第二篇第四章金属材料及其热处理第一节金属材料的力学性能

金属材料微观结构及其力学性能分析第一章介绍金属材料是工业生产中应用最广泛的材料之一。

金属材料的性能取决于其微观结构。

了解金属材料的微观结构对于优化其力学性能具有重要的意义。

本文将对金属材料的微观结构及其力学性能进行分析。

第二章金属材料的微观结构2.1 金属晶体结构金属材料的微观结构是由晶体结构组成的。

金属晶体结构分为三类：立方晶系、六方晶系和正交晶系。

立方晶系又分为面心立方和体心立方两种，六方晶系和正交晶系则分别只有一种。

2.2 晶体缺陷金属材料的晶体中经常存在一些缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷。

点缺陷包括空位、间隙原子和杂质原子。

线缺陷包括位错和螺旋位错。

面缺陷包括晶界、孪晶和堆垛层错。

2.3 热处理对微观结构的影响热处理可以改变金属材料的微观结构，从而改变其力学性能。

常见的热处理方式包括退火、淬火、正火和强化退火等。

其中，在退火和淬火过程中，晶体内部的点缺陷和线缺陷会发生移动和重新排列，从而形成新的晶界和位错，改变晶粒的大小和形状。

在正火和强化退火过程中，则会使晶粒的尺寸和形状发生变化。

第三章金属材料的力学性能3.1 强度金属材料的强度是指材料在受到外力作用时能够承受的最大应力。

强度取决于晶体的结构和缺陷，晶粒的尺寸和形状，以及金属材料的化学成分和加工工艺。

3.2 塑性塑性是指材料在受到外力作用时能够发生塑性变形的能力。

塑性也是晶体的结构和缺陷、晶粒尺寸和化学成分、加工工艺等因素综合作用的结果。

3.3 韧性韧性是指材料在受到外力作用时能够发生韧性断裂前的能量吸收能力。

韧性既受材料的强度和塑性限制，也受材料的微观结构和缺陷限制。

3.4 硬度硬度是指材料对于压入针或滚动球的抵抗能力。

硬度取决于晶体的结构和缺陷，晶粒尺寸和化学成分等因素的综合作用。

第四章金属材料的力学性能分析方法4.1 确定力学性能的试验方法金属材料的强度、塑性、韧性、硬度等性能可以通过试验来测定。

常见的试验方法包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、冲击试验和硬度试验等。

金属材料及热处理基本知识金属材料及热处理基本知识一、金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所反映出来的性能。

金属常用的力学性能有：1.弹性金属材料在受到外力作用时发生变形，外力消除后其变形逐渐消失的性质称为弹性。

① 刚性是指材料或构件在外力作用下抵抗弹性变形的能力。

② 刚度：k＝F/y2.塑性金属材料在受到外力作用时，产生显著的变形而不断裂的性能称为塑性。

① 伸长率δ② 断面收缩率ψ3.强度金属材料在外力作用下，抵抗变形和破坏的能力称为强度。

由于各种机器零件或构件因载荷作用形式和作用性质不同，金属材料所表现出的强度大小也不同。

金属材料的强度指标：（1）屈服强度σs在拉伸试验中，载荷不增加而试样仍能继续伸长时的应力称为屈服强度。

（2）抗拉强度σb材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度。

（3）疲劳强度σ-1材料试样在疲劳试验过程中，在承受无数次（或给定次）对称循环应力作用仍不断裂的最大应力称为疲劳强度。

4.硬度金属表面抵抗硬物压入的能力称为硬度。

最常用的硬度指标：（1）布氏硬度HBS(HBW) 布氏硬度是使用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球），以规定的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，然后用测量表面压痕直径来计算硬度。

使用淬火钢球作硬度试验得到的硬度用HBS表示；使用硬质合金球作硬度试验得到的硬度用HBW表示。

（2）洛氏硬度HRC 洛氏硬度C标尺试验采用120°金刚石圆锥体加1471N总试验力测量的硬度值。

5.冲击韧性金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性，其大小用冲击韧度αK表示。

二、钢的分类、用途与牌号（一）钢的分类1.按是否特意加入合金元素分类：（1）碳素钢不含有特意加入合金元素的钢，称为碳素钢。

（2）合金钢在碳素钢的基础上，为改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢，称为合金钢。

2.按含碳量分类（1）低碳钢C ≤ 0.25％；（2）中碳钢 0.25％＜ C ＜ 0.60％；（3）高碳钢C ≥ 0.60％；3.按质量分类（1）普通钢S ≤ 0.050％，P ≤ 0.045％（2）优质钢S ≤ 0.035％，P ≤ 0.035％（3）高级优质钢S ≤ 0.025％，P ≤ 0.025％4.按合金元素总量分类（1）低合金钢合金元素总含量＜ 5％（2）中合金钢合金元素总含量 5％～ 10％（3）高合金钢合金元素总含量＞10％5.按用途分类（1）结构钢主要用于制造各种机械零件和工程构件的钢。

金属材料的热处理工艺和性能研究第一章：绪论金属材料是人类文明发展过程中得到广泛应用的一种材料。

随着科技的不断进步，金属材料的种类也越来越丰富，性能也越来越优越。

而热处理工艺是改善金属材料性能的一种重要方式。

因此，对金属材料的热处理工艺和性能进行研究显得尤为重要。

第二章：金属材料的热处理工艺2.1 热处理的定义热处理是指将金属材料加热到一定温度，经过一定时间的保温，然后通过不同的冷却方式使金属材料达到一定的组织状态和性能。

2.2 热处理的分类热处理可以分为三类：回火、调质和淬火。

其中，回火主要是对经过淬火的材料进行加热处理，以改善材料的韧性；调质则是对合金钢等材料进行热处理，以达到一定的强度和韧性；淬火则是对普通碳钢等材料进行控制冷却，以提高材料的硬度。

