金属工艺学课件

金属工艺学邓文英第四版 任课教师万淑敏 金属材料的作用 材料与人类的出现和进化有着密切的联系 因而它们的名字已经作为人类文明的标志 例如 石器时代 青铜时代和铁器时代 公元前16世纪以前的殷商时代 已大量使用青铜 并已具有高超的冶铸技术和精湛的艺术造诣 公元前4世纪以前的春秋战国时期出现了铁器 铸铁的生产比欧洲约早一千多年 我国的钢产量在1996年突破了一亿吨 达到世界第一 绪论 什么叫金属工艺学 它是一门研究有关制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课 主要研究 1 各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系 2 金属机件的加工工艺过程和结构工艺性 3 常用金属材料性能对加工工艺的影响 4 工艺方法的综合比较 产品制造的过程 课程性质 任务和学习要求 课程性质技术基础课学习任务和要求1 掌握常用金属材料的主要性能 2 掌握零件的加工工艺知识 3 培养工艺分析的基本能力 第一篇金属材料导论 工业生产中所使用的材料主要包括金属材料 无机非金属材料 有机高分子材料和复合材料四大类 金属材料是现代制造机械的最主要材料 主要是由于它具有制造机器所需要的物理 化学和力学性能 1 优良的工艺性能 包括铸造性能 锻造性能 焊接性能 热处理性能 机加工性能等 2 较好的使用性能 包括物理性能 化学性能 力学性能等 第一章 金属材料以合金为主 很少使用纯金属 合金是以一种金属为基础 加入其它金属或非金属 经过熔炼 烧结或其它方法制成的具有金属特性的材料 最常用的合金 有以铁为基础的铁碳合金 有以铜或铝为基础的铜合金和铝合金 第一章金属材料的主要性能 教学重点 金属材料的力学性能教学难点 曲线特点 第一节金属材料的力学性能 力学性能是指金属材料在受外力作用时所反映出来的性能 力学性能指标 是选择 使用金属材料的重要依据 金属材料的力学性能主要有 强度 塑性 硬度 冲击韧度和疲劳强度等 一 强度与塑性 拉伸过程经历四个阶段 1 弹性变形 OS Oe段 直线阶段 完全弹性变形eS段 极微量塑性变形 2 屈服 s点 弹性变形 去除外力后能完全恢复到原来的形状 塑性变形 外力消除后仍存在的永久变形 3 均匀塑性变形阶段 sb 4 缩颈 bk 局部集中塑性变形 应力 F A0 MPa 应变 L L0 抗拉强度 b 金属材料被拉断前所能承受的最大应力 b Fb A0 强度 是指金属抵抗永久变形和断裂的能力 屈服强度 s 材料开始明显塑性变形的抗力 即产生屈服现象时的应力 s Fs A0 弹性极限 e 材料在外力作用下 保持弹性变形的最大应力 e Fe A0 一 强度 strength 中 高碳钢和其他脆性金属材料无明显屈服现象 国家标准以产生0 2 塑性变形的应力来表示屈服强度 即 0 2 F0 2 A0 屈服强度和抗拉强度在设计机械和选择 评定金属材料时有重要意义 机械零件多 s以作为强度设计的依据 对于脆性材料在强度计算时 则以 b为依据 2 塑性 plasticity 塑性 是指金属产生塑性变形而不被破坏的能力 1 伸长率 L1 L0 L0 100 式中 L0 试样原标距的长度 mm L1 试样拉断后的标距长度 mm 2 塑性 2 2 断面收缩率 断面收缩率是指试样拉断后断面处横截面积的相对收缩值 A0 A1 A0 100 式中 A0 试样的原始截面积 mm2 A1 试样断面处的最小截面积 mm2 和 愈大 则塑性愈好 良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件 二 硬度 hardness 硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标 它直接影响到材料的耐磨性及切削加工性 硬度测定方法有压入法 划痕法 回弹高度法等 金属材料的硬度可用专门仪器来测试 常用的有布氏硬度机 洛氏硬度机等 布氏硬度 布氏硬度试验原理图 式中 F 试验力 N D 压头的直径 mm HBS表示用淬火钢球作为压头测出的硬度值 HBW表示用硬质合金球作为压头测出的硬度值 适用于未经淬火的钢 铸铁 有色金属或质地轻软的轴承合金 根据压头形式和载荷不同有三种标度 HRA HRB HRC 能够测试从软到硬各种硬度的材料 HRC应用最广 可用于测硬度很高的材料 HRC 100 h2 h1 0 002 当硬度在200 600HB HRC 1 10HB 硬度一般不标单位 如200HB 55HRC 2 洛氏硬度 HR 以压痕深度表示 布氏硬度与洛氏硬度的特点比较 布氏硬度的特点 布氏硬度因压痕面积较大 HB值的代表性较全面 而且实验数据的重复性也好 但由于淬火钢球本身的变形问题 不能试验太硬的材料 一般在HB450以上的就不能使用 由于压痕较大 成品检验也有困难 通常用于测定铸铁 有色金属 低合金结构钢等材料的硬度 洛氏硬度的特点 洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料 而且压痕很小 几乎不损伤工件表面 故在钢件热处理质量检查中应用最多 但洛氏硬度由于压痕较小 硬度代表性就差些 如果材料中有偏析或组织不均的情况 则所测硬度值的重复性也差 冲击韧度 ak 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力叫做冲击韧度 常用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧度 大能量 一次冲断 试验表明 在冲击载荷不太大的情况下 金属材料承受多次重复冲击的能力 主要取决于强度 冲击值对组织缺陷很敏感 因此冲击试验是生产上用来检验冶炼 热加工 热处理等工艺质量的有效方法 夏比冲击试验1 试验原理 式中 Ak 折断试样所消耗的冲击功 J A 试样断口处的原始截面积 cm2 对于脆性材料试样一般不开缺口 冲击韧度 K AK A 疲劳强度 当金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力 叫做疲劳强度 材料的疲劳强度通常在旋转对称弯曲疲劳试验机上测定 在循环载荷作用下 材料承受一定的循环应力 和断裂时相应的循环次数N之间的关系可以用曲线来描述 N曲线 无数次应力循环 对于钢材为107 有色金属和某些超高强度钢常取108 二 金属材料的物理 化学及工艺性能 一 金属的物理性能 1 密度2 熔点3 导热性4 导电性5 热膨胀性6 磁性 二 金属的化学性能 它是金属材料在室温或高温时抵抗各种化学作用的能力 主要是指抵抗活泼介质的化学侵蚀能力 1 耐腐蚀性 如耐酸性 耐碱性等 2 抗氧化性 3 化学稳定性 金属的工艺性能 工艺性能是物理 化学 力学性能的综合 按工艺方法的不同 可分为铸造性能 可锻性 焊接性和切削加工性等一 铸造性能 金属在铸造成形过程中获得外形准确 内部健全铸件的能力称为铸造性能 铸造性能包括流动性 吸气性 收缩性和偏析等 在金属材料中灰铸铁和青铜的铸造性能较好 二 锻造性能 金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为锻造性能 锻造性能的好坏主要同