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金属材料与加工 班级： 054111 姓名： 杨晓晨 目录 金属材料与加工 1 一、金属材料的力学性能 3 二、金属与合金的晶体结构 4 三、金属与合金的结晶 4 四、铁碳合金 5 五、钢的热处理 7 六、合金钢 10 七、铸铁 11 十、铸造 12 十一、锻压 14 十二、焊接与热切割 16 十三金属切割加工基础 17 一、金属材料的力学性能 静荷载：若荷载的大小不变或变动很慢。 强度：指金属材料在静荷载作用下抵抗变形和断裂的能力。 强度指标：弹性极限，屈服点与屈服强度，抗拉强度。 硬度：是指金属抵抗局部弹性变形、塑性变形、压痕或划痕的能力。是衡量金属材料软硬程度的指标。 塑性：金属发生塑性变形但不破坏的能力。指标：伸长率δ和断面收缩率ψ。 常用硬度试验方法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。布氏硬度能反映平均硬度，但不宜测试成品或薄片金属的硬度；洛氏硬度操作迅速、简便，可直接读出硬度，压痕小，但精确度较差，须多次测量；维氏硬度可测软硬金属，可测薄零件，但效率较低。 冲击韧性：金属材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力。注：在一次冲击载荷下测得。 金属的疲劳断裂：零件在这种交变荷载作用下经过长时间工作也会发生破坏的现象。 疲劳强度：把材料在无数次交变载荷作用下而不破坏的最大应力值。 二、金属与合金的晶体结构 晶体：原子规律排列的物质，而非晶体其内部原子不具有规律排列。 结晶：若凝固后的固态物质是晶体，则这种凝固过程称为结晶。 晶核：这种最先形成的，作为结晶核心的微小晶体。 晶体的三大特征：(在晶体中，原子（或分子）在三维空间作用规则的周期性的重复排列，晶体具有规则的外形；(晶体具有固定的熔点；(晶体具有各向异性。 常见的固态金属都是晶体。具有金属光泽、良好的导电性、导热性和塑性。 金属晶格三种类型：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。 组元：组成合金的独立的、最基本的单元，简称元。 相：合金中凡是结构、成分和性能相同并且与其他部分由界面分开的均匀组成部分。 相的结构可分为固溶体和金属化合物。 固溶体：合金在有液态结晶为固态时，组元间会互相溶解，形成一种在某一组元晶格中包含有其它组元的新相。固溶体可分为：置换固溶体和间隙固溶体。 固溶体的溶剂：晶格与固溶体相同的组元。其它组元称为溶质。 置换固溶体分为有限固溶体和无限固溶体，一般随着温度升高，固溶度增加，反之则降低。间隙固溶体都是有限固溶体。 固溶强化：由于溶质原子溶入溶剂晶格后引起晶格畸变，使其塑性变形的抗力增大，因而使得合金的强度、硬度升高的现象。 金属化合物：在合金相中，各组员的原子按一定的比例相互作用生成的晶格类型和性能完全不同于任意组元，并且有一定金属性质的新相。 合金化合物的熔点高，性能硬而脆，常作为强化相来发挥作用。 单晶体：指具有一致结晶位相的晶体，表象出各向异性，每个单晶体叫做晶粒。晶粒与晶粒间的界面叫做晶界。 晶界缺陷：使原子排列规律受到破坏，表现出原子排列的不完整性。 按晶格缺陷的集合特征可将其分为三类：空位和间隙原子（点缺陷）、位错（线缺陷）、晶界和亚晶界（面缺陷）。 三、金属与合金的结晶 凝固：一切物质从液态到固态的转变过程。 结晶：若凝固后固体物质是晶体，则这种凝固过程称为结晶。 热力学定律：在等压条件下，一切自发过程都是朝着系统自由能降低的方向进行。 理论结晶温度：纯金属液体在无限缓慢的冷却条件下（即平衡条件下）结晶的温度。 过冷现象：实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差值。 液体金属的冷却速度越快、实际结晶温度就越低，即过冷度越大，过冷是金属结晶的必要条件。 纯金属的结晶规律：在一定的温度下结晶，需要过冷，结晶是由潜热放出，结晶的过程是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。 晶核的形成方式：自发形核和非自发形核。 晶粒是构成金属晶体的最小单位，晶粒与晶粒之间的接触面叫晶界。 细化晶粒是使金属强韧化的有效途径。金属结晶后的晶粒大小取决于结晶时的形核率N和晶核的长大速率G（N/G越大越好）。细化晶粒的方法：增加过冷度、变质处理（孕育处理）、附加震动、降低浇注速度。 变质处理：在液态金属结晶前加入一些细小的被称为变质剂的某种物质，以增加形核率或降低长大速率，从而细化晶粒的方法。 金属的同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格类型转变为另一种晶格类型的变化。 纯铁的结晶和同素异构转变的过程。P21 合金相图：表示在平衡条件下，合金的成分、温度与组织之间关系的简明图表，又称合金平衡图或合金状态图。 枝晶偏析：在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象叫枝晶偏析，原因：(冷却速度比较快，(固态下原子扩散又很困