金属材料学基础知识

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。

金属材料基础知识，金属材料的力学性能金属材料是指具有光泽、延展性、容易导电、传热等性质的材料。

一般分为黑色金属和有色金属两种。

黑色金属包括铁、铬、锰等。

其中钢铁是基本的结构材料，称为“工业的骨骼”。

由于科学技术的进步，各种新型化学材料和新型非金属材料的广泛应用，使钢铁的代用品不断增多，对钢铁的需求量相对下降。

但迄今为止，钢铁在工业原材料构成中的主导地位还是难以取代的。

任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用，这就要求金属材料必须具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不破坏的能力，这种能力就是材料的力学性能。

一、力学性能--强度强度——金属在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。

1．拉伸测试拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。

利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。

2．力－伸长曲线弹性变形阶段--屈服阶段--强化阶段--缩颈阶段3．强度指标（1）屈服强度：当金属材料出现屈服现象时，在实验期间发生塑性变形而力不增加的应力点。

（2）抗拉强度Rm ：材料在断裂前所能承受的最大的应力。

二、力学性能--塑性塑性——材料受力后在断裂前产生塑性变形的能力。

1．断后伸长率A ：试样拉断后，标距的伸长量与原始标距之比的百分率。

2．断面收缩率Z ：试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始横截面面积比值的百分率三、力学性能--硬度硬度——材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。

硬度是通过在专用的硬度试验机上实验测得的。

1．布氏硬度：用球面压痕单位面积上所承受的平均压力来表示，单位为Pa，但一般均不标出：表示方法：布氏硬度用硬度值、硬度符号、压头直径、实验力及实验力保持时间表示。

当保持时间为10～15s时可不标。

应用范围：主要用于测定铸铁、有色金属及退火、正火、调质处理后的各种软钢等硬度较低的材料。

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)。

金属材料知识大全，收藏！概述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。

）”Vol.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。

Vol.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。

Vol.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。

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。

金属材料工程基础知识单选题100道及答案解析1. 下列金属中，导电性最好的是（）A. 铜B. 铝C. 银D. 金答案：C解析：在常见金属中，银的导电性最好。

2. 金属材料在静载荷作用下，抵抗变形和断裂的能力称为（）A. 强度B. 硬度C. 塑性D. 韧性答案：A解析：强度是金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。

3. 下列哪种金属的熔点最高（）A. 钨B. 铁C. 铜D. 铝答案：A解析：钨的熔点约3410℃，是常见金属中熔点最高的。

4. 金属的疲劳强度是指（）A. 在交变载荷作用下，经过无数次循环而不破坏的最大应力B. 在静载荷作用下，不发生破坏的最大应力C. 在冲击载荷作用下，不发生破坏的最大应力D. 在高温下，不发生破坏的最大应力答案：A解析：金属的疲劳强度是在交变载荷作用下，经过无数次循环而不破坏的最大应力。

5. 下列哪种热处理工艺可以提高金属材料的硬度（）A. 退火B. 正火C. 淬火D. 回火答案：C解析：淬火能使钢件获得高硬度。

6. 常见的不锈钢中，主要的合金元素是（）A. 铬B. 镍C. 钛D. 钼答案：A解析：铬是不锈钢中主要的合金元素。

7. 下列金属材料中，属于有色金属的是（）A. 铸铁B. 碳钢C. 铜D. 工具钢答案：C解析：有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属，铜属于有色金属。

8. 下列哪种金属具有良好的耐腐蚀性和高温强度（）A. 钛B. 镁C. 锌D. 铅答案：A解析：钛具有良好的耐腐蚀性和高温强度。

9. 合金元素在钢中的作用不包括（）A. 提高钢的强度B. 改善钢的韧性C. 降低钢的硬度D. 提高钢的耐磨性答案：C解析：合金元素通常会提高钢的硬度，而不是降低。

10. 金属材料的塑性指标通常用（）表示A. 屈服强度B. 抗拉强度C. 伸长率D. 硬度答案：C解析：伸长率和断面收缩率是金属材料的塑性指标。

11. 下列哪种金属的密度最大（）A. 铝B. 铁C. 铅D. 金答案：D解析：金的密度相对较大。