2.3 热处理工艺的步骤热处理工艺主要包括：材料的加热、保温和冷却三个步骤。

其中，加热温度和保温时间的选择是影响材料性能关键的因素。

加热温度过高容易产生晶粒粗大的问题，而加热温度过低则会使金属组织不充分，影响材料性能。

第三章：金属材料热处理后的力学性能和物理性能金属材料经过热处理后，其力学性能和物理性能的变化是非常显著的，具体分析如下。

3.1 金属材料的力学性能热处理后的金属材料一般具有更好的强度和硬度，但是韧性和塑性却相对较差。

其原因是经过热处理后，材料中晶粒的尺寸会变大，而晶粒尺寸的增大对材料的塑性和韧性影响较大。

3.2 金属材料的物理性能热处理后的金属材料物理性能也会有所变化，比如电导率、导热性、磁性等。

这些变化在材料的不同应用领域中，具有着不同的重要作用。

第四章：热处理后的金属材料在工业中的应用4.1 机械加工领域热处理后的金属材料能够提供更优越的性能，其在机械加工领域中广泛应用。

比如在机床工作台、各种机器零部件、以及汽车、航空等领域中使用较多，其耐磨性、耐久性和使用寿命都能得到有效的提高。

4.2 电子制造领域金属材料热处理后能够提高导热性和电导率，因此其在电子制造领域中应用广泛。

第二部分 机械基础第四章 金属材料和热处理本章重点1．掌握：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度的含义。

2．了解：工艺性能的含义。

3．了解：热处理的概念及目的。

4．熟悉：退火、正火、淬火、回火，表面热处理的方法。

5．掌握：碳素钢的概念、分类、牌号的表示方法及性能。

6．掌握：合金钢的牌号及表示方法。

7．熟悉：铸铁分类牌号及用途。

本章内容提要一．金属材料的性能1．物理、化学性能物理性能是指金属材料的密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等具有物理特征的一些性能。

化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。

如：耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。

2．金属材料的机械性能金属材料在外力作用下所表现出来的性能就是力学性能。

主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。

（1）强度强度是材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。

可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度。

常用的强度是抗拉强度。

工程上常用的强度指标是屈服点和抗拉强度。

（2）塑性塑性是金属材料在静载荷作用下产生永久变形的能力。

常用塑性指标是伸长率和断面收缩率。

伸长率：是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比。

式中，L 0表示试样原长度（mm ），L 1表示试样拉断时的长度（mm ）。

断面收缩率：是指试样拉断后，缩颈处横截面积（A 1）的最大缩减量与原始横截面积（A 0）的百分比。

（3）硬度硬度是金属材料表面抵抗比它更硬的物体压入时所引起的塑性变形能力；是金属表面局部体积内抵抗塑性变形和破裂的能力。

目前最常用的硬度是布氏硬度（HB ）、洛氏硬度（HRC 、HRB 、HRA ）和维氏硬度（HV ）。

（4）韧性1o o 100%L L L -=⨯δ010A A 100%A -=⨯ψ韧性是脆性的反意，指金属材料抵抗冲击载荷的能力。

工程技术上常用一次冲击弯曲试验来测定金属抵抗冲击载荷的能力。

（5）疲劳强度疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下不发生断裂的最大应力。

一般规定，钢铁材料的应力循环次数取108，有色金属取107。

金属材料的力学性能金属材料在现代工业生产中广泛应用，原因是因为金属材料的机械性能优异，其力学性能在诸多领域都是重要的参考指标。

一、强度金属材料中最为重要的力学性能莫过于强度。

强度是指材料在受到外力时抵抗变形和破坏的能力。

通俗地说，就是指物质能够承受多大的外部负荷。

强度分为屈服强度、抗拉强度和抗压强度。

其中屈服强度是指材料在受到一定压力后开始变形的压力值，抗拉强度是指材料在被拉伸时承受的最大拉力，抗压强度则是指材料在被挤压时所能承受的最大压力。

三者的单位均为N/mm2（纳牛/平方毫米）。

二、延展性金属材料的延展性代表了其受力后能够发生多大的形变，并且保持强大的耐久性。

在加工过程中，延展性的指标非常重要。

延展性又分为材料的伸长率和冷弯性。

伸长率是指材料在拉伸过程中能够延长的量，通常以百分比表示；冷弯性则是指材料在被弯曲或者压缩后仍然能够恢复成原来的形状，并且该过程不会破坏材料的结构。

三、弹性模量弹性模量是金属材料的另一个重要指标，是指材料在受到外来力量后，变形保持弹性状态的能力。

弹性模量越高，材料的抗弯性和抗扭性就越高，同时在结构加工方面也更加有利。

四、硬度硬度是金属材料的固有属性，它描述了材料的抗划痕和抗磨损能力。

硬度指标通常以维氏硬度（HV）表示，维氏硬度是指在标准试件被标准钢球压铸后，钢球和试件之间的形变深度。

五、疲劳强度金属材料的疲劳强度是个复杂的性质。

它是指材料在受到重复荷载后能够承受的最大荷载。

在使用时，金属材料常常会遭受到来自不同方向上的变化载荷，如果材料的疲劳强度不足，则容易出现疲劳破坏的现象。

总体而言，金属材料的力学性能是不可或缺的，它们的强度、延展性、弹性模量、硬度和疲劳强度可为工程师们提供参考指标，帮助他们更好地设计制造各种结构。

在材料科学和工程的领域中，力学性能是研究和开发新材料的基础，因此它对于推动现代工艺和工程技术的发展至关重要。