《材料性能和热处理》ppt课件

1、机械设计根底多媒体课件编 辑：李光玲动画制造：李光玲文 字：李光玲1.4 1.4 金属资料的性能金属资料的性能1 1、金属资料的性能、金属资料的性能运用性能：运用性能： 指资料在运用过程中所表现的性能，主要包括力学性指资料在运用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。能、物理性能和化学性能。工艺性能：工艺性能： 指在制造机械零件的过程中，资料顺应各种冷、热加指在制造机械零件的过程中，资料顺应各种冷、热加工和热处置的性能。工和热处置的性能。2 2、金属资料力学性、金属资料力学性能能 包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削

2、加工性能和热处置工艺性能等。加工性能和热处置工艺性能等。 指资料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、指资料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。冲击韧度和疲劳强度等。强度一、资料的拉伸曲线一、资料的拉伸曲线1 1、oeoe段：直线、弹性变性段：直线、弹性变性2 2、eses段：曲线、弹性变形段：曲线、弹性变形+ +塑性变形塑性变形5 5、b b点：出现缩颈景象，即试样部分截面明显减少试样承载才干降低，点：出现缩颈景象，即试样部分截面明显减少试样承载才干降低，拉伸力到达最大值，试样即将断裂。拉伸力到达最大值，试样即将断裂。( (强化阶段强化阶段

3、) )3 3、s ss s段：程度线略有动摇明显段：程度线略有动摇明显的塑性变形屈服景象，作用的力根本不的塑性变形屈服景象，作用的力根本不变，试样延续伸长。变，试样延续伸长。4 4、s sb b曲线：弹性变形曲线：弹性变形+ +均匀塑性变形均匀塑性变形1.4.1金属资料的力学性能金属资料的力学性能低碳钢的拉伸曲线图(a)原始试样 b)拉伸后试样 圆形拉伸试样长试样:l0=10d0 短试样l0=5d0低碳钢的拉伸过程强度指资料抵抗塑性变形和断裂的才干强度指资料抵抗塑性变形和断裂的才干 。二、强度的目的二、强度的目的3 3、抗拉强度、抗拉强度b b 指试样拉断前所接受的最大拉应力。指试样拉断前所接

4、受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。2 2、屈服点、屈服点b = Fb/S0 当资料的内应力当资料的内应力bb时，资料将产生断裂。时，资料将产生断裂。bb常用作脆性资料的选材和设计的根据。常用作脆性资料的选材和设计的根据。s = Fs/S0 s = Fs/S0 1 1、弹性极限、弹性极限eee = Fe/S0 e = Fe/S0 没有明显屈服景象的金属资料铸铁、高碳钢：工程上规定 用条件屈服点 0.2 来表示: 产生0.2%剩余应变时的应力值。 4.低碳钢和铸铁在紧缩时的力学性能低碳钢和铸铁在紧缩时的力学性能塑性塑性 塑性是资

5、料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的才干。评定目的是塑性是资料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的才干。评定目的是断后伸长率和断面收缩率。断后伸长率和断面收缩率。1 1、断后伸长率、断后伸长率2 2、断面收缩率、断面收缩率指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。L0:L0:标距标距Lk:Lk:拉断后的试件标距。将断口密合在一同，用卡尺直接量出。拉断后的试件标距。将断口密合在一同，用卡尺直接量出。S0 :S0 :试件原横

6、截面积。试件原横截面积。Sk:Sk:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。出。 %10000lllk%10000sssk5%5%为塑性资料，为塑性资料， 5% 5%为脆资料为脆资料硬度1 1、定义：指资料部分外表抵抗塑性变形和压痕或划痕、定义：指资料部分外表抵抗塑性变形和压痕或划痕的才干。它是衡量资料软硬程度的目的，其物理含义与的才干。它是衡量资料软硬程度的目的，其物理含义与实验方法有关。实验方法有关。2 2、硬度的测试方法、硬度的测试方法 1 1布氏硬度布氏硬度 2 2洛氏硬度洛氏硬度 3 3维氏硬度维氏硬度 4 4肖氏硬度肖氏硬度1 1、布氏硬度实验布

