[理学]金工第123章金属材料性能晶格状态图ppt课件

1、金属工艺学金属工艺学是一门研讨金属性质、铸造、锻压、焊接和切削加工的综合性的专业根底课。经过对金属工艺学内容学习，了解和掌握金属资料及机械零件加工工艺的根底知识，为学习后续有关课程，并为以后从事涉及机械设计与制造方面的任务打下良好的根底。 工科院校学生学习本课程的目的和意义工科院校学生学习本课程的目的和意义:金属工艺学的主要内容金属工艺学的主要内容金属资料与热处置铸造、锻压与焊接切削加工、外表加工工业技术学课程根本要求工业技术学课程根本要求n1、了解机械产品的消费过程和机械制造厂的消费构造。n2、了解常用金属资料的性能、用途和牌号。n3、了解各种主要加工方法的工艺特点及其根本原理。n4、了解机

2、械制造厂各种主要设备和工具的任务原理和运用范围。机械的种类n机器：由零件装成、能运转、能变换能量或产生有用的机器：由零件装成、能运转、能变换能量或产生有用的功的安装。功的安装。n机械：利用力学原理组成的各种安装、杠杆、滑轮、机机械：利用力学原理组成的各种安装、杠杆、滑轮、机器以及枪炮等都是机械。器以及枪炮等都是机械。n机械按其功能可分为三类：机械按其功能可分为三类：n1、产活力械能的机械。它可将其它种类的能转变为机械、产活力械能的机械。它可将其它种类的能转变为机械能，称为原动机，例如蒸汽机、柴油机、电动机等。能，称为原动机，例如蒸汽机、柴油机、电动机等。n2、转变机械能的机械。和前者相反，它可

3、将机械能转变、转变机械能的机械。和前者相反，它可将机械能转变为其它种类的能，称为变换机，例如发电机、空气紧缩为其它种类的能，称为变换机，例如发电机、空气紧缩机等。机等。n3、利用机械能的机械。它用来改动原资料或工件的性质、利用机械能的机械。它用来改动原资料或工件的性质、形状、形状和位置等，称为任务机，例如各种机床、锻形状、形状和位置等，称为任务机，例如各种机床、锻锤、农业机械、采掘机、汽车等。锤、农业机械、采掘机、汽车等。 机械产品制造的过程机械产品制造的过程n设计设计 真正的设计是一门艺术真正的设计是一门艺术 设计是一种构思。设计普通是根据用户设计是一种构思。设计普通是根据用户的需求，由技术

4、部门来完成的一项先行的需求，由技术部门来完成的一项先行任务。对机械产品的设计要求，必需是任务。对机械产品的设计要求，必需是技术要先进，机械化尽量不用手工操技术要先进，机械化尽量不用手工操作和自动化数控、自动线、流水线作和自动化数控、自动线、流水线程度要高；性能要好无噪音、平稳；程度要高；性能要好无噪音、平稳；任务可靠和平安；以及本钱低任务可靠和平安；以及本钱低设计过程普通有三个阶段：na、确定极限参数；例如设计一部车床，首先、确定极限参数；例如设计一部车床，首先就要确定最大车削长度，和最大回转直径两个就要确定最大车削长度，和最大回转直径两个重要参数。重要参数。nb、受力分析和计算；确定参数后，

5、就要进展、受力分析和计算；确定参数后，就要进展草图设计，根据草图进展受力部分的分析和计草图设计，根据草图进展受力部分的分析和计算，以便选取不同的资料，保证受力零件在任算，以便选取不同的资料，保证受力零件在任务过程中平安可靠。务过程中平安可靠。nc、绘制机械总图、各个部件装配图和零件任、绘制机械总图、各个部件装配图和零件任务图，编制技术阐明书。务图，编制技术阐明书。 课程性质、义务和学习要求课程性质、义务和学习要求课程性质课程性质 专业根底课专业根底课(为学习管理等专业课打根为学习管理等专业课打根底底)学习义务和要求学习义务和要求 1掌握常用金属资料的主要性能；掌握常用金属资料的主要性能； 2掌

6、握零件的加工工艺知识；掌握零件的加工工艺知识； 3了解零件加工工艺所涉及的根本设备。了解零件加工工艺所涉及的根本设备。 资料导论资料导论n金属资料的作用n资料与人类的出现和进化有着亲密的联络，因此它们的名字曾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。n公元前16世纪以前的殷商时代，已大量运用青铜，并已具有高超的冶铸技术和精深的艺术造诣；公元前4世纪以前的春秋战国时期出现了铁器，铸铁的消费比欧洲约早一千多年。 n我国的钢产量在1996年突破了一亿吨，到达世界第一。 世界四大资料：钢铁、木材、塑料、水泥世界四大资料：钢铁、木材、塑料、水泥(如消费一根如消费一根“轴轴) 资料分：金属

