金属材料及热处理基础知识

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1、金属材料及热处理基础知识力学性能晶体结构金属材料的塑性变形铁－碳平衡图过冷奥氏体的转变常用热处理工艺碳钢合金钢分类及用途材料选用原则金属材料力学性能静载单向静拉伸应力―应变曲线材料的强度塑性刚度和弹性硬度冲击韧性断裂韧性静载单向静拉伸应力―应变曲线1．I(oab)段―弹性变形阶段a:Pp，b:Pe（不产生永久变形的最大抗力）oa段：△L∝P直线阶段ab段：极微量塑性变形2．II(bcd)段―屈服变形c:屈服点Ps3．III(dB)段―均匀塑性变形B:Pb材料所能承受的最大载荷4．IV(BK)段―局部集中塑性变形颈缩低碳

2、钢缓慢加载单向静拉伸曲线分为四阶段：材料的强度――材料所能承受的极限应力.单位:MPa(N/mm2)σ=P/Fo表示材料抵抗变形和断裂的能力1．抗拉强度σb=Pb/Fo材料被拉断前所承受的最大应力值（材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值）。2．屈服强度σs和条件屈服强度σ0.02a:σs=Ps/Fo（σs代表材料开始明显塑性变形的抗力,是设计和选材的主要依据之一。）b:σ0.02条件屈服强度3．疲劳强度σ-1（80%的断裂由疲劳造成）疲劳极限：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。塑性1．延伸率Lk:试样拉断

3、后最终标距长度延伸率与试样尺寸有关，d5,d10(Lo=5do,10do)2．断面收缩率y=△F/Fo=(Fo-Fk)/Fox100%d,y越大，塑性愈好d<5%,脆性材料刚度和弹性1．刚度－材料在受力时，抵抗弹性变形的能力E=σ/ε杨氏弹性模量GPa,MPa本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组织不敏感的力系指标。2．弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最大应力。比例极限：σp=Pp/Fo应力―应变保持线性关系的极限应力值弹性极限：σe=Pe/Fo不产永久变形的最大抗力工程上，σp、σe视为同一值，通常也

4、可用σ0.01硬度抵抗外物压入的能力，称为硬度―综合性能指标1．布氏硬度适用于未经淬火的钢、铸铁、有色金属或质地轻软的轴承合金。定义：每0.002mm相当于洛氏1度洛氏硬度常用标尺有：B、C、A三种①HRB轻金属，未淬火钢②HRC较硬，淬硬钢制品③HRA硬、薄试件洛氏硬度维氏硬度维氏硬度的压力一般可选5，10，20，30，50，100，120kg等，小于10kg的压力可以测定显微组织硬度。冲击韧性韧性：材料断裂前吸收变形能量的能力--韧性。冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。ak=冲击破坏所消耗的功Ak/标准

5、试样断口截面积F(J/cm2)ak值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形，断口呈金属光泽，呈结晶状。ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。韧性与温度有关—脆性转变温度TK断裂韧性1．问题的提出低应力脆断――断裂力学2．应力场强度因子KI前面所述的力学性能，都是假定材料内部是完整、连续的，但是实际上，内部不可避免的存在各种缺陷（夹杂、气孔等），由于缺陷的存在，使材料内部不连续，这可看成材料的裂纹，在裂纹尖端前沿有应力集中产生，形成一个裂纹尖端应力场。表示应力场强度的参数——“应力场强度因子”。I：单位

6、厚度，无限大平板中有一长度2a的穿透裂纹Y：裂纹形状，加载方式，试样几何尺寸，试验类型有关的系数――几何形状因子。3．断裂韧性对于一个有裂纹的试样，在拉伸载荷作用下，Y值是一定的，当外力逐渐增大，或裂纹长度逐渐扩展时，应力场强度因子也不断增大，当应力场强度因子KI增大到某一值时，σy=KI就可使裂纹前沿某一区域的内应力大到足以使材料产生分离，从而导致裂纹突然失稳扩展，即发生脆断。这个应力场强度因子的临界值，称为材料的断裂韧性，用KIC表示，它表明了材料有裂纹存在时抵抗脆性断裂的能力。当KI>KIC时，裂纹失稳扩展，发生

7、脆断。KI＝KIC时，裂纹处于临界状态KI

8、晶体密排六方晶体点缺陷线缺陷－位错面缺陷－晶间金属材料的塑性变形冷塑性变形对金属组织性能的影响BCC、FCC、HCP晶胞的重要参数晶胞晶体学参数原子半径晶胞原子数配位数致密度FCCa=b=c,a=b=g=90o2868%BCCa=b=c,a=b=g=90o41274%HCPa=b ≠c,c/a=1.633,a=b=90o,g=12