金属材料热处理笔记

成分-温度-组织-性能

材料力学性能

强度:材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。(体现与应力-应变曲线)

  • 屈服强度 σ s \sigma_s σs:材料发生屈服时的强度(脆性材料的屈服强度:0.1%残余应变时的应力)。
  • 抗拉强度 σ b \sigma_b σb:强度极限,材料的最大强度。

塑性:材料受力破坏前承受最大塑性形变的能力。

  • 伸长率(δ/%)
  • 断面收缩率(ψ/%)

硬度:材料表面局部区域抵抗更坚硬物体压入的能力。

布氏硬度:

当压头是钢球时,用符号HBS表示,适用于布氏硬度450以下的材料;当压头是硬质合金时,用符号HBW表示。

压头在一定载荷的作用下压入试样表面,保持一段时间后卸除载荷,所施加的载荷与压痕表面积的比值即为布氏硬度。

洛氏硬度:

利用一定载荷将压头压入试样表面,保持一段时间后卸除载荷,根据压痕深度确定硬度。缺点是要多次测量取均值。

符号 压头类型 初载荷 主载荷 硬度范围
HRA 金刚石圆锥 490.3 20~88
HRA 1.588mm钢球 98.07N 882.6 20~100
HRA 金刚石圆锥 1373 20~70

维氏硬度(HV):

用一个相对面间夹角为136度的金刚石正棱锥体压头,在规定载荷作用下压入被测试样表面,保持一定时间后卸除载荷,测量压痕对角线长度,进而计算出压痕表面积,最后求出压痕表面积上的平均压力,即为金属的维氏硬度值。

弹性与刚度

  • 弹性是指材料在外力作用下产生变形,当外力取消后恢复到原来的形状和大小的一种特性。
  • 刚度材料受力时抵抗弹性变形的能力

指标

  • 比例极限 σ p \sigma_p σp:材料在外力作用下应变和应力成正比的最大值,超过这个最大值后,应变和应力不再是正比关系,但仍是弹性形变,既撤去外力时还能回复原长。
  • 弹性极限 σ e \sigma_e σe:弹性阶段最大应力

冲击韧性

材料抵抗冲击荷载作用而不被破坏的能力,用冲击功K来衡量。

疲劳:材料在循环应力的作用下,在远低于其屈服强度的应力下发生断裂。

  • 疲劳强度 σ − 1 \sigma_{-1} σ1:材料在规定次数(钢铁为 1 0 7 10^7 107次,有色金属为 1 0 8 10^8 108次)的交变载荷作用下,不发生断裂时的最大应力。

材料物理性能

  • 比强度:抗拉强度与密度的比值
  • 线膨胀系数

材料化学性能

耐蚀性和抗氧化性统称为材料的化学稳定性。

  • 耐蚀性:材料抵抗各种介质腐蚀破坏的能力称为耐蚀性。
  • 抗氧化性:材料抵抗高温氧化的能力称为抗氧化性。

金属的实际晶体结构

一般情况下,晶粒愈细小,金属的强度、硬度就愈高,塑性、韧性也愈好,综合力学性能好。

变质处理:向金属液体中加入一些细小的形核剂(又称为孕育剂或变质剂),使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核,从而获得细小的铸造晶粒,达到提高材料性能的目的。

合金的相结构

相:合金中具有同一化学成分、结构、原子聚集态,并以界面相互分开的、均一的组成部分。

相可以分为固溶体和金属化合物

固溶体:固态下一种组元的晶格内溶解了另一组元的原子而形成的晶体相。

  • 置换固溶体:溶质原子替换了一部分溶剂原子而占据溶剂晶格部分结点位置形成的固溶体。
  • 间隙固溶体:溶质原子嵌入溶剂晶格之间的间隙。

金属化合物:合金元素间发生相互作用而形成的具有金属特性的合金相。

组织:用肉眼或显微镜观察到的不同组成相的形状、尺寸、分布及各相之间的组合状态。

机械混合物:固溶体 + 少量金属化合物

铁碳合金的基本组织与铁碳相图

同素异构转变

固态下晶格类型随温度发生变化。

基本组织

铁素体:碳溶于 α − F e \alpha-Fe αFe中形成的间隙固溶体,为体心立方晶格,用符号F(或 α \alpha α)表示。

奥氏体:碳溶于 γ − F e \gamma-Fe γFe中形成的间隙固溶体,为体心立方晶格,用符号A(或 γ \gamma γ)表示。

渗碳体:铁和碳的金属化合物,具有复杂的晶体结构,用化学式 F e 3 C Fe_3C Fe3C表示。

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