材料的分类课件

学习目的：

通过学习，掌握金属材料与热处理的基本知识，为后续掌握阀门材料的选用奠定基础。学习要求：工掌握金属的力学性能指标及常用数据。掌握常用的机械工程材料类型、牌号、力学性能及用途。掌握钢的热处理的基本知识及常用的热处理方法、工艺特点和应用范围。初步具有选择工程材料的能力。

金属材料与热处理基础学习目的：金属材料与热处理基础概述

材料与人们的生活与生产活动息息相关。我国材料的发展历史悠久。材料的种类繁多。

材料、信息、能源和生物工程已成为当代技术的四大支柱。概述材料与人们的生活与生产活动息息相关。一、材料的分类

黑色金属：铁及其合金有色金属：除铁以外的金属非金属材料金属材料复合材料高分子（C、H为主）陶瓷（硅酸盐，C、O、N化物等）树脂基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料颗粒增强或纤维增强一、材料的分类黑色金属：铁及其合金有色金属：除铁以性能工艺性能：铸造性、可锻性、可焊性、切削加工性和热处理工艺性等使用性能力学性能：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等化学性能：抗氧化性和耐腐蚀性物理性能：密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性能和磁性能等。二、材料的性能性工艺性能：铸造性、可锻性、可焊性、切削加工性和热处理工艺性金属材料的力学性能是指材料抵抗外力引起的变形和破坏的能力，主要有强度、塑性、硬度、韧性、疲劳极限等。三、金属材料的力学性能载荷——零件在使用过程中所受到的力，按方式不同可分为拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等。载荷可分为静载荷与动载荷。应力——物体在外力作用后所导致物体内部之间的相互作用力称内力，单位面积上的内力称应力σ。变形——在外力作用下尺寸和形状的变化。分弹性变形与塑性变形。金属材料的力学性能是指材料抵抗外力引起的变形和破坏的能3.1强度MPa(MN/m2)

在载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力。分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。应用最广的为拉伸试验进行强度的测定。1Pa＝1N/m2（GB/T228—2002）3.1强度MPa(MN/m2) 在载荷作用下材料抵抗（1）拉伸试验设备及标准试样（1）拉伸试验设备及标准试样（2）拉伸三个阶段A、弹性变形阶段

0-p-eB、弹塑性变形阶段

屈服-强化-颈缩

e-ss-s’s’-bb-kC、断裂k

oPsNbkss’pemmDlPb拉伸曲线外力伸长量载荷－位移曲线不同性质材料的拉伸曲线形状是不相同的（2）拉伸三个阶段oPsNbkss’pemmDlPb拉伸oσsMPabkss’pe

e

=DL/L0σb﹡应力：σ试样单位面积上所承受的力σ=P/AA：拉伸试样横截面面积P：试样轴向拉力﹡应变：ε试样单位长度上的伸长量ε=(L1-L0)/L0=ΔL/L0L0：试样原标距长度L1

：试样拉断后的长度（3）拉伸曲线单位变换

应力－应变曲线

oσsMPabkss’pee=DL/L0σboσsMPabkss’pe

e=Dl/Lσb屈强服度

(σs)：材料产生屈服时的最小应力。抗拉强度(σb)：材料所能承受的最大应力。力学性能oσsMPabkss’pee=Dl/Lσb屈σb条件屈服强度(σ0.2)：0.2σ0.2σε拉伸过程中，屈服现象不明显的材料，根据国标取残余应变量为0.2％时的应力值为屈服强度记做σ0.2。σb条件屈服强度(σ0.2)：0.2σ0.2σε拉伸过程中，o1

23.2刚度指标

E=s/eεσ材料的刚度通常用弹性模量E来衡量。

弹性模量E：材料抵抗弹性变形的能力。是指在比例极限(σs)范围内，应力与应变比。o123.2刚度指标 E=s/eεσ材料的刚度通常用弹3.3塑性指标

（2）断面收缩率(Ψ)

A0-A1

y=———×100％

A0

（1）伸长率(δ)L1-L0δ=———×100％

L0lodol1d1材料产生永久变形而不被破坏的能力。3.3塑性指标 ⑴良好的塑性可以顺利地完成某些成型工艺，火焰筒的冷冲压及涡轮盘、涡轮轴的锻造等。⑵良好的塑性还可以在一定程度上保证零件的工作安全，在零件使用时万一超载，塑性变形引起的强化作用使零件不致于突然断裂。⑶过高地追求塑性，会降低材料的强度。⑴良好的塑性可以顺利地完成某些成型工艺，火焰筒的冷冲压及涡轮3.4硬度指标

