造型材料與工藝-金屬材料

1、第二章第二章 金屬材料金屬材料金屬材料的簡單介紹 金屬是一種具有光澤(即對可見光強(qiáng)烈反射)、富有延展性、容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性質(zhì)的物質(zhì)。金屬的上述特性都跟金屬晶體內(nèi)含有自由電子有關(guān)。 金屬材料是廣泛應(yīng)用的一種材料。第一節(jié) 金屬材料的基本知識一、金屬材料的主要性能1、機(jī)械性能 彈性 剛度 塑性 強(qiáng)度 硬度動(dòng)載荷、沖擊特性交變載荷 軸、齒輪、彈簧、連桿2、物理與化學(xué)性能 物理性能：比重、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性等化學(xué)性能：抗蝕性、抗氧化性3、工藝性能 材料適應(yīng)加工和工藝處理要求的能力。 鑄造性能 鍛造性能 焊接性能 切削加工性能二、金屬及合金的結(jié)構(gòu)和結(jié)晶為什么不同的金屬有不同的性質(zhì)？ 比較 純鐵

2、F 純鋁L3 純銅T2 45鋼 LY11 H62為什么含碳量的高低可以改變鋼材的性能？ 20鋼 45鋼 T8工具鋼為什么鋼材經(jīng)過熱處理會有不同的特性？ 退火、調(diào)質(zhì)、淬火、滲碳1、金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 決定金屬性質(zhì)的因素是金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)金屬的晶體靠金屬鍵結(jié)合，使金屬原子按一定次序排列作有規(guī)律的排列。從而形成晶格。按晶格結(jié)構(gòu)的不同形式，可以分為：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。（1）體心立方晶格 特點(diǎn)：硬，不易變形，延展性差鉻、鉬、鎢、釩（2）面心立方晶格 特點(diǎn)：軟，易變形，塑性大鋁、銅、鎳、鉛（3） 密排六方晶格 特點(diǎn)：軟，易變形鈹，鎂，鋅，鎘絕大多數(shù)的金屬晶體具有上述三種晶格，但是有金屬在

3、不同的溫度下，會有不同的晶格，如鐵、錳、錫、鈦、鋁等，這就是同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。2、金屬的結(jié)晶過程1、金屬的結(jié)晶過程（1） 結(jié)晶的概念：液態(tài)金屬固態(tài)晶體的過程原子的聚集狀態(tài)從不規(guī)則排列到按一定幾何形狀作有序排列的過程。（2） 結(jié)晶的過程溫度低原子活動(dòng)弱聚集成晶核吸附周圍原子成長形成晶粒液體消失晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)規(guī)則排列， 兩個(gè)晶粒之間不規(guī)則晶粒的大小與冷卻速度（過冷度）有關(guān)，晶粒的粗細(xì)影響 晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高等綜合性能好。3、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變固態(tài)范圍內(nèi)，因溫度的變化，金屬原子重排，晶格結(jié)構(gòu)改變 15350C 13900C 9100C L-Fe -Fe - Fe -Fe 液態(tài) 體心立方 面心立方 體心立方伴隨著

4、同素異構(gòu)的轉(zhuǎn)變，金屬的能量變化，體積變化，內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生晶格的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的作用，主要用于熱處理，以改善鋼材的性能4、合金的概念 純金屬的缺點(diǎn)：品種少，提煉困難，機(jī)械性能不能滿足需求，所以要合金來補(bǔ)充。合金的基本概念 一種金屬加入另外一種或幾種金屬或非金屬，經(jīng)過熔合而組成，具有金屬特性的材料。 元：組成合金的最基本物質(zhì) 純元素 穩(wěn)定的化合物 碳鋼 Fe 和C 或 Fe3C 硬鋁合金 Al、Cu和Mg 相：具有統(tǒng)一化學(xué)成分和晶格結(jié)構(gòu)的均勻部分 單相和多相合金5、合金的結(jié)構(gòu)合金中存在多種原子，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，原子之間相互作用，生成不同的相。按合金相結(jié)構(gòu)的不同分為三種類型：固溶體、金屬化合物、機(jī)械混合物

5、固溶體 各組元之間相互溶解而形成的一種成分和性質(zhì)均勻的新晶體。如鐵素體F (C, -Fe ) 含碳量為0.02%金屬化合物 各組元之間相互作用而形成的一種具有特殊晶格和明顯金屬特性的物質(zhì)。如滲碳體 Fe3C含碳量為6.67% 機(jī)械混合物 兩種以上的相在一起，既不溶解也不形成化合物，只是按一定比例相互混合型成的新物質(zhì)如珠光體P (鐵素體與滲碳體的混合)滲碳體鐵素體 鐵碳合金的基本組織鐵碳合金由鐵和碳兩種元素組成合金碳鋼和鑄鐵基本組織：固溶體，金屬化合物，機(jī)械混合三種形式1、鐵素體（F） (C,-Fe ) 2、奧氏體（A） (C, -Fe ) 3、滲碳體（ Fe3C ）鐵索體 滲碳體4、珠光體（P

