金属材料与热处理

1. 金属材料与热处理

2. 第1章 金属的结构与结晶 第3章 铁碳合金 第2章 金属材料的性能 第5章 合金钢 第6章 铸铁 第7章 有色金属及硬质合金 第4章 钢的热处理 金属材料与热处理

3. 1.2 1.3 1.1 金属的晶体结构 纯金属的结晶 金属的同素异晶转变 第1章 金属的结构与结晶 返回

4. 第1章 金属的结构与结晶 返回 1.1　金属的晶体结构 1.1.1 晶体结构的基本概念 　　晶体结构是指晶体内部原子排列的方式及特征。为了便于了解晶体内部原子排列规律，常将晶体内部原子假设为固定不动的刚性球体，而晶体就是由这些刚性球体堆积而成的，如图1-1（a）所示。 图1-1 晶体结构示意图

5. 第1章　金属的结构与结晶 • 1.1.1 晶体结构的基本概念 • 1）晶格 • 假设将刚性球体缩为处于球心的点，称为结点。若用许多平行的直线将这些结点连接起来，就构成三维的空间构架，如图1-1（b）所示。这种用来描述晶体中原子排列规则的空间构架模型称为晶格。 • 2）晶胞 • 通常取晶格的一个基本单元来描述晶体的结构，这种基本单元称为晶胞，如图1-1（c）所示。晶胞是晶格中最小的排列周期单位。 • 3）晶格常数 • 为了描述晶胞内的几何特征和原子空间位置，通常可用晶胞的三个棱边长a、b、c和三个棱边之间的夹角α、β、γ来进行描述，见图1-1（c）。其中，a、b、c又称为晶格常数。

6. 第1章　金属的结构与结晶 1.1　金属的晶体结构 　1.1.2　常见的金属晶体结构 1.体心立方晶格 这种晶格的晶胞是一个立方体，立方体8个顶角和立方体中心各有1个原子，如图1-2所示。晶胞顶角的原子，实际上是晶格中邻近的8个晶胞所共用，只有晶胞中心的原子为该晶胞独有，所以体心立方晶格每个晶胞的实有原子数为2个。 图1-2 体心立方晶格

7. 第1章　金属的结构与结晶 1.1　金属的晶体结构 1.1.2　常见的金属晶体结构 2.面心立方晶格 这种晶格的晶胞也是立方体，8个顶角和6个面的中心都各有1个原子，如图1-3所示。同样，晶胞顶角原子为邻近8个晶胞共有，各面中心的原子为相邻2个晶胞共有，所以面心立方晶格晶胞的实有原子数为4个。 图1-3 面心立方晶格

8. 第1章　金属的结构与结晶 1.1　金属的晶体结构 1.1.2　常见的金属晶体结构 3.密排六方晶格 这种晶格的晶胞是一个正六方柱体，12个顶角和上、下面中心各有1个原子，晶胞内部还有3个原子，如图1-4所示。密排六方晶格晶胞的实有原子数为6个。 图1-4 密排立方晶格

9. 第1章　金属的结构与结晶 1.1　金属的晶体结构 金属晶体的一个显著特点是其原子趋于最紧密的排列，因而金属晶格中原子排列的紧密程度是反映金属晶体结构特征的一个重要因素。晶体中原子排列的紧密程度也常用晶格的致密度表示。晶格的致密度是指晶胞中所含原子的体积与该晶胞的体积之比。

10. 第1章　金属的结构与结晶 1.1　金属的晶体结构 小提示 在不同晶格类型的晶体中，由于原子排列的紧密程度不同，因而具有不同的比容（单位质量物质所占的容积），当金属的晶格类型发生转变时，会引起金属体积的变化。若体积的变化受到约束，则会在金属内部产生内应力，从而引起工件的变形或开裂。

