課題一金屬材料及其性能

1、 江 門 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 金屬材料 及熱處理 “金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理”總課時總課時4545 課程內(nèi)容課程內(nèi)容 課題一課題一 認識并掌握金屬材料基本性能（認識并掌握金屬材料基本性能（6 6課時）課時） 課題二課題二 認識并應用金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶（認識并應用金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶（5 5課時）課時） 課題三課題三 掌握并運用鐵碳合金相圖（掌握并運用鐵碳合金相圖（3 3課時）課時） 課題四課題四 掌握鋼的熱處理工藝與應用（掌握鋼的熱處理工藝與應用（8 8課時）課時） 課題五課題五 熟悉并正確選用碳素鋼（熟悉并正確選用碳素鋼（3 3課時）課時） 課題六課題六 掌握常用合金鋼

2、的性能與應用（掌握常用合金鋼的性能與應用（5 5課時）課時） 課題七課題七 掌握常用鑄鐵性能與應用（掌握常用鑄鐵性能與應用（3 3課時）課時） 課題八課題八 非鐵金屬及其合金（非鐵金屬及其合金（4 4課時）課時） 課題九課題九 金屬材料工程選用（金屬材料工程選用（8 8課時）課時） 課題十課題十 了解工程前沿新材料的特點與應用（選學）了解工程前沿新材料的特點與應用（選學） 課程考核課程考核 課程考核課程考核 1 1）平時成績：（課堂紀律、課堂提問、出勤）平時成績：（課堂紀律、課堂提問、出勤 率）占率）占25%25%； 2 2）作業(yè)占）作業(yè)占1515； 3 3）期末考試占）期末考試占6060。

3、課題一課題一 認識并掌握金屬材料基本性能認識并掌握金屬材料基本性能 p課題一課題一 認識并掌握金屬材料基本性能認識并掌握金屬材料基本性能 p任務任務1 1 認識金屬材料認識金屬材料 p任務任務2 2 了解鋼鐵材料的生產(chǎn)過程了解鋼鐵材料的生產(chǎn)過程 p任務任務3 3 掌握金屬材料的物理與化學性能掌握金屬材料的物理與化學性能 p任務任務4 4 掌握并能測量金屬材料的力學性能掌握并能測量金屬材料的力學性能 p任務任務5 5 掌握金屬材料的工藝性能掌握金屬材料的工藝性能 p思考與練習思考與練習 任務一任務一 認識金屬材料認識金屬材料 學習目標學習目標 知識目標：了解材料的歷史；熟悉材料的分類；知識目標：

4、了解材料的歷史；熟悉材料的分類； 認識新材料。認識新材料。 能力目標：能夠區(qū)分金屬材料與非金屬材料；能能力目標：能夠區(qū)分金屬材料與非金屬材料；能 夠辨別金屬材料物理性能和化學性能。夠辨別金屬材料物理性能和化學性能。 青 銅 器 1. 1. 材料的歷史與發(fā)展材料的歷史與發(fā)展 什么是材料呢？什么是材料呢？ 材料是人類用來制作各種產(chǎn)品的物質(zhì)，是先于人類材料是人類用來制作各種產(chǎn)品的物質(zhì)，是先于人類 存在且能為人類制造有用器件的物質(zhì)，材料是人類生存在且能為人類制造有用器件的物質(zhì)，材料是人類生 活、社會發(fā)展的重要物質(zhì)文明基礎?；?、社會發(fā)展的重要物質(zhì)文明基礎。 材料的特性是能用于結(jié)構(gòu)、機器、器件或其他產(chǎn)品。

5、材料的特性是能用于結(jié)構(gòu)、機器、器件或其他產(chǎn)品。 青 銅 器 石器 陶器 瓷器 公元前公元前1010萬年，人類只能使用天然的石頭、木棒作為萬年，人類只能使用天然的石頭、木棒作為 狩獵工具狩獵工具-石器時代石器時代. . 公元前公元前80008000年，火的發(fā)現(xiàn)使人類有了改造自然的武器，年，火的發(fā)現(xiàn)使人類有了改造自然的武器， 人類對材料的使用由天然材料向人工材料發(fā)展，人類對材料的使用由天然材料向人工材料發(fā)展，-陶陶 器時代器時代. . 青 銅 器 青銅器 公元前公元前30003000年，隨著制陶技術(shù)的發(fā)展，又為煉銅準備年，隨著制陶技術(shù)的發(fā)展，又為煉銅準備 了必要的條件，緊接著是青銅器時代了必要的條

6、件，緊接著是青銅器時代 青 銅 器 鐵人 黃黃 河河 鎮(zhèn)鎮(zhèn) 河河 大大 鐵鐵 牛牛 隨著冶煉技術(shù)的提高，人類步入了鐵器時代隨著冶煉技術(shù)的提高，人類步入了鐵器時代 新材料新工藝 滌綸安全帶 尼龍齒輪 耐磨陶瓷 絕緣陶瓷 玻璃鋼賽車殼體 光纜 玻璃鋼儲液罐 磁浮列車（時速430公里） 鎂鋁合金手機殼 2020世紀世紀 4040年代年代 材料科材料科 學的技學的技 術(shù)革命術(shù)革命 產(chǎn)生了產(chǎn)生了 復合材復合材 料，人料，人 類進入類進入 了新材了新材 料時代料時代 （硅器（硅器 時代）時代） 新 材 料 新 工 藝 新型轎車 電動汽車 鎂鋁合金葉輪 分層實體快速成形 減速機箱體原型 熔融沉積快速 成形葉