7、氏硬度计、布氏硬度实验布氏硬度计 原理原理: :用一定直径的球体淬火钢球或硬质用一定直径的球体淬火钢球或硬质合金球以相应的实验力压入待测资料外表，合金球以相应的实验力压入待测资料外表，坚持规定时间并到达稳定形状后卸除实验力，坚持规定时间并到达稳定形状后卸除实验力，丈量资料外表压痕直径，以计算硬度的一种压丈量资料外表压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度实验方法。痕硬度实验方法。2 2、布氏硬度值、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所接受有平均压力用球面压痕单位面积上所接受有平均压力表示。表示。 如：如：120HBS120HBS用钢球压头用钢球压头 500HBW500HBW硬质合金硬质合金球球 4 4

8、、丈量范围、丈量范围 用于丈量灰铸铁、构造钢、非铁金属及非金属资料用于丈量灰铸铁、构造钢、非铁金属及非金属资料等等. .3 3、优缺陷、优缺陷1 1丈量值较准确，反复性好，可测组织不均匀资料铸丈量值较准确，反复性好，可测组织不均匀资料铸铁铁2 2可测的硬度值不高可测的硬度值不高3 3不测试废品与薄件不测试废品与薄件4 4丈量费时，效率低丈量费时，效率低南山学院南山学院1 1、洛氏硬度实验洛氏硬度计、洛氏硬度实验洛氏硬度计 原理原理: : 用金刚石圆锥或淬火钢球，在实验力的作用下压入试样外表，用金刚石圆锥或淬火钢球，在实验力的作用下压入试样外表，经规定时间后卸除实验力，用丈量的剩余压痕深度增量来

9、计算硬度的一经规定时间后卸除实验力，用丈量的剩余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度实验。种压痕硬度实验。 2 2、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用丈量的剩余压痕深度表示。可从表盘上用丈量的剩余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。如：直接读出。如：50HRC 50HRC 4 4、丈量范围、丈量范围 用于丈量淬火钢、硬质合金等资料用于丈量淬火钢、硬质合金等资料. .3 3、优缺陷、优缺陷1 1实验简单、方便、迅速实验简单、方便、迅速2 2压痕小，可测废品，薄压痕小，可测废品，薄件件3 3数据不够准确，应测三点取平均值数据不够准确，应测三点取平均值4 4不应测组不应测组织不均匀资料，如铸铁。织不均匀资料，

10、如铸铁。洛氏硬度丈量原理图洛氏硬度丈量原理图 将金刚石压头将金刚石压头( (或钢球压头或钢球压头), ), 在先后施加两个载荷在先后施加两个载荷( (预载荷预载荷F0F0和总和总载荷载荷F)F)的作用下压入金属外表。总载荷的作用下压入金属外表。总载荷F F为预载荷为预载荷F0F0和主载荷和主载荷F1F1之和。之和。卸去主载荷卸去主载荷F1F1后后, , 丈量其剩余压入深度丈量其剩余压入深度h, h, 用用h h与与h0h0之差之差h h来计算洛氏来计算洛氏硬度值。硬度值。h h 越大越大, , 表示资料硬度越低表示资料硬度越低, , 实践丈量时硬度可直接从洛氏实践丈量时硬度可直接从洛氏硬度计表

11、盘上读得。根据压头的种类和总载荷的大小洛氏硬度常用的表硬度计表盘上读得。根据压头的种类和总载荷的大小洛氏硬度常用的表示方式有示方式有HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC三种。三种。韧性 韧性是指资料抵抗冲击载荷而不破坏的才干称为冲击韧性。韧性是指资料抵抗冲击载荷而不破坏的才干称为冲击韧性。用摆锤冲击弯曲实验来测定。测得试样冲击吸收功用摆锤冲击弯曲实验来测定。测得试样冲击吸收功, ,用符号用符号 Ak Ak 表表示。示。 用冲击吸收功除以试样缺口处截面积用冲击吸收功除以试样缺口处截面积 S0 , S0 , 即得到资料的冲即得到资料的冲击韧度击韧度 ak ak。 冲击吸收功:AK=mgh1-m

