验时，试样表面上的应力分布不均匀，表面应力最大，对表面缺陷较敏感，所以常用来比较和鉴定渗碳热处理及高频感应淬火等表面处理后工件的表面质量和缺陷。506、弯曲性能弯曲性能指材料承受弯曲载荷时的力学性能。50 三点弯曲试验和四点弯曲试验如图所示。51 三点弯曲试验和四点弯曲试验如图所示。517、剪切性能l金属材料承受大小相等、方向相反、作用线相近的外力作用时，抵抗沿外力作用线平行的受剪面产生错动的能力，叫做材料的剪切性能。l工程结构中的一些零件除承受拉伸、压缩和弯曲等载荷作用外，还有一些零件如桥梁结构中的铆钉、销子等主要承受剪切的作用，对这些零件所使用的材料要进行剪切试验，提供材料的抗剪强度作为材料的设计依据。527、剪切性能金属材料承受大小相等、方向相反、作用线相近的外力1双剪切试验 双剪切试验，是以剪断圆柱状试样的中间段方式来实现的。2单剪切试验 单剪切试验夹具使用两个剪切刀片，刀片中间带孔，当一个刀片固定不动，另一个刀片在图示平行面内移动时产生单剪切作用，剪断试样。3冲压剪切试验 剪切试验中更简单的方法是利用冲头-模具法直接从板材或带材中冲出一小圆片的方法。531双剪切试验538、疲劳性能l虽然零件所承受的交变应力数值小于材料的屈服强度，但在长时间运转后因累积损伤而引起断裂的现象称为疲劳断裂。据统计，机械零件断裂中有80是由于疲劳引起。l循环周次(定义为疲劳寿命)越少，这种交变应力与疲劳寿命的关系曲线称为疲劳曲线。一般钢铁材料的疲劳强度为107次，非铁合金为108次。548、疲劳性能虽然零件所承受的交变应力数值小于材料的屈服强度，四、钢铁材料牌号表示方法55四、钢铁材料牌号表示方法551、生铁生铁牌号通常由字母和数字两部分组成。(1)第一部分是一位或两位大写汉语拼音字母，如下表所示。(2)第二部分是两位阿拉伯数字，表示主要元素平均含量（质量分数，以千分之几计），炼钢用生铁、铸造用生铁、球墨铸铁用生铁、耐磨生铁为硅元素平均含量，脱碳低磷粒铁为碳元素平均含量，含钒生铁为钒元素平均含量。例如：Z30表示硅的平均质量分数在3.0%左右的铸造用生铁；TL14表示碳的平均质量分数在1.4%左右的脱低磷粒铁；F04表示钒的平均质量分数在0.4%左右的含钒生铁。561、生铁生铁牌号通常由字母和数字两部分组成。5657572、铁合金 铁合金的牌号有四种类型。(1)材料牌号开头是铁元素符号“Fe”，例如FeNb60-B(铌铁)、FeW78-4(钨铁)。(2)以“J”、“JC”、“ZK”、“DJ”、“FZ”、“Y”等字母开头的材料牌号，其含义如下表所示。(3)材料牌号开头是钒元素符号“V”，例如VN12(钒氮合金)、V2O598(五氧化二钒)。(4)材料牌号开头是钙元素符号“Ca”，例如Ca31Si60(硅钙合金)。582、铁合金 铁合金的牌号有四种类型。5859593、铸铁l铸铁牌号一般用力学性能、化学成分或二者共用表示。无论哪一种方法，在牌号的开头均用代表该类铸铁的字母表示，如下表所示。l常见的铸铁牌号有HT150（最小抗拉强度为150MPa的灰铸铁件）、HT250、QT400（抗拉强度为400MPa的球墨铸铁）、QT600。l用化学成分表示的如603、铸铁铸铁牌号一般用力学性能、化学成分或二者共用表示。无论61614、铸钢铸钢牌号一般用力学性能或化学成分表示。无论哪一种方法，在牌号的开头均用代表铸钢的字母“ZG”表示。1)以力学性能表示铸钢牌号举例如下：624、铸钢铸钢牌号一般用力学性能或化学成分表示。无论哪一种方法5、碳素结构钢和低合金结构钢 碳素结构钢和低合金结构钢牌号由前缀符号、强度值、质量等级符号、脱氧方法符号、后缀符号按顺序组成，如下所示：(1)产品名称对应的前缀符号如下表所示。635、碳素结构钢和低合金结构钢 碳素结构钢和低合金结构钢(2)质量等级分为A、B、C、D四个等级。(3)脱氧方法有F(沸腾钢)、Z(镇静钢)、特殊镇静钢(TZ)和半镇静钢(bZ)四种，其中z和TZ一般情况下省略。(4)产品名称对应的后缀符号如下表所示。64(2)质量等级分为A、B、C、D四个等级。64l示例1：Q235AF表示最小屈服强度为235MPa的A级碳素结构钢(沸腾钢)。l 示例2：HP345表示最小屈服强度为345MPa的焊接气瓶用钢(镇静钢或特殊镇静钢)。l 示例3：Q235R表示最小屈服强度为345MPa的锅炉和压力容器用钢(镇静钢或特殊镇静钢)。65示例1：Q235AF表示最小屈服强度为235MPa的A级碳素6、合金结构钢l前两位数字表示碳含量，单位为0.01%质量分数，若大于1%则不出现数字标注；然后标注合金元素及其含量，单位为1%质量分数(四舍五入)，若含量为1%或小于1%，则省略数字（硅、锰含量分别小于0.5%或0.6%不予标注，一旦标注符号而无数字则表示其含量为1%）；最后加注质量（特殊质量加注A）l轴承钢前面加G表示滚珠轴承钢，其中铬是非常重要的对性能影响显著的合金元素，故含量单位为0.1%质量分数666、合金结构钢前两位数字表示碳含量，单位为0.01%质量分数l45：非合金钢，碳含量0.45%l20CrMnTi：碳含量0.20%，Cr、Ti元素含量均小于或等于1.45%，Mn含量1%l38CrMoAlA：碳含量0.38%，含Cr、Mo、Al元素，含量均小于或等于1.45%；特殊质量l60Si2Mn：碳含量0.60%，含2%Si、1%MnlGCr15：轴承钢，碳含量大于1%，含1.5%CrlG20CrNiMoA表示碳的质量分数为0.20、铬的质量分数小于1.5、镍的质量分数小于1.5、钼的质量分数小于1.5的高级优质渗碳轴承钢。