7
• 塑性和强度是通过拉伸试验测定的：
σe __ 弹性极限 σs (σ0.2 )— 屈服极限
σ b ____ 抗拉极限
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塑性指标：
延伸率： 断面收缩率：
l l0 100%
l0
δ、ψ↑ —→ 塑性↑
强度指标：
屈服强度：
抗拉强度：
σ≧σs , 塑性变形； σ≧σb ， 破坏
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三. 刚度
三. 刚度
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五. 冲击韧姓
冲击韧姓: 金属材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力. 指标: 冲击值.(一次摆锤弯曲试验测定(GB/T229-94))
k
Ak F
（J/m2 ）
● 冲击韧性不能直接用于强度计算: (1) 冲击值受许多因素影响: 试样形状、表面粗糙 度、内部组织、温度等 （2）在冲击载荷下工作的机件，很少是受到大能量 一次冲击破坏的
学习本课程的基本要求：
了解常用金属材料的一般性质、应用范围和选择原则 初步掌握各种主要加工方法的实质、工作特点和基本
原理 了解各种主要加工方法的设备和工具的工作原理、大
致结构和应 用范围 初步掌握零件的结构性和常用金属材料的工艺性
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第一篇 金属材料导论
金属材料： ● 纯金属：
● 合 金：以一种金属为基础，加入其它金属或非金
部分有界面分开的均匀组成部分.
固体合金中的相结构:
固溶体、 金属化合物、 机械混合物
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一. 固溶体
固溶体: 溶质原子溶入溶剂晶格而仍保 持溶剂晶格类型的金属晶体.
晶格类型: 同溶剂 固溶强化：溶剂晶格畸变，塑性变形阻
力增加，强度、硬度升高。 例子：铁素体（C, α-Fe）
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固溶体类型:
●置换固溶体: ●间隙固溶体：
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固溶强化:
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二. 金属化合物
金属化合物: 合金各组元的原子按一定的整 数比化合而成的新的金属晶体
晶格类型: 复杂 (既不是溶剂的也不是溶质 的晶格)
性能: 熔点高、硬度高、脆性大（塑性小） 例子: Fe3C
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么么么么方面
Sds绝对是假的
三. 机械混合物
机械混合物：结晶过程所形成的两相混合组织。
晶格类型： 各相均保持其原有的晶格。
性能：介于各组成相之间。 取决于：各相的性能和比例、 各相的形状、大小和分布。
例子：珠光体 P (F + Fe3C)
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§2 二元合金状态图的建立
§4. 二元合金状态图的建立
▪合金结晶过程： 形核、长大 ▪合金结晶冷却曲线： 无结晶平台，即结晶是在
(F)
(α-固溶体)
晶格类型：体心立方
溶解度：600℃, 0.006%,
727℃, 0.02%
性能: 与纯铁相似. 塑性好δ=45-50%,
σb≈250MPb, HB≈80
显微组织: 多边形晶粒
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二. 奥氏体 (A)
奥氏体：碳溶解在γ-铁中形成的固溶体
(A)
(γ-固溶体) (>727℃)
亚共晶生铁：2.11 < C < 4.3%
共晶生铁：
C = 4.3%
过共晶生铁： 4.3 < C <6.69%
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三. 结晶过程分析 共析钢： A → P(F+ Fe3C)
(室温组织)
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亚共析钢：
A→A+F → F + P(F+ Fe3C) (室温组织)
过共析钢：
A → A + Fe3CⅡ → Fe3CⅡ + P(F+ Fe3C) (室温组织)
L 490oCL Sb 252oC(Pb Sb) Sb
(室温组织)
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第三章 铁碳合金
铁碳合金：以铁为基础的合金，基本上 由铁碳两种元素组成 钢和铁的总称
§1 铁碳合金的基本组织
§1. 铁碳合金的基本组织 §1 铁碳合金的基本组织
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一. 铁素体 (F) (F)
铁素体：碳溶解在α-铁中形成的固溶体
刚度：金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力
指标: 弹性模数: 弹性范围内, 应力与应变的比.