12、gh2 (J) 不用计算,从实验机上获得AK越大,资料的韧性越好冲击韧度:k=AK /S 疲劳强度疲劳强度 在交变应力作用下，虽然零件所接受的应力低于资料在交变应力作用下，虽然零件所接受的应力低于资料的屈服点，但经过较长时间的任务而产生裂纹或忽然发生的屈服点，但经过较长时间的任务而产生裂纹或忽然发生完全断裂的过程称为金属的疲劳。完全断裂的过程称为金属的疲劳。 资料接受的交变应力资料接受的交变应力( )与资料断裂前接受交变应力的与资料断裂前接受交变应力的循环次数循环次数(N)之间的关系可用疲劳曲线来表示。金属接受的之间的关系可用疲劳曲线来表示。金属接受的交变应力越大交变应力越大, 那么断裂时应力

13、循环次数那么断裂时应力循环次数N越少。当应力低越少。当应力低于一定值时于一定值时, 试样可以经受无限周期循环而不破坏试样可以经受无限周期循环而不破坏, 此应力此应力值称为资料的疲劳极限值称为资料的疲劳极限(亦叫疲劳强度亦叫疲劳强度)，用，用r表示。表示。 1.4.2 1.4.2 金属资料的加工工艺性能金属资料的加工工艺性能 金属资料的普通加工过程如下： 1.焊接性能 金属资料对焊接加工的顺应性称焊接性。也就是在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。 钢材的碳含量是焊接性好坏的主要要素。低碳钢和碳的质量分数低于0.18 %的合金钢有较好的焊接性能。碳含量和合金元素含量越高, 焊接性能

14、越差。 2.2.切削性能切削性能 切削加工性能普通用切削后的外表质量切削加工性能普通用切削后的外表质量( (以外表粗糙度高低以外表粗糙度高低衡量衡量) )和刀具寿命来表示。和刀具寿命来表示。 金属资料具有适当的硬度金属资料具有适当的硬度(170 HBS(170 HBS230 HBS)230 HBS)和足够的脆性和足够的脆性时切削性良好。时切削性良好。 改动钢的化学成分改动钢的化学成分( (如参与少量铅、磷等元素如参与少量铅、磷等元素) )和进展适当的和进展适当的热处置热处置( (如低碳钢进展正火，高碳钢进展球化退火如低碳钢进展正火，高碳钢进展球化退火) )可提高钢的切可提高钢的切削加工性能。铜

15、有良好的切削加工性能。削加工性能。铜有良好的切削加工性能。 3.3.压力加工性能压力加工性能 金属资料在外力的作用下变构成为零件的加工方法称为压力金属资料在外力的作用下变构成为零件的加工方法称为压力加工。压力加工分为热压力加工锻造和冷压力加工冲压。加工。压力加工分为热压力加工锻造和冷压力加工冲压。压力加工性能是指资料能否易于用压力加工方法制成零件的性能。压力加工性能是指资料能否易于用压力加工方法制成零件的性能。如锻造性能。它主要取决于金属的塑性和变形抗力。如锻造性能。它主要取决于金属的塑性和变形抗力。 1.4.2 1.4.2 金属资料的加工工艺性能金属资料的加工工艺性能流动性流动性 熔融金属的

16、流动才干称为流动性。熔融金属的流动才干称为流动性。 流动性好的金属容易充溢铸型，从而获得外形完好、尺寸准确、轮廓明晰流动性好的金属容易充溢铸型，从而获得外形完好、尺寸准确、轮廓明晰的铸件。的铸件。 收缩性收缩性 铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减少的景象称为收缩性。铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减少的景象称为收缩性。 铸件收缩不仅影响尺寸，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开铸件收缩不仅影响尺寸，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开裂等缺陷。故铸造用金属资料的收缩率越小越好。裂等缺陷。故铸造用金属资料的收缩率越小越好。 偏析偏析 金属凝固后，铸锭或铸件化学成分和组织的不均

17、匀景象称为偏析。金属凝固后，铸锭或铸件化学成分和组织的不均匀景象称为偏析。 偏析大会使铸件各部分的力学性能有很大的差别，降低铸件的质量。偏析大会使铸件各部分的力学性能有很大的差别，降低铸件的质量。 1.4.2 1.4.2 金属资料的加工工艺性能金属资料的加工工艺性能4.铸造性能铸造性能 金属资料铸呵斥形获得优良铸件的才干称金属资料铸呵斥形获得优良铸件的才干称为铸造性能，用流动性、收缩性和偏析来衡为铸造性能，用流动性、收缩性和偏析来衡量。量。5.热处置性能 金属经热处置可使性能顺利改善的性质称为热处置性能。钢的热处置工艺性能主要思索其淬透性, 即钢接受淬火的才干。含Mn、Cr、Ni等合金元素的合

