金属材料及热处理（刘旭科）ppt培训课件.ppt

金属材料及热处理,主要内容： 第一章：金属材料材料的性能 第二章：碳素钢 第三章：合金钢 第四章：铸铁 第五章：有色金属金属材料 第六章：金属学的基本知识 第七章：钢的热处理 第八章：铸铁的热处理 第九章：我厂热处理常用设备、性能及用途,第一章 金属材料材料的性能任何一台机器都是由许多机械零件组成的用以制造机械零件的金属材料种类很多，这就要求合理地选择使用材料，满足机械的使用性能和零件所要求的各项技术要求，达到既节省金属又保证产品质量的目的。

现就机械工业中常用金属材料的各种性能简单介绍如下第一节 金属的物理性能和化学性能一、物理性能金属的物理性能主要包括：比重、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等 1、比重比重是物体重量和其体积的比值它的单位为g/㎜3或㎏/dm3在体积相同的情况下，物体的比重越大，重量也越大 按照比重的大小，金属材料可分为轻金属和重金属比重小于5g/㎜3的金属叫做轻金属；比重大于5g/㎜3的金属叫做重金属例如，铜的比重为8.9g/㎜3，铁的比重为7.8g/㎜3，属于重金属；铝的为2.7g/㎜3，属于轻金属比重是金属材料的一个重要物理性能，特别是在航空工业和汽车工业中，为了增加有效载重量，比重更是需要考虑的因素，例如：飞机零件的一半以上是用比重小、强度高的铝和铝合金铸造的在热加工（如铸造、焊接）中，为了去除金属溶液里的杂质，常添加一些溶剂，和杂质作用生成比重较金属液轻的熔渣上浮，以与金属分离2、熔点金属从固体状态向液体状态转变时的熔化温度称为熔点熔点一般用摄氏温度（℃）表示每种金属和合金都有自己的熔点钢和生铁虽然都是由铁和碳这两种元素组成的合金，但是由于钢和生铁的含碳量不同，所以它们的熔点也不同熔点对于热加工，尤其是冶炼、铸造、焊接、配制合金等很重要。

如果金属的熔点低，就可以大大改善铸造和焊接工艺，使铸造和焊接都较容易进行工业上还常将易熔合金用来制造熔断器和防火安全阀等零件，难熔合金则用来制造要求耐高温的零件，广泛用于火箭、导弹、燃气轮机、喷气飞机 3、热膨胀性热膨胀性是指金属材料受热时，它的体积会增大，冷却时则收缩的一种性能热膨胀性也是金属材料的一个重要性能例如，一些精密的测量工具，象千分尺、快规等，为了保持其高度正确性，就要用线膨胀系数很小的金属材料来制造在使用不同的金属材料制成零件时，如异种金属焊接时，就要考虑它们的热膨胀系数是否接近否则会因热膨胀量不等，而使零件变形甚至损坏4、导热性导热性是指金属材料在加热或冷却时能传导热能的性质一般用导热系数表示金属材料导热性能的优劣导热系数大的金属材料，其导热性能良好，导热系数小的，则导热性能差导热系数的单位为ka/m·h·℃导热性是金属材料重要性能之一一般来说，纯金属导热性最好在金属中，杂质含量对金属材料的导热性的影响很大由于这个原因，金属材料中加入合金元素后，就会使材料的导热性能降低钢中成分越复杂，其导热性越差因此，合金钢的导热性就比碳素钢的导热性差导热性对热加工具有十分重要的意义。

在进行焊接、铸造、热处理或锻造时，必须掌握金属材料的导热性由于导热性的缘故，金属材料在加热或冷却过程中，会使工件或坯料产生内外温度差，从而导致内外不同的膨胀或收缩此时，金属材料内部产生应力（内应力），引起金属材料的变形或破裂因此，对于导热性差的金属材料（如合金钢，尤其是高合金钢），应采取适当措施，避免急剧的加热和冷却，以防止金属材料产生过大的内应力例如在生产中经常采用事先预热工件或采取缓慢加热和冷却等措施，以防止材料产生破裂5、导电性导电性是指金属材料传导电流的性能所有的金属材料都具有导电性，其中以银为最好，其次是铜和铝工业上常用铜和铝作为导电材料导电性能差的高电阻合金，如康铜、锰铜及镍铬合金等，可用于制造仪表零件和电炉加热元件6、磁性金属导磁的性能，称为磁性具有导磁能力的金属，都能被磁铁吸引如铁、镍、钴等都具有较高的磁性，称为磁性金属但对于某些金属来说，磁性也不是固定不变的，当温度升高时，磁性金属或合金，有的会消失磁性，如铁在768℃以上就没有磁性二、化学性能化学性能，主要是指金属材料在室温或高温条件下抵抗氧气和腐蚀性介质对其化学侵蚀的能力金属材料的化学性能一般包括耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。