7、资料、非金属资料、复合资料资料分：金属资料、非金属资料、复合资料金属资料金属资料指钢铁、有色金属等资料指钢铁、有色金属等资料非金属资料非金属资料无机高分子资料陶瓷、水泥、无机高分子资料陶瓷、水泥、木材等，有机高分子资料如塑料、橡胶，木材等，有机高分子资料如塑料、橡胶，复合资料复合资料-玻璃钢、碳纤维复合资料、硼纤维资料。玻璃钢、碳纤维复合资料、硼纤维资料。如今新资料如今新资料-纳米资料、智能资料纳米资料、智能资料资料、信息、能源称为现代技术的三大支柱资料、信息、能源称为现代技术的三大支柱 资料按物质构造不同分：资料按物质构造不同分： 金属资料、非金属资料有机高分子资料金属资料、非金属资料有机高

8、分子资料和陶瓷料和陶瓷料)、复合资料、复合资料 资料按用途不同分：资料按用途不同分： 机械工程资料、土木工程资料、电工资料、电机械工程资料、土木工程资料、电工资料、电子资料子资料 资料按功能不同分：资料按功能不同分： 构造资料、功能资料、磁性资料等构造资料、功能资料、磁性资料等资料开展概括资料开展概括 明朝科学家：宋应星 箸 石器时代陶器时代陶器时代铜器时代：铜器时代：司母戊鼎公元前司母戊鼎公元前11161116世纪世纪1130113078078011001100战国编钟前战国编钟前475221475221年年6565个个 总重总重2500Kg2500Kg天然石，兽骨，树枝天然石，兽骨，树枝泥

9、巴日晒泥巴日晒原始陶器；火烧原始陶器；火烧瓷器器具瓷器器具 铁器时代铁器时代 沧州大狮公元沧州大狮公元953年年 重重50T ,长长5.3m,宽宽3m人工复合材人工复合材 料料 塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等李时珍徐光启 智能资料智能资料n工业消费中所运用的资料主要包括金属资料、无机工业消费中所运用的资料主要包括金属资料、无机非金属资料、有机高分子资料和复合资料四大类。非金属资料、有机高分子资料和复合资料四大类。n金属资料是现代制造机械的最主要资料。主要是由金属资料是现代制造机械的最主要资料。主要是由于它具有制造机器所需求的物理、化学和力学性能

10、：于它具有制造机器所需求的物理、化学和力学性能：n 1、优良的工艺性能，包括铸造性能、锻造性能、优良的工艺性能，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处置性能、机加工性能等。焊接性能、热处置性能、机加工性能等。n 2、较好的运用性能，包括物理性能、化学性能、较好的运用性能，包括物理性能、化学性能、力学性能等。第一章力学性能等。第一章 n金属资料以合金为主，很少运用纯金属。金属资料以合金为主，很少运用纯金属。 n合金是以一种金属为根底，参与其它金属合金是以一种金属为根底，参与其它金属或非金属，经过熔炼、烧结或其它方法制或非金属，经过熔炼、烧结或其它方法制成的具有金属特性的资料。成的具有金属特性的资

11、料。n最常用的合金，有以铁为根底的铁碳合金；最常用的合金，有以铁为根底的铁碳合金；有以铜或铝为根底的铜合金和铝合金。有以铜或铝为根底的铜合金和铝合金。第第1章章 金属资料的主要性能金属资料的主要性能n教学重点：金属资料的力学性能教学重点：金属资料的力学性能 n教学难点：教学难点：-曲线特点曲线特点第第1节节 金属资料的力学性能金属资料的力学性能 n力学性能是指金属资料在受外力作用时力学性能是指金属资料在受外力作用时所反映出来的性能。力学性能目的，是所反映出来的性能。力学性能目的，是选择、运用金属资料的重要根据。选择、运用金属资料的重要根据。 n金属资料的力学性能主要有：强度、塑金属资料的力学性

12、能主要有：强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。 一、强度与塑性一、强度与塑性 L0LKd0拉断前试样拉断前试样拉断后试样拉断后试样试样按试样按GB639786制取，制取，分长试样分长试样L0=10d0短试样短试样 L0=5d0阐明：阐明：bkse拉伸力拉伸力 F O伸长量伸长量 LFsFbFe低碳钢的力低碳钢的力伸长曲线伸长曲线FF0AFbb %10000 LLLk 0AFss 拉伸过程阅历四个阶段：拉伸过程阅历四个阶段：1. 弹性变形弹性变形OSOe段：直线阶段，完全弹性变形段：直线阶段，完全弹性变形eS段：极微量塑性变形段：极微量塑性变形 2屈服屈服s点

