金属材料第一章-简

1、金属材料的性能包括：使用性能和工艺性能。

2、使用性能：是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能，包括①物理性能（如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等）。

②化学性能（如抗腐蚀性、抗氧化性等）。

③力学性能（如强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等）。

④工艺性能。

力学性能的概念：力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。

3、力学性能包括：强度、硬度、塑性、冲击韧性a)金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。

强度的大小用应力来表示。

b)根据载荷作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。

一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。

4、金属材料受到载荷作用而产生的几何形式和尺寸的变化称为变形。

变形分为：弹性变形和塑性变形两种5、不能随载荷的去除而消失的变形称为塑形变形。

在载荷不增加或略有减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫做屈服。

屈服后，材料开始出现明显的塑性变形。

Fs称为屈服载荷6、sb：强化阶段：7、随塑性变形增大，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化（或称加工硬化）。

Fb：试样拉伸的最大载荷。

8、在拉伸试验过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力称为屈服点。

用符号σs表示，计算公式：σs=Fs/So对于无明显屈服现象的金属材料可用规定残余伸长应力表示，计算公式：σ0.2=F0.2/So9、（2）抗拉强度材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σb表示。

计算公式为：σb=Fb/So10、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。

塑性由拉伸试验测得的。

常用伸长率和断面收率表示。

11、伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。

用δ表示：计算公式：δ=(l1-l0)/l0×100%断面收缩率：试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。

用ψ表示12、材料抵抗局部变形特别是塑性变形压痕或划痕的能力称为硬度。

金属材料常识简介一、钢：1. 钢与铁的区别主要在含碳量上，一般含碳量在2.11%以下的铁碳合金称为钢；一般含碳量在2.11%以上的铁碳合金称为铁。

2. 钢的分类：按照化学成分分为碳素钢、中低合金钢、高合金钢。

按冶炼工艺分为平炉钢、转炉钢、电炉钢、感应炉钢、电渣炉钢等。

按脱氧程度分为镇静钢（脱氧完全的钢）、半镇静钢（脱氧较完全的钢）、沸腾钢（脱氧不完全的钢）按用途分为结构钢、工具钢、特殊性能钢。

结构钢用于制造工程结构和机械零件。

工程结构用钢一般属于低碳钢范围内，在轧制或正火状态下使用，很少进行热处理，适用于焊接。

机械零件用钢大多需要进行热处理。

二、碳素钢1．碳素钢分类按碳的质量分数又可分为低碳钢(＜0.25%）；中碳钢(＝0.25％～0.60％)；高碳钢（＞0.60％)。

按钢的冶金质量和钢中有害杂质元素硫、磷的质量分数分普通质量钢；优质钢；高级优质钢。

普通质量钢又分为只保证化学成分不保证机械性能的和只保证机械性能不保证化学成分的两种。

2 、钢的编号（1）普通碳素结构钢碳素结构钢牌号表示方法由代表屈服点屈字的汉语拼音字母、屈服极限数值、质量等级符号及脱氧方法符号四个部分按顺序组成。

牌号中Q表示“屈”；A、B、C、D表示质量等级，它反映了碳素钢结构中有害杂质（S、P）质量分数的多少，（C、D）级硫、磷质量分数最低、质量好，可作重要焊接结构件。

例如Q235AF，即表示屈服点为235N／mm2、A等级质量的沸腾钢。

D级质量最好，A级最差。

普通碳素结构钢的硫、磷含量较多，但由于冶炼容易，工艺性好，价格便宜，在力学性能上一般能满足普通机械零件及工程结构件的要求，因此用量很大，约占钢材总量的70％。

（2）优质碳素结构钢其牌号用两位数字表示，两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍。

例如45钢，表示平均ωc =0.45%；08钢表示平均ωc =0.08%。

优质碳素结构钢按锰的质量分数不同，分为普通锰钢(ωMn＝0.25%～0.80%)与较高锰的钢(ωMn=0.70%～1.20%)两组。

⾦属材料概述0⾦属材料概述⾦属材料是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。

⾦属材料的特点是具有资源丰富、⽣产技术成熟、产品质量稳定、强度⾼、塑性和任性好、耐热、耐寒、耐磨、可锻造、铸造、冲压和焊接、导电、导热性和铁磁性优异等特点，已成为现代⼯业和现代科学技术中最重要的材料之⼀。

钢铁唯⼀的缺点是会⽣锈。

⾦属材料分类：⾦属材料⼀般可分为⿊⾊⾦属材料和有⾊⾦属材料两类。

⿊⾊⾦属是指铁和铁的合⾦，包括钢、⽣铁、铁合⾦、铸铁等。

有⾊⾦属⼜称⾮铁⾦属。

狭义的有⾊⾦属通常指铁、锰、铬三种⾦属以外的⾦属。

⼴义的有⾊⾦属还包括有⾊合⾦。

有⾊⾦属的产品只占⾦属材料产量的5%左右，但其作⽤却是钢铁材料⽆法替代的。

为便于理解，掌握，列简单分类表。

铁合⾦-炼铁原料：炼钢时作脱氧剂和合⾦元素添加剂铸造⽣铁—⽤于铸造各种⽣铁铸料⿊⾊⾦属⽣铁炼钢⽣铁—⽤于炼钢⾦属丝绳钢—钢材—钢材再制品⾦属⽀护⽤品⾦属材料有⾊轻⾦属（密度≤4.5%）有⾊重⾦属（密度＞4.5%）有⾊⾦属贵⾦属（⾦、银、铂族⾦属）稀有⾦属半⾦属（硅、硼、硒、碲、砷）第⼀章⿊⾊⾦属材料⼀、基本常识⿊⾊⾦属是⽣铁和钢的总称。