7、輪原型 人造衛(wèi)星 運載火箭 飛船 “神舟”五號飛行成 功 隱形戰(zhàn)斗機 殲10戰(zhàn)斗機 2121世紀的世紀的 人類已進人類已進 人金屬人金屬 （如鈦金（如鈦金 屬）、高屬）、高 分子、陶分子、陶 瓷及復合瓷及復合 材料共同材料共同 發(fā)展的時發(fā)展的時 代代 2. 2. 材料的分類材料的分類 按不同的分類方法可以將材料分成五種按不同的分類方法可以將材料分成五種. . （1 1）按材料的化學組成分類）按材料的化學組成分類 根據(jù)材料的化學組成分為金屬材料和非金屬材料兩大類。根據(jù)材料的化學組成分為金屬材料和非金屬材料兩大類。 非金屬材料分為高分子材料、陶瓷材料和復合材料三種非金屬材料分為高分子材料、陶瓷材料

8、和復合材料三種 類型。類型。 （2 2）按材料的特性和用途分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩）按材料的特性和用途分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩 大類。大類。 結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料 功能材料功能材料 （3 3）按材料內(nèi)部原子排列分為晶體材料與非晶體材料）按材料內(nèi)部原子排列分為晶體材料與非晶體材料 兩大類。兩大類。 （4 4）按材料的熱力學狀態(tài)分為穩(wěn)態(tài)材料及亞穩(wěn)態(tài)材料）按材料的熱力學狀態(tài)分為穩(wěn)態(tài)材料及亞穩(wěn)態(tài)材料 兩大類。兩大類。 （5 5）按材料尺寸分為一維（纖維及晶須）材料、二維）按材料尺寸分為一維（纖維及晶須）材料、二維 （薄膜）材料及三維（大塊）材料三大類。（薄膜）材料及三維（大塊）材料三大類。 3. 3. 金

9、屬材料的應用金屬材料的應用 在近代，材料專家把金屬材料比做現(xiàn)代工業(yè)的骨在近代，材料專家把金屬材料比做現(xiàn)代工業(yè)的骨 架，隨著金屬材料大規(guī)模生產(chǎn)及其使用量的急劇架，隨著金屬材料大規(guī)模生產(chǎn)及其使用量的急劇 上升，極大地促進了人類社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的上升，極大地促進了人類社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的 飛速發(fā)展。如果沒有耐高溫、高強度、高性能的飛速發(fā)展。如果沒有耐高溫、高強度、高性能的 鈦合金等金屬材料，就不可能有現(xiàn)代宇航工業(yè)的鈦合金等金屬材料，就不可能有現(xiàn)代宇航工業(yè)的 發(fā)展。發(fā)展。 任務二任務二 了解鋼鐵材料的生產(chǎn)過程了解鋼鐵材料的生產(chǎn)過程 學習目標學習目標 知識目標：了解煉鐵、煉鋼的生產(chǎn)過程。知識目標：了解

10、煉鐵、煉鋼的生產(chǎn)過程。 能力目標：能說出煉鐵與煉鋼生產(chǎn)過程的差別。能力目標：能說出煉鐵與煉鋼生產(chǎn)過程的差別。 鋼鐵材料是鋼和生鐵的總稱，是鐵和碳的合金，按鋼鐵材料是鋼和生鐵的總稱，是鐵和碳的合金，按 含碳的質(zhì)量分數(shù)含碳的質(zhì)量分數(shù)wcwc可分為：工業(yè)純鐵可分為：工業(yè)純鐵wcwc0.02180.0218、 鋼鋼wcwc0.02180.02182.112.11）、白口鑄鐵或生鐵）、白口鑄鐵或生鐵2.112.11 wcwc6.696.69。 鐵礦石經(jīng)高爐冶煉獲得生鐵，生鐵再經(jīng)過冶煉得到鐵礦石經(jīng)高爐冶煉獲得生鐵，生鐵再經(jīng)過冶煉得到 鋼。鋼。 1 1煉鐵煉鐵 鐵礦石中除鐵外，還含有其他的氧化物，如二氧化硅

11、、氧化鐵礦石中除鐵外，還含有其他的氧化物，如二氧化硅、氧化 錳、三氧化二鋁等，這些雜質(zhì)稱為脈石。煉鐵實質(zhì)是從鐵礦石錳、三氧化二鋁等，這些雜質(zhì)稱為脈石。煉鐵實質(zhì)是從鐵礦石 （鐵的氧化物）中還原鐵并使之與雜質(zhì)分離的過程。（鐵的氧化物）中還原鐵并使之與雜質(zhì)分離的過程。 1 1）煉鐵的原料及其作用：原料有鐵礦石、燃料和熔劑。）煉鐵的原料及其作用：原料有鐵礦石、燃料和熔劑。 鐵礦石：磁鐵礦（主要含鐵礦石：磁鐵礦（主要含F(xiàn)eFe3 3OO4 4，含鐵量最高）、赤鐵礦，含鐵量最高）、赤鐵礦 （主要含（主要含F(xiàn)eFe2 2O O3 3，）和菱鐵礦（主要含，）和菱鐵礦（主要含F(xiàn)eCOFeCO3 3）。含）。含鐵

12、鐵量在量在3030 以上就有開采價值。以上就有開采價值。 2 2）燃料。高爐煉鐵的燃料是焦炭。焦炭是煙煤）燃料。高爐煉鐵的燃料是焦炭。焦炭是煙煤 隔絕空氣加熱分解的干餾物。作用是燃燒后提隔絕空氣加熱分解的干餾物。作用是燃燒后提 供高溫，并提供一氧化碳還原劑供高溫，并提供一氧化碳還原劑 3 3）熔劑。常用的熔劑是石灰石（）熔劑。常用的熔劑是石灰石（CaCOCaCO3 3），）， 作用是造渣。礦石中的脈石熔點很高，加人熔作用是造渣。礦石中的脈石熔點很高，加人熔 劑與脈石發(fā)生化學作用，生成熔點低、密度小、劑與脈石發(fā)生化學作用，生成熔點低、密度小、 流動性好的爐渣，將鐵分離出來。流動性好的爐渣，將鐵分