6745：非合金钢，碳含量0.45%677、工具钢l碳素工具钢用字母T表示工具钢，后加12位数字表示碳含量，单位为0.1%l合金工具钢首先用1位数字表示碳含量，单位为0.1%，若碳含量大于或等于1%，则不予标注（即不会出现2位数字）；然后标注合金元素及其含量，单位为1%质量分数(四舍五入)，若含量为1%或小于1%，则省略数字(硅、锰省略数字时其含量为1%)；最后加注质量（特殊质量加注A）l个别情况下为确切表示某合金元素的含量是1%而非小于1%，以与其他钢号相区别，可以在合金元素后加数字1表示含量l中高合金工具钢大多采用国外钢号l部分合金结构钢可作为工具钢使用，仍保持其原钢号（即碳含量仍然采用2位数字标注）687、工具钢碳素工具钢用字母T表示工具钢，后加12位数字表示lT8：碳素工具钢，碳含量0.8%lT12A：碳素工具钢，碳含量1.2%，特殊质量l9CrSi：低合金刃具钢或冷作模具钢，碳含量0.9%，铬含量小于或等于1%，硅含量1%lCrWMn：低合金刃具钢或冷作模具钢，碳含量大于或等于1%，铬含量小于或等于1%，钨含量小于或等于1%，锰含量1%l5CrMnMo：低合金热作模具钢，碳含量0.5%，铬含量小于或等于1%，锰含量1%，钼含量小于或等于1%l3Cr2W8V：高合金热作模具钢，碳含量0.3%，铬含量2%，钨含量8%，钒含量小于或等于1%69T8：碳素工具钢，碳含量0.8%69l4Cr5MoSiV1：中合金热作模具钢，碳含量0.4%，铬含量5%，钼含量小于或等于1%，硅含量1%，钒含量1%，美国钢号为H13lCr12MoV：高合金热作模具钢，碳含量大于或等于1%，铬含量12%，钼含量小于或等于1%，钒含量小于或等于1%lCr12Mo1V1：高合金热作模具钢，碳含量大于或等于1%，铬含量12%，钼含量1%，钒含量1%，美国钢号为D2lW5Mo5Cr4V2：高速工具钢，碳含量大于或等于1%，钨含量5%，钼含量5%，铬含量4%，钒含量2%，美国钢号为M2l6Cr4W3Mo2VNb：基体钢，碳含量0.6%，铬含量4%，钨含量3%，钼含量2%，钒含量小于或等于1%，铌含量小于或等于1%，代号65Nb704Cr5MoSiV1：中合金热作模具钢，碳含量0.4%，铬含8、不锈钢和耐热钢l首先用1位数字表示碳含量，单位为0.1%，若碳含量大于或等于1%，则不予标注（不会出现2位数字）；然后标注合金元素及其含量，单位为1%质量分数(四舍五入)，若含量为1%或小于1%，则省略数字(硅、锰省略数字时其含量为1%)；最后加注质量（特殊质量加注A）l超低碳钢，当碳含量小于0.08%时，用0表示；碳含量小于0.03%时，用00表示l个别情况下为确切表示某合金元素的含量是1%而非小于1%，以与其他钢号相区别，可以在合金元素后加数字1表示含量718、不锈钢和耐热钢首先用1位数字表示碳含量，单位为0.1%，l0Cr18Ni9Ti：碳含量小于0.08%，铬含量18%，镍含量9%，钛含量小于或等于1%l2520：铬含量25%，镍含量20%l2Cr13：碳含量0.2%，铬含量13%l00 Cr17Ni14Mo2：碳含量小于0.03%，铬含量17%，镍含量14%，钼含量2%720Cr18Ni9Ti：碳含量小于0.08%，铬含量18%，镍常见的钢号l常见的中低合金钢钢号有：Q195、Q235、Q345、25、45、20Mn、40Mn、30CrMoA、20MnVB、65Mnl常见的轴承钢钢号有GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr15Mol常见的不锈钢钢号有：国外牌号201202304304L316316L2520405403对应国内牌号12Cr17Mn6Ni5N12Cr18Mn9Ni5N0Cr18Ni900Cr19Ni100Cr17Ni12Mo200Cr17Ni14Mo20Cr25Ni200Cr13Al1Cr1273常见的钢号常见的中低合金钢钢号有：Q195、Q235、Q34五、金属材料常用的热处理方法74五、金属材料常用的热处理方法74l金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度在不同介质中冷却，通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来控制其性能的一种工艺。热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分。l热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一，它可以保证和提高工件的各种性能，如耐磨性、耐蚀性等，还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。75金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在 热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，如图所示，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。热处理的过程76 热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程1加热 加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，现在一般用电加热，使得温度更容易控制，且无环境污染。金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)这对于热处理后零件的表面性能有不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。