11. 第1章　金属的结构与结晶 1.1　金属的晶体结构 1.1.3 金属的实际晶体结构 1.单晶体和多晶体 晶格位向完全一致的晶体称为单晶体，如图1-5（a）所示。单晶体材料具有独特的化学、光学和电学性能，因此，在半导体、磁性材料和高温合金材料等方面得到了广泛的应用。 多晶体是由许多位向不同、外形不规则的小晶体构成的，如图1-5（b）所示。这些形状各异的小晶体称为晶粒。晶粒与晶粒之间的交界称为晶界。 图1-5 单晶体和多晶体的结构

12. 第1章　金属的结构与结晶 1.1　金属的晶体结构 1.1.3 金属的实际晶体结构 2.晶体缺陷 实际金属晶体内部的原子排列，并不像理想晶体那样完整和严守“规则”，由于各种原因使原子的规则排列遭到破坏，存在着局部或区域的晶体缺陷。晶体缺陷对金属材料的性能有很大影响。 根据晶体缺陷的几何特征，晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。

13. 第1章　金属的结构与结晶 1.1　金属的晶体结构 1）点缺陷 点缺陷指晶体内部空间尺寸很小的缺陷，常见的有“晶格空位”和“间隙原子”，如图1-6（a）所示。在晶格空位和间隙原子附近，原子间距和相互作用力发生变化，形成“晶格畸变”，内部产生应力，从而使强度和硬度提高，塑性、韧性降低，形成强化效应。因此，晶格畸变也是金属材料的一种强化手段。 图1-6 晶体缺陷

14. 第1章　金属的结构与结晶 1.1　金属的晶体结构 2）线缺陷 线缺陷指晶体内部某一平面上沿某一方向呈线状分布的缺陷，常见的线缺陷是刃型位错，如图1-6（b）所示。在位错线附近区域引起晶格畸变，从而影响金属的性能，同样使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。 3）面缺陷 面缺陷指晶体内部呈面状分布的缺陷，常见的有晶界和亚晶界，如图1-6（c）所示。金属的实际结构多为多晶体结构，多晶体内相邻的不同位向晶粒之间，存在着过渡的不规则排列的原子层，这种过渡层即为晶界。晶界原子层的不规则排列，也是一种晶格畸变，造成金属强度、硬度增高而塑性变形困难。晶粒细则晶界增多，金属的强度、硬度也较高，这就是“细晶强化”的基本原理。

15. 第1章　金属的结构与结晶 1.2 纯金属的结晶 返回 1.2.1 纯金属冷却曲线和过冷度 每种金属都有固定的熔点，也就是固定的结晶温度，这是在极缓慢的冷却条件下用热分析法测定的，通常称之为理论结晶温度。如图1-7所示为用热分析法测定的金属的冷却曲线。 冷却曲线表示金属冷却到某一温度时，冷却时间增加而温度不再下降，出现一个水平台阶，这台阶对应的温度即结晶温度。 图1-7 金属的冷却曲线

16. 第1章　金属的结构与结晶 1.2 纯金属的结晶 1.2.1 纯金属冷却曲线和过冷度 理论结晶温度是金属液态和固态平衡共存的温度，在此温度下结晶不能自发进行。在实际生产中，冷却速度不可能无限缓慢，当以一定的冷却速度冷却结晶时，实际结晶温度都低于理论结晶。当 低于温度时，结晶可自发完成，理论结晶温度与实际结晶温度之差 ，称为过冷度，即 过冷度是金属结晶过程自发进行的必要条件。

17. 第1章　金属的结构与结晶 1.2 纯金属的结晶 1.2.2 纯金属的结晶过程 液态金属的结晶过程由晶核的形成和晶核的长大两个环节组成。液态金属冷却到一定温度时，液体中有部分原子开始按一定规则排列，形成细小的晶胚，部分尺寸较大的晶胚形成继续结晶的核心，称之为晶核。晶核在冷却过程中不断集结液体中的原子而逐渐长大，同时新的晶核也不断形成和长大，直至由晶核长大形成的晶粒彼此接近，液态金属逐渐消失而完成结晶，如图1-8所示。 图1-8 纯金属的结晶过程