E =σ/ε
弹性模数 ↑-→ 刚度↑
. 硬度
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四. 硬度
硬度: 金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。
(在小的体积范围内,抵抗弹性变形、塑性 变形或断裂的能力）
指标：布氏硬度 ( HB ) 洛氏硬度 ( HR )
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晶轴：晶核生长线速度最大的方向
晶粒：
晶界：晶粒之间的接触面
多晶体：晶粒细↑→ 晶界多↑ →金属
的结合力↑ →机械性能↑
晶核数目↑→晶粒细↑ （铸造中的变质处理）
金属冷却速度↑ → 晶粒细↑（如金属型铸造， 砂型铸造比较冷速）
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二. 金属的同素异构转变
同素异构性: 一种金属能以几种晶格类型存在的性质。 同素异构转变: 金属在固态时改变其晶格类型的过程。
（2）零件的加工工艺性
二. 化学性能
化学性能: 金属材料抵抗各种化学作用的能力 如: 耐酸性、耐碱性、抗氧化性等
考虑：零件的使用。 如: 医疗器械、化工设备防腐→不锈钢
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三. 工艺性能
工艺性能: 铸造性、可锻性、焊接性、切削加工性能等。 是物理、化学及力学性能的综合。
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第二章 金属和合金的晶体结构与结晶
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四. 珠光体 (P)
四. 珠光体 (P) 珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物 晶格类型： 性能： 介于铁素体和渗碳体之间。
σb≈750MPa, HB≈180 显微组织: 铁素体片和渗碳体片相间
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48
五. 莱氏体 (Le)
莱氏体(Le)：奥氏体和渗碳体组成的机械混合 物（>727℃）
某一温度范围内进行的。 ▪合金状态图： 表示合金系结晶过程的简明图解。 ▪作用： 研究合金的成分、温度和结晶组织之间的
变化规律 ▪合金状态图的建立：实验的方法
简单的二元合金状态图：以铅锑合金为例
36
37
（1）状态图的建立：
作冷却曲线 → 测转变温度点 → 作温度—成分坐标图
B
38
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（2）状态图的应用：
硫的危害：热脆 Fe, FeS → Fe+FeS (共晶体，熔点985℃<1148,沿晶界分布)
磷的危害：冷脆 形成α固溶体, 塑性↓↓
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58
二. 碳素钢
二. 碳素钢
碳素钢: C < 1.5%, Si, Mn ,S ,P 杂质 低碳钢: C < 0.25% 中碳钢: 0.25 < C < 0.6% 高碳钢: 0.6 < C < 1.5% C↑→ P、Fe3C↑ → 硬度↑、塑性↓
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六. 疲劳强度
六. 疲劳强度
疲劳强度: 当材料在无数次重复或交变载荷作用下而 不致引起断裂的最大应力.
指标: 疲劳强度极限σ-1
循环基数: 钢材: 107 有色金属、高强度钢：108
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§2 金属材料的物理、化学 §2 金属及材工料艺的性物能理、化学及工艺性能
一. 物理性能
物理性能: 比重、熔点、热膨胀性、导热性和导电性 考虑：（1）零件的使用性
(二次结晶、重结晶)
铁的同素异构转变：
Fe 1394oC Fe 912oCFe
体心
面心
体心
钢的热处理：
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§ 3 §3 合金的晶体结构合金的结构
组元： 组成合金的元素。 合金： 二元合金、 三元合金 …
(黄铜:Cu,Zn) (硬铝:Al,Mg,Cu) 相: 化学成分和晶体结构相同, 并与其他
低温莱氏体(Le´)：珠光体和渗碳体组成的机械 混合物( <727℃)
性能：与渗碳体相似，硬而脆
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§2 铁碳合金状态图
Fe-Fe3C 状态图
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一. 铁碳合金状态图中主要点和线的含义
●特征点：
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●特征线：
ABCD 线—— 液相线
AHJECF 线——固相线 AHJE 线——钢的固相线
ECF 线——铁的固相线（共晶线），莱氏体
属，经过熔炼、烧结或其它方法制成的具 有金属性质的材料。 （如：钢、黄铜、硅铝明）
金属材料：
● 好的物理、化学、力学性能 ● 好的工艺性能
金属制品： 占80–90%
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第一章 金属材料的主要性能
§1 金属材料的力学性能 性能
力学性能： 材料在力的作用下所表现出来的性能. (机械性能) 包括：弹性、塑性、强度、硬度、冲击韧性和疲
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▲ 普通碳素结构钢：
亚共析钢： 甲类钢（A0- A7）：按机械性能供货 乙类钢 (B0- B7)： 按化学成分供货
GS 线—— A3 ES 线—— Acm PSK 线——A1 (共析线)，共析反应：珠光体
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二. 铁碳合金的分类
钢： 0 < C < 2.11% 亚共析钢：0 < C < 0.77% 共析钢： C = 0.77% 过共析钢：0.77 < C < 2.11%
生铁： 2.11 < C < 6.69%
劳强度
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一. 弹性和塑性
弹性: 受外力作用时产生变形,外力去掉后
能恢复原来形状的性质。
弹性变形: 大小与外力成正比 塑性: 在外力作用下,产生永久变形而不致
引起破坏的性质。
塑性变形: 大小不与外力成正比
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二. 强度 强度
强度: 金属材料在外力的作用下抵抗塑性 变形和断裂的能力
按作用力性质分: 抗拉、抗压、抗剪和抗扭强度
§§1 金1属. 的金晶属体结的构 晶体结构