金属材料基础知识

1、金属材料的机械性能的含义是什么？金属及合金的机械性能是指材料的力学性能，即受外力作用时所反映出来的性能。

它是衡量金属材料的重要指标。

2、金属材料的主要机械性能指标有哪些？金属材料的主要机械性能有：弹性、塑性、刚度、强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度和断裂韧性。

3、什么是弹性和韧性？金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后恢复原来的形状的性能，叫弹性；这种随着外力而消失得变形叫弹性变形，其大小与外力成正比。

金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能，叫塑性。

外力消失时留下的这部分不可恢复得变形叫塑性变形，其大小与外力不成正比。

4、什么叫应力？什么叫应变？材料受到拉伸时单位截面上的拉力叫应力，用σ表示。

材料受到拉伸时单位长度上的伸长量叫应变，用ε表示。

5、什么叫弹性极限？材料所能承受的、不产生永久变形的最大应力叫做弹性极限，用σb表示。

6、什么叫屈服极限？金属材料开始出现明显的塑性变形的应力叫做屈服极限，用示。

有些材料屈服极限很难测定，通常规定产生0.2%塑性变形时的应力作为屈服极限，用σ0.2表示。

7、什么叫刚度？刚度用什么来衡量？金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力叫刚度。

在弹性范围内，应力与应变的比值叫做弹性模数，弹性模数越大，刚度越大。

8、什么叫强度？强度是指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。

9、表示材料强度的指标有哪些？表示材料强度的指标有：1)、屈服强度：金属材料发生屈服现象时的屈服极限。

σs=P s/F0 (Pa)P s—试样产生屈服现象时所承受的最大外力，N(牛顿)；F0—试样原来的截面积，㎡。

2）、抗拉强度：金属材料在拉断前所承受的最大应力。

以σb表示。

σb=P b/F0 (Pa) P b—试样在断裂前的最大拉力，N(牛顿)；F0—试样原来的截面积，㎡。

10、什么叫硬度？金属材料抵抗更硬的物体压入其内部的能力叫做硬度。

11、衡量材料的硬度的指标有哪些？衡量硬度的指标有：布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）、维氏硬度(HV)。

金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。

包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。

（注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料）1.意义人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。

继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。

现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。

2.种类金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。

（1）黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。

广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。

（2）有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。

有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。

（3）特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。

其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。

3.性能一般分为工艺性能和使用性能两类。

所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。

金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。

由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。

所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。

金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。

在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。

金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（过去也称为机械性能）。

金属材料基础知识1. 引言金属材料是人类使用最广泛的材料之一，应用于各种领域，如建筑、航空、汽车、电子等。

本文将介绍金属材料的基础知识，包括金属的特性、组织结构、合金等方面。

2. 金属的特性金属具有许多独特的特性，如良好的导热性、导电性、延展性和塑性。

这些特性使得金属成为制造各种器件和构件的理想选择。

此外，金属还具有良好的强度和硬度，能够承受较大的载荷。

3. 金属的组织结构金属的组织结构是由金属原子的排列方式和晶体结构决定的。

常见的金属组织结构包括等轴晶粒、柱状晶粒和层状晶粒。

这些结构对金属的性能有着重要影响，不同的结构具有不同的力学性能和导电性能。

4. 金属的力学性能金属的力学性能包括强度、硬度、韧性和延展性等。

强度是指金属抵抗外力破坏的能力，硬度是指金属表面抵抗变形和划伤的能力，韧性是指金属在断裂前能吸收外部能量的能力，而延展性是指金属的拉伸或扭曲变形能力。

5. 金属的热处理金属的热处理是通过控制金属的加热和冷却过程来改变金属的性能。

常见的热处理方法包括退火、淬火和回火。

退火可以提高金属的韧性和延展性，淬火可以提高金属的硬度和强度，回火可以降低金属的脆性。

6. 金属的腐蚀与保护金属容易遭受腐蚀，导致金属的性能下降甚至损坏。

为了保护金属材料，可以采取物理防护和化学防护措施。

物理防护包括涂层和电镀等，化学防护包括阳极保护和缓蚀剂等。

7. 合金的应用合金是由两种或更多种金属元素混合而成的材料。

通过改变合金的成分和比例，可以获得不同的性能。

合金常用于耐高温、耐磨损等特殊环境的应用，如航空发动机、汽车发动机等。

8. 小结金属材料是具有特殊特性和广泛应用的材料。

了解金属材料的基础知识对于正确选择和使用金属材料至关重要。

本文介绍了金属的特性、组织结构、力学性能、热处理、腐蚀与保护以及合金的应用等方面的知识，希望对读者有所帮助。

通过深入学习和研究金属材料，我们可以更好地利用金属的优势，推动技术和社会的发展。

金属材料基础知识金属材料基础知识金属材料分类（一）有色金属：除铁、铬、锰之外的其他金属属有色金属，包括铜及铜合金、铝及铝合金、其他合金（镁合金、钛合金、镍合金、铅合金、锌合金、硬质合金、锡合金等）。