18. 第1章　金属的结构与结晶 1.2 纯金属的结晶 1.2.2 纯金属的结晶过程 液态金属原子自发形成的晶核，称为自发晶核。实际结晶过程中，金属液体中的某些杂质，也能成为金属结晶核心而形成晶核，这种晶核称为非自发晶核。在金属的结晶过程中，通常是自发晶核和非自发晶核同时存在，而且非自发晶核对结晶的推动作用往往更为重要。 晶核长大的实质是液体原子向固态晶核表面集结迁移。当过冷度较大时，特别是非自发晶核较多时，晶核常以树枝形状长大，形成树枝状晶体，简称为枝晶。枝晶继续长大，最后形成晶粒。 金属液体中晶核的形成先后不一，长大的条件也不同，因而形成的晶粒大小和位向各不相同。晶粒之间最后形成过渡的界面即为晶界，晶界把晶粒联结组成多晶体。最后结晶的晶界原子形成不太规则的过渡排列，所以，晶界对金属性能有很大的影响。

19. 第1章　金属的结构与结晶 1.2 纯金属的结晶 1.2.3 晶粒大小及其控制 1.晶粒大小对金属性能的影响 金属结晶后形成多晶体，晶粒的大小对金属力学性能影响很大。一般情况下，晶粒细小则金属强度、塑性、韧性好，且晶粒愈细小，性能愈好。 晶粒的大小通常以单位截面面积上的晶粒数或晶粒平均直径来表示。 小提示 并非任何金属材料都要求晶粒愈细愈好，如制造电机、变压器的硅钢片，就要求晶粒粗大。因为晶粒粗大的硅钢片磁滞损耗较小，电磁效率高，所以，对于材料晶粒大小的要求，必须根据实际需要而定。

20. 第1章　金属的结构与结晶 1.2 纯金属的结晶 1.2.2 纯金属的结晶过程 2.晶粒大小的控制 晶粒的大小主要取决于形核速率N（简称为形核率）和长大速率G（简称为长大率）。凡是促进形核率、抑制长大率的因素，都能细化晶粒。生产中为了细化晶粒，提高金属的力学性能，常采用以下方法： （1）提高冷却速度可以增大过冷度，使晶粒细化。 （2）变质处理（孕育处理）就是在浇注前向液体中加入某种物质（称为变质剂），促进非自发形核或抑制晶核的长大速度。 （3）在金属液结晶过程中，也可以采用机械振动、超声波振动、电磁振动等措施，使正在长大的晶粒破碎，从而细化晶粒。

21. 第1章　金属的结构与结晶 1.3 金属的同素异晶转变 返回 金属在固态时随温度变化而晶格类型发生变化的现象，称为同素异晶转变，也称同素异构转变。 通过研究纯铁的冷却结晶过程，发现纯铁具有典型的同素异晶转变特征。如图1-9所示为纯铁的冷却曲线，它表示了纯铁的结晶和同素异构转变的过程：纯铁熔液从高温冷却至1538℃以下，结晶成具有体心立方晶格的δ-Fe；固态的δ-Fe继续冷却至1394 ℃以下，铁原子重新排列，由体心立方晶格的δ-Fe转变为面心立方晶格的γ-Fe；再继续却冷却至912 ℃以下，面心立方晶格的γ-Fe又转变为体心立方晶格的α-Fe。再继续冷却，晶格类型不再发生变化，一直保持体心立方晶格的α-Fe至室温。如果将室温的纯铁进行加热，上述转变可逆向进行。即

22. 第1章　金属的结构与结晶 图1- 9 纯铁的冷却曲线 小提示 通过同素异晶转变，可使金属在固态下重组晶体，获得所需性能。也就是说，可在不改变零件尺寸、形状的情况下使其内部组织结构和性能发生变化。

23. 第1章　金属的结构与结晶 复习思考 1.什么是晶体？试列举常见的晶体。 2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构？ 3.实际晶体的晶体缺陷有哪几种？它们对材料的性能有哪些影响？ 4.何谓结晶？简述结晶的过程。 5.什么是过冷度？过冷度与冷却速度有何关系？ 6.细化晶粒的方法有哪些？ 7.什么是同素异晶转变？试用纯铁为例作简要说明。