18、金钢淬透性比较好, 碳钢的淬透性较差。 铝合金的热处置要求较严。 铜合金只需几种可以用热处置强化。1.5 1.5 钢的热处置方法及目的钢的热处置方法及目的1 1、热处置的概念、热处置的概念 2 2、热处置的目的、热处置的目的 将固态钢材采用适当的方式进展加热、保温暖冷却以获得将固态钢材采用适当的方式进展加热、保温暖冷却以获得所需组织与性能的工艺。所需组织与性能的工艺。1 1提高钢的力学性能提高钢的力学性能2 2改善钢的工艺性能改善钢的工艺性能钢的热处置原理钢的热处置原理根据工艺类型、工艺称号和实现工艺的加热将热处置分为：根据工艺类型、工艺称号和实现工艺的加热将热处置分为：1、整体热处置、整体热

19、处置2、外表热处置、外表热处置外表淬火、气相堆积外表淬火、气相堆积3 3、化学热处置：渗碳、氮化、碳氮共渗、化学热处置：渗碳、氮化、碳氮共渗退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火1.5 钢的热处置钢的热处置热处置的实际根据热处置的实际根据1.5 钢的热处置钢的热处置钢的退火与正火1、概念：将钢加热到适当温度，坚持一定时间，然后在炉中缓慢地冷却的热处置工艺。2、目的： 1降低硬度，提高塑性，改善加工性能； 2细化晶粒，消除组织缺陷； 3消除内应力 。1.5 钢的热处置钢的热处置3、分类： 根据钢的成分和处置目的的不同，可分为完全退火、球化退火和去应力退火。1完全退火 1、定义：将钢加热Ac

20、3以上3050C,完全奥氏体后，保温一定时间随之缓慢冷却到500C以下，出炉空冷。 2、目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，以利于切削加工。 3、适用范围：亚共析钢型材。1.5 钢的热处置钢的热处置2球化退火 1、定义：将钢加热到Ac1以上2030 C,保温后随炉缓冷至600 C，出炉空冷。 2、目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能。 3、适用范围：主要用于过共析钢及合金工具钢。1.5 钢的热处置钢的热处置3去应力退火 1、定义：将钢加热到500-600 C,保温后随炉缓冷至200-300 C出炉空冷。又称低温退火。 2、目的：消除铸件、锻件和焊接件的内应力 。没有发生组织变化 3、适

21、用范围：用于一切的钢。1.5 钢的热处置钢的热处置二、钢的正火二、钢的正火1、概念： 将钢件加热到Ac3或Accm线以上3050 C ，保温适当的时间后，在空气中冷却的热处置工艺。2 2、目的：、目的： 1 1对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度，改善加对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度，改善加工性能；工性能； 2 2对中碳钢，可提高硬度和强度，作为最终热对中碳钢，可提高硬度和强度，作为最终热处置；处置； 3 3对高碳钢，可为球化退火作预备对高碳钢，可为球化退火作预备 。1.5 钢的热处置钢的热处置退火与正火的加热温度范围退火与正火的加热温度范围1.5 钢的热处置钢的热处置n 正火和退火比较:n正火的冷

22、却速度稍快一些，正火组织比较细，n 其硬度高，强度高；n操作简便，消费周期短，能耗少。n 选择:n普通情况下，优先思索采用正火；n当零件复杂时，那么用退火；n正火作为较重要零件的预先热处置n 正火球化退火或淬火n正火作为普通零件的最终热处置。2 2、目的：、目的： 提高钢的硬度、强度和耐磨性并坚持足提高钢的硬度、强度和耐磨性并坚持足够的韧性。够的韧性。1 1、概念：、概念： 将钢件加热到将钢件加热到Ac3Ac3或或Ac1Ac1以上某一温度，坚以上某一温度，坚持一定时间后，快速冷却的热处置工艺。持一定时间后，快速冷却的热处置工艺。 1.5 钢的热处置钢的热处置3 3、淬火剂：水、矿物油、盐水和碱