（二）黑色金属：铁、铬、锰属此类，主要包括铸铁与钢两大类。

一般含碳量在0.0218C%以下的Fe-C合金称为纯铁；含碳量在0.0218C%-2.11C%之间的Fe-C合金称为钢；含碳量在2.11C%-4.33C%之间的Fe-C合金称为铸铁。

二、钢的分类（一）按用途分：包括建筑用钢、结构用钢（渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢等）、工具钢（碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢等）、特殊用钢（不锈钢、耐热钢、抗磨钢、磁钢等）。

（二）按化学成分分：1、碳素钢（低碳钢：碳含量≤0.25%；中碳钢：碳含量在0.25%-0.60%/0.45%之间；高碳钢：碳含量>0.60%/0.45%）；2、合金钢（微合金化钢：合金元素含量在0.1%/B-0.001%；低合金钢：合金元素含量≤5%；中合金钢：合金元素含量在5-10%范围内；高合金钢：合金元素含量>10%）。

（此划分无严格的规定）（三）按质量分：1、普通质量钢（P≤0.040%，S≤0.050%）；2、质量钢（P≤0.035%，S≤0.035%）；3、优质钢（P≤0.025%，S≤0.025%）；4、高级优质钢（P≤0.025%，S≤0.015%）。

三、钢的编号（一）碳钢的编号1、碳素结构钢以钢材直径（或厚度）不大于16mm钢的屈服点（σs）数值划分，牌号由屈服点字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四个部分按顺序组成。

例：Q235-A.F，表示屈服点数值为235N/mm2的A级沸腾钢。

（1）、符号、代号的意义Q：钢屈服点；A、B、C、D：质量等级。

A、B、C为普通级，硫、磷含量依次降低；D为优质级；F：沸腾钢；b:半镇静钢；Z：镇静钢；TZ：特殊镇静钢。

一、金属材料分类金属材料——指纯金属或合金，经过熔炼和各种加工后而制成的材料。

按性质特点，通常分为黑色金属材料和有色金属材料两大类。

黑色金属材料的分类（一）钢的分类钢是指含碳量低于2.11％的铁碳合金1.按照化学成分分类(1)碳素钢——钢中除铁外，主要只含有碳、硅、锰、硫、磷等几种元素。

按含碳量分类低碳钢——含碳量低于0.25％的钢。

中碳钢——含碳量在0.25％～0.6％的钢。

高碳钢——含碳量超过0.6％的钢。

(2)合金钢——是指在碳钢的基础上，为改变钢的性能，在冶炼过程时特意加入一种或多种合金元素而炼成的钢。

根据钢中合金元素总含量的多少分为2.按冶炼质量分类（1）普通钢——钢中含硫量不超过0.055％～0.065％；含磷量不超过0.045％～0.085％。

（2）优质钢——钢中含硫量不超过0.030％～0.045％；含磷量不超过0.035％～0.040％。

3.按照用途分类(1)结构钢——用以制造各种工程结构件（如建筑、桥梁、锅炉、船舶、车辆构件）和机械零件（如齿轮、轴类零件）的钢。

用于制造机械零件的钢，通常称为机械制造用结构钢。

主要钢种有优质碳素结构钢、合金结构钢以及各种专门用途的结构钢（如弹簧钢、轴承钢等）。

这类钢大多要经过热处理后才能使用。

(2)工具钢——这是用以制造各种工具的钢。

按其化学成分，通常分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。

按其用途，又可分为刃具钢（或称刀具钢）、模具钢和量具钢。

(3) 特殊用途钢——是指某些具有特殊物理、化学或机械性能的钢。

如不锈钢、耐碳钢、耐热钢、磁钢等。

4.按照炼钢方法分类转炉钢——用转炉炼出来的钢。

它按炉衬材料分为酸性转炉钢和碱性转炉钢；按进风方法又分为底吹转炉钢、侧吹转炉钢和纯氧顶吹转炉钢。

平炉钢——用平炉炼出来的钢。

它按炉衬材料又分为酸性平炉钢和碱性平炉钢。

电炉钢——用电炉炼出来的钢。

它按炉衬材料又分为酸性电炉钢和碱性电炉钢。

5.按照脱氧程度分类镇静钢——脱氧完全的钢。

1．影响珠光体转变为奥氏体的因素: (1)温度的影响随温度升高，奥氏体形核率I及线长大速率u大大增加，从而促进了珠光体向奥氏体的转变。

(2)原始组织的影响珠光体有片状和粒状两种形态。

当钢的原始组织为片状珠光体时，铁素体与渗碳体片层愈薄(片间距愈小)，它们的相界面愈多，则奥氏体的形核位置增多，形核率愈大；与此同时奥氏体中的碳浓度梯度愈大，碳扩散速率愈快，奥氏体线长大速率愈大。