1、耐腐蚀性金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气等介质的能力，称为耐腐蚀性常见的钢铁生锈、铜生铜绿等，就是腐蚀现象 金属材料的耐腐蚀性，是一个重要的性能，尤其对在腐蚀性介质中工作的金属材料，更为重要对于接触腐蚀介质的机械设备（如石油化工机械设备等），不仅要考虑材料的机械性能，而且要考虑材料的耐腐蚀性2、抗氧化性金属材料在加热时抵抗氧气氧化作用的能力，称为抗氧化性加热时，金属材料的氧化作用加速，例如钢材在铸造、锻造、热处理、焊接等加热作业时，会发生氧化和脱碳，造成材料的损耗和各种缺陷因此在加热时，常在坯件或材料的周围制造一种还原气氛或保护气氛，以避免金属材料的氧化3、化学稳定性化学稳定性是指金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性金属材料在高温下的化学稳定性，叫做热稳定性如工业的锅炉、加热设备、汽轮机、喷气发动机、火箭、导弹等因为有许多零件在高温下工作，所以制造这些零件的材料，要有良好的热稳定性第二节 金属的机械性能及其试验工业用金属材料，最重要的性能是材料的机械性能，它是衡量金属材料的主要指标之一 金属材料材料的机械性能包括：强度、弹性、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等金属材料由于受到外力的作用而产生的形状改变称为变形。

材料受到的外力称为载荷（或称负载、负荷）载荷因其作用性质的不同，可以分为静载荷、冲击载荷和交变载荷静载荷——是指大小不变或变动很慢的载荷；冲击载荷——是指突然增加的载荷；交变载荷——是指大小或方向作周期性变换的载荷下面我们就对金属材料的机械性能进行介绍1、强度强度是指材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力金属材料的强度大小，可以通过强度试验来测定金属材料的强度越高，说明它抵抗载荷作用的能力越大强度的单位为MPa材料抵抗所受载荷的强度有抗拉强度（σb）、抗弯强度（σbb）、抗压强度（σbc）、抗扭强度和抗剪强度五种工程中最常用的强度是抗拉强度抗拉强度与其它强度之间有一定的换算关系，通过材料的抗拉强度值，可以近似地计算出其它强度的值金属材料的抗拉强度是通过拉伸试验来测定的2、弹性金属材料受外力作用时产生变形，当外力取消后，材料恢复原状的性能称为弹性把外力去除而消失的变形称为弹性变形如日常使用的螺旋弹簧、板弹簧等都具有这种性能在弹性变形范围内，金属材料在单位面积上所能承受的最大力，叫做弹性极限，单位用MPa2表示金属材料弹性极限的数据是通过对试样进行拉伸试验来测定的3、塑性金属材料在载荷的作用下产生变形而不破坏，当载荷去除后，仍能使其变形保留下来的性能叫做塑性。

这种载荷去除后能保留的永久变形叫做塑性变形热加工的锻造生产等就是利用了金属材料具有塑性的特性一般来说，大多数钢的塑性都较好，可以采用较大的变形量进行轧制和锻造合金钢的塑性较差，在轧制或锻造时，变形量不能选择太大，以免引起钢材破裂铸铁的塑性几乎等于零，所以铸铁不能进行锻造、轧制等压力加工金属材料的塑性越好，在外力作用下产生塑性变形的能力就越大金属材料的塑性是通过对试样进行拉伸试验来测定的它用长度延伸率δ和断面收缩率ψ这两个指标来表示的4、拉伸试验拉伸试验是将一定形状和尺寸的标准试样，安放在拉伸机上，然后施加缓慢递增的轴向拉力（即力由零开始，缓慢、均匀地增加到某一数值），随着载荷的增加，试样逐渐产生伸长变形，直到拉断为止拉伸用的试样可分为长短两种长试样Lo；do=10，短试样Lo：do=55、硬度金属材料对接触表面更硬物体压入和磨损引起塑性变形的抵抗能力，称为硬度它表示金属材料的坚硬程度，是重要的机械性能指标硬度的测定通常是在各种硬度试验计上进行硬度试验操作既简便，又迅速，不需要制备专门的试样，也不会破坏零件；根据测得的硬度值，还能估计金属材料的近似强度值，因而硬度试验是生产中最常用的一种机械性能的实验方法。