钢铁材料通常是指铁碳合⾦，按照含碳量的⼤⼩进⾏分类。

含碳量（质量分数）⾼于2%的为⽣铁，低于2%的为钢，含碳量（质量分数）低于0.04%的为⼯业纯铁。

1、⽣铁的分类(按⽤途)：1）铸造⽣铁：含碳⾼，具有表⾯硬度⾼、耐蚀、耐磨性较好的特点，但其塑性、韧性较差。

⼀般作为铸铁件，⽤于加⼯制造机械零部件。

2）炼钢⽣铁：主要是⽤于炼钢的原材料。

2、钢的分类：钢是以铁为主要元素，含碳量⼀般在2%以下的铁碳合⾦。

钢的分类⽅法⽐较多，过去我国主要有以下6种分类。

碳素钢：按含碳量分①⼯业纯铁②低碳钢③中碳钢④⾼碳钢；1）按化学成分分类合⾦钢：按合⾦元素分①低合⾦钢②中合⾦钢③⾼合⾦钢；2）按品质分类：①普通钢②优质钢③⾼级优质钢；3）按冶炼设备分类：①转炉钢②平炉钢③电炉钢；4）按脱氧程度：①沸腾钢②镇静钢③半镇静钢；5）按⽤途分类：①结构钢②⼯具钢③特殊钢的④专业⽤钢；6）按加⼯制造形式分类：①铸钢②锻钢③热轧钢④冷轧钢⑤冷拔钢；参照国际标准（IS04948），《钢分类》国家标准（GB/T1334-2008）实⾏新的分类⽅法，明确划分了⾮合⾦钢。

第一章金属材料的力学性能机械制造中使用的材料品种很多，为了正确使用材料，并把它加工成合格的工件，必须掌握材料的使用性能和工艺性能。

使用性能，是指为保证工件正常工作材料应具备的性能，包括力学性能、物理和化学性能等。

工艺性能，是指材料在加工过程中所表现出来的性能，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能和切削加工性等。

所谓力学性能，是指材料在外力作用下所表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等，是设计机械零件时选材的重要依据。

这些性能指标是通过试验测定的。

第一节刚度、强度、塑性刚度、强度和塑性是根据试验测定出来的。

将材料制成标准试样(图1-1a)，然后把试样装在试验机上施加静拉力，随着拉力的增加试样逐渐变形，直到拉断为止(图1-1b)。

将试样从开始到拉断所受的力F 及所对应的伸长量ΔL绘制在F—ΔL坐标上，得出力一伸长曲线。

低碳钢的力一伸长曲线如图1—2所示。

从图1—2可知，在OE 阶段，试样的伸长量随拉力成比例增加，若去除拉力后试样恢复原状，这种变形称为弹性变形。

超过E 点后，若去除拉力试样不能完全恢复原状，尚有一部分伸长量保留下来，这部分保留下来的变形称为塑性变形。

当拉力增加到F s 时，力一伸长曲线在S 点呈现水平台阶，即表示外力不再增加而试样继续伸长，这种现象称为屈服，该水平台阶称为屈服台阶。

屈服以后，试样又随拉力增加而逐渐均匀伸长。

达到B 点，试样的某一局部开始变细，出现缩颈现象。

由于在缩颈部分试样横截面积迅速减小，因此使试样继续伸长所需的拉力也就相应减小。

当达到K 点时，试样在缩颈处断裂。

低碳钢在拉伸过程中经历了弹性变形、弹一塑性变形和断裂三个阶段。

F —ΔL 曲线与试样尺寸有关。

为了消除试样尺寸的影响，把拉力F 除以试样原始横截面积A0，得出试样横截面积上的应力，同时把伸长量ΔL 除以试样原始标距L 0，得到试样的应变LL ε∆=0F A σ=σ—ε曲线与F —ΔL 曲线形状一样，只是坐标不同。

绪论金属腐蚀的定义: 金属材料和环境介质发生化学或电化学作用，引起材料的退化与破坏称为金属的腐蚀.本课程研究的内容• 1. 研究金属和周围介质作用时所发生的化学或电化学的现象、机理及其一般规律。

