金属材料与热处理 教学课件 作者 吴惠明 第1章.ppt

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1、第1章金属的性能知识目标：掌握金属材料的分类方法。掌握金属材料的力学性能；了解金属材料的物理性能和化学性能；熟悉金属材料的工艺性能。技能目标：掌握黑色金属及有色金属的定义。掌握金属的力学性能，包括强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等概念及各力学性能的衡量指标;了解金属材料的工艺性能。金属材料是现代机械制造业的基本材料，广泛地应用于制造生产和生活用品（如机械、土木工程、电器或其他方面），金属材料之所以获得广泛的应用，是由于它具有许多良好的性能。金属材料的性能包含：使用性能所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括物理性能（密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性

2、等）、化学性能(耐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等)和力学性能等。工艺性能所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所规定的冷、热加工条件下表现出来的性能。1.1金属及金属材料的分类1.2金属的力学性能1.3金属的工艺性能第1章金属的性能1.1金属及金属材料的分类所谓金属，是指由单一元素构成的具有特殊的光泽、延展性、导电性、导热性的物质金属材料通常分为三类：1.黑色金属又称钢铁材料，包括工业纯铁、碳钢、铸铁，以及各种用途的合金结构钢、工具钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括锰（Mn）、铬（Cr）以及它们的合金。2.有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合

3、金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、稀有金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。3.特种金属材料特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。（1）重金属一般指ρ＞4.5g/cm3的有色金属。主要用做各种用途的镀层及多元合金。（2）轻金属ρ＜4.5g/cm3的金属叫轻金属。（3）贵金属指物理、化学性质稳定，地壳中蕴藏量少、价格昂贵或具有雍容华贵的外观的金属。常用电镀的方法在价格便宜的基体上获得薄镀层，以满足高稳定性、电接触性能以及贵重装饰品的需求。（4）稀有金属一般指在自然界含量较少、分布稀散及研究应用较少的金属，稀有金属包括稀土金属、放射性稀有金属

4、、稀有贵金属、稀有轻金属、难溶稀有金属及稀有分散金属等。1.2金属的力学性能金属的力学性能是指金属在外力的作用下，抵抗变形和破坏的能力。金属材料的力学性能主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。1.载荷零件或工具在加工或使用过程中所受的外力称为载荷。a）拉伸载荷b）压缩载荷c）弯曲载荷d）剪切载荷e）扭转载荷图1-1载荷的作用形式按作用性质不同载荷可分为：（1）静载荷大小不变或变化缓慢的载荷。（2）冲击载荷在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。（3）交变载荷大小、方向或大小和方向随时间而发生周期性变化的载荷。2.变形金属材料在外力的作用下所发生的形状和尺寸的变化称为变形。按去除载荷后变

5、形能否完全恢复，变形分为：（1）弹性变形是指随载荷的去除而消失的变形。（2）塑性变形也称永久变形，是指不能随载荷的去除而消失的变形。3.应力金属材料受外力作用时，为保持其不变形，材料内部原子之间相互作用而产生的与外力相对抗的力称为内力。单位面积上的内力称为应力，用R表示。其公式计算如下：R＝式中R——应力，MPa，（1Pa＝1N/m2；1MPa＝1N/mm2）；F——外力，N（外力的大小等于内力）；S——面积，mm2。1.2.1强度1.2.2塑性1.2.3硬度1.2.4冲击韧度1.2.5疲劳强度1.2金属的力学性能1.2.1强度强度是金属在静载荷的作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。强度的大

6、小通常用应力来表示。根据载荷作用方式不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等五种。一般情况下多以屈服强度和抗拉强度作为判别强度高低的重要依据。实际中使用最多的是抗拉强度。拉伸试验1.拉伸式样拉伸式样的截面形状一般有圆形和矩形两种。图1-3圆形拉伸式样a）拉伸前b）拉断后图中，d为标准试样的原始直径；L0为标准试样的原始标距长度。2.拉伸曲线拉伸试验时，通过拉伸试验机将载荷和试样伸长量的变化自动地记录下来绘制成拉伸曲线。所绘制的拉伸曲线是以载荷为纵坐标，试样的伸长量为横坐标，能够反应拉伸载荷F与伸长量△L之间的关系曲线，称为拉伸曲线，也称为力－伸长曲线。图1-4低碳

7、钢试样的力－伸长曲线s′拉伸试验过程中，会明显地出现以下几个变形阶段：（1）oe为弹性变形阶段（2）ss´为屈服阶段（3）s´b为强化阶段（4）bz为缩颈阶段图1-5拉伸试样的缩颈现象铁素体加珠光体组织或回火索氏体组织的碳素结构钢和低合金结构钢的拉伸曲线具有屈服现象；而硬化程度较高的钢材，在拉伸试验时均没有屈服现象；有些脆性材料，不仅没有屈服现象，而且也不产生缩颈。3.弹性极限和刚度（1）弹性极限是指材料由弹性变形过渡到