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 常用材料及热处理 主讲:潘晓辉 前言 Introduction 工程材料是构成机械的物质基础。机械的性能取决于其使用的材料.用于机械制造的材料有上千种,我们在选择材料时,既能保证使用性能、便于加工，又要有经济性，那就必须了解这些材料，认识这些材料。 工程材料分类 金 属 非 金 属 复合材料 为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。 材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能（机械性能）。材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。 工艺性能：指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。 1. 铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括流动性能、充满铸模能力；收缩性、铸件凝固时体积收缩的能力；偏析指化学成分不均性。 2. 焊接性能：指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法，把两个或两个以上金属材料焊接到一起，接口处能满足使用目的的特性。 3. 冷弯性能：指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度α（外角）或弯心直径 d对材料厚度 a的比值表示，a愈大或 d/a愈小，则材料的冷弯性愈好。 腐蚀的概念 金属表面受到外部介质作用而逐渐破坏的现象称为腐蚀或者锈蚀。腐蚀通常分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。 金属在电解质溶液中的腐蚀，称为电化学腐蚀；金属在非电解质中的腐蚀，称为化学腐蚀。 大部分金属的腐蚀是电化学腐蚀。 电化学腐蚀示意图 电化学腐蚀实际上是电池作用。 化学腐蚀 化学腐蚀就是金属与介质直接发生化学反应。 在干燥环境下钢铁表面的红色锈蚀就是属于化学腐蚀： 4Fe+3O2=2 Fe2 O3 当氧气含量不足时，反应物为FeO(黑色） 钢铁氧化发黑的成分是Fe3 O4 3. 延伸率（δ）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。 4. 断面收缩率（Ψ）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。 硬度 硬度：指材料抵抗其它更硬物压入其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（HBS、HBW）和洛氏硬度（HRA、HKB、HRC)和维氏硬度（HV) 布氏硬度 原理：用一定直径的钢球以相应的试验力压入试样的表面，保持规定的时间后卸除试验力，在试样的表面留下球形痕迹，测量压痕直径的大小求得硬度值 布氏硬度又两种：HBS和HBW,区别时钢球布同，HBS用的时淬火钢球，HBW是硬质合金球，HBS现在基本都不用，现在用的是HBW. 布氏硬度计的优点：准确 布氏硬度计的缺点：损伤大，不易测薄的工件 洛氏硬度 原理：以顶角为120°的金刚石圆锥体或者直径时1.588mm的淬火钢球做压头，以规定的试验力压入试样的表面，根据压痕深度，确定硬度值。 洛氏硬度有9种：HRA,HRB,HRC,HRD,HRE,HRF,HRG,HRH,HRK 洛氏硬度计的优点：简单迅速，效率高，直接读数 洛氏硬度计的缺点：不够准确 维氏硬度 原理：原理与布氏相似，区别是采用锥面夹角为136°的金刚石正四棱锥体，测量压痕两对角线长度。 优点：准确度高，压痕更小，是以微米单位来计 缺点：效率低 冲击韧性 冲击韧性（Ak）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/平方厘米 （J/cm2）。 韧性转变温度：冲击吸收功氏随着温度的降低而降低的，有些材料在低于某一温度时，冲击值显著下降，这一温度称为韧性转变温度 普通碳素钢的韧性转变温度大约是在-20℃，这就是某些车辆、桥梁、管道等在东北等寒冷地区易发生脆断的原因。 5.莱氏体Ld 莱氏体在727℃以上，由奥氏体与渗碳体组成的机械混合物，称为高温莱氏体Ld；在727℃以下，该组织转变为由珠光体与渗碳体组成的机械混合物，称为低温莱氏体Ld’。其力学性能与渗碳体相似，硬度较高，脆性较大。 钢中各元素的影响 1. 碳的作用 钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2. 硅的影响 硅能溶解于铁素体中，使铁素体强化，从而提高钢的强度。 3. 锰的影响 锰能与硫化合成MnS，减少硫对钢的有害影响。在室温下，锰大部分溶于铁素体，对钢有一定的强化作用。 4. 磷和硫的影响