金属材料及热处理PPT课件

低碳钢的拉伸变形分为以下几个阶段(图2-1)： （1）Oe———弹性变形阶段： （2）es———屈服阶段 （3）sb———强化阶段 （4）bk———缩颈阶段
脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象
F
e’
0 脆性材料的拉伸曲线 ΔL
（1）oe：弹性变形阶段： 试样变形完全是弹性的，这种随载荷的存在而产生，随载荷的去除而
σ0.2= F0.2/ AO （2-2）
（2）颈缩现象：db段为均匀变形阶段。在这一阶段，应力随应变增加而增加，产
生应变强化。变形超过b点后，试样开始发生局部塑性变形，即出现颈缩。 抗拉强度：随应变增加，应力明显下降，并迅速在k点断裂。b点所对应的应力
为材料断裂前所承受的最大应力，称为抗拉强度，用σb表示。抗拉强度反映材料抵 抗断裂破坏的能力，也是零件设计和材料评价的重要指标。
1．布氏硬度(HB)试验法：
如图2-2所示采用 直径为D的淬火钢球或 硬质合金球，在规定载 荷F的作用下，压入被 测金属表面，保持一 定时间后卸除载荷，测 定压痕直径，求出压痕 球形的表面积，压痕单 位表面积上所承受的平 均压力（F/A）即为布 氏硬度值，压头为淬火 钢球时用HBS表示，压 头为硬质合金球用时 HBW表示。例如120HBS， 450HBW。
（或称加工硬化）。Fb：试样拉伸的最大载荷。 （4）bz：缩颈阶段（局部塑性变形阶段） 当载荷达到最大值Fb后，试样的直径发生局部收缩，称为“缩颈”。
工程上使用的金属材料，多数没有明显的屈服现象，有些脆性材料，不但
没有屈服现象，而且也不产生“缩颈”。如铸铁等。
2．强度指标 : 屈服强度和抗拉强度
材料受到外力作用会发生变形，同时在材料内部产生一个抵抗变形的力称为内 力。单位面积上的内力称为应力，单位为Pa（帕），即N/m2工程上常用MPa(兆帕)， 1MPa=106pa，或1Pa=1N/m2，或1MPa=1N/mm2。
布氏硬度（HB） 1.测试用压头：直径为D的钢球或硬质合金球； 2.适用范围：对金属来讲，只适用于测定退火、正火、调质钢、铸 铁及有色金属等较软材料的硬度。 3.优点：测量误差小，数据稳定； 4.缺点：压痕大，不能用于太薄件或成品件。
2．洛氏硬度(HR)试验法
采用顶角为120°的金刚石圆锥体或 直径为1.588mm的淬火钢球作为压 头．如图2-3所示。试验时先施加初载 荷，使压头与试样表面接触良好，保证 测量准确，再施加主载荷，保持到规定 的时间后再卸除主载荷，依据压痕的深 度来确定材料的硬度值。洛氏硬度值是 用洛氏硬度相应标尺刻度滿量程(100) 与残余压痕深度增量之差计算硬度值， HR值可直接从表盘显示数字中得出。
（1）屈服强度σs:在拉伸试验过程中，载荷不增加，试样仍能继续伸长时的应力， 用符号σs表示。单位为MPa。屈服强度反映材料抵抗永久变形的能力，是最重要的零 件设计指标之一。
σs= Fs/AO （2-1） 式中，Fs是屈服时的最小载荷(N)；A0是试样原始截面积。
对于无明显屈服现象的金属材料（如高碳钢、铸铁），测量屈服点很困难，工程 上经常采用残余伸长为0.2％原长时的应力σ0.2作为屈服强度指标，称为规定残余伸 长应力。
金属材料与热处理基础
材料性能包含使用性能与工艺性能两方面：
1 使用性能 ：在使用条件下所表现的性能 力学性能(强度、硬度、塑性、韧性等)； 物理性能（光、电、磁等）； 化学性能 (抗氧化性、抗腐蚀性等)； 其它性能(耐磨性、热硬性、消振性等)；
2 工艺性能──材料制备、加工过程中所表现的性能 铸造性能（流动性、收缩、偏析等)； 压力加工性能、冷加工性能、锻造性能等； 切削加工性； 焊接性； 热处理性能； 等等
消失的变形称为弹性变形。Fe为试样能恢复到原始形状和尺寸的最大拉伸力。 （2）es：屈服阶段： 不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形。在载荷不增加或略有
减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫做屈服。屈服后，材料开始出现明 显的塑性变形。Fs称为屈服载荷
（3）sb：强化阶段： 随塑性变形增大，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化
(1).检测方法: 就是用一定几何形狀的压头，在一定载荷下，压入被测金属材料表面， 根据被压入程度來测定其硬度值。
硬度表示方法： 布氏硬度: HBS200 维氏硬度: HV900
HBW400 HV1100
洛氏硬度
பைடு நூலகம்
HRA55
HRB30 HRC45
注：各硬度值相互之间不能直接比较，只能通过硬度对照表换算。
§1-1 金属的力学性能
材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出来的特性。力学性能包 括强度、塑性、硬度、冲击韧度及疲劳强度等。
变形：材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化。外力去除后能够恢 复的变形称为弹性变形，外力去除后不能够恢复的变形称为塑性变形。
一、强度 强度是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。 根据载荷作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强 度、抗剪强度和抗扭强度等。 强度指标一般可以通过金属拉伸试验来测定。把标准试样装夹在 试验机上，然后对试样缓慢施加拉力，使之不断变形直到拉断为止。 在此过程中，试验机能自动绘制出载荷F和试样变形量AL的关系曲线。 此曲线叫做拉伸曲线。 1．拉伸曲线 图2-1为低碳钢的拉伸曲线，图中纵坐标表示载荷单位为N；横坐 标表示绝对伸长量△L，单位为mm。
σb= Fb/AO （2-3） 式中，Fb是试样断裂前所承受的最大载荷（N）。
二、塑性
金属材料在载荷的作用下， 产生塑性变形而不断裂的能力称 为塑性。通过拉伸试验测得 的常 用塑性指标有：断后伸长率和断 面收缩率。
1．断后伸长率δ
试样拉断后的标距伸长量和原始标距之比
δ=(L1—L0)/L0×100％
（2-4）
式中，L1试样原始标距长度。L0试样拉断后的标距长度。
2．断面收缩率ψ
试样拉断处ψ=×100％横截面积的缩减量与原始横截面积之比
ψ= =(A0—A1)/AO ×100％
（2-5）
式中，Ao是试样的原始横截面积；A．是试样断口处的横截面积。
三、硬度:
硬度即指材料抵抗局部变形，特別是塑性变形、压痕或划痕的能力，它 是各种零件和工具必须具备的性能指标之一，也是热处理主要的质量检验标 准。