《金属工艺学》第1章金属材料概述.pptx

第1章金属材料概述1.1金属材料的性能1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.3铁碳合金1.4常用金属材料1.5粉末冶金材料1.6钢的热处理1.7机械零件的失效与材料的选择普通高等教育规划教材

1.1金属材料的性能1.1.1金属的力学性能1.1.2金属的物理性能和化学性能1.1.3金属材料的工艺性能

1.1金属材料的性能金属材料由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、金属间化合物和特种金属材料等。金属材料通常分为钢铁材料、非铁合金材料和特种金属材料。金属材料按生产成形工艺又分为铸造金属、变形金属、喷射成形金属，以及粉末冶金材料。金属材料的性能分为物理与化学性能、使用性能和工艺性能

1.1金属材料的性能1.1.1金属材料的力学性能金属的力学性能是指金属在力作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及应力一应变关系的性能。现为金属的变形和断裂。因此，金属的力学性能可以理解为金属材料抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能力。金属的力学性能包括弹性、刚度、塑性、强度、硬度、韧性等。这是设计零件时选用金属材料的主要依据。

1.1金属材料的性能1.1.1金属材料的力学性能1.弹性物体在外力作用下改变其形状和尺寸，当外力卸除后物体又回复到其原始形状和尺寸，这种特性称为弹性。其大小用弹性极限σe表示，单位为MPa。2.刚度大多数机械零件在工作过程中是处于弹性状态，为防止发生弹性变形失效，不允许零件有过多的弹性变形。零件抵抗弹性变形的能力，称为刚度。工程上常用弹性模数E作为衡量材料刚度的指标。

1.1金属材料的性能1.1.1金属材料的力学性能3.塑性4.强度断裂前材料发生不可逆永久变形的能力，称为塑性，常用指标是断后伸长率δ（%）和断面收缩率ψ（%），δ和ψ越大，材料塑性越好。金属抵抗永久变形和断裂的能力，包括抗拉强度σb、屈服点（屈服强度）σs、抗压强度σbc、抗弯强度σbb、抗剪强度σb,单位均为MPa。

1.1金属材料的性能1.1.1金属材料的力学性能5．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。是衡量金属软硬程度的判据。在一般情况下，金属材料的硬度越高，耐磨性能越好，而且硬度与强度之间有一定的关系，根据硬度的大小可以大致估算材料的抗拉强度。因此，硬度是金属材料最重要的性能之一。

1.1金属材料的性能1.1.1金属材料的力学性能6．冲击吸收功冲击试样缺口底部单位横截面积上的冲击吸收功称为冲击吸收功。目前是以大能量一次冲击值αku、αkv作为指标。冲击吸收功是相对指标，其值越大，材料的韧度越好，许多国家直接用冲击吸收功Ak作为冲击吸收功指标，中国也将逐步用Ak取代。

1.1金属材料的性能1.1.1金属材料的力学性能7．疲劳强度金属材料在无数次重复交变载荷作用下不发生断裂的最大应力，称为疲劳强度。对称弯曲疲劳强度以σ-1表示。为了提高零件的疲劳强度，一方面在设计零件时应使零件具有合理的结构形状，避免产生应力集中；另一方面要设法提高零件表面的加工质量或采用表面强化的方法，如表面淬火、化学热处理、喷丸处理和滚压等，以减小产生微裂纹的倾向。

1.1金属材料的性能1.1.2金属的物理性能和化学性能在机械制造中，绝大多数机械零件都是以力学性能作为设计计算和选材的主要依据，但有些机械设备除要求应具备一定的力学性能外，还要求具备某些特殊的物理性能或化学性能。飞机零件要选用密度小的铝合金；导电元件则要采用导电性好的铜或铜合金；内燃机的排气门应选用耐热性好的材料；某些化工设备零件则要求耐腐蚀性好的材料等。

1.1金属材料的性能1.1.2金属的物理性能和化学性能金属材料的主要物理性能有密度、熔点、热膨胀系数、导热性和导电性等。化学性能是金属材料在常温或高温时抵抗各种化学介质作用的能力，如耐蚀性和耐热性等。金属材料的物理性能、化学性能对热加工工艺也有一定的影响。例如，高速钢的导热性较差，锻造和热处理时都必须用较低的加热速度，否则会产生裂纹。又如铸钢和铸铁因熔点的不同，其熔炼和浇注工艺也不同。

1.1金属材料的性能1.1.3金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能是保证易于高速地、经济地获得优质制件的必要条件，它是金属的物理、化学和力学性能的综合。金属材料的工艺性能按工艺方法的不同可分为铸造性、锻造性、冲压性、弯曲性、焊接性和切