因此细珠光体的奥氏体形成速率大于粗珠光体(见图4-13)，得到的奥氏体晶粒细小、成分均匀。

因此，对中、低碳钢，希望原始组织为细片状珠光体+细小块状铁素体。

若珠光体中的渗碳体为球状，因铁素体与渗碳体的相界面较片状减少，故将减慢奥氏体形成速率。

(3)合金元素合金元素的加入并不改变奥氏体的形成机制，但会影响奥氏体的形成速率。

主要表现在以下几个方面：1)合金元素一般将改变珠光体向奥氏体转变的临界点。

Ni、Mn、Cu等元素降低临界点，增加了过热度，使奥氏体形成速率加快；而Si、Al、Mo、W等元素则升高临界点，降低奥氏体形成速率。

2)合金元素影响碳在奥氏体中的扩散速率，因而也影响奥氏体的形成速率。

Co和Ni提高碳在奥氏体中的扩散速率，故加快了奥氏体的形成速率。

Si、Al、Mn等元素对碳在奥氏体中的扩散速率影响不大。

而Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素显著降低碳在奥氏体中的扩散速率，故大大降低奥氏体的形成速率。

3)合金钢中奥氏体的均匀化时间要比碳钢长得多，使得奥氏体的形成速率也大大降低。

所以，对不同的钢，形成奥氏体时所需要的保温时间也不一样。

保温时间愈长，溶入奥氏体的合金元素越多，淬透性愈好。

(4)含碳量共析钢奥氏体的形成速率最快。

这是因为对亚共析钢和过共析来说，除了完成珠光体向奥氏体转变之外，还需要完成铁素体或渗碳体转变。

2．晶粒度多晶体内的晶粒大小。

钢的晶粒度按其奥氏体化条件与长大倾向又分成起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度三种(1)起始晶粒度指P刚完全转变为A时的A晶粒度细小而均匀越细小越容易长大（2）实际晶粒度钢在某一具体的获得的A的实际晶粒度的大小取决于具体的加热温度和保温时间V一定时T越高t越长越粗（3）本质晶粒度钢在一定条件A晶粒长大的倾向与脱氧方法和化学成分有关3. 过热及校正加热转变终了时所得A晶粒度较细小但如果在转变终了继续升高温度，则A晶粒度继续长大如果仅仅是晶粒长大而未发生使晶界弱化的某些变化，则称为过热使得钢的强度韧性变坏校正办法重新加热到临界温度以上，再次通过加热转变以求得细小的起始A晶粒4.过热组织的校正：1)由于控温不当导致加热温度过高，在已经引起过热的情况下，应该采用较为缓慢的冷却以获得平衡组织，然后再次加热到正常温度即可获得细晶粒A 2)如果过热后仍进行淬火，得到粗大的不平衡组织，则应该采取以下办法a,采用中速加热以获得细小A 晶粒b，先进行一次退火以获得平衡组织，然后再进行加热。

第一章 合金化原理主要内容 ：碳钢中的常存杂质 碳钢的分类 碳钢的用途1.2 钢的合金化原理：① Me 在钢中的存在形式 ②Me 与铁和碳的相互作用 ③Me 对Fe-Fe3C 相图的影响 ④Me 对钢的热处理的影响 ⑤Me 对钢的性能的影响1.3合金钢的分类概念：⑴合金元素 ：特别添加 到钢中为了保证获得所要求的组织结构、 物理、化学和机 械性能的化学元素。

⑵杂质：冶炼时 由原材料以及冶炼方法、工艺操作而 带入 的化学元素。

⑶碳钢： 含碳量在 0.0218-2.11% 范围内的铁碳合金。

⑷合金钢：在碳钢基础上加入一定量合金元素的钢。

① 低合金钢： 一般指合金元素总含量小于或等于 5%的钢。

② 中合金钢： 一般指合金元素总含量在 5～10%范围内的钢。

③ 高合金钢： 一般指合金元素总含量超过 10%的钢。

④ 微合金钢： 合金元素（如 V,Nb,Ti,Zr,B ） 含量小于或等于 0.1%，而能显著影响 组织和性能的钢。

1.1 碳钢概论1. 锰（ Mn ）和硅（ Si ）⑴Mn ：W Mn ％＜0.8 ％ ①固溶强化 ②形成高熔点 MnS 夹杂物（塑性夹杂物），减 少钢的热脆 （高温晶界熔化，脆性↑） ；⑵Si ：W Si ％＜0.5％ ①固溶强化 ②形成 SiO2 脆性夹杂物；⑶Mn 和 Si 是有益杂质 ，但夹杂物 MnS 、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降 。

2. 硫（S ）和磷（ P ）⑴S ：在固态铁中的 溶解度极小 ， S 和 Fe 能形成 FeS ，并易于形成 低熔点共晶 。

发生热脆 （ 裂） 。

⑵P ：可固溶于α -铁，但剧烈地降低钢的韧性，特别是 低温韧性 ，称为冷脆。

磷 可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能 。

⑶S 和 P 是有害杂质 ，但可以 改善钢的切削加工性能 。

3．氮（ N ）、氢（ H ）、氧（ O ）⑴N ：在α -铁中可溶解， 含过饱和 N 的钢析出氮化物—机械时效或 应变时效（经 变形，沉淀强化，强度↑，塑性韧性↓，使其力学性能改变） 。