实际生产中，最常用的硬度试验方法有三种：布氏硬度试验、洛氏硬度试验和维氏硬度试验1）布氏硬度试验 ① 布氏硬度的含义及表示布氏硬度试验是用一定直径的淬硬钢球，在一定的载荷（p）作用下，压入试样表面，保留一定时间去除载荷后，试验材料的表面便留下一个钢球压痕压痕越小，表示材料抵抗塑性变形的能力（即硬度）越大；压痕越大，硬度越小通常以载荷p与压痕面积F的比值表示硬度值，称作布氏硬度，用“HB”来表示，其计算公式如下：HB=P/F（Ma/㎜2） 式中 HB——布氏硬度值（MPa/㎜2）P——试验时加在钢球上的载荷（MPa）F——压痕表面积（mm2） ② 应用范围布氏硬度试验是广泛使用的硬度试验方法，一般适用于测量硬度不高的金属（HB＜450），如铸铁、有色金属及经过退火、正火和调质的钢材等2）洛氏硬度试验当不便使用布氏硬度试验测定金属材料的硬度时（如金属材料的硬度HB＞450、硬而薄的金属材料或零件已加工为成品等），常采用洛氏硬度试验来测定硬度洛氏硬度试验也属于静力试验，它是利用一压头（这种压头通常是顶角为120o的金刚石圆锥），在一定载荷的作用下压入金属材料的表面，金属材料的表面留下一压痕，压痕越浅，金属材料的硬度越大。

这一试验过程，叫做洛氏硬度试验洛氏硬度用HR表示，它没有单位 ①洛氏硬度试验的种类根据试验时加在压头上的载荷不同，可以分为以下三种：Ⅰ）HRC：是用150公斤力的载荷（预载荷为10公斤力，主载荷140公斤力）和顶角120o的金刚石圆锥为压头进行试验的由于在洛氏硬度计上是采用C标尺，所以用HRC表示所测得的硬度值HRC用来测量HB=230～700的金属材料，一般测量淬火、回火后的零件，都采用HRCⅡ）HRB：是用100公斤力的载荷（预载荷为10公斤力，主载荷90公斤力）和直径为φ1.59mm（即1/16英寸）的淬硬钢球作为压头进行试验的由于在洛氏硬度试验计上是采用B标尺，所以用HRB表示测得的硬度值HRB用于测量HB=60～230的金属材料，一般用于测量退火工件、有色金属材料，如铜、铝等Ⅲ）HRA：是用60公斤力的载荷（预载荷为10公斤力，主载荷50公斤力）和顶角120o的金刚石圆锥作为压头进行试验的由于在洛氏硬度计上采用A标尺，所以用HRA表示所测得的硬度值HRA用于测量HB＞700的金属材料，一般用于测量硬度高或硬而薄的金属材料，如硬质合金或表面处理（表面淬火处理）的零件等 ②应用范围洛氏硬度用于测量各种钢材，有色金属，经淬火后的高硬度工件，表面热处理工件及硬质合金等。

3）维氏硬度试验维氏硬度试验，也是一种静力试验其特点是可以用于测定很薄的工件或表面层的硬度维氏硬度试验，是利用顶角为136o的金刚石四方角锥体作为压头，在一定载荷的作用下压入试样表面，在试样表面上将留下一方形压痕根据压痕对角线长度（两条对角线的平均值），即可查表得到硬度值维氏硬度试验所加载荷的选择范围为1～200公斤力之间，常用的载荷可分为：5、10、20、30、50、100、120公斤力几种所加载荷的大小，主要根据试样的性质、测定层的厚度进行选择，被测零件越薄时，选用的载荷就越小维氏硬度值用HV表示，单位为㎏f/mm2维氏硬度值的单位可略去不写应用范围：维氏硬度试验广泛用来测定金属薄镀层或化学热处理后的表面层硬度，以及较小薄工件的硬度。