金属材料性能.ppt

项目4任务1钢铁材料认识 一 2007 3 12 教师 刘小娟 机械材料分类 按化学成分分类 金属材料 综合性能好 用量最大 应用范围最广 高分子材料 质轻 耐腐蚀 常用于化工 机械 航空航天等 陶瓷材料 高电强 高硬度 耐腐蚀 绝缘 用于电器 化工 航空航天等等 复合材料 轻 高的比强度 比刚度 结合两种材料的性能优点 用于航空航天等领域 2007 3 12 学习金属材料的目的 1 获得常用的金属材料 非金属材料的基本知识 了解各种机械工程材料的基本特性和应用范围 2 为以后正确设计和合理选材打下基础 2007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 读读小故事 1867年冬天 俄国彼得堡海军仓库的大批锡砖 一夜之间不翼而飞 留下了泥土一样的灰色粉末 1992年 俄国斯科特探险队的船只 在去南极的途中 天气十分寒冷 可是用于取暖的煤油却漏光了 以致探险队员全部冻死在南极冰原 原来装煤油的铁桶是用锡焊接的 而锡却莫名其妙地化为了灰尘 这是怎么回事呢 2007 3 12 原因 锡在温度低于 18 时 体积就会骤然膨胀 原子间空隙加大 如果温度下降到 33 这种变化就像传染病一样迅速蔓延 这种现象人们称为锡疫 使整块的锡很快变成粉末 故事启发 学习金属材料的性能 才能很好的选择和应用金属 尤其是在机械构件材料的合理的选择 本次课我们就来学习金属材料的性能 2007 3 12 一 金属材料的常用性能 2007 3 12 思考问题 图片中的金属制品用途能反应出它们哪些物理性能 1 密度 密度的大小 分轻重金属 轻金属 铝 应用广 2 熔点 对冶炼 铸造 焊接 配制合金很重要 3 导热性 最好是银 铜 铝 导热性好的金属散热性也好 4 热膨胀性 实际工作中 铺铁轨 桥梁 5 导电性 最好是银 铜 铝 工业上用铜 铝作导电材料 6 磁性 具有导磁能力的金属都能被磁铁吸引 金属的物理性能 提问 为什么图片中的自行车表面层总是要进行喷漆处理 而淋雨后置久了却会生锈呢 金属的化学性能 1 耐腐蚀性 常见如钢铁生锈 腐蚀现象 2 耐氧化性 焊接等 3 化学稳定性 金属的力学性能 定义 金属材料的力学性能是指金属材料在不同环境 温度 介质 下 承受各种外加载荷 拉伸 压缩 弯曲 扭转 冲击 交变应力等 时所表现出的力学特征 指标 弹性 刚度 强度 塑性 硬度 冲击韧性 断裂韧度和疲劳强度等 2007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 金属的力学性能 2007 3 12 拉伸试验机 屈服强度 是塑性材料选材和评定的依据 2 塑性 1 布氏硬度 1 布氏硬度 适用范围 450HBS 450 650HBW 当压头为钢球时 硬度符号为HBS 当压头为硬质合金球时 硬度符号为HBW 2020 3 172007 3 12 2 洛氏硬度HR 10HRC HBS 3 维氏硬度HV 适用范围 测量薄板类 HV HBS 六 冲击韧性 notchtoughness 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 试样冲断时所消耗的冲击功Ak为 Ak mgH mgh J 冲击韧性值ak就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功 称为冲击韧度 七 疲劳强度 fatiguestrength 表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值 1 2020 3 172007 3 12 钢材的循环次数一般取N 107 有色金属的循环次数一般取N 108 钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系 1 0 45 0 55 b 2020 3 172007 3 12 1943年美国T 2油轮发生断裂 2020 3 172007 3 12 金属的工艺性能 1 定义 指各种加工条件下表现出来的性能 2 各性能的含义 铸造性 常用材料 灰铸铁有优良的铸造性能 锻压性 塑性好的低碳钢容易锻造成型 焊接性 你碳钢有较好的可焊性 高碳钢 较差 铸铁 更差 可加工性 一般认为 硬度过高或过低的金属材料 其切削加工性能较差 机械零件的失效形式 2007 3 12 填空题 1 零件丧失工作能力或达不到要求的性能时 称为 2 零件不发生失效的安全工作限度称为 3 机械零件失效的形式有断裂 等形式 34 可编辑 谢谢大家 3 2铁碳合金基础知识 钢铁是机械工业应用最广泛的金属材料 它主要是由铁和碳两种元素组成 统称为铁碳合金 不同的钢铁材料其力学性能差别很大 这是由金属内部成分和组织结构决定的 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 3 2 1铁碳合金的组织及性能 基本组织 含碳量 性能 工艺 1 铁素体 F 碳溶于 Fe中的间隙固溶体 2 奥氏体 A 碳溶于 Fe中形成的间隙固溶体 3 渗碳体 Fe3C 铁与碳形成的金属化合物 4 珠光体 P 铁素体和渗碳体组成的机械混合物 5 莱氏体 Ld 奥氏体和渗碳体组成的机械混合物 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 组织金相图 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 3 2 2铁碳合金分类及其室温组织 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 3 2 3碳的质量分数与力学性能的关系 铁素体 F 软而韧渗碳体 Fe3C 硬而脆 1 含碳量增加 硬度增加 2 含碳量增加 塑性韧性降低 3 含碳量增加 强度先增后降 0 9 最高 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 3 3钢的热处理常识 热处理的定义 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 2 热处理的主要目的 改变钢的性能 3 热处理的应用范围 整个制造业 4 热处理的分类 热处理 普通热处理 表面热处理 退火 正火 淬火 回火 表面淬火 化学热处理 感应加热淬火 火焰加热淬火 渗碳 渗氮 碳氮共渗 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 3 3 1钢的普通热处理 预备热处理 退火 正火 