第四章金属材料及热处理

硬度金属抵抗更硬物体压入表面的能力，称为硬度。

硬度是反映金属材料局部塑性变形的抵抗能力。

根据试验方法和测量范围的不同，硬度可分为布氏、洛氏、维氏等几种。

1、布氏硬度（HB）布氏硬度是用淬火硬化后的钢球（直径有：2.5、5、10毫米三种）作为压印器，以一定的压力P压入被测金属材料表面，这时在被测金属材料表面留下压坑。

根据压坑面积的大小，可用下式计算出布氏硬度值，用符号HB表示为HB=P/F（公斤/毫米2）式中P——钢球所加的负荷（公斤）；F——压坑面积（毫米2）。

布氏硬度是用单位压坑面积所受负荷的大小来表示的。

一般硬度值都不需要经过计算，在生产中用放大镜测出压坑直径，再根据压印器钢球直径D和压力负荷P直接查表，便可得出HB的值。

布氏硬度在标注时不写单位，如HB=212。

测量不同金属材料时所用的压印器和负荷等标准，也可以查表。

用布氏硬度法测得的硬度值准确，因为压坑大，不会由于表面不平或组织不均匀而引起误差。

但压坑太大有损表面，所以布氏硬度一般不宜作成品检验，只适合测量硬度不高的原材料，如毛坯、铸件、锻件、有色金属及合金等。

2、洛氏硬度（HR）洛氏硬度法是用金刚石做的呈120°的圆锥体，或直径为1.58毫米的淬火钢球，作为压印器，在一定的负荷下压入金属表面，根据压坑的深浅来测量金属材料的硬度，（根据压坑深度）可把硬度数值从表盘上直接读出来。

根据测量硬度范围不同，洛氏硬度可分为HRA、HRB、HRC三种。

它们的适用范围与压印器、负荷的选定可根据下表查出，洛氏硬度的选用标准洛氏硬度没有单位，测量方法简单，压坑小，不影响零件表面质量，测量硬度范围广，但不如布氏硬度精确度高。

HRA适宜测量高硬度材料；HRB适宜测量有色金属及硬度低的材料；HRC适宜测量淬火、回火后的金属材料。

3、维氏硬度（HV）维氏硬度试验的原理与布氏硬度法相似，只不过它的压印器是136°的四棱锥金刚石，以一定的负荷压入平整的试样表面，然后测出四棱锥压坑的对角线长度d，算出压坑面积F，用单位面积所受负荷的大小来表示维氏硬度值，即HV= P/F（公斤/厘米2）维氏硬度测量精确、硬度测量范围大，尤其能很好地测量薄试样的硬度。

