金属材料与热处理-有色金属

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。

第三章金属材料及热处理金属材料是现代机械工业使用最广泛的材料，品类繁多，性能各不相同，合理选用金属材料和正确运用热处理方法，可以充分发挥金属材料的机械性能，提高产品的质量。

金属可以分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要是指钢和铸铁，以铁和碳为基本组成元素形成铁碳合金，即碳素钢。

在铁碳合金中加入一定量的合金元素，如铬、锰、镍、钴等成为合金钢。

有色金属是指非铁金属及其合金，如铝、铜、铅、锌等金属及其合金。

一、碳素钢的分类、编号和用途碳素钢简称碳钢，是含碳量小于 2．11％的铁碳合金，具有较好的机械性能、良好的锻压性能、焊接性能和切削加]：性能，价格比合金钢低，在机械工业中得到广泛使用。

(一)碳素钢的分类1．按钢的含碳量分类低碳钢——含碳量≤0．25％；中碳钢——含碳量：0．30％-0．55％；高碳钢——含碳量≥0．60％。

2．按钢的质量分类普通碳素钢：硫、磷含量分别≤O．055％和 O．045％优质碳素钢：硫、磷含量均≤0．040％；高级优质碳素钢：S、P含量 0．030％-0．035％。

3．按钢的用途分类碳素结构钢：主要用于制造各种工程构件和机器件，这类钢一般属于低碳钢和中碳钢。

碳素工具钢：主要用于制造各种刀具、量具、模具，这类钢含碳量较高，一般属于高碳钢。

(二)碳素钢牌号和用途1．普通碳素结构钢甲类钢：这类钢出厂时按保证机械性能供应，除硫、磷外不保征化学成分。

甲类钢的牌号以“甲”或“A”字加上阿拉伯序数表示，共 1-7级，即甲 l、甲 2、…、甲 7(或 A1、A2、…、A7)，数字越大，强度越高，塑性越差，主要用来制造钢板、角钢、圆钢和工字钢等。

乙类钢：这类钢出厂时按化学成分供应，不保证机械性能。

乙类钢的牌号用“乙”或“旷加上阿拉伯数字表示，也分为 1-7级，即乙 1、乙 1、…、乙 7(或 Dl、u2、…、B7)，数字越大，含碳量越高，主要用于制造不重要的零件，一般须经热处理。

2．优质碳素结构钢优质碳素结构钢既要保证钢的化学成分，还要保证机械性能其机械性能，用于制造比较重要的零什。

有色金属及其热处理有色金属是指除了铁和钢之外的所有金属材料，包括铜、铝、镁、锌、铅、锡等。

这些金属在工业生产中具有广泛的应用，例如电力、建筑、交通运输、电子设备等领域。

然而，有色金属的性能往往需要通过热处理来进行改善和优化。

热处理是通过控制金属材料的加热和冷却过程，改变其晶体结构和性能的一种工艺。

有色金属的热处理可以分为固溶处理、时效硬化和变形处理三个主要类型。

固溶处理是在特定温度下，将固溶体中溶解度较高的元素溶解进固溶体中，然后通过快速冷却使之保持在超饱和状态。

这在有色金属中被广泛应用于改善合金的强度和硬度，同时保持良好的塑性。

以铝合金为例，通过固溶处理可以提高其抗拉强度和抗疲劳性能，同时保持良好的可塑性和韧性。

时效硬化是在固溶处理后，将合金在适当温度下进行长时间的自然或人工时效。

在这个过程中，固溶体内的溶质元素会重新排列，并形成细小而均匀的析出相。

这些析出相对于晶体的位错和界面起到了钉扎和阻碍的作用，提高了合金的抗拉强度和硬度。

铜合金是常见的应用时效硬化的有色金属，其时效硬化后的材料在航空航天、汽车和船舶等领域中得到广泛应用。

变形处理是通过机械或热变形，将有色金属的晶粒进行细化和调整，从而改善其性能。

这种处理方式可以提高材料的强度和韧性，并且常用于铜、铝等金属的加工过程中。

例如，在铜管制作中，通过多次冷轧和退火，可以使其晶粒逐渐变细，提高其导热性能和机械强度。

总之，有色金属及其热处理是现代工业生产中不可或缺的重要部分。

通过合理的热处理工艺，可以改善有色金属的性能，使其更好地满足各个领域的需求。

在实际应用中，需要根据具体的金属材料和产品要求，选择适当的热处理工艺和参数，以获得理想的材料性能。