书名：金属材料及热处理 第2版 ISBN： 978-7-111-37491-6 作者：王英杰 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件金属材料及热处理 第2版 ppt 课件金属材料及热处理教案（第二版）主编：王英杰金属材料及热处理 第2版 ppt 课件绪论材料是人类社会发展重要的物质文明基础 金属材料的生产和应用是人类社会发展的 重要里程碑。 我国是世界上使用金属材料最早的国家之 一。 2008年我国钢铁产量突破了5亿吨，成为 国际钢铁市场上举足轻重的“第一力量”。金属材料及热处理 第2版 ppt 课件学习本课程的基本要求（1）了解金属材料的晶体结构、化学成分、组织及 性能之间的密切关系；（2）了解金属材料和非金属材料的分类、牌号、性 能、用途之间的相互关系，熟悉常用金属材料的选用原 则，做到灵活应用；（3）了解常用金属材料的热处理工艺原理、特点及其 应用，熟悉典型零件的热处理方法；（4）了解金属材料的基本防护原理和方法；（5）了解与本课程有关的新技术、新工艺、新设备、 新材料的发展概况；（6）了解各种加工工艺方法对零件结构工艺性的一般 要求，丰富实践经验，做到灵活应用。（7）善于利用图书馆和互联网提供的信息资源，拓展知识面。 金属材料及热处理 第2版 ppt 课件第一章 金属材料与机械制造过程概述第一节 金属材料分类第二节 钢铁材料生产过程概述第三街 机械制造过程概述金属材料及热处理 第2版 ppt 课件第一节 金属材料分类金属材料及热处理 第2版 ppt 课件第二节 钢铁材料生产过程概述钢铁材料是铁和碳的合金。 钢铁材料按其碳的质量分数w（C）(含碳 量)进行分类，可分为 工业纯铁（w（C）0.0218%）； 钢（w（C）=0.0218%2.11%） 白口铸铁或生铁（w（C）2.11 %）。 生铁是由铁矿石经高炉冶炼获得，它是炼 钢和铸造生产的主要原材料。金属材料及热处理 第2版 ppt 课件一、炼铁 高炉炼铁的炉料主要是铁矿石(Fe2O3、 Fe3O4)、燃料（焦炭）和熔剂（石灰石） 。 从铁的氧化物中提炼铁的过程称为还原过 程。炼铁的实质就是从铁矿石中提取铁及 其有用元素并形成生铁的过程。 高炉冶炼出的铁不是纯铁，其中含有碳、 硅、锰、硫、磷等杂质元素，这种铁称为 生铁。 生铁可分为铸造生铁和炼钢生铁两类。金属材料及热处理 第2版 ppt 课件二、炼钢 炼钢是利用不同来源的氧（如空气、氧气）来 氧化炉料（主要是生铁）所含杂质的提纯过程。 炼钢过程基本上是一个氧化过程。 现代炼钢方法主要有氧气转炉炼钢法和电弧炉炼 钢法。 按钢液脱氧程度的不同，钢可分为特殊镇静钢 (TZ)、镇静钢(Z)，半镇静钢(b)和沸腾钢(F)四种 。钢锭或连铸坯经过轧制后，最终形成板材、管 材、型材、线材及其它类型钢材。金属材料及热处理 第2版 ppt 课件第三节 机械制造过程概述机械产品的制造过程一般分为设计、 制造和使用三个阶段。金属材料及热处理 第2版 ppt 课件第二章 金属的性能第一节 金属力学性能第二节 金属的物理性能、化学性 能和工艺性能金属材料及热处理 第2版 ppt 课件第一节 金属力学性能 一、强度与塑性 金属在力的作用下，抵抗永久变形和断裂的能 力称为强度。 金属材料抵抗拉伸力的强度指标主要有:屈服强 度、规定残余延伸强度、抗拉强度等。 塑性是指金属在断裂前发生不可逆永久变形的 能力。 表征材料塑性大小的主要力学性能指标有：拉伸后的断后伸长率和断面收缩率。 金属材料及热处理 第2版 ppt 课件二、硬度 硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标 ，也是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变 形、压痕或划痕的能力。 硬度测定方法有压入法、划痕法、回弹高度法 等。 在压入法中根据载荷、压头和表示方法的不同 ，常用的硬度测试方法有布氏硬度(HBW)、洛氏 硬度(HRA、HRB、HRC等)和维氏硬度(HV)。