材料成型工艺1章金属材料的基本知识.ppt

工程材料的分类 按组成特点分 金属材料 高分子材料 非金属材料 复合材料 陶瓷材料 材料 信息 能源称为现代技术的三大支柱 第 章金属材料的基本知识 1 1金属材料的性能 1 2金属的晶体构造和结晶过程 基本内容和要求 1 掌握金属主要机械性能 强度 塑性 韧性 硬度的概念和应用 方法 概念较多 实践性强 要联系实际加深理解和记忆 2 三种常见的金属晶体结构及其基本性能 3 实际金属晶体缺陷及其对性能的影响 4 熟悉结晶过程以及过冷度的概念 掌握影响晶粒大小的因素及细化晶粒的方法 作业P211 10 11 13 14 1 1 1金属材料的力学性能1 弹性和刚度2 强度3 塑性4 硬度5 冲击韧性6 疲劳强度1 1 2金属材料的其它性能1 物理性能2 化学性能3 工艺性能 1 1金属材料的性能 1 1 1材料的力学性能 在外力作用下所表现出的特性 外力 弹性变形 失效 作用在机件上的外力 载荷 静载荷 动载荷 常见的失效形式 断裂塑性变形过量弹变磨损腐蚀 力学性能 失效形式与力学性能的关系 失效形式 断裂塑性变形过量弹变磨损 拉伸实验 拉伸试验机 k b b 极限载荷点 F e e 弹性极限点 s S 屈服点 K 断裂点 拉伸曲线 F F L 缩颈 o 弹性变形 随外力消失而消失的变形 弹性 受外力作用时产生变形 外力去掉后能恢复原来形状的性能 刚度 材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力 弹性模量E的大小主要取决于各种材料的本性 1 弹性和刚度 塑性变形 产生永久的不可恢复的变形 当材料单位面积上所受的应力 e s时 材料将产生明显的塑性变形 条件屈服强度 0 2 F0 2 S0 MPa 材料在外力作用下 抵抗塑性变形和断裂的能力 工程上常用的金属材料的强度指标有屈服强度 s 和抗拉强度 b 1 屈服强度 S 0 2 指材料在外力作用下 产生屈服现象时的应力 S Fs S0 MPa 它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力 屈服强度 是塑性材料选材和评定的依据 2 强度 对于塑性差的材料 用 0 2来代替 s k b F e s 100 0 2 b b Fb S0 MPa 2 抗拉强度 b 抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力 它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力 抗拉强度 是脆性材料选材的依据 屈强比 s b小 则工程构件可靠性高 退火低碳钢 低 中回火钢 淬火钢及铸铁 中碳调质钢 不同材料的拉伸曲线 3 塑性 常用 和 作为衡量塑性的指标 伸长率 材料在外力作用下 产生永久变形而不引起破坏的能力 断面收缩率 F F L 塑性越好 10 属塑性材料 任何零件都需要一定塑性 塑性变形可以缓解应力集中 削减应力峰值 防止过载断裂 增加可靠性 良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件 4 硬度 hardness 抵抗局部塑性变形的能力抵抗更硬的物体压入其内的能力 通常材料的强度越高 硬度也越高最常用的硬度指标有 布氏硬度 HB 和洛氏硬度 HR 氏硬度和洛氏硬度试验原理和使用范围均不相同 1 布氏硬度HB Brinell hardness F 用一定载荷P 将直径为D的球体 压入被测材料的表面 保持一定时间后卸去载荷 根据压痕面积大小确定硬度值 测量HBS 450的较软金属采用淬火钢球测量HBW450 650的材料采用硬质合金钢球 exp 120HBS10 1000 30表示直径为10mm的钢球在1000kgf 9 807kN 载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120 布氏硬度试验 布氏硬度特点 布氏硬度测量的优点 测量数值稳定 准确缺点 操作慢 不适用批量生产和薄形件 布氏硬度适用于 铸铁 有色金属退火 正火 调质处理钢 未经淬火的钢 原材料 毛坯当HBS 450时有效 HBW450 650 低碳钢 b 3 6HB高碳钢 b 3 4HB调质合金钢 b 3 25HB 2 洛氏硬度HR Rockwellhardness 洛氏硬度一般用于HB 450 F 1200 10HRC HBS 将标准压头用规定压力压入被测材料的表面 根据压痕深度来确定硬度值根据压头的材料及所加的负荷不同又可分为HRA HRB HRC三种 洛氏硬度试验 原理 HR k h 0 002对金刚石圆锥压头k 0 2mm对钢球压头k 0 26mm 洛氏硬度特点 洛氏硬度测量的优点 操作简便 压痕小可用于成品和薄形件缺点 测量数值分散 HRC洛氏硬度适用于 淬火钢 调质钢批量生产的零件当HRC20 70时有效 3 维氏硬度HV diamondpenetratorhardness 适用范围 测量薄板类 HV HBS AK G H1 H2 J ak AK S J m2 材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力 在冲击载荷下工作的零件 很少是受大能量一次冲击而破坏的 往往是受小能量多次重复冲击而破坏的 5 冲击韧性 notchtoughness 6 疲劳强度 fatiguestrength 材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力 循环基数 钢 受交变载荷作用的零件 在其所受应力远远低于该材料的屈服强度时 会发生突然的断裂 而且是脆性断裂 据统计 约80 的机件失效为疲劳破坏 有色金属 钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系 1 0 45 0 55 b 磁性是设计 工艺上应考虑的重要性能能磁化材料不能磁化材料 1 1 2金属材料的其它性能1 物理性能 密度 单位体积的质量密度影响产品的重量 性能比强度 b 硬磁性材料 外加磁场去除后 材料磁性保留软磁性材料 外加磁场去除后 材料磁性消失 熔点是热加工的重要工艺参数是设计选材的重要依据 热膨胀性 线膨胀系数 是设计 工艺上应考虑的重要性能 导热性 导热系数 是传热设备应考虑的重要性能防止材料内外温差过大金属越纯 导热性越好 导电性 电阻率 是设计导电 绝缘零件的重要性能金属越纯 导电性越好温度越高 导电性越差 2 化学性能 材料的化学性能主要 耐腐蚀性高温抗氧化性 化学稳定性 金属腐蚀的分类 化学腐蚀 由纯化学反应引起氧化膜疏松 氧化深入 向内部腐蚀致密 腐蚀被抑制 保护内部金属电化学腐蚀 由电化学反应引起 防止腐蚀的办法 1改变金属成分 合金化 提高基体电极电位形成致密氧化膜获得单相组织 2表面保护 覆盖法 发蓝 磷化 阳极化电镀喷漆 搪瓷 改善环境干燥气体