熔焊基础与金属材料焊接教学课件作者郝建军第一章.ppt

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1、第1章金属学及热处理基础1.1金属材料的性能1.2金属的晶体结构1.3金属与晶体的结晶1.4铁碳合金相图1.5钢的热处理返回1.1金属材料的性能金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料在使用过程中应具备的性能，它包括力学性能(强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等)、物理性能(密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性等)和化学性能(耐蚀性、抗氧化性等)。工艺性能是金属材料从冶炼到成品的生产过程中，适应各种加工工艺(如冶炼、铸造、冷热压力加工、焊接、切削加工、热处理等)应具备的性能。1.1.1金属的力学性

2、能通常机器零件或工程结构在工作中都要受到外力的作用，金属在外力的作用下所表现的性能叫做力学性能。下一页返回1.1金属材料的性能按外力(载荷)作用性质的不同，可分为静载荷、冲击载荷和交变载荷。在不同性质的载荷作用下，金属所表现的特性与抵抗破坏的能力不同，因而需要用不同的力学性能指标。常用的力学性能指标有强度、硬度、塑性和冲击韧性等。这些性能是机械设计、材料选择、工艺评定及材料检验的主要依据。1.强度与塑性强度是指金属材料在载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。由于作用力的性质不同，其判据可分为屈服强度、抗拉强度、抗压强

3、度、抗弯强度、抗剪强度等，在生产中，最常用、最基本的是屈服强度和抗拉强度。金属材料的强度与塑性一般可以通过金属的拉伸试验来测定。上一页下一页返回1.1金属材料的性能(1)拉伸试验①拉伸试样。拉伸试样的形状通常有圆柱形和板状两类。为便于对不同材料的强度进行对比，拉伸试验所用试件的形状与尺寸应符合GB/T397-1986《金属拉伸试验试样》的规定。图1-1(a)所示为圆柱形拉伸试样。在圆柱形拉伸试样中d0为试样直径，l0为试样的标距长度，根据标距长度和直径之间的关系，试样可分为长试样(l0=10d0)和短试样(l0=5

4、d0)。②拉伸曲线。试验时，将试样两端夹装在试验机的上下夹头上，随后缓慢地增加载荷，随着载荷的增加，试样因逐步变形而伸长，直到被拉断为止。上一页下一页返回1.1金属材料的性能在试验过程中，试验机自动记录了每一瞬间负荷F和变形量△l，并给出了它们之间的关系曲线，称为拉伸曲线(或拉伸图)。拉伸曲线反映了材料在拉伸过程中的弹性变形、塑性变形和直到拉断时的力学特性。图1-1(b)为低碳钢的拉伸曲线。由图可见，低碳钢试样在拉伸过程中，可分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。当载荷不超过Fp时，拉伸曲线为一直线，即试样的伸长量

5、与载荷成正比例增加，如果卸除载荷，试样立即恢复到原来的尺寸，即试样处于弹性变形阶段。载荷在间，试样的伸长量与载荷已不再成正比关系，但若卸除载荷，试样仍然恢复到原来的尺寸，故仍处于弹性变形阶段。上一页下一页返回1.1金属材料的性能当载荷超过Fe后，试样将进一步伸长，但此时若卸除载荷，弹性变形消失，而有一部分变形却不能消失，即试样不能恢复到原来的长度，称为塑性变形或永久变形。当载荷增加到Fs时，试样开始明显的塑性变形，在拉伸曲线上出现了水平的或锯齿形的线段，这种现象称为屈服。当载荷继续增加到某一最大值Fb时，试样的局部截

6、面缩小，产生了颈缩现象。由于试样局部截面的逐渐减少，故载荷也逐渐降低，当达到拉伸曲线上的k点时，试样就被拉断。(2)强度材料受外力作用时，其内部产生了与外力大小相等方向相反的抵抗力，即内力。上一页下一页返回1.1金属材料的性能单位面积上的内力称为应力，用符号σ表示，即式中F—拉伸力(N);A0—试样原始截面积(m2)。根据拉伸曲线可以求出材料的强度指标，其强度指标主要有以下三项。①弹性极限。金属材料在载荷作用下产生弹性变形(即不产生永久变形)时所能承受的最大应力称为弹性极限，用符号σe表示:上一页下一页返回1.1金属

7、材料的性能式中Fe—试样产生弹性变形时所承受的最大载荷;A0—试样原始横截面积。σe值越大，表示材料的弹性越大。②屈服强度(又称屈服点)。金属材料开始明显塑性变形(即在外力不增加仍能继续伸长)时的最低应力称为屈服强度，用符号σs表示:式中Fs—试样屈服时的载荷;A0—试样原始横截面积。上一页下一页返回1.1金属材料的性能生产中使用的某些金属材料，在拉伸试验中不出现明显的屈服现象，无法确定其屈服强度σs。所以国标中规定，以试样塑性变形量为试样标距长度的0.2%时，材料承受的应力称为“条件屈服强度”，并以符号σ0.2表示

8、。σ0.2的确定方法如图1-2所示。在拉伸曲线横坐标上截取c点，使Oc=0.2%l0，过c点作斜线的平行线，交曲线于s点，则可找出相应的载荷F0.2，从而计算出σ0.2。③抗拉强度(又称强度极限)。金属材料在断裂前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σs表示:式中Fb—试样在断裂前的最大载荷;A0—试样原始横截面积。上一页下一页返回1.1金属