(一)布氏硬度 布氏硬度的标注方法是：测定的硬度值应标 注在硬度符号“HBW”的前面，如450HBW5/750、 250HBW 10/1000/30。 (二)洛氏硬度 洛氏硬度的标注方法是：测定的硬度数值写 在符号“HR”的前面，符号“HR”后面写使用的标尺 ，如60HRC。 (三)维氏硬度 标注方法与布氏硬度相同。硬度数值写在符 号“HV”的前面，试验条件写在符号“HV”的后面，如600HV30、600HV30/20。 三、韧性(一)一次冲击试验 韧性是金属材料在断裂前吸收变形能量的能力 。 夏比摆锤冲击试样有V型缺口试样和U型缺口试 样两种。（二）多次冲击试验 金属材料在多次冲击下的破坏过程是由裂 纹产生、裂纹扩张和瞬时断裂三个阶段组 成。其破坏是每次冲击损伤累积发展的结 果，不同于一次冲击的破坏过程。 研究结果表明：在小能量多次冲击条件下 ，金属材料的多次冲击抗力大小，主要取 决于金属材料强度的高低；在大能量多次 冲击条件下，金属材料的多次冲击抗力大 小，主要取决于金属材料塑性的高低。 四、疲劳(一)疲劳现象 循环应力和应变是指应力或应变的大小、 方向，都随时间发生周期性变化的一类应 力和应变。 零件在循环应力作用下，经过一定时间的 工作后会发生突然断裂，这种现象称为金 属的疲劳。 金属在疲劳断裂时不产生明显的塑性变形 ，断裂是突然发生的。 金属疲劳断裂的断口一般由微裂源、扩展 区和瞬断区组成。 (二)疲劳强度 金属在循环应力作用下能经受无限多次循环， 而不断裂的最大应力值称为金属的疲劳强度。即 金属在循环应力作用的循环次数值N无穷大时所 对应的最大应力值，称为疲劳强度。对于对称循 环应力，其疲劳强度用符号-1表示。第二节 金属的物理性能、化学性能和工艺性能一、金属的物理性能 金属物理性能是指金属在重力、电磁场、热力 （温度）等物理因素作用下，其所表现出的性能 或固有的属性。它包括密度、熔点、导热性、导 电性、热膨胀性和磁性等。二、金属的化学性能 金属的化学性能是指金属在室温或高温时抵抗 各种化学介质作用所表现出来的性能，它包括耐 腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。三、金属的工艺性能 工艺性能是指金属材料在制造机械零件和工具 的过程中，适应各种冷加工和热加工的性能。它 包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能及切削加工性能等， 第三章 金属的晶体结构与结晶第一节 金属晶体结构 第二节 纯金属的结晶 第三节 金属的同素异构转变 第四节 合金的晶体结构 第五节 合金的结晶 第六节 金属铸锭的组织特征 第七节 金属塑性变形与再结晶 第八节 金属材料的焊接性和焊接接头组织第一节 金属晶体结构一、晶体与非晶体 固态物质可分为晶体与非晶体两类。 晶体具有固定的熔点和凝固点、规则的几何外 形和各向异性特点，如金刚石、石墨及一般固态 金属材料等均是晶体。 非晶体没有固定的熔点，而且性能具有各 向同性。二、金属的晶体结构及类型(一)晶格 抽象地用于描述原子在晶体中排列形式的 空间几何格子，称为晶格。(二)晶胞 反映晶格特征、具有代表性的最小几何单 元称为晶胞。(三)常见的金属晶格类型 最常见的晶格类型是：体心立方晶格、面 心立方晶格和密排六方晶格： 三、金属的实际晶体结构 原子从一个核心（或晶核）按同一方向进 行排列生长而形成的晶体，称为单晶体。 由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。 晶体材料内部以晶界分开的、晶体学位向 相同的晶体称为晶粒。 将任何两个晶体学位向不同的晶粒隔开的 那个内界面称为晶界。 根据晶体缺陷的几何特点，可将晶体缺陷 分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种。 第二节 纯金属的结晶一、冷却曲线与过冷度 水平线段所对应的温度就是金属的理论结晶温 度(T0)。 