材料抵抗表面划伤、磨损或局部塑性变形及破坏的能力常用硬度测定方法:硬物压入法3.4硬度指标材料抵抗表面划伤、磨损（1）布氏硬度(HB)硬物：球形压头(D=10、5、2.5、2、1mm)载荷：P(kgf)

F

DhdHBS:普通淬火钢球硬度值在450以下HBW:硬质合金球硬度值在450～650

HBS(HBW)=———

FA表示为：500HBW5/750（1）布氏硬度(HB)硬物：球形压头(D=特点：

压坑面积大，受材料不均匀度影响小，故测量误差小，硬度值准确、真实。不适于成品检验,主要用于测量较软的金属材料。布氏硬度(HB)主要用于铸铁、非铁金属及经退火、正火和调质处理的钢材。

特点：布氏硬度(HB)主要用于铸铁、非铁金属及经退火、正火和（2）洛氏硬度(HR)压头顶角120°金钢石圆锥（或直径Φ1.588mm淬火钢球）直接测量压痕深度来确定硬度值。（2）洛氏硬度(HR)压头直接测量压痕深度来确定硬度值载荷：▲初载荷10kg并压入深度h1▲主载荷(50kg或90kg或140kg)使压入深度达h2；▲卸除主载荷、保留初载荷， 压入深度减小为h3。洛氏硬度的计算深度值 △h=h3-h1。

HR=———

01230123h1h3h2K=0.2压头被测材料K-△h0.002载荷：01230123h1h特点：测量简便迅速，直接读数，表面压痕小。误差稍大，需多点测量取平均值。压头主载荷测量范围应用材料HRA金刚石K=0.250kg20～88表面硬化层、硬质合金等HRB淬火钢球K=0.2690kg20～100有色金属，退火、正火钢等HRC金刚石K=0.2140kg20～70淬火钢、调质钢等特点：测量简便迅速，直接读数，表面压痕小。误差稍大，需多点测（3）维氏硬度(HV)压头：顶角为136°的金刚石正四棱锥体

HV=———

载荷P：分为六级(5,10,20,30,50,100Kg)ddF136

FA特点：测量精度高，测量范围宽，应用广。不同载荷下维氏硬度可以相互比较。（3）维氏硬度(HV)压头：顶角为136°的金刚石正四棱锥体3.5冲击韧性5510855108

2403022横梁式悬梁式3.5冲击韧性551085510824030冲击吸收功（AK）：冲断试样所消耗的功(J) Ak=G(H-h)

ak=——(J/cm2)

冲击

h试样摆锤

HAkSn冲击韧性（αK）：冲断试样横截面单位面积上所消

耗的功(J/cm2)冲击吸收功（AK）：冲断试样所消耗的功(J) Ak=G(H-3.6冷脆转变温度Tk

材料的冲击功随温度下降而减小。

当温度降到某一值时会急剧减小使

材料呈脆性状态。

不同材料的冷脆转化温度

由韧性状态变为脆性状态的温度称为冷脆转化温度。3.6冷脆转变温度Tk

材料的冲击功随温度下降3.7材料的疲劳强度

机械零件在交变载荷作用下，其工作应力远小于抗拉强度，甚至小于屈服强度时，在长时间工作后发生突然断裂的现象称为疲劳断裂。疲劳强度:σ-1

是指材料经无限多次（钢材：107，有色金属108

）应力循环仍不断裂时的最大应力，称疲劳极限σr。它表征了材料抵抗疲劳断裂的能力。对称应力时，疲劳强度用σ-1表示。钢的疲劳强度大致为0.45—0.55

σb3.7材料的疲劳强度机械零件在交变载荷作用3.8高温力学性能蠕变：金属材料长时间在一定温度、一定应力作用下，即使应力小于σ0.2

，也会缓慢地发生塑性变形的现象。规律：温度越高，工作应力越大，则蠕变的发展越快，而产生断裂的时间就越短。典型的蠕变曲线，曲线分为三个阶段。a、蠕变减速阶段。b、稳态蠕变阶段。C、蠕变加速阶段，直至断裂。

aabcdo变形第二阶段第三阶段第一阶段时间温度压力恒定3.8高温力学性能蠕变：金属材料长时间在一定温度、一定应

蠕变强度蠕变强度：蠕变强度是指金属在一定温度下、一定时间内产生一定变形量所能承受的最大应力，高温下金属的强度可用蠕变强度和持久强度来表示，例如(1)在规定时间内达到规定变形量的蠕变强度，记为σδ/t

（MPa）

，T温度，t时间（小时），δ变形量。

如σ0.2/1000=60MPa,表示在800℃下，1000小时内引起0.2％变形量所能承受的最大应力为60MPa。(2)稳态蠕变速度达到规定值时的蠕变强度，记为σv

（MPa）