13、離出來。 2 2. . 煉鐵的基本過程煉鐵的基本過程 煉鐵的設備是高爐。鐵礦石、焦炭、煉鐵的設備是高爐。鐵礦石、焦炭、石灰石由石灰石由 裝料機構(gòu)分層在高爐上部裝料口裝人。基本過裝料機構(gòu)分層在高爐上部裝料口裝人?；具^ 程包括燃料燃燒程包括燃料燃燒、鐵的還原和增碳、其他元素、鐵的還原和增碳、其他元素 的還原、造渣等。的還原、造渣等。 1 1）燃料燃燒燃料燃燒 2 2）氧化鐵的還原和鐵的增碳氧化鐵的還原和鐵的增碳 3 3）造渣。石灰石在加熱到一定的溫度后，會發(fā)造渣。石灰石在加熱到一定的溫度后，會發(fā) 生分解生成生石灰，生石灰與雜質(zhì)發(fā)生反應生生分解生成生石灰，生石灰與雜質(zhì)發(fā)生反應生 成熔渣，渣物密度比

14、鐵水小，浮在鐵水上，從成熔渣，渣物密度比鐵水小，浮在鐵水上，從 出渣口排出。出渣口排出。 3 3. . 高爐的產(chǎn)品高爐的產(chǎn)品 （1 1）鑄造生鐵（鑄造生鐵（ WcWc 1.251.25）和煉鋼生鐵）和煉鋼生鐵 （ WcWc 1.251.25） （2 2）高爐煤氣和爐渣）高爐煤氣和爐渣 2 2煉鋼煉鋼 1 1）煉鋼的基本過程）煉鋼的基本過程 鋼和鐵的區(qū)別鋼和鐵的區(qū)別是是鋼中含碳量和硅、錳、磷、鋼中含碳量和硅、錳、磷、 硫的含量比鐵中少。把生鐵水或生鐵塊中的碳及雜質(zhì)元素降到硫的含量比鐵中少。把生鐵水或生鐵塊中的碳及雜質(zhì)元素降到 規(guī)定的水平。煉鋼與煉鐵不同，煉鐵是一個還原過程，而煉鋼規(guī)定的水平。煉鋼

15、與煉鐵不同，煉鐵是一個還原過程，而煉鋼 則主要是一個氧化過程。氧化過程結(jié)束后，則主要是一個氧化過程。氧化過程結(jié)束后，鐵水就變成了鋼水，鐵水就變成了鋼水， 鋼水中形成了大量鋼水中形成了大量Fe0Fe0使力學性能變壞，需進行脫氧。向鋼液使力學性能變壞，需進行脫氧。向鋼液 中加入脫氧劑（如錳鐵、硅鐵、純鋁塊），脫氧劑與中加入脫氧劑（如錳鐵、硅鐵、純鋁塊），脫氧劑與FeOFeO反應，反應， 生成爐渣。生成爐渣。 2 2）煉鋼的方法煉鋼的方法 平爐煉鋼法平爐煉鋼法、轉(zhuǎn)爐煉鋼法和電爐煉鋼法。平爐構(gòu)造復雜、建、轉(zhuǎn)爐煉鋼法和電爐煉鋼法。平爐構(gòu)造復雜、建 廠投資大、燃料利用率很低、氧化過程緩慢及熔煉時間長等缺廠

16、投資大、燃料利用率很低、氧化過程緩慢及熔煉時間長等缺 點，已被淘汰。點，已被淘汰。 1 1）轉(zhuǎn)爐煉鋼法：）轉(zhuǎn)爐煉鋼法：氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼是利用一根或幾根吹氧管從鋼液上方氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼是利用一根或幾根吹氧管從鋼液上方 吹人純氧，利用爐中化學反應產(chǎn)生的熱進行冶煉，不需外加熱源。首先是裝吹人純氧，利用爐中化學反應產(chǎn)生的熱進行冶煉，不需外加熱源。首先是裝 料，將鐵水注人爐內(nèi)，并按比例向爐內(nèi)加入一定量的廢鋼和造渣材料。向爐料，將鐵水注人爐內(nèi)，并按比例向爐內(nèi)加入一定量的廢鋼和造渣材料。向爐 中吹入中吹入18181212個標準大氣壓的氧氣。劇烈的氧化反應使鐵水溫度升高，使個標準大氣壓的氧氣。劇烈的氧化反應使

17、鐵水溫度升高，使SiSi、 MnMn、S S、P P被氧化進入渣中，碳被氧化形成被氧化進入渣中，碳被氧化形成COCO氣體逸出爐外。當鋼液中氣體逸出爐外。當鋼液中S S、 P P、SiSi、MnMn、C C的含量均達到要求時停止吹氧。出鋼前進行鋼液的脫氧和合的含量均達到要求時停止吹氧。出鋼前進行鋼液的脫氧和合 金化，根據(jù)鋼種要求加人脫氧劑和合金料，最后將鋼水注入鋼包以各連鑄或金化，根據(jù)鋼種要求加人脫氧劑和合金料，最后將鋼水注入鋼包以各連鑄或 模鑄使用。模鑄使用。 轉(zhuǎn)爐煉鋼法轉(zhuǎn)爐煉鋼法 2 2）電爐煉鋼法）電爐煉鋼法 用于生產(chǎn)質(zhì)量要求較高的合金鋼和特殊鋼種。電爐具有爐溫高，用于生產(chǎn)質(zhì)量要求較高的合

