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第二章 金属材料及其工艺 一、金属材料的基本知识 1、金属材料的主要性能 2、金属及合金的结构与结晶 3、钢的热处理 二、钢铁材料 1、钢铁材料的生产 2、碳钢 3、合金钢 4、铸铁 三、铝及铝合金 1、铝的生产 2、纯铝 3、铝合金 4、铝材 主 要 内 容 四、其他金属材料 1、铜及铜合金 2、轴承合金 3、粉末合金 4、钛及钛合金 五、金属材料成型与工艺性 1、铸造加工及其工艺性 2、压力加工及其工艺性 3、金属焊接技术及其工艺性 4、机械加工及其工艺性 六、金属表面处理与装饰技术 1、金属材料的表面处理 2、金属材料的表面装饰 一、金属材料的基本知识 1、? 金属材料的主要性能 （1）机械性能 ①静载荷下的机械性能：弹性、刚度、塑性、强度、硬度 ψ——断面收缩率 δ——伸长率 刚度 刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。 零件的刚度（或称刚性）常用单位变形所需的力或力矩来表示，刚度的大小取决于零件的几何形状和材料种类（即材料的弹性模量）。 刚度要求对于某些弹性变形量超过一定数值后，会影响机器工作质量的零件尤为重要，如机床的主轴、导轨、丝杠等。 塑性 塑性是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性,对大多的工程材料来说,当其应力低于比例极限时,应力一应变关系是线性的。 大多数材料在其应力低于屈服点时，表现为弹性行为，也 就 是说，当 移 走 载 荷 时，其应变也完全消失。 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。按外力作用的性质不同，主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等，工程常用的是屈服强度和抗拉强度，这两个强度指标可通过拉伸试验测出。 强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。 机械零件的强度一般可以分为静强度、疲劳强度（弯曲疲劳和接触疲劳等）、断裂强度、冲击强度、高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变、胶合强度等项目。 强度的试验研究是综合性的研究，主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机。 硬度 材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。 硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。 硬度不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。 ②动载荷下的机械性能 F——试样承受冲击的有效截面积 AK——冲断试样所消耗的冲击功 αk——冲击韧性（冲击值） ③交变载荷下的机械性能 σN ——材料承受无数次交变载荷作用而不发生断裂破坏的最大应力 σ-1——材料在对称循环交变应力作用下的弯曲疲劳强度 应力循环基数：有色金属108 钢铁107 碳素钢σ-1≈（0.4~0.55）σb 灰口铸铁σ-1≈0.4σb 有色金属σ-1≈（0.3~0.4）σb （2）金属材料的物理和化学性能 ①?物理性能 比重、导热性、导电性、热膨胀性、磁性 ②??化学性能 抗蚀性和抗氧化性 2、? 金属及合金的结构与结晶(1) 金属的结构和结晶 ①金属的晶体结构：体心立方晶格（硬）、面心立方晶格（软）、密排立方晶格 ②金属的结晶过程 纯金属有固定熔点，但结晶时必须有一定程度的过冷 结晶：晶核的形成+成长 ③ 金属的同素异构转变 （2）合金 ①?? 合金的基本概念 铜+锌→黄铜 铝+铜+镁→硬铝 铁+碳→钢、生铁 ? 二元合金：碳钢、铸铁（Fe+C） 三元合金：硬铝 多元合金 合金中具有同一化学成分和晶格结构的均匀部分称为相 ? ②?? 合金的结构 固溶相：具有与溶剂相同的晶格形式 金属化合物：各组元相互作用形成的具有特殊晶格和明显金属特性的物质 机械混合物：由两种以上的相组成的合金，既不互溶，也不形成化合物 铁碳合金的结晶和状态图 ?铁素体F：碳在α-Fe中的固溶体 奥氏体A：碳在γ-Fe中的固溶体 渗碳体Fe3C：铁和6.67%碳形成的金属化合物 石墨化Fe3C→F+G 珠光体：铁素体+渗碳体（机械混合物） 3、钢的热处理 （1）热处理原理 （2）钢的普通热处理 （3） 钢的表面热处理 ① 表面淬火 感应加热表面淬火 交流磁场 工件表面感应电流的电阻热 加热到淬火温度 喷以冷却介质 火焰加热表面淬火 乙炔——氧或煤气——氧等火焰加热，效率低，表面易脱碳 ② 表面化学热处理 渗碳:低碳钢或低碳合金钢 增碳的活性介质中加热至900~9500C 碳原子扩散渗入零件表层实现表面高碳化 淬火并低温回火 零件表层具有高的硬度