24. 2.2 2.3 2.1 金属的力学性能 金属的工艺性能 第2章 金属材料的性能 返回 金属的物理性能与化学性能

25. 第2章 金属材料的性能 2.1 金属的物理性能与化学性能 返回 2.1.1 金属的物理性能 1.电性能 导电性是金属传导电流的能力，金属导电性的好坏常用电阻率ρ表示，也常用电导率σ表示，电导率是电阻率的倒数。金属材料的导电性随温度升高而降低。 导电性 电性能 电介质或介电体对电场表现出某些相应特性，可用材料的介电性能来描述。介电性能用介电常数K来表示，介电常数是电介质储存电荷的相对能力。 介电能力 温度下降到某一值时，导体的电阻会突然消失，这种现象叫做超导现象。电阻突然变为零时的温度称之为临界温度。具有超导性的物质称之为超导体。 超导现象

26. 第2章 金属材料的性能 2.1 金属的物理性能与化学性能 2.1.1 金属的物理性能 2.热性能 导热性是材料受热作用而反映出来的性能，用热导率λ表示。热导率越大，导热性越好。一般纯金属具有良好的导热性，合金的成分越复杂，其导热性越差。导热性是传热设备和元件应考虑的主要性能，如散热器等传热元件应采用导热性好的材料制造。 导热性 热性能 金属随温度的升高而出现体积增大的现象称为热膨胀性，用线膨胀系数α或体膨胀系数β来表示。由热膨胀系数大的材料制造的零部件或结构，在温度变化时，尺寸和形状变化较大。装配、热加工和热处理时应考虑材料热膨胀的影响。 热膨胀性

27. 第2章 金属材料的性能 2.1 金属的物理性能与化学性能 2.1.1 金属的物理性能 3.磁性 金属材料在磁场中被磁化能吸引铁、钴、镍等物质的性能称为磁性。金属材料中只有三种金属（铁、钴、镍）及其合金具有显著的磁性。 磁性只存在于一定温度的金属材料内，在高于一定温度时，其磁性就会消失。如铁在770 ℃以上就没有磁性，这一温度称为居里点。 1.铁磁性材料：铁、镍、钴及其合金，某些稀土元素的合金。 2.亚铁磁性材料：指具有亚铁磁性的材料，如各种铁氧体。 常用的磁性 材料 3.永磁材料：材料经磁化后，当外磁场去除后仍保留磁性。 4.软磁材料：指容易磁化和退磁的材料。

28. 第2章 金属材料的性能 2.1 金属的物理性能与化学性能 2.1.1 金属的物理性能 4.密度 密度是指在一定温度下单位体积金属的质量，用ρ表示。密度的大小很大程度上决定了工件的质量。 式中，ρ为金属的密度（kg/ ）；m为金属的质量（kg）；V为金属的体积（）。 在机械制造中，某些机械零件选材时，必须考虑金属的密度，如发动机活塞，根据使用要求常选用密度小的铝合金制成。

29. 第2章 金属材料的性能 2.1 金属的物理性能与化学性能 2.1.1 金属的物理性能 5.熔点 金属等晶体材料一般具有固定的熔点。熔点是金属由固态转变为液态的温度。按熔点的高低金属分为低熔点（低于700 ℃）金属和难熔金属两大类。锡、铅、铋、锌等属于低熔点金属，钨、钼、铬、钒等属于难熔金属。 不同熔点的金属具有不同的应用场合：难熔金属可用于制造耐高温的零件（如火箭、导弹、燃气轮机的零件等）；低熔点金属可用于制造熔丝、焊接钎料等。