18、金鋼和特殊鋼種。電爐具有爐溫高， 氧、硫及非金屬夾雜含量低，合金元素燒損少等優(yōu)點。電爐是氧、硫及非金屬夾雜含量低，合金元素燒損少等優(yōu)點。電爐是 電弧爐。電弧爐是利用石墨制成的電極與廢鋼料或鋼水之間產(chǎn)電弧爐。電弧爐是利用石墨制成的電極與廢鋼料或鋼水之間產(chǎn) 生的高溫電弧作為熱源來進行熔煉的。缺點是要消耗大量的電生的高溫電弧作為熱源來進行熔煉的。缺點是要消耗大量的電 能，成本比平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼高，用廢鋼作為煉鋼原料。能，成本比平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼高，用廢鋼作為煉鋼原料。 3. 3. 鋼的澆注鋼的澆注 煉好的鋼液放人盛鋼桶內(nèi)，少數(shù)直接澆注成鑄鋼件，大部煉好的鋼液放人盛鋼桶內(nèi)，少數(shù)直接澆注成鑄鋼件，大部 分澆注

19、成鋼錠，送往軋鋼車間或鍛壓車間，軋制或鍛壓成型分澆注成鋼錠，送往軋鋼車間或鍛壓車間，軋制或鍛壓成型 材、坯料等。材、坯料等。 目前澆注方法主要有鋼錠模鑄錠和連續(xù)鑄錠兩種。目前澆注方法主要有鋼錠模鑄錠和連續(xù)鑄錠兩種。 任務三任務三 掌握金屬材料的物理與化學性能掌握金屬材料的物理與化學性能 學習目標學習目標 知識目標：掌握金屬材料的物理和化學性能知識。知識目標：掌握金屬材料的物理和化學性能知識。 能力目標：能具體應用金屬材料的物理和化學性能。能力目標：能具體應用金屬材料的物理和化學性能。 通常把金屬材料的性能分為使用性能和工藝性能。通常把金屬材料的性能分為使用性能和工藝性能。 使用性能是在使用過程

20、中所表現(xiàn)出的特性，包括力學使用性能是在使用過程中所表現(xiàn)出的特性，包括力學 性能、物理性能、化學性能等。性能、物理性能、化學性能等。 工藝性能是金屬材料在加工過程中適應各種冷熱加工工藝性能是金屬材料在加工過程中適應各種冷熱加工 的性能。的性能。 鋼中常存元素及其對性能的影響鋼中常存元素及其對性能的影響 錳錳有益元素，有很好的脫氧能力，還原有益元素，有很好的脫氧能力，還原FeOFeO中的鐵；還可中的鐵；還可 與硫形成與硫形成MnSMnS，消除了硫的有害作用；溶于鐵素體產(chǎn)生固溶強，消除了硫的有害作用；溶于鐵素體產(chǎn)生固溶強 化，提高鋼的強度和硬度。鋼中含量化，提高鋼的強度和硬度。鋼中含量WWMn Mn

21、=0.25 =0.250.80.8 硅硅有益元素，脫氧能力比錳強，還原有益元素，脫氧能力比錳強，還原FeOFeO中的鐵；溶于鐵中的鐵；溶于鐵 素體產(chǎn)生固溶強化，提高鋼的強度及質(zhì)量，硅作為雜質(zhì)含量在素體產(chǎn)生固溶強化，提高鋼的強度及質(zhì)量，硅作為雜質(zhì)含量在 WWSi Si 0.10.10.4%0.4%。 硫硫有害元素，常以有害元素，常以FeSFeS形式存在，易使鋼材變脆（熱脆形式存在，易使鋼材變脆（熱脆 性）。性）。 磷磷有害元素，它使鋼在低溫時變脆（冷脆性）。有害元素，它使鋼在低溫時變脆（冷脆性）。 氫氫有害元素，能造成氫脆、白點等缺陷。有害元素，能造成氫脆、白點等缺陷。 1. 金屬材料物理性能與

22、應用金屬材料物理性能與應用 純金屬：鐵（純金屬：鐵（Fe)Fe)、鋁（、鋁（AlAl）、銅（）、銅（CuCu）、金（）、金（AuAu）、銀）、銀 （AgAg）、鉻（）、鉻（CrCr）、鎳（）、鎳（NiNi）、錳）、錳( (MnMn) )、鉬（、鉬（MoMo）、鎢）、鎢 （WW）、釩（）、釩（V V）、鈦（）、鈦（TiTi）、鋅（）、鋅（ZnZn）、錫（）、錫（SnSn) )、鉛、鉛 （PbPb）、鈹（）、鈹（BeBe）、鈮（）、鈮（NbNb）、鋯（）、鋯（ZrZr）、鈷（）、鈷（CoCo）等）等 合金：合金是由兩種或兩種以上金屬元素、或金屬元素與非金合金：合金是由兩種或兩種以上金屬元素、或金屬

23、元素與非金 屬元素組成，具有金屬特性的物質(zhì)。屬元素組成，具有金屬特性的物質(zhì)。 合金比純金屬具有更好的性能，更高的強度、硬度、耐熱性、合金比純金屬具有更好的性能，更高的強度、硬度、耐熱性、 耐蝕性、電磁性。耐蝕性、電磁性。 常見的非金屬元素：碳（常見的非金屬元素：碳（C C）、氮（）、氮（N N）、硫）、硫(S(S） 磷（磷（P P）、硼（）、硼（B B）、硅（）、硅（SiSi）等。）等。 p黑色金屬：以鐵或以鐵為主形成的金屬材料，外觀顏色成黑色，黑色金屬：以鐵或以鐵為主形成的金屬材料，外觀顏色成黑色， 如碳鋼、合金鋼、鑄鐵等。如碳鋼、合金鋼、鑄鐵等。 p非鐵金屬材料（有色金屬材料）：除黑色金屬

24、外的金屬和合金，非鐵金屬材料（有色金屬材料）：除黑色金屬外的金屬和合金， 如銅及銅合金、鋁及鋁合金等。如銅及銅合金、鋁及鋁合金等。 金屬材料又可分為：金屬材料又可分為： 常見合金組成成分與用途常見合金組成成分與用途 p密度：密度： m/m/ kg/mkg/m3 3 不同金屬，密度不同，查表不同金屬，密度不同，查表1 1 p熔點：從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時的溫度。純金屬有固定的熔點。比熔點：從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時的溫度。純金屬有固定的熔點。比 較表較表1 1 p導熱性：能夠傳導熱量的性能，用導熱性：能夠傳導熱量的性能，用 表示。金屬越純導熱能力表示。金屬越純導熱能力 越好（銀、銅、鋁、鉻、鐵）。比較表越好（

