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第一章 材料的结构与性能 第一节 材料的性能 使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能。 工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。 一、金属材料的使用性能 （一）金属材料的力学性能 弹性和刚度 弹性：指标为弹性极限σe，即材料承受最大弹性变形时的应力。 刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量E。 2、强度与塑性 强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 屈服强度σs：材料发生微量塑性变形时的应力值。 抗拉强度σb：材料断裂前所承受的最大应力值。 塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 伸长率：δ 断面收缩率ψ 硬度 材料抵抗表面局部塑性变形的能力。 （1）布氏硬度HB 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件。 适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。 （2）洛氏硬度 洛氏硬度用符号HR表示 常用的标尺为A、B、C。 HRA用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。 HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。 （3）维氏硬度 维氏硬度用符号HV表示 4、韧性 （1）、冲击韧性是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 指标为冲击韧性值ak(通过冲击实验测得)。 （2）断裂韧性 断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。 5、疲 劳 材料在低于σs的重复交变应力作用下发生断裂的现象。 疲劳曲线和疲劳强度 材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳强度。用?σr表示。 二、金属材料的工艺性能 1 铸造性能2 锻造性能3 切削加工性能4 焊接性能5 热处理性能 二 （二）、常见金属的晶格类型 一．1. 体心立方晶格 体心立方结构 (b.c.c) 属于该类晶格的常见金属有α-Fe 2面心立方结构(f.c.c) 常见金属： r-Fe、 3密排六方结构 (h.c.p) 二晶体缺陷 过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。 2.晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。 3. 同素异构转变 物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异构转变—固态相变。 铁在固态冷却过程中有两次晶体结构变化，其变化为： 4.细化金属晶粒的措施 ⑴ 增大过冷度： 随过冷度增加，N/G值增加，晶粒变细。 ⑵ 变质处理： 又称孕育处理。即有意向液态金属内加入非均匀形核物质 ⑶ 振动、搅拌 塑性变形五种形式 轧制: 加热温度高、保温时间长, 晶粒粗大. ⑵加热速度: 加热速度越快,过热度越大, 形核率越高, 晶粒越细 二、 钢在冷却时的组织转变 过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变两种。 三珠光体转变 1、珠光体的组织形态 过冷奥氏体在 A1到 550℃间将转变为珠光体类型组 织，它是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物，根据 片层厚薄不同,又细分为珠光体、索氏体和托氏体. ⑴ 珠光体： 形成温度为A1-650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示. ⑵ 索氏体 形成温度为650-600℃,片层较薄，800-1000倍光镜下可辨，用符号S 表示。 ⑶ 托氏体 形成温度为600-550℃，片层极薄，电镜下可辨，用符号T 表示。 (四) 贝氏体转变 1、贝氏体的组织形态过冷奥氏体在550℃- 230℃ (Ms)间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号B表示。 根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下). ⑴ 上贝氏体 形成温度为550-350℃。在光镜下呈羽毛状. ⑵下贝氏体 形成温度为350℃-Ms。在光镜下呈竹叶状。 2. 贝氏体的力学性能 上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。 下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能， 四．马氏体转变 当奥氏体过冷到Ms以下将转变为马氏体类型组织。 马氏体的组织形态 马氏体的形态分板条和针状两类。 3. 马氏体转变的主要特点 ⑴ 无扩散性(2) 在一个温度范围内进行的(3) 转变不完全(4) 马氏体转变的可逆性 4.过冷奥氏体连续冷却转变图又称CCT。 Vk 为CCT曲线的临界冷却速度，即获得全部马氏体组织时的最小冷却速度. 四、 钢的退火与正火 1. 退火 将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却 (炉冷) 的热处理工艺叫做退火。 退火目的 ⑴调整硬度，便于切削加工 （2）消除内应力，防止加工中变形 （3）细化晶粒 退火工艺 完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火 ⑴ 完全退火