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。

金属材料与热处理教案第一章：金属材料的概述教学目标：1. 了解金属材料的定义和分类。

2. 掌握金属材料的性质和用途。

教学内容：1. 金属材料的定义：金属材料是指由金属元素或金属合金组成的材料。

2. 金属材料的分类：金属材料主要包括纯金属和合金两大类。

3. 金属材料的性质：金属材料具有优良的导电性、导热性和韧性等。

4. 金属材料的用途：金属材料广泛应用于建筑、机械、电子等领域。

教学活动：1. 引入金属材料的概念，引导学生思考金属材料的日常应用。

2. 介绍金属材料的分类，让学生了解不同类型的金属材料。

3. 通过实例讲解金属材料的性质，如导电性、导热性和韧性等。

4. 探讨金属材料的用途，让学生了解金属材料在各个领域的重要性。

第二章：金属的结晶与晶体结构教学目标：1. 了解金属的结晶过程和晶体结构。

2. 掌握金属的晶体类型和性质。

教学内容：1. 金属的结晶过程：金属从液态转变为固态的过程称为结晶。

2. 金属的晶体结构：金属晶体主要由金属原子通过金属键相互连接而成。

3. 金属的晶体类型：金属晶体主要分为面心立方晶格和体心立方晶格两种类型。

4. 金属的晶体性质：不同晶体结构的金属具有不同的性质，如硬度和延展性等。

教学活动：1. 引入金属的结晶过程，引导学生了解结晶的基本概念。

2. 介绍金属的晶体结构，让学生掌握金属原子的排列方式。

3. 通过示意图讲解金属的晶体类型，如面心立方晶格和体心立方晶格。

4. 探讨金属的晶体性质，让学生了解不同晶体结构对金属性质的影响。

第三章：金属的塑性变形与再结晶教学目标：1. 了解金属的塑性变形和再结晶过程。

2. 掌握金属的塑性变形方式和再结晶的条件。

教学内容：1. 金属的塑性变形：金属在外力作用下发生形状改变而不断裂的过程。

2. 金属的塑性变形方式：主要包括拉伸、压缩、弯曲和扭转等。

3. 再结晶：金属在加热和冷却过程中，晶体结构发生改变的现象。

4. 再结晶的条件：再结晶发生的温度、应变量和时间等因素。

珠光体是铁素体和渗碳体的两相混合物，根据在铁素体基体上分布的渗碳体形状，分为片状珠光体、粒状珠光体。

随转变温度降低，过冷度增大，片层间距愈小，珠光体愈细。

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1、 淬火后工件有复杂的内应力，回火可消除或 降低内应力2、 淬火组织马氏体强度、硬度高，塑性韧性差， 通过回火，向铁素体和碳化物稳定态转变， 使强度和韧性得到较好的配合。

退火将钢加热到临界点Ac 】以上或以下 的一泄温度，保温一泄时间，然后 缓慢冷却，以获得接近平衡状态组 织的热处理工艺。

1） 消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化。

异分合金系的非平衡凝固，即存在成分偏析；2） 组织均匀化：消除铸、锻件存在的魏氏组织或 带状组织：3） 降低硬度，改善组织，以便于切削加工： 4）消除内应力和加工硬化；5） 改善髙碳钢中碳化物形态和分布（球化退火），为 淬火作好组织准备。

正火 正火是将钢加热到Ac 3.Ac cm 以上约 30-5CTC,或更高温度，保温足够时 间，然后在静止空气中冷却的热处 理工艺。

金属材料及热处理一、（一）材料：是人们用来制作各种产品的物质。

现代材料各类目前已多达40多万种，且每年以5%的速度增加。

(二)机械工程材料：指机械工程中使用的材料。

分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料。

1、金属材料：分为黑色金属和有色金属。

黑色金属包括铸铁、碳钢、合金钢。

铸铁和碳钢又称为铁碳合金。

有色金属分为轻有色金属（铝、镁）、重有色金属（铜、铅）、稀有色金属和稀土。

2、高分子材料：有塑料、合成橡胶、合成纤维。

3、陶瓷材料：分为硅酸盐材料和工程陶瓷。

硅酸盐材料包括玻璃、传动陶瓷、耐火材料。

工程陶瓷包括除Sio2之外的其他氧化物、碳化物、氮化物。

4、复合材料包括纤维增强复合材料、粒子增强复合材料、复合材料。

（三）金属材料：1、概念：一般指工业应用中的纯金属或合金。

自然界中的纯金属大约有种，常见的有：金、银、铜、铁、锡、铝、铅、锌、镍等。

而合金是指两种或两种以上的金属或金属与非金属结合而成的，具有金属特性的材料。

常见的合金有：铁碳合金（钢），铜锌合金（黄铜）。

金属：是指具有光泽（强可见光、强烈反射），富有延展性（可塑性），具有良好的导电性和导热性的物质。

除汞以液态存在外，其余的都以固态形式存在，其最大特点是其晶体内含有自由电子（通常为正）且有易失去自由电子的倾向。

他们的熔点、沸点、密度等都较高，绝大多数以化合物形式存在，少数的以游离态存在（金、银），大部分金属为银白色或争灰色，少数不是，如金为黄赤色，铜为暗红色。

2、金属的分类：分为黑色金属和有色金属。

（1）黑色金属：包括碳钢、铸铁、合金钢。

碳钢是含碳量≤2.11%，并含有少量硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。

铸铁是含碳量为2.5%—4.0%的铁碳合金。

合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入合金元素，如加入铬、镍、硅、钨、钼等。

（2）有色金属：除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金或除钢铁以外的其它金属及其合金。

3、钢的分类（1）按化学成份：碳素钢、合金钢（2）按品质普通钢、优质钢、高级优质钢（3）按含碳量：低碳钢〔＜0.25%〕、中碳钢〔0.25—0.6%〕、高碳钢〔﹥0.6%〕（4）按用途：建筑及工程用钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢、专业用钢。