25、銀、銅、鋁、鉻、鐵）。比較表1 1 p導電性：能夠傳導電流的性能，用電阻率（導電性：能夠傳導電流的性能，用電阻率（ ）來衡量。導電）來衡量。導電 性和導熱性一樣，金屬越純導電能力越好，銀、銅、鋁、鎂、性和導熱性一樣，金屬越純導電能力越好，銀、銅、鋁、鎂、 鎢、鎳。鎢、鎳。 p比較表比較表1 1 一、金屬材料的物理性能一、金屬材料的物理性能 p熱膨脹性：隨溫度變化而膨脹、收縮的特性。用線脹系數(shù)（熱膨脹性：隨溫度變化而膨脹、收縮的特性。用線脹系數(shù)（ l l） 和體脹系數(shù)（和體脹系數(shù)（ v v）表示。）表示。 v vl l l l（l l2 2-l -l1 1）/l/l1 1tt 比較表比較表1 1

26、 p磁性：在磁場中能內(nèi)磁化的性能。磁性：在磁場中能內(nèi)磁化的性能。 鐵磁性材料：能被強烈磁化，如鐵磁性材料：能被強烈磁化，如FeFe、NiNi、CoCo 順磁性材料：呈微弱磁性，如順磁性材料：呈微弱磁性，如MnMn、GrGr、AlAl 抗磁性材料：抗拒或弱化磁場作用，如抗磁性材料：抗拒或弱化磁場作用，如AuAu、AgAg、CuCu、PbPb、SnSn、 ZnZn 鐵磁性材料在溫度升高到一定溫度時就會失去磁性，變?yōu)轫槾朋w，鐵磁性材料在溫度升高到一定溫度時就會失去磁性，變?yōu)轫槾朋w， 該溫度為居里點，如鐵的居里點為該溫度為居里點，如鐵的居里點為770770 金屬材料的物理性能金屬材料的物理性能 p耐腐

27、蝕性：常溫下抵抗氧、水蒸氣及化學介質(zhì)腐蝕破壞作用的能耐腐蝕性：常溫下抵抗氧、水蒸氣及化學介質(zhì)腐蝕破壞作用的能 力。力。 金屬防腐措施：金屬防腐措施： 覆蓋法覆蓋法( (噴漆、鍍鋅、鍍鉻、噴塑、發(fā)藍、涂油噴漆、鍍鋅、鍍鉻、噴塑、發(fā)藍、涂油) ) 提高金屬本身耐腐蝕性：合金化、化學處理法（滲鉻、滲鋁、提高金屬本身耐腐蝕性：合金化、化學處理法（滲鉻、滲鋁、 滲氮）滲氮） p抗氧化性：在室溫或加熱時抵抗氧氣氧化作用的能力。（熱加工抗氧化性：在室溫或加熱時抵抗氧氣氧化作用的能力。（熱加工 包括鑄造、鍛造、焊接、熱處理）包括鑄造、鍛造、焊接、熱處理） p化學穩(wěn)定性：耐腐蝕性和抗氧化性的總成?；瘜W穩(wěn)定性：耐

28、腐蝕性和抗氧化性的總成。 二、金屬材料的化學性能二、金屬材料的化學性能 任務任務4 4 掌握并能測量金屬材料的力學性能掌握并能測量金屬材料的力學性能 學習目標學習目標 知識目標：認識金屬材料力學性能；掌握金屬材料力學性能知識目標：認識金屬材料力學性能；掌握金屬材料力學性能 的測試方法。的測試方法。 能力目標：能利用相關測試設備測量金屬材料的力學性能。能力目標：能利用相關測試設備測量金屬材料的力學性能。 金屬材料力學性能（機械性能）：外力作用是表現(xiàn)出來的性金屬材料力學性能（機械性能）：外力作用是表現(xiàn)出來的性 能。能。 指標有強度、剛度、硬度、塑性、韌性、疲勞強度等。指標有強度、剛度、硬度、塑性、

29、韌性、疲勞強度等。 1 1）載荷載荷：金屬材料在加工和使用過程中所受的外力。：金屬材料在加工和使用過程中所受的外力。 p靜載荷大小不變或變動很?。ɡK上掛重物）靜載荷大小不變或變動很小（繩上掛重物） p沖擊載荷突然增加的載荷（釘釘子、打樁）沖擊載荷突然增加的載荷（釘釘子、打樁） p交變載荷周期或非周期的動載荷（摩托、汽車減震彈簧）交變載荷周期或非周期的動載荷（摩托、汽車減震彈簧） 2 2）變形：金屬材料受載荷作用發(fā)生幾何形狀和尺寸的變化。）變形：金屬材料受載荷作用發(fā)生幾何形狀和尺寸的變化。 p彈性變形受外力作用時產(chǎn)生變形，當載荷去掉后能恢復到彈性變形受外力作用時產(chǎn)生變形，當載荷去掉后能恢復到 原

30、來形狀及尺寸。原來形狀及尺寸。 p塑性變形受外力作用時產(chǎn)生變形塑性變形受外力作用時產(chǎn)生變形, ,當載荷去掉后不能恢復到當載荷去掉后不能恢復到 原來形狀及尺寸。原來形狀及尺寸。 1.1.認識并理解載荷、變形、內(nèi)力、應力的概念認識并理解載荷、變形、內(nèi)力、應力的概念 3 3）內(nèi)力：金屬材料受外力作用，為保持其原狀，材料內(nèi)部作用）內(nèi)力：金屬材料受外力作用，為保持其原狀，材料內(nèi)部作用 著與外力相對抗的力。著與外力相對抗的力。 4 4）應力：單位面積上的內(nèi)力，用）應力：單位面積上的內(nèi)力，用 表示表示 F / A F / A p式中式中 F-F-外力（外力（N N），），A A橫截面積（橫截面積（mmmm2