金属在实际结晶过程中，液态金属冷却到理论 结晶温度 (T0)以下的某一温度时，才开始结晶， 这种现象称为过冷。 理论结晶温度T0与实际结晶温度T1之差T，称 为过冷度。 研究指出：实际上金属总是在过冷的情况下结 晶的，而且同一金属结晶时的过冷度不是一个恒 定值，过冷度的大小与冷却速度有关，冷却速度 越大，过冷度就越大，金属的实际结晶温度也就 越低。 二、金属的结晶过程 晶核的形成和晶核的长大就是金属结晶的 基本过程。 晶核的长大方式主要是平面生长方式和树 枝状生长方式。三、金属结晶后的晶粒大小1晶粒大小对金属力学性能的影响 晶粒越细小，金属的强度与硬度愈高，塑 性与韧性愈好。 2晶粒大小的控制 (1)加快液态金属的冷却速度，增大过冷度 。 (2)采用变质处理。 (3)采用机械搅拌、机械振动、超声波振动 和电磁振动等措施，可使生长中的树枝晶 破碎和细化，而且破碎的树枝晶又可起到 新晶核作用，使晶核数量增多，从而可细化晶粒。 第三节 金属的同素异构转变第四节 合金的晶体结构一、基本概念1组元：组成合金最基本的、独立的物质称 为组元。2合金系：由两种或两种以上的组元按不 同比例配制而成的一系列不同化学成分的所有合 金，称为合金系。3相：是指在一个合金系统中具有相同的 物理性能和化学性能，并与该系统的其余部分以 界面分开的部分。4组织：是指用金相观察方法，在金属及 其合金内部看到的涉及晶体或晶粒的大小、方向 、形状、排列状况等组成关系的构造情况。二、合金的晶体结构合金中的晶体结构分为固溶体、金属化合物 及机械混合物三种类型。（一）固溶体 合金在固态下一种组元的晶格内溶解了另一种 原子而形成的晶体相，称为固溶体。 根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置的不同， 可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。 溶质原子代替一部分溶剂原子，占据溶剂晶格 的部分结点位置时，所形成的晶体相，称为置换 固溶体。 置换固溶体又可分为有限固溶体和无限固溶体。 溶质原子在溶剂晶格中不占据溶剂晶格的结点 位置，而是嵌入溶剂晶格的各结点之间的间隙内 时，所形成的晶体相，称为间隙固溶体。 通过溶入溶质原子形成固溶体，使合金强度与 硬度升高的现象称为固溶强化。 金属化合物是指合金中各组元之间发生相互作 用而形成的具有金属特性的一种新相。 金属化合物具有熔点高，硬而脆的特点。 由两相或两相以上组成的多相组织，称为机械 混合物。机械混合物的性能介于各组成相的性能之间。 第五节 合金的结晶一、合金的结晶过程 合金结晶后可形成不同类型的固溶体、金属化 合物或机械混合物。 合金的结晶过程与纯金属一样，也是晶核形成 和晶核长大两个过程。 二、合金结晶的冷却曲线 从一定化学成分的液体合金中同时结晶出两种 固相物质，则该转变过程称为共晶转变(或称共 晶反应)，其结晶产物称为共晶体。共晶转变是 在恒温下进行的。 在固态下由一种单相固溶体同时析出两相固体 物质，称为共析转变(或称共析反应)。共析转变与共晶转变一样，也是在恒温条件下进行的。 第六节 金属铸锭的组织特征一、铸锭的组织结构二、定向结晶和单晶制备原理 定向结晶是通过控制冷却方式，使铸件沿 轴向形成一定的温度梯度，从而使铸件从 一端开始凝固，并按一定方向逐步向另一 端结晶的工艺方法。单晶是其原子都按照一个规律和一致的 位向排列的一个晶体。单晶制备的基本原理是使液体结晶时只 形成一个晶核，再由这个晶核长成一整块 晶体。生产单晶的方法主要有提拉法和坩埚下 降法。 第七节 金属塑性变形与再结晶金属压力加工（又称塑性加工）就是利用金 属的塑性，通过轧制、锻压、挤压、拉拔、冲压 等成形工艺，使金属一定的塑性变形而获得需要 的工件。一、金属的塑性变形实验观察证明：金属的塑性变形过程实质上 是位错沿着滑移面的运动过程。金属在滑移变形 过程中，一部分旧的位错消失，又大量产生新的 位错，总的位错数量是增加的，大量位错运动的