金属材料及热处理金属材料及热处理是材料科学与工程学科中的重要内容之一。

金属材料是广泛应用于工业生产中的一类材料，其具有优良的导电、导热和机械性能。

而热处理是对金属材料进行加热和冷却处理，以改善其性能和组织的一种工艺。

金属材料的分类主要有两种，一是通过成分分类，即根据其成分的不同来区分，如铜、铝、铁、钢等；二是通过性质分类，即根据其物理性质和化学性质来区分，如有色金属和黑色金属。

根据材料的成分和性质，我们可以选择合适的金属材料来满足具体的工程要求。

金属材料的性能可以通过热处理来改善。

热处理是指将金属材料加热到一定温度，保持一段时间后再进行冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。

热处理的主要目的有三个方面：一是改善金属材料的力学性能，如提高强度、硬度和韧性等；二是改善金属材料的物理性能，如提高导电性和导热性等；三是改善金属材料的化学性能，如提高耐蚀性和耐磨性等。

常用的热处理方法有淬火、回火、正火、退火等。

淬火是将金属材料加热到临界温度，然后迅速冷却，使其产生马氏体组织，从而提高材料的硬度和强度。

回火是将已经淬火的金属材料再次加热到一定温度，然后缓慢冷却，以减轻淬火的脆性，提高韧性和塑性。

正火是将金属材料加热到一定温度，然后保持一段时间，然后缓慢冷却，以使材料的组织均匀化，提高材料的强度和韧性。

退火是将金属材料加热到一定温度，然后缓慢冷却，以改变材料的组织结构，提高材料的延展性和塑性。

热处理工艺的选择要根据具体的材料和工程要求进行。

在选择热处理方法时，需要考虑到材料的成分和性质、所需的性能和组织结构等因素。

此外，热处理的参数也需要控制得当，包括温度、时间和冷却速度等。

只有合理选择热处理工艺和控制好热处理参数，才能最大程度地改善金属材料的性能。

综上所述，金属材料及热处理是材料科学与工程学科中的重要内容。

金属材料具有优良的导电、导热和机械性能，在工业生产中广泛应用。

热处理是对金属材料进行加热和冷却处理，以改善其性能和组织的一种工艺。

第四单元铁碳合金相图一、名词解释1. 铁素体铁素体是指α-Fe或其内固溶有一种或数种其他元素所形成的晶体点阵为体心立方的固溶体，用符号F(或α)表示。

2.奥氏体奥氏体是指γ-Fe内固溶有碳和(或)其它元素所形成的晶体点阵为面心立方的固溶体，常用符号A(或γ)表示。

3.珠光体珠光体是奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变所形成的，其立体形状为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相组织。

或珠光体是铁素体(软)和渗碳体(硬)组成的机械混合物。

4.莱氏体莱氏体是指高碳的铁基合金在凝固过程中发生共晶转变时所形成的奥氏体和碳化物渗碳体所组成的共晶体。

5.渗碳体渗碳体是指晶体点阵为正交点阵、化学成分近似于Fe3C的一种间隙式化合物。

6. 铁碳合金相图合金状态图是表示在极缓慢冷却(或加热)条件下，不同化学成分的合金，在不同温度下所具有的组织状态的一种图形。

7.低温莱氏体在727℃以下的莱氏体称为低温莱氏体（L′d），或称变态莱氏体。

二、填空题1．分别填出下列铁碳合金组织的符号：奥氏体 A ；铁素体 F ；渗碳体Fe3C ；珠光体P ；高温莱氏体Ld ；低温莱氏体L′d 。

2．珠光体是由 F 和Fe3C 组成的机械混合物。

3．莱氏体是由 A 和Fe3C 组成的机械混合物。

4．奥氏体在1148℃时碳的质量分数可达2.11% ，在727℃时碳的质量分数为0.77% 。

5．根据室温组织的不同，钢分为三种，其中亚共析钢，其室温组织为 F 和P ；共析钢，其室温组织为P ；过共析钢，其室温组织为P 和Fe3C II。

6．碳的质量分数为0.77% 的铁碳合金称为共析钢，当加热后冷却到S点( 727℃)时会发生共析转变，从奥氏体中同时析出 F 和Fe3C 的混合物，称为P 。

7．奥氏体和渗碳体组成的共晶产物称为Ld ，其碳的质量分数为 4.3% 。

8.亚共晶白口铸铁碳的质量分数为2.11%<ωC<4.3% ，其室温组织为P+ Ld’+ Fe3C II。