31、 2） 應力，應力，MPaMPa（N/ mmN/ mm2 2)- )-兆帕兆帕 1 1 MPaMPa=10=106 6 Pa Pa 5 5）剛度：零剛度：零( (構(gòu)構(gòu)) )件加載受力時抵抗彈性變形的能力。等于材料彈件加載受力時抵抗彈性變形的能力。等于材料彈 性模量與零構(gòu)件截面積的乘積，即性模量與零構(gòu)件截面積的乘積，即E EA A p提高零件剛度的方法提高零件剛度的方法： 增加橫截面面積增加橫截面面積 改變截面形狀改變截面形狀 選用彈性模量較大的材料選用彈性模量較大的材料 2. 2. 金屬材料強度與塑性及其測定金屬材料強度與塑性及其測定 p強度強度：金屬材料抵抗塑性變形或者破壞：金屬材料抵抗塑性

32、變形或者破壞（斷裂）的能力斷裂）的能力 （1 1）通過靜拉伸試驗測定金屬材料的強度和塑性）通過靜拉伸試驗測定金屬材料的強度和塑性 p實驗室采用圓形標準拉伸試驗，在拉伸試驗機上測量金屬實驗室采用圓形標準拉伸試驗，在拉伸試驗機上測量金屬 材料的強度材料的強度 拉伸試驗拉伸試驗機機 拉伸試驗機拉伸試驗機實物實物 拉伸試驗機拉伸試驗機緩慢加載，對載荷變化進行記錄，直至拉斷。緩慢加載，對載荷變化進行記錄，直至拉斷。 當拉伸力由零逐漸增加到當拉伸力由零逐漸增加到F Fe e（OEOE）時，伸長量與拉伸力成正比）時，伸長量與拉伸力成正比 例，此時去除拉伸力，試樣能完全恢復到原來形狀和尺寸，處于例，此時去除拉

33、伸力，試樣能完全恢復到原來形狀和尺寸，處于 彈性變形階段，此時應力用彈性極限彈性變形階段，此時應力用彈性極限 e e表示。表示。 當拉伸力超過當拉伸力超過F Fe e后，試件既有彈性變形又有微量的塑性變形。當后，試件既有彈性變形又有微量的塑性變形。當 拉伸力增大到拉伸力增大到F Fs s時，曲線出現(xiàn)水平段，表示拉伸力不增加，試件時，曲線出現(xiàn)水平段，表示拉伸力不增加，試件 繼續(xù)伸長，此現(xiàn)象稱作繼續(xù)伸長，此現(xiàn)象稱作屈服屈服，S S點稱作點稱作屈服點屈服點，此時的應力稱作，此時的應力稱作 屈服應力或屈服強度屈服應力或屈服強度，用，用 s s表示。表示。 s s F Fs s/A/A0 0 當拉伸力超

34、過當拉伸力超過F Fs s后，試件產(chǎn)生大量塑性變形，直到拉伸力達到后，試件產(chǎn)生大量塑性變形，直到拉伸力達到F Fb b 時，試樣局部產(chǎn)生嚴重縮頸，所能承受的拉伸力迅速減小，直到時，試樣局部產(chǎn)生嚴重縮頸，所能承受的拉伸力迅速減小，直到 拉斷（拉斷（K K點）。點）。 B B點處的應力稱作點處的應力稱作抗拉強度抗拉強度，用，用 b b表示。表示。 b bF Fb b/A/A0 0 塑性塑性: :材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。 用斷面收縮率用斷面收縮率和伸長率和伸長率來衡量。來衡量。 (1) 斷面收縮率斷面收縮率: 試樣拉斷處橫截面積的收

35、縮量試樣拉斷處橫截面積的收縮量 S與原始橫截與原始橫截 面積面積S0之比。之比。 S0 - S 1 = - 100% S0 塑性的衡量指標塑性的衡量指標 l 1 - l0 = - 100% l0 (2)(2)伸長率伸長率: :是指試樣拉斷后的標距伸長量是指試樣拉斷后的標距伸長量L L 與原始標距與原始標距L L0 0之比之比 長試樣用長試樣用1010表示，短試樣用表示，短試樣用55表示，同種材料表示，同種材料551010 3. 3. 金屬材料的硬度及其測試方法金屬材料的硬度及其測試方法 硬度是材料抵抗局部塑性變形的能力。硬度也反映材料抵抗其硬度是材料抵抗局部塑性變形的能力。硬度也反映材料抵抗其

36、 它物體壓入的能力。通常材料的強度越高，硬度也越高。它物體壓入的能力。通常材料的強度越高，硬度也越高。 工程上常用的硬度指標有布氏硬度工程上常用的硬度指標有布氏硬度HBHB、洛氏硬度、洛氏硬度HR(AHR(A、B B、C)C) 和維氏硬度和維氏硬度HVHV等等 。 金屬材料硬度的高低是通過特定的方法來測試。無論哪種測量金屬材料硬度的高低是通過特定的方法來測試。無論哪種測量 方法，均要求工件平整，測量表面與壓頭垂直，工件表面無氧化方法，均要求工件平整，測量表面與壓頭垂直，工件表面無氧化 皮，且需測量多處，求其平均值。皮，且需測量多處，求其平均值。 h1-h0 洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖

37、 洛氏硬度計洛氏硬度計 1 1）洛氏硬度）洛氏硬度 洛氏測量方法：將標準壓頭用規(guī)定壓力壓入被測材料的表面，洛氏測量方法：將標準壓頭用規(guī)定壓力壓入被測材料的表面， 根據(jù)壓痕深度來確定硬度值。根據(jù)壓痕深度來確定硬度值。 用用bdbd大小來判斷材料的硬度高低，大小來判斷材料的硬度高低，bdbd越大，硬度越低；反之，越大，硬度越低；反之， 硬度越高。為適應數(shù)值越大，硬度越高的習慣，用一常數(shù)硬度越高。為適應數(shù)值越大，硬度越高的習慣，用一常數(shù) 減去減去 bdbd作為硬度值（每作為硬度值（每0.002 mm0.002 mm的壓痕深度為一個硬度單位），直的壓痕深度為一個硬度單位），直 接由硬度計表盤上讀出。洛

38、氏硬度用符號接由硬度計表盤上讀出。洛氏硬度用符號HRHR表示，其計算公式表示，其計算公式 為為 HRHR bd/0.002bd/0.002 用金剛石作壓頭用金剛石作壓頭 100100； 用淬火鋼球作壓頭用淬火鋼球作壓頭 130130。 h1-h0 洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖 洛氏硬度計洛氏硬度計 根據(jù)壓頭的材料及所加的負荷不同又可分為根據(jù)壓頭的材料及所加的負荷不同又可分為HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC 三種。三種。HRCHRC應用最多應用最多 h1-h0 洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖 洛氏硬度計洛氏硬度計 洛氏硬度操作簡便、迅速，應用范圍廣，壓痕小，硬度值可直洛氏硬

39、度操作簡便、迅速，應用范圍廣，壓痕小，硬度值可直 接從表盤上讀出，應用廣泛。表盤外圈黑子適用于接從表盤上讀出，應用廣泛。表盤外圈黑子適用于HRAHRA、HRCHRC， 內(nèi)圈紅字適用于內(nèi)圈紅字適用于HRBHRB 缺點：由于壓痕小，測量誤差稍大，常在工件不同部位測量數(shù)缺點：由于壓痕小，測量誤差稍大，常在工件不同部位測量數(shù) 次取平均值次取平均值 2 2）布氏硬度）布氏硬度 用一定載荷用一定載荷P P，將直徑為，將直徑為DD的球體（的球體（淬火鋼球淬火鋼球HBSHBS、硬質(zhì)合金球、硬質(zhì)合金球 HBWHBW），壓入被測材料的表面，保持一定時間后卸去載荷，測量），壓入被測材料的表面，保持一定時間后卸去載荷

40、，測量 被測試件表面上所形成的壓痕直徑被測試件表面上所形成的壓痕直徑d d，計算壓痕的球缺面積，計算壓痕的球缺面積A A，單，單 位面積所受載荷稱為布氏硬度。布氏硬度值位面積所受載荷稱為布氏硬度。布氏硬度值HB=P / A HB=P / A 。測量時。測量時 不需計算，只需測量壓痕直徑不需計算，只需測量壓痕直徑d d，查附錄表，查附錄表1 1可得硬度值?？傻糜捕戎怠?例題例題 測量某一金屬材料布氏硬度值，測量某一金屬材料布氏硬度值，d=4mm,d=4mm,查表查表 求硬度值？求硬度值？ 250HBS10/1000/30250HBS10/1000/30、280HBW10/3000/30,280H

41、BW10/3000/30,保載時間保載時間 10101515秒時不標注。秒時不標注。 例例1 1：250HBS10/1000/30250HBS10/1000/30表示用直徑表示用直徑10mm10mm的淬火鋼球作的淬火鋼球作 壓頭，在壓頭，在1000kgf(9.807KN)1000kgf(9.807KN)試驗力作用下，保持試驗力作用下，保持30s30s所測得的所測得的 布氏硬度值為布氏硬度值為250HBS250HBS 例例2 2：450HBW5/750450HBW5/750表示用直徑表示用直徑5mm5mm的硬質(zhì)合金球作壓頭，的硬質(zhì)合金球作壓頭， 在在750kgf(7.355KN)750kgf(7

42、.355KN)試驗力作用下，保持試驗力作用下，保持101015s15s所測得的布氏所測得的布氏 硬度值為硬度值為450HBW450HBW。 布氏硬度測量方法特點：布氏硬度測量方法特點： 優(yōu)點：測得結(jié)果較準確、穩(wěn)定。優(yōu)點：測得結(jié)果較準確、穩(wěn)定。 缺點：壓痕大，操作不夠簡便。缺點：壓痕大，操作不夠簡便。 布氏硬度表示方法布氏硬度表示方法 3 3）維氏硬度（）維氏硬度（） 維氏硬度的測量原理與布氏硬度相同，不同點是壓頭為一相對維氏硬度的測量原理與布氏硬度相同，不同點是壓頭為一相對 面夾角為面夾角為136136金剛石正四方棱錐體，所加負荷為金剛石正四方棱錐體，所加負荷為5120kgf5120kgf （

43、49.031176.80N49.031176.80N） 維氏硬度不需計算，根據(jù)對角線長度平均值查表得出。與計算維氏硬度不需計算，根據(jù)對角線長度平均值查表得出。與計算 機結(jié)合，可直接從屏幕讀出或打印機打出。機結(jié)合，可直接從屏幕讀出或打印機打出。 其他維氏硬度計其他維氏硬度計 布、洛、維硬度計布、洛、維硬度計 數(shù)顯布、洛、維硬度計操作簡便迅速，界面直觀，較數(shù)顯布、洛、維硬度計操作簡便迅速，界面直觀，較 少人為操作誤差，具有很高的靈敏度，穩(wěn)定性，適用于少人為操作誤差，具有很高的靈敏度，穩(wěn)定性，適用于 車間和試驗室車間和試驗室 常用硬度之間換算常用硬度之間換算 硬度是檢驗零件的一項重要指標，零件圖中都