13、点弹性变形：去除外力后能完全恢弹性变形：去除外力后能完全恢 复到原来的外形。复到原来的外形。塑性变形：外力消除后仍存在的塑性变形：外力消除后仍存在的 永久变形。永久变形。3均匀塑性变形阶段：均匀塑性变形阶段：sb4缩颈缩颈bk-部分集中塑性变形部分集中塑性变形应力应力:=F/A0 MPa应变应变:=L/L0 抗拉强度抗拉强度b：金属资料被拉断前所能接受的最大应力。金属资料被拉断前所能接受的最大应力。b=F b/A 0强度强度:是指金属抵抗永久变形和断裂的才干。是指金属抵抗永久变形和断裂的才干。屈服强度屈服强度s：资料开场明显塑性变形的抗力资料开场明显塑性变形的抗力 ，即产生屈服，即产生屈服景象

14、时的应力。景象时的应力。 s=F s/A 0 弹性极限弹性极限e：资料在外力作用下，坚持弹性变形的最大应力。资料在外力作用下，坚持弹性变形的最大应力。e=F e/A 01、强度、强度strength阐明：阐明： 单位面积上的内力称应力。读单位面积上的内力称应力。读sigmL长度长度 Length 单位：单位：mmA截面积截面积 Area 单位：单位：mm2 F外力 Force 单位：N s屈服点的值选择锻压设备外力的根据 单位 ：MPa兆帕mega pascal 屈服点概念：力不添加仍能继续伸长时的应力。用符号：s 表示抗拉强度试样拉断前所接受的最大拉应力。用抗拉强度试样拉断前所接受的最大拉应

15、力。用 b表示表示 补充：bb 表示抗弯强度注：s 、 b 是设计与选材的重要根据 b校核零件平安的根据 另：e 表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所接受的最大拉应力。MPaAFbb0 中、高碳钢和其他脆性金属资料中、高碳钢和其他脆性金属资料无明显屈服景象，国家规范以产生无明显屈服景象，国家规范以产生0.2%塑性变形的应力来表示屈服强塑性变形的应力来表示屈服强度，即：度，即：0.2=F0.2/A0 屈服强度和抗拉强度在设计机械和选择、屈服强度和抗拉强度在设计机械和选择、评定金属资料时有重要意义评定金属资料时有重要意义 。 机械零件机械零件多多ss以作为强度设计的根据。对于脆性资以作为强度

16、设计的根据。对于脆性资料在强度计算时，那么以料在强度计算时，那么以bb为根据。为根据。2、塑性、塑性 plasticity概念：在外力作用下产生永久变形而不破坏的才干。概念：在外力作用下产生永久变形而不破坏的才干。判据：断后伸长率判据：断后伸长率 、断后断面收缩率、断后断面收缩率断后伸长率 Percentage elongation after fracture概念：试样断后规范的伸长量与规范的百分比。概念：试样断后规范的伸长量与规范的百分比。用符号用符号 表示，读作表示，读作 代儿特代儿特%100XLoLoLk 其中：其中：LkLk断后试样长度断后试样长度 Lo Lo试样原始长度试样原始长度

17、断后断面收缩率概念：断后截面处面积的最大缩减量与原始截面面积百分比。概念：断后截面处面积的最大缩减量与原始截面面积百分比。用符号用符号 表示，表示， 读作读作扑洒哎扑洒哎阐明：伸长率和收缩率在实践运用中，普通是用阐明：伸长率和收缩率在实践运用中，普通是用表示塑性大小。表示塑性大小。、 越大，资料的塑性越好。通常以为越大，资料的塑性越好。通常以为0.9%后，其后，其HB，b、ak二、形状图中的特二、形状图中的特性点、线、区域组性点、线、区域组织织钢铁力学性能与碳含量钢铁力学性能与碳含量WC的关系的关系特性点：特性点：特性线：特性线：1、ACD线；线；2、AECF线线固相线固相线液相线液相线其中其中AEAE线是碳钢固线线是碳钢固线3、ECF线线共晶转变线共晶转变线 LLd4、GS线又称线又称A3线线5、ES线又称线又称Acm线线6、PSK线线共析转变线共析转变线 A p又称又称A1线线三、合金的结晶过程分析三、合金的结晶过程分析亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢过共析钢过共析钢AF+ALEA+Fe3CL+A三、合金的结晶过程分析三、合金的结晶过程分析