布氏硬度 () 洛氏硬度 () 维氏硬度 () 各种硬度值之间可以相互折算
金属材料在加工和使用过程中影响力学性能的因素
含量C的增加：
一般规律： 强度、硬度增加
脆性增大，韧性、塑性下降
含碳量的影响强度、硬度；塑性
合金元素的影响提高改善力学性能
温度的影响强度、硬度；塑性
热处理工艺的影响
绝大多数钢，低温： 强度、硬度增加； 韧性、塑性下降
第四节 钢的热处理
钢的热处理就是在固态下，通过加热、保温和不同 的冷却方式，改变钢的内部组织结构，从而获得所需性 能的工艺方法。
为什么要进行热处理 什么是热处理 如何进行热处理
热处理工艺曲线示意图
目的
1、消除毛坯中的缺陷，改善工艺性能， 为切削加工或热处理做组织和性能上的 准备。—叫预先热处理。
A0
5%为脆性材料
灰铸铁、玻璃、 陶器、石料等
四、弹性能和韧性能
弹性能
在弹性变形范围内，应变能将以势 能的形式储存在材料内部，撤去外力后 又全部释放
韧性能
材料在断裂前所能吸收的能量 称为韧性能。
最大弹性能 最大韧性能
五、硬度
材料表面在一个小体积范围内抵抗弹性变形、塑 性变形或破坏的能力。
材料硬度越高，强度和耐磨性越好；塑性越低。 常用硬度指标：
二、弹性模量E
• 在弹性阶段，应力 与应变 成正比
=E
• 比例常数 E = / • 反映材料抵抗变形的能力，是衡量刚度的指标。 • 注意：不同钢种的弹性模量相差甚微。
三、延展性 衡量材料塑性性能的指标
0
碳钢、黄铜、 铝合金等
断后伸长率
l1 l0 100%
l0
5%为塑性材料
断面收缩率
A0 A1 10% 0
2、提高金属材料的力学性能，充分发 挥材料的潜力，节约材料，延长零件 使用寿命。—叫最终热处理。
热处理的方法（按工艺方法不同分）
普通热处理 热处理
退火 正火 淬火 回火
表面热处理
表面淬火
化学热处理
渗碳 渗氮 碳氮共渗
一、普通热处理
1.退火（焖火） 将钢件加热到一定温度,保温一定时间,随炉缓慢
冷却
高级优质钢（ωs≤0.03%；ωp≤0.035%）
结构钢（建筑、机械制造用）
3）钢的用途 行业使用）
（按
工具钢（工具、刀具、模具等用）
特殊性能钢（防腐蚀、高温、导磁
等场合用）
一、黑色金属 由于铸造特性，一般用于制造形状
铸钢 复杂，难以切削加工、尺寸大的重要 零件，如：大型齿轮、缸体、变速箱
机架等。
橡胶 以生胶为主要成分，添加各种配合剂和增强 材料
较大的弹性、良好的绝缘性、耐磨损、耐化 学腐性
四、复合材料 基本材料 + 增强材料
由两种或两种以上性质不同的金属材料或非金属材料， 按设计要求进行定向处理或复合得到的一种新型材料。 自然界：天然复合材料如竹子、木材、骨骼等 特点 高比强度、高比模量 抗疲劳性能好 减摩、耐磨、自润滑性能好 化学稳定性好 具有其他特殊性能，如隔热性，特殊的电、光、磁性。
将淬火后的零件重新加热到临界温度以下某 一温度,保温一定时间,后在空气中或油中冷却
目的: 1) 普通结构零件的最终热处理
2) 铸、锻、焊毛坯的预备热处理
3.淬火（整体淬火）
将钢件加热到临界温度以上的某一温度,经 过保温、在冷却介质（水、盐水或油）中迅速 冷却 目的:提高硬度,耐磨性
应用:工具,模具,量具,滚动轴承.
注意：整体淬火后的零件会有较大的内应力， 故淬火后必须回火
4. 回火 与淬火配合使用
青铜：除以外，所有合金的总称
铝合金
不耐磨，切削性好，铸造性差；
不产生电火花，用于储存易燃、易爆物
品的容器
钛合金
密度小，高、低温性能好，良好的耐蚀性， 用于航空、造船、化工业
三、非金属材料
工程塑料 优点：密度小、质量轻，耐腐蚀性好，易加工 应用：可用注塑、挤压的方法制成各种形状复
杂， 尺寸精确Βιβλιοθήκη 零件灰铸铁成本低，铸造性好，良好的减震性； 抗压强度高、抗拉强度。低脆性大，不 宜承受冲击载荷。常用于床身、机架、 底座等零件
较高的延展性和耐磨性；强度高于灰 球墨铸铁 铸铁；减震性优于钢。多用于制造受
冲击载荷的零件
二、有色金属
铜合金 良好的导电性、导热性、耐蚀性、延展性
机加工性
黄铜：铜锌合金，可铸可锻，良好的
第二章 工程材料和热处理
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节 • 第六节
概述 金属材料的力学性能 常用的工程材料 钢的热处理 表面精饰 材料的选择原则
第一节 概述
按用途不同，分：
结构材料： 工程上要求强度、韧性、塑性、硬度、耐磨性等
力学性能的材料。 功能材料：
具有电、光、声、热、磁等功能和效应的材料。
目的
1) 软化工件，降低硬度——以便切削加工 2) 2) 细化晶粒,改善组织——提高力学性
能 3) 3) 消除残余应力——防止变形开裂
铸件、锻件、焊接件等在制造过程中将聚 集残余应力—裂纹
低温退火
2. 正火
加热温度和保温时间与退火相似,不同：空冷
特点：正火冷却速快,得到比退火后的组 织更细些，从而力学性能高。
按材料结合键的特点和性质，分：
金属材料： 黑色金属材料 有色金属材料
无机非金属材料： 陶瓷
有机材料： 塑料、橡胶和合成纤维 高强度、塑性、耐腐蚀性、绝缘性，密度
小
第二节 金属材料的力学性能
一、应力极限
屈服
颈缩
强度极限
3 强化阶段
c 4 颈缩阶段
断裂
f
屈服极限
b
d
比例极限
a 2 屈服阶段
1 线弹性阶段
O e gh l
低碳钢的应力－应变曲线
低碳钢试样拉伸时的各阶段特征
弹性 屈服 强化 局部变形 断裂
c
f
b
d
a
在常温下经过塑 性变形，使材料强度 提高、塑性降低的现 象，称为冷作硬化。
O e gh l
永久塑性 变形
弹性变形
1 在弹性范围内卸载、再加载
2 过弹性范围内卸载、再加载
常用冷作硬化提高零 件的强度。冷拔、冷 挤压、冷镦、冷轧能 得到冷作硬化的效果。
第三节 常用的工程材料 金属材料
黑色金属
工业 用钢
铸铁
有色 金属
一、黑色金属
碳钢的分类
低碳钢 ( ωc≤0.25%)
1）含碳量
中碳钢(0.25% ≤ ωc ≤ 0.6%)
（按碳的质量分数）
高碳钢(0.6% < ωc ≤ 2.11%)
普通钢（ωs≤0.05% ;ωp≤0.045%）
2）钢的品质 （按 有害杂质S、P含量） 优质钢 （ωs≤0.04% ;ωp≤0.04%）