44、有標注。硬度是檢驗零件的一項重要指標，零件圖中都有標注。 調(diào)質(zhì)硬度調(diào)質(zhì)硬度180180320HBS320HBS 機械結(jié)構(gòu)零件硬度在機械結(jié)構(gòu)零件硬度在252545HRC45HRC 彈簧零件硬度在彈簧零件硬度在404050HRC50HRC 刀具、量具硬度在刀具、量具硬度在606065HRC65HRC 硬質(zhì)合金硬度硬質(zhì)合金硬度7007002980HV2980HV 材料硬度值比較：材料硬度值比較： HBHB、HRCHRC（A A、B)B)、HVHV測定方法不同，硬度值也不同，三測定方法不同，硬度值也不同，三 者之間如何比較？者之間如何比較？ 方法一：查硬度值換算表方法一：查硬度值換算表 方法二：經(jīng)驗公

45、式近似換算方法二：經(jīng)驗公式近似換算 pHRC HBSHRC HBS pHBSHVHBSHV 10 1 4. 4. 金屬材料的韌性及其測試金屬材料的韌性及其測試 p有些零件在工作過程中受到的是動載荷，如鍛錘的錘桿、沖床的有些零件在工作過程中受到的是動載荷，如鍛錘的錘桿、沖床的 沖頭等，這些零件除要求強度、塑性、硬度外，還應有足夠的韌沖頭等，這些零件除要求強度、塑性、硬度外，還應有足夠的韌 性。性。 p韌性韌性: :金屬材料抗沖擊載荷作用而不破壞的能力金屬材料抗沖擊載荷作用而不破壞的能力. .韌性的性能指標韌性的性能指標 是通過沖擊試驗確定。常用夏比沖擊試驗（擺錘式一次沖擊試驗）是通過沖擊試驗確定

46、。常用夏比沖擊試驗（擺錘式一次沖擊試驗） 來測定金屬材料的韌性，是在專門的擺錘試驗機上進行的。來測定金屬材料的韌性，是在專門的擺錘試驗機上進行的。 1)1)韌性：金屬材料在抗擊沖擊載荷作用下而不破壞的能力。韌性：金屬材料在抗擊沖擊載荷作用下而不破壞的能力。 2)2)沖擊韌性：材料在沖擊載荷下吸收塑性變形功和斷裂功的能沖擊韌性：材料在沖擊載荷下吸收塑性變形功和斷裂功的能 力，是材料強度和塑性的綜合表現(xiàn)。力，是材料強度和塑性的綜合表現(xiàn)。 3) 3) 衡量指標衡量指標：沖擊吸收功：沖擊吸收功A Ak kmghmgh1 1-mgh-mgh2 2=mg=mg（h-hh-h2 2) ) 沖擊韌度沖擊韌度a

47、 ak k A Ak k/F/Fk k 4) 4) 應用：評價材料韌性的好壞，與屈服強度結(jié)合用于一般零件應用：評價材料韌性的好壞，與屈服強度結(jié)合用于一般零件 抗斷裂設計?？箶嗔言O計。 p沖擊韌性及衡量指標沖擊韌性及衡量指標 5. 5. 金屬材料的疲勞強度及其測試金屬材料的疲勞強度及其測試 1) 1) 金屬材料的疲勞現(xiàn)象金屬材料的疲勞現(xiàn)象 p交變應力（循環(huán)應力）：機械零件，如軸、齒輪、彈簧等，在工交變應力（循環(huán)應力）：機械零件，如軸、齒輪、彈簧等，在工 作過程中各點所受的應力隨時間而呈周期性變化。作過程中各點所受的應力隨時間而呈周期性變化。 p疲勞疲勞: :交變應力或循環(huán)應力作用，工作應力低于屈

48、服強度，經(jīng)過交變應力或循環(huán)應力作用，工作應力低于屈服強度，經(jīng)過 一定循環(huán)周次后仍會發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。一定循環(huán)周次后仍會發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。 p疲勞疲勞斷裂過程：裂紋產(chǎn)生、裂紋擴展和瞬間斷裂三個階段斷裂過程：裂紋產(chǎn)生、裂紋擴展和瞬間斷裂三個階段。 疲勞強度：當零件所受的應力低于某一值時，即使循環(huán)周次無窮疲勞強度：當零件所受的應力低于某一值時，即使循環(huán)周次無窮 多也不發(fā)生斷裂，稱此應力值為疲勞強度或疲勞極限，用多也不發(fā)生斷裂，稱此應力值為疲勞強度或疲勞極限，用 1 1表 表 示示。 影響疲勞強度的因素影響疲勞強度的因素： 載荷類型載荷類型 材料本質(zhì)材料本質(zhì) 零件表面狀態(tài)零件表面狀態(tài) 工作溫度工作溫度 腐

49、蝕介質(zhì)腐蝕介質(zhì) 任務任務5 5 掌握金屬材料的工藝性能掌握金屬材料的工藝性能 金屬金屬材料的工藝性能是其機械性能、物理性能和化學性能的綜材料的工藝性能是其機械性能、物理性能和化學性能的綜 合。工藝性能的好壞，直接影響到制造零件的工藝方法和質(zhì)量合。工藝性能的好壞，直接影響到制造零件的工藝方法和質(zhì)量 以及制造成本。以及制造成本。 材料的工藝性能主要包括材料的工藝性能主要包括: : 鑄造鑄造性能；性能； 壓力加工性能；壓力加工性能； 焊接性焊接性能；能； 熱處理工藝性能；熱處理工藝性能； 切削加工性切削加工性能。能。 1. 1. 金屬鑄造性能及影響因素金屬鑄造性能及影響因素 p鑄造性是指澆注鑄件時，材料能充滿比較復雜的鑄型并獲得優(yōu)鑄造性是指澆注鑄件時，材料能充滿比較復雜的鑄型并獲得優(yōu) 質(zhì)鑄件的能力質(zhì)鑄件的能力。 p對金屬材料而言，評價鑄造性能好壞的主要指標有流動性、收對金屬材料而言，評價鑄造性能好壞的主要指標有流動性、收 縮率、偏析傾向縮率