30. 第2章 金属材料的性能 2.1 金属的物理性能与化学性能 2.1.2 金属的化学性能 1.耐蚀性 金属材料在常温下抵抗氧、水及其他化学物质腐蚀的能力称为耐蚀性。 金属材料的腐蚀形式主要有两种：一种是化学腐蚀；另一种是电化学腐蚀。化学腐蚀是金属直接与周围介质发生纯化学作用。电化学腐蚀是金属在酸、碱、盐等电介质溶液中由于原电池的作用而引起的腐蚀。 2.抗氧化性 在高温下金属材料易与氧结合，形成氧化皮，造成金属的损耗和浪费，因此高温下使用的工件，要求其材料具有抗氧化性。如各种加热炉、锅炉等，应选用抗氧化性良好的材料。耐热钢、高温合金、钛合金等都具有好的抗氧化性。

31. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 返回 2.2.1拉伸曲线、塑性及强度 金属材料的弹性、塑性及强度一般可通过金属拉伸试验来测定。拉伸试验是在拉伸试验机上进行的。试验时，首先将被测金属材料制成如图2-1所示的标准试样，通常分为长试样（L0=10d0）和短试样（L0=5d0）两种。L0和d0有规定的标准值，一般L0为100 mm或50 mm。然后在试样的两端逐渐施加反向向外的轴向载荷，直到试样被拉断为止。根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，即可绘出该金属的拉伸曲线，并由此测定该金属的弹性、塑性与强度等性能指标。

32. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 2.2.1拉伸曲线、塑性及强度 图2-1 标准拉伸试样

33. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 2.2.1拉伸曲线、塑性及强度 1.拉伸曲线 拉伸试验过程中随着载荷的均匀增加，试样不断地由弹性伸长过渡到塑性伸长直至断裂。一般试验机都具有自动记录装置，可以把作用在试样上的力和伸长描绘成拉伸图，也叫拉伸曲线。如图2-2所示为低碳钢的拉伸曲线，图中纵坐标表示力F，单位为N；横坐标表示伸长量，单位为mm。

34. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 2.2.1拉伸曲线、塑性及强度 图2-2中明显地表现出下面几个变形阶段。 1）Op——弹性变形阶段 2）p点后的水平或锯齿状线段——屈服阶段 3）屈服后至m点——强化阶段 4）mk——缩颈阶段（局部塑性变形阶段） 图2-2 低碳钢拉伸曲线

35. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 2.2.1拉伸曲线、塑性及强度 2.塑性 塑性是指断裂前材料产生永久变形的能力。常用的塑性指标是断后伸长率和断面收缩率，也是通过拉伸试验来测定。 断后伸长率又称延伸率，是试样被拉断时，标距的伸长量ΔL与原始标距L0的百分比，用符号A表示，即 A=ΔL/L0×100% 断面收缩率为试样被拉断时，缩颈处横截面的最大缩减量ΔS与原始横截面积S0的百分比，用符号Z表示，即 Z=ΔS/S0×100% 断后伸长率和断面收缩率的数值越大，表示金属材料的塑性越好。良好的塑性是材料进行压力加工的必要条件，也是保证零件工作安全，不致发生突然脆断的重要条件。

36. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 2.2.1拉伸曲线、塑性及强度 3.强度 金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力，称为强度。按载荷作用方式不同，强度可分为屈服强度、抗拉强度、抗弯强度、抗压强度和抗剪切强度等。工程上常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。 1）屈服强度 在试验过程中力不增加（保持恒定）而试样仍能继续伸长（变形）时的应力值称屈服强度，分为上屈服强度的ReH和下屈服强度ReL。如图2-3所示为不同曲线上的上屈服强度和下屈服强度。

37. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 2.2.1拉伸曲线、塑性及强度 下屈服强度与上屈服强度计算公式为 ReL=FeL/S0 ReH=FeH/S0 式中，ReL为下屈服强度（MPa），ReH为上屈服强度（MPa）；FeL为在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低载荷（N）；FeH为试样发生屈服而力首次下降前的最高载荷（N）；S0为原始横截面面积（mm2）。 图2-3 不同类型曲线的上屈服强度和下屈服强度

38. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 2.2.1拉伸曲线、塑性及强度 3.强度 2）抗拉强度 试样拉断前所能承受的最大应力值称为抗拉强度，即 Rm=Fm/S0 式中，Rm为抗拉强度（MPa）；Fm为断裂前的最大载荷（N）；S0为原始横截面面积（mm2）。 金属零件和结构在工作中一般不允许产生塑性变形，所以设计零件结构时，下屈服强度ReL是重要的设计依据。抗拉强度Rm表示材料抵抗塑性变形和破坏的最大能力，测试数据较准确，因此，有关手册和资料提供的设计、选材的强度指标往往是抗拉强度Rm。

39. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 2.2.2 硬度 硬度是指材料表面上抵抗局部变形或破坏的能力。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 1.布氏硬度 布氏硬度试验原理如图2-4所示。压头为硬质合金球，其在布氏硬度计上以规定的试验力和时间压入被测金属表面，卸除载荷后计算金属压痕单位面积承受的压力，即可确定被测金属材料的硬度值，用符号HBW表示，即：HBW=0.102F/πDh 式中，F为试验力（N）；h为压痕深度（mm）；D为压头直径（mm）。 压痕深度h不易测量，可由压痕直径d来换算。即

40. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 2.2.2 硬度 1.布氏硬度 在实际测定时，一般并不进行计算，而是用放大镜测量出压痕直径后，查表直接读出HBW值。 符号HBW前面为硬度值，后面的数字依次表示压头球体直径D、试验力F和试验力保持时间t（当为10~15 s时不标注）。例如，600 HBW1/30/20表示用直径为1 mm的硬质合金球在294.2 N试验力下保持了20 s所测得的硬度值为600。 图2-4 布氏硬度试验原理图

41. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 2.2.2 硬度 2.洛氏硬度 洛氏硬度用压入法测定，通过测量压痕深度大小来衡量材料的硬度高低。通常采用锥顶角为120°的金刚石圆锥体或淬火钢球作为压头。如图2-5所示，在初试验力F0作用下，试样压痕深度为h1，再加上主试验力F1后，总试验力为F0+F1，压头压入深度为h2，经过一定时间保持后撤去主试验力F1，仍保持初试验力F0，试样的弹性变形恢复，则压入试样深度为h3。 图2-5 洛氏硬度试验原理图

42. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 2.2.2 硬度 2.洛氏硬度 洛氏硬度用HR表示，无单位。实际测量时，洛氏硬度值可从硬度计表盘上直接读取。为适应不同材料的不同硬度，洛氏硬度计采用不同的压头和载荷对应不同的硬度标尺的方法来进行处理。每种标尺由一个专用字母表示，标注在HR后面，分别为HRA、HRB、HRC。当压头为120°金刚石圆锥体时，计算公式为 HR=K-h3/0.002 式中，HRA、HRC选择常数K为100，HRB选择常数K为130。 小提示 这三种不同标尺都是洛氏硬度值，但彼此之间没有直接的换算关系。

43. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 2.2.2 硬度 2.维氏硬度 维氏硬度试验是用两面夹角为136°的金刚石四棱锥体作为压头，在一定试验力下，经规定的保持时间后卸载，得到一个正四方锥形压痕，如图2-6所示。卸载后以试验力与压痕面积的比值关系作为维氏硬度，用HV表示。 HV=F/S=1.854 4F/ 式中，HV为维氏硬度（kgf/mm2）。 HV=0.189 1F/m 式中，HV为维氏硬度（MPa）。 图2-6 维氏硬度试验原理图

44. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 2.2.3 冲击韧性 冲击试样缺口底部单位横截面面积上的冲击吸收功称为冲击韧性。工程上常用摆锤冲击试验机来测定冲击韧性，如图2-7所示。 图中， 1—摆锤； 2—试样； 3—支座； 4—底座； 5—机身； 6—刻度盘； 7—指针 图2-7 冲击韧性试验原理图

45. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 2.2.3 冲击韧性 试验时，将试样放在试验机的支座上，然后将摆锤从一定高度处落下冲击试样，从刻度盘上的指针所指的位置即可读出摆锤对冲击试样所做的功。冲击韧度是指冲断试样时，在缺口处单位面积上所消耗的冲击吸收功，即：ak=Ak/S0 式中，ak为冲击韧度（J/cm2）；Ak为摆锤对试样所做的功（J）；S0为试样缺口处横截面积（cm2）。ak值大，表示材料韧性好，耐冲击。 小提示 分析实际生产工作中工件破坏的情况，很多并非因一次性大能量冲击而破坏，而是受多次小能量冲击载荷作用下的断裂破坏。因此，一次性冲击测定的冲击韧度ak不能表示材料抵抗多次冲击的能力，在此类工件的设计和选材时必须注意。

46. 第2章 金属材料的性能 2.2 金属的力学性能 2.2.4 其他力学性能 材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程称为疲劳。据统计，工作中破坏的机械零件，大部分是因为疲劳破坏失效。 试样承受的交变应力S与断裂前应力循环次数Nf之间的关系曲线称为疲劳曲线。如图2-8所示，当S低于某一值时，曲线与横坐标平行，表示工程材料经无限次循环而不断裂，这一应力称为疲劳强度，用Smax表示。 图2-8 疲劳曲线

47. 第2章 金属材料的性能 2.3 金属的工艺性能 返回 2.3.1 铸造性能 金属及合金在铸造工艺中获得优良铸件的能力称为铸造性能。 熔融金属的流动能力称为流动性，它主要受金属化学成分和浇注温度等的影响。流动性好的金属容易铸造，从而获得外形完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件。 流动性 铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩性。铸件收缩性不仅影响尺寸精度，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开裂等缺陷，故用于铸造的金属其收缩率越小越好。 主要指标 收缩性 金属凝固后，内部化学成分和组织的不均匀现象称为偏析。偏析严重时能使铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低铸件的质量，这对大型铸件的危害更大。 偏析倾向

48. 第2章 金属材料的性能 2.3 金属的工艺性能 2.3.2锻造性能 用锻压成形的方法获得优良锻件的难易程度称为锻造性能。锻造性能的好坏主要同金属的塑性和变形抗力有关。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。 2.3.3焊接性能 焊接性能是指金属材料对焊接加工的适应性，也就是在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。对于碳钢和低合金钢，焊接性能主要同金属材料的化学成分有关（其中碳的影响最大）。 2.3.4切削加工性 切削加工金属材料的难易程度称为切削加工性能。切削加工性能一般由工件切削后的表面粗糙度及刀具寿命等方面来衡量。影响切削加工性能的因素主要有工件的化学成分、组织状态、硬度、塑性、导热性和形变强化等。

49. 第2章 金属材料的性能 复习思考 1.什么是金属的力学性能？金属的力学性能包括哪些？ 2.什么是强度?衡量强度的主要参数有哪几种?分别写出它们的符号、单位及计算公式。 3.什么是塑性?衡量塑性的主要参数有哪几种?分别写出它们的符号、单位及计算公式。 4.大致绘制一条低碳钢的拉伸曲线，并指出拉伸时的几个阶段。 5.什么是硬度？常用硬度有哪几种？分别对应什么试验? 6.什么是冲击韧性？写出冲击韧度的符号及单位。 7.有一钢试样，其直径为10 mm，标距长度为50 mm，当试验力达到18 840 N时，试样产生屈服现象，试验力加至36 110 N时，试样发生缩颈现象，然后被拉断，拉断后标距长度为73 mm，断裂处直径为7.6 mm。试求钢试样的ReL、Rm、A和Z。 8.什么是疲劳？其产生的原因是什么？ 9.什么是金属的工艺性能？主要包括哪些内容？研究工艺性能有何意义？

50. 3.2 3.4 3.3 3.1 铁碳合金的基本组织 铁碳合金相图 第3章 铁碳合金 返回 合金中的相 碳素钢