2保温当金属工件表面达到要求的加热温度时，还应在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。3冷却冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而变化，主要是控制冷却速度。771加热77常用的热处理方法 常用的热处理方法有整体热处理、表面热处理和形变热处理。整体热处理就是工厂里常听到人们讲的“四把火”，指的就是最常用的四种热处理方法：退火、正火、淬火和回火，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺，包括调质、时效处理和形变热处理。78常用的热处理方法 常用的热处理方法有整体热1、退火 将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它随炉缓慢冷却的热处理方法，称为退火。得到的组织通常是珠光体和铁素体。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，减少残留应力。同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善可加工性。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，又称预备热处理。791、退火 将钢加热到一定温度并保温一段时2、正火 正火是将钢加热到某温度以上，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，对亚共析钢正火可细化晶粒，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。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细小一些，其力学性能也有所提高。另外，正火采用炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。802、正火 正火是将钢加热到某温度以上，使钢3、淬火 淬火是将钢加热到某温度以上，保温一段时间，然后很快放入淬火冷却介质中，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。淬火能增加钢的强度和硬度，但减小其塑性。淬火中常用的淬火冷却介质有水、油、碱水和盐类溶液等 淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工具、模具、量具及要求表面耐磨的零件，如齿轮、轧辊、渗碳零件等。另外，淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性，使不锈钢提高其耐蚀性等。813、淬火 淬火是将钢加热到某温度以上，保温4、回火 将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却的热处理工艺称为回火。其目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。回火多与淬火、正火配合使用。根据工件性能要求的不同，按其回火温度的不同，可将回火分为低温回火、中温回火和高温回火。(1)低温回火(150250)低温回火所得组织为回火马氏体。其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的切削刃具、量具、冷冲模具、滚动轴承及渗碳件等。824、回火 将已经淬火的钢重新加热到一定温(2)中温回火(350500)中温回火的目的是获得高的屈服强度、弹性极限和较高的韧性。因此，它主要用于各种弹簧和热作模具的处理。(3)高温回火(500650)习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。其目的是获得强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。因此，广泛用于汽车、拖拉机、机床等的重要结构零件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类。l但是应该注意，还有调质钢这一说法，调质钢是在冶炼钢材时候加锰、硅元素后形成的钢。调质钢并不是进行过调质热处理的钢，要注意区别。83(2)中温回火(350500)中温回火的目的是获得高表面热处理1表面淬火 表面淬火时通过快速加热，使钢件表面很快达到淬火的温度，在热量来不及传到工件心部就立即冷却，实现局部淬火。表面淬火的目的在于获得高硬度、高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韧性，常用于机床主轴、齿轮、发动机的曲轴等。84表面热处理1表面淬火84Q&A问答环节敏而好学，不耻下问。学问学问，边学边问。Heisquickandeagertolearn.Learningislearningandasking.85Q&A问答环节敏而好学，不耻下问。学问学问，边学边问。感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边结束语86感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程谢谢您的观看与聆听Thankyouforwatchingandlistening87谢谢您的观看与聆听87