最终热处理 淬火 回火 一般零件生产的工艺路线 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 一 钢的退火 一 定义 把零件加温到临界温度以上30 50 保温一段时间 然后随炉冷却 二 目的 消除应力 降低硬度 细化晶粒 均匀成分 为最终热处理作好组织准备 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 三 种类 退火 重结晶退火 低温退火 完全退火 扩散退火 球化退火 再结晶退火 去应力退火 普通退火 等温退火 普通球化退火 等温球化退火 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 二 钢的正火 一 定义 把零件加温到临界温度以上30 50 保温一段时间 然后在空气中冷却 二 目的 消除应力 调整硬度 细化晶粒 均匀成分 为最终热处理三 钢的淬火作好组织准备 三 应用范围 1 预备热处理 调整低 中碳钢的硬度 消除过共析钢中的Fe3C 2 最终热处理 用于力学性能要求不高的普通零件 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 三 钢的淬火 一 定义 把零件加温到临界温度以上30 50 保温一段时间 然后快速冷却 常用水冷 二 目的 为了获得马氏体组织 提高钢的硬度和耐磨性 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 四 钢的回火 一 定义 把淬火后的零件重新加温到A1线以下某个温度 保温一段时间 然后冷却到窒温 二 目的 消除淬火应力 降低脆性 稳定工件尺寸 调整淬火零件的力学性能 淬火 高温回火 调质处理 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 3 3 2钢的表面热处理工艺 表面淬火化学热处理 工艺的核心 使零件具有 表硬里韧 的力学性能 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 一 表面淬火 一 定义 是一种不改变钢表层化学成分 但改变表层组织的局部热处理工艺 二 工艺特征 通过快速加热使钢的表层奥氏体化 然后急冷 使表层形成马氏体组织 而心部仍保持不变 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 三 表面淬火用钢 选用中碳或中碳低合金钢 40 45 40Cr 40MnB等 四 表面淬火加工的方法 感应加热 高 中 工频 火焰加热 电接触加热法等 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 1 感应加热表面淬火 1 感应加热的基本原理 感应电流 涡流 集肤效应 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 2 工艺要求 表面淬火前 必须对零件进行正火或调质处理 以保证零件有良好的基体 表面淬火后 必须对零件进行低温回火处理 以降低淬火应力和脆性 3 生产特点 淬火件的质量好 工件变形小 不易氧化及脱碳 淬火层容易控制 生产率高 设备投资大 不适于复杂形状零件和小批量生产 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 2 火焰加热表面淬火 1 火焰加热表面淬火的基本方法 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 2 火焰加热表面淬火的特点 设备简单 操作方便 成本低 淬火质量不稳定 适于单件 小批量及大型零件的生产 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 二 化学热处理 ChemicalHeatTreatment 一 定义 将零件置于一定的化学介质中 通过加热 保温 使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层 以改变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 二 化学热处理的基本过程 2 吸收 活性原子被零件表面吸收和溶解 3 扩散 活性原子由零件表面向内部扩散 形成一定的扩散层 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 三 化学热处理的种类 渗碳 渗氮 碳氮共渗 渗硼 渗铝 渗硫 渗硅 渗铬等 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 1 钢的渗碳 Carburizeofsteel 1 定义 向钢的表面渗入碳原子的过程 2 目的 表层增加含碳量后 再经过淬火 回火后 获得具有高硬度和耐磨性 而工件心部仍具有高塑性韧性和足够的强度 3 用钢 低碳钢和低碳合金钢 如汽车齿轮 变速轴 4 方法 固体 气体 液体渗碳 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 2 钢的渗氮 Nitridationofsteel 1 定义 向钢的表面渗入氮原子的过程 2 目的 获得具有表硬里韧及提高疲劳强度和抗蚀性能的零件 3 用钢 中碳合金钢 主要用于高硬度 高精度的精密零件 如阀门 精密机床主轴 4 方法 气体渗氮 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 越王勾践剑 春秋晚期越国青铜兵器 出土于湖北江陵楚墓 长55 7厘米 剑锷锋芒犀利 锋能割断头发 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 渗碳与渗氮的工艺特点 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 典型零件工艺路线的制定 1轴类零件 机床主轴 1 分析工作条件 承受中等交变扭矩载荷 交变弯曲载荷或者是拉压载荷 局部 轴颈 花键 承受摩擦和磨损 2 失效形式 疲劳断裂 轴颈处磨损 主要方式 冲击过载断裂等 偶尔发生 2020 3 172007 3 12 第3章机械工程材料基础 陈君梅 3 性能要求 高的疲劳强度 良好的综合性能 局部高硬度 4 中碳钢或者中碳合金钢 45 40Cr 5 工艺路线 下料 锻造 正火 粗加工 调质 淬火 高温回火 局部表面淬火 低温回火 精磨 成品 2020 3 172007 3