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金属材料与热处理 职工培训讲稿 暖阳编写 第一讲 金属的机械性能 第二讲 碳素钢 第三讲 合金钢 第四讲 铸铁 第五讲 常用有色金属 第六讲 钢的热处理 烟台机械工程高级技工学校 2012.01 第一讲 金属的机械性能 物质都是由元素组成的。自然界的元素大体可分为金属元素和非金属元素两大类。一般来说，金属是一种具有光泽（即对可见光强烈反射）、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。如铁、钢、铝、铜等。如:铁(Fe)、 铝(Al)、铜(Cu)、锌（Zn）等；不具有延展性、不易导电、导热的元素称为非金属元素，如:碳（C）、硫(S)、 硼(P)、 氢(H) 、氧(O)等。所谓金属是指凡是由一种金属元素组成的物质（纯金属），或者由一种金属元素和另外一种或几种元素熔合而成的具有金属特性的新物质（合金），我们把他们统称为金属。 在工业生产中，我们用大量的金属材料制成各种机械零件和工程构件。但是，为了改进生产工艺，提高产品质量，还必须正确选用金属材料，充分发挥金属材料的作用。因此我们首先必须了解金属的机械性能。 金属的机械性能是指金属在受到拉伸，压缩，弯曲，冲击等外力作用时，所表现出来的抵抗变形或破坏的能力。 常用的金属机械性能一般包括强度，硬度，塑性，韧性及抗疲劳性等。 一 强 度 金属在外力作用下，所表现出来的抵抗变形或破坏的能力叫强度。金属抵抗外力的能力越大强度越高。金属强度的大小可用它的强度极限来衡量。单位是兆帕（Mpa） 。 1 抗拉强度(Rm) 当所受外力是拉力时，材料所表现出来的抵抗变形或破坏的最大能力叫抗拉强度。 金属材料的抗拉强度，是通过对材料做拉伸试验而得到的。它是把材料做成标准试样，放在拉伸试验机上进行拉伸试验。随着载荷不断增加，试样将会产生弹性变形（在载荷作用下试样产生变形，当去掉载荷后试样仍可恢复原状）、塑性变形（试样在载荷作用下开始屈服，产生永久性变形）、直至断裂。得到：拉伸曲线如图1-1所示。 图1-1低碳钢拉伸曲线 在试样断裂时材料内部所产生的最大应力值，我们就称 他为抗拉强度极限，以Rm表示。计算公式如下: Rm = 公式中： Rm————抗拉强度 Mpa； Fm——试样断裂时的极限载荷，N; S0——试样原横截面积，mm2 上面我们分析的是抗拉强度极限，它是表示材料强度大小的重要数据，但是在设计机械零件时往往以屈服极限为依据。屈服极限也叫屈服点，它是在试样做拉伸试样时得到的。当把试样做拉伸试验时，试样在载荷作用下要发生变形，当载荷不再增加时，试样继续发生塑性变形，这种现象叫“屈服”。开始发生屈服现象的应力叫做“屈服极限”或“屈服强度——”以ReL表示。计算公式为: ReL= FeL / S0 式中： ReL——屈服强度，Mpa； FeL——屈服极限载荷，N： S0——试样原横截面积，mm2 有些金属（如高碳钢）没有明显的屈服点，在这种情况下规定取试样产生塑性变形0.2%时的应力作为屈服极限，以Rp0.2表示,也可以替代屈服强度。 一般的机械零件在使用过程中是不允许产生塑性变形的，有些零件往往是因为产生了过量的变形而报废。因此，材料的屈服极限就成了我们在进行零件设计时的重要依据，同时它是评定金属材料质量的重要指标。 二 塑 性 在外力作用下，产生永久性变形而不会被破坏的能力，称为金属的塑性。金属材料塑性的好坏可用延伸率及断面收缩率表示。其值越大塑性越好。 1 延伸率是试样断裂后伸长的长度与试样原长度的百分值A表示。计算公式： δ= ×100％ 式中：Lu——试件断裂后的长度，mm； L0——试件原长度，mm 2断面收缩率是试样断裂后，断口处横断面积的收缩量与原来的横截面的百分比Z表示。计算公式为： Z=×100％ 式中：S0——试件原面积，mm2； SU—— 试件断裂后的横断面积，mm2。 例：有一碳素钢试样，直径10毫米，长50毫米，在拉伸试验机上进行拉伸试验，断裂后的长度60毫米，断面直径7.42毫米，延伸率及段面收缩率各是多少？ 解：试样的原横截面积S0=πr 2=3.14×52=78.5毫米2 试件断裂后的横断面积SU=πr 2=3.14×3.712=43.2毫米2 有公式延伸率 A= ×100％=×100％=20％ 有公式断面收缩率 Z=×100％= ×100％=45％ 在实际生产中，我们会遇到一些零件是通过冲压成型的。那么，制造这些冲压零件的材料必须所具备良好的塑性。一般来说低碳钢的塑性比较好