• 2. 研究各种条件下金属材料的防止腐蚀的方法和措施。

三、金属腐蚀与防护的重要性经济损失：•直接损失：指采用防护技术的费用和发生腐蚀破坏以后的维修、更换费用和劳务费用。

•间接损失：指设备发生腐蚀破坏造成停工、停产；引起的物资跑、冒、滴、漏损失；对环境污染以至爆炸、火灾等事故的间接损失更是无法估量。

第一章金属材料的高温化学腐蚀第一节概述一、高温化学腐蚀定义：高温化学腐蚀是研究金属材料和与它接触的环境介质在高温条件下所发生的界面反应过程的科学。

金属高温腐蚀与常温腐蚀的区别：高温腐蚀：主要是以界面的化学反应为特征。

常温腐蚀：主要是电化学过程。

金属材料的高温腐蚀反应式：Me（金属）+X（介质）--MeX（腐蚀产物）二、高温腐蚀分类按环境介质状态分1）高温气态介质腐蚀（2）高温液态介质腐蚀（3）高温固态介质腐蚀（1）高温气态介质腐蚀：气态介质中包括有单质气体分子。

非金属化合物气体分子。

金属氧化物气态分子，和金属盐气态分子。

由于这种高温腐蚀是在高温，干燥的气体分子环境中进行的，所以常被称为“高温气体腐蚀”“干腐蚀”“化学腐蚀”。

（2）高温液态介质腐蚀：液态介质（包括液态金属，液态融盐及低熔点氧化物）对固态金属材料的高温腐蚀。

这种腐蚀包括界面化学反应，也包括液态物质对固态物质的溶解。

（3）高温固态介质腐蚀：金属材料在带有腐蚀性的固态颗粒状物质的冲刷下发生的高温腐蚀。

这类腐蚀包括固态燃灰与盐颗粒对金属材料的腐蚀。

又包括这些固态颗粒状物质对金属材料表面的机械磨损，所以人们又称为“磨蚀”或“冲蚀”。

高温腐蚀现象（1）在金属热处理过程中，碳氮共渗和盐浴处理易于产生增碳、氮化损失和熔融盐的腐蚀。

（2）含有燃烧的各个过程，比如柴油发动机、燃气轮机、焚烧炉等所产生的复杂气氛的高温氧化等腐蚀。

第一章材料的性能第一节材料的机械性能一、强度、塑性及其测定1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的才能。

材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。

常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。

2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的才能。

塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。

二、硬度及其测定硬度是衡量材料软硬程度的指标。

目前，消费中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。

此时硬度可定义为材料抵抗外表局部塑性变形的才能。

因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。

硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。

此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有亲密联络。

三、疲劳机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。

疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的才能。

四、冲击韧性及其测定材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的才能被称为冲击韧性。

为评定材料的性能，需在规定条件下进展一次冲击试验。

其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。

五、断裂韧性材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的才能称为断裂韧性。

它是材料本身的特性。

六、磨损由于相对摩擦，摩擦外表逐渐有微小颗粒别离出来形成磨屑，使接触外表不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。

引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。

按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大根本类型。

第二节材料的物理化学性能1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。

不同用途的机械零件对物理性能的要求也各不一样。

2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀才能。

第三节材料的工艺性能一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。

第二部分简答题第一章原子结构1、原子间的结合键共有几种？各自的特点如何？【11年真题】答：（1）金属键：基本特点是电子的共有化，无饱和性、无方向性,因而每个原子有可能同更多的原子结合，并趋于形成低能量的密堆结构。

当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时不至于破坏金属键,这就使得金属具有良好的延展性，又由于自由电子的存在,金属一般都具有良好的导电性和导热性能。

（2）离子键：正负离子相互吸引，结合牢固，无方向性、无饱和性.因此，七熔点和硬度均较高。

离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此他们都是良好的电绝缘体。

（3)共价键:有方向性和饱和性。

共价键的结合极为牢固，故共价键晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。

共价结合的材料一般是绝缘体,其导电能力较差.(4）范德瓦尔斯力：范德瓦尔斯力是借助微弱的、瞬时的电偶极矩的感应作用，将原来稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。

它没有方向性和饱和性，其结合不如化学键牢固。

（5）氢键：氢键是一种极性分子键，氢键具有方向性和饱和性,其键能介于化学键和范德瓦耳斯力之间.2、陶瓷材料中主要结合键是什么？从结合键的角度解释陶瓷材料所具有的特殊性能.【模拟题一】答：陶瓷材料中主要的结合键是离子键和共价键.由于离子键和共价键很强，故陶瓷的抗压强度很高、硬度很高。

因为原子以离子键和共价键结合时，外层电子处于稳定的结构状态，不能自由运动，故陶瓷材料的熔点很高，抗氧化性好、耐高温、化学稳定性高。

第二章固体结构1、为什么密排六方结构不能称为一种空间点阵？【11年真题】答：空间点阵中每个阵点应该具有完全相同的周围环境.密排六方晶体结构位于晶胞内的原子具有不同的周围环境。

如将晶胞角上的一个原子与相应的晶胞之内的一个原子共同组成一个阵点，这样得出的密排六方结构应属于简单六方点阵。

2、为什么只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固溶体则不能？【模拟题一】答：因为形成固溶体时，溶质原子的溶入会使溶剂结构产生点阵畸变,从而使体系能量升高。