23、水等。、淬火剂：水、矿物油、盐水和碱水等。 为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形和开裂，必需采用已有的淬火介质再配以各种冷和开裂，必需采用已有的淬火介质再配以各种冷却方法才干处理。通常的淬火方法包括单液淬火、却方法才干处理。通常的淬火方法包括单液淬火、双液淬火、分级淬火等，如下图。双液淬火、分级淬火等，如下图。4. 4. 淬火方法淬火方法: :1.5 钢的热处置钢的热处置4 4、淬火方法：、淬火方法： 1 1单液淬火：将加热后的零件投入一种单液淬火：将加热后的零件投入一种 冷却冷却 剂中冷却至室温。剂中冷却至室温。 特点：操作简单，容易实现自动化。特点：

24、操作简单，容易实现自动化。 2 2双液淬火：先水后油，或先油后空气。双液淬火：先水后油，或先油后空气。 特点：可防止变形与开裂。特点：可防止变形与开裂。 3 3分级淬火：先放入一定温度的盐浴或碱浴中，分级淬火：先放入一定温度的盐浴或碱浴中，再空冷。再空冷。 特点：有效减小内应力，防止变形与开裂；特点：有效减小内应力，防止变形与开裂； 但只适于小尺寸工件。但只适于小尺寸工件。1.5 钢的热处置钢的热处置四、钢的回火1 1、回火的概念：、回火的概念： 将淬火后钢件再加热到将淬火后钢件再加热到Ac1Ac1以下的某一温以下的某一温度，保度，保 温一定时间后，然后冷却到室温的热温一定时间后，然后冷却到室

25、温的热处置工艺处置工艺 。2、回火的目的： 降低淬火钢的脆性，提高韧性，调整硬度，消除内应力，稳定工件的尺寸，获得所需求的力学性能。1.5 钢的热处置钢的热处置3、回火的种类按回火温度的不同，回火可分以下三种：低温回火：150 C 250 C 中温回火：350 C 500 C 高温回火：500 C 650 C 1.5 钢的热处置钢的热处置1、低温回火150250C 目的：坚持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应 力,减少钢的脆性。硬度为58-64HRC。 主要用于：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火 件和外表淬火件。 2、中温回火350500C 目的：获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。

26、又称弹性处置。硬度为35-45HRC. 主要用于：弹性零件及热锻模具等。 3、高温回火500650C 目的：获得良好的综合力学性能。 又称调质处置。硬度为25-35HRC. 主要用于：各种重要构造零件如螺栓、齿轮及轴承。 1.5 钢的热处置钢的热处置类型类型目的目的回火回火温度硬度温度硬度用途用途低温低温回火回火保持淬火钢的高硬度保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬和高耐磨性，降低淬火应力火应力,减少钢的脆性。减少钢的脆性。150 250 C5864HRC刃具、量具、刃具、量具、模具、滚动模具、滚动轴承轴承中温中温回火回火获得高的弹性极限、获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。屈服点和较好的韧

27、性。350 500 C3550HRC弹簧弹簧高温高温回火回火获得良好的综合力学获得良好的综合力学性能。性能。500 650 C200330HBW机器中的机器中的 重重要零件（连要零件（连杆、齿轮、杆、齿轮、轴、螺栓）轴、螺栓）n 回火的种类五五 钢的外表热处置钢的外表热处置 为了兼顾零件外表和心部两种不同性能为了兼顾零件外表和心部两种不同性能要求要求, ,消费中广泛采用外表热处置的方法消费中广泛采用外表热处置的方法, ,即外表淬火和化学热处置即外表淬火和化学热处置. .1 1、外表淬火、外表淬火 1)1)、概念：指仅改动钢的表层组织的部、概念：指仅改动钢的表层组织的部分热处置工艺。分热处置工艺。 1.5 钢的热处置钢的热处置 2)、种类 火焰加热外表淬火 ： 用氧乙炔火焰放射到工件外表，使其被快速加热到淬火温度，并立刻喷水冷却的操作方法。 适用于含C 0.35%0.7%的中碳钢和中碳合金钢，如45，40Cr。 感应加热外表淬火 ： 用一定频率的感应电流使工件外表被快速加热到淬火温度，并立刻喷水冷却的操作方法。 适用于含C 0.4%0.5%的中碳钢和中碳合金钢，如40，40Cr。1.5 钢的热处置钢的热处置六 钢的化学热处置引言 1、概念：将钢置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表