6、） (F+ Fe3C) 5、萊氏體（Ld） (A + Fe3C) 6、馬氏體（A） (C, -Fe ) 過飽和低溫萊氏體馬氏體萊氏體 珠光體馬氏體合金相圖來歷： 在平衡狀態(tài)下，不同的含碳量在冷卻時(shí)會產(chǎn)生的不同的冷卻線，把各臨界點(diǎn)連接起來而形成的圖。金相圖中的各條線是內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)界線，所以，也稱為相線。金相圖的作用：直觀的了解不同溫度和成分下合金的平衡相或組織的組成情況，知道溫度或成分發(fā)生變化時(shí)，合金的組成相或組織的變化過程和規(guī)律。六種典型合金的結(jié)晶過程分析關(guān)鍵點(diǎn)：0.02% 0.8% 2.06% 4.3%共析鋼（含碳量0.8% ）亞共析鋼（含碳量0.02% 0.8% 2.06% 4.3%

7、 ）亞共晶白口鐵 鋼的熱處理熱處理的定義和目的鋼的熱處理時(shí)將各種不同成分的鋼，在固態(tài)下通過適當(dāng)?shù)募訜帷⒈睾屠鋮s，以改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需性能的一種加工工藝。熱處理不僅可改進(jìn)鋼的加工工藝性能，更重要的是它可以顯著地提高鋼的機(jī)械性能，增加機(jī)器零件的壽命。鋼的熱處理原理1、鋼的臨界溫度 在非平衡條件下，臨界溫度有滯后現(xiàn)象。加熱時(shí)臨界溫度比平衡圖高一些，冷卻時(shí)臨界溫度比平衡圖低一些。鋼的晶格在不同溫度下，具有不同的結(jié)構(gòu)，具有不同的性能。在室溫下，碳鋼中鐵素體和滲碳體構(gòu)成加熱到相應(yīng)溫度以上時(shí)，使其組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體，從而獲得所需要的性能。 奧氏體晶核出現(xiàn)在鐵素體與滲碳體片層的交界面上-成

8、長-溶解鐵素體和滲碳體-均勻奧氏體，其過程如圖影響因素：（1） 溫度（2） 原始組織（3） 加熱速度奧化速快（1） 高溫（2） 含碳量高（3） 相界面的數(shù)量多（4） 加熱速度快均勻晶粒，溫度不宜過高，保溫不宜過長。 1 普通熱處理：（1） 退火，加熱，保溫，爐內(nèi)冷卻，接近平衡狀態(tài)組織。A、完全退火AC320-600C。B、球化退火AC320-400C 。C、去應(yīng)力退火、低溫（2）正火AC350-1000C。空氣中冷卻（3）淬火AC350-1000C。油水、鹽水、速冷馬氏體（4） 回火、淬火再加熱，再降溫。2 表面熱處理：（1） 表面淬火。（2） 化學(xué)處理、滲碳、滲氮、碳氮共滲。淬火滲碳淬火退火

9、第二節(jié) 鋼鐵材料一、碳鋼1、鋼的牌號普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q195 Q215 Q235 Q275屈服點(diǎn)l注明機(jī)械性能，不標(biāo)化學(xué)成分，不進(jìn)行熱處理l不注明機(jī)械性能，標(biāo)化學(xué)成分，進(jìn)行熱處理l特殊，既注明機(jī)械性能，又標(biāo)化學(xué)成分優(yōu)質(zhì)碳素鋼 含碳量的萬分?jǐn)?shù)碳素工具鋼 含碳量的千分?jǐn)?shù)2、鋼材的類別、品種表型材型材l二、合金鋼l原因 碳鋼不能滿足需要l編號 數(shù)字+合金符號+數(shù)字（小于1.5%的不標(biāo)）l用途 結(jié)構(gòu)、工具、特殊用途三、鑄鐵1.白口鐵。鐵素體有少量的碳。2.灰口鑄鐵。（1）特點(diǎn)。三個(gè)最 最便宜、最方便、最廣泛 強(qiáng)度、現(xiàn)代化，但具有優(yōu)良的鑄造性能，耐磨性 切削加工性，減震性，低的缺口敏感性，（2）內(nèi)因 石

10、墨的分布（3）標(biāo)號HT250， 數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度 3、球墨鑄鐵l特點(diǎn) 強(qiáng)度高，耐沖擊，易鑄造l原因 球狀石墨團(tuán) QT70-2 前抗拉強(qiáng)度，后延展率4、可鍛鑄鐵 白口鐵可鍛化退火，形成絮狀的石墨 KTH50-4 KTZ50-4前抗拉強(qiáng)度，后延展率5、蠕墨鑄鐵一、鋁的生產(chǎn) 鋁礦石 氧化鋁 純鋁二、純鋁 1、物理性質(zhì) 銀白色、比重小、導(dǎo)電性好、易鈍化； 面心立方晶格，塑性好、收縮率大，鑄造性能差。 2、鋁的分類與編號 高純鋁 1AXX 純鋁99.XX% 1A85 1A90 1A93 1A97 1A99 LG1 LG2 LG3 LG4 LG5 工業(yè)純鋁1AXXA 1A70A 1A60A 1A50A L

11、1 L2 L3第二節(jié) 鋁及鋁合金三、鋁合金 1、特點(diǎn)：固溶體 2、鑄造鋁合金 ZL101 鋁硅合金1 活塞、氣缸頭、氣缸套、扇葉 鋁銅合金2 塑性好，變形鋁合金 鋁鎂合金3 耐腐蝕的鑄件 鋁鋅合金4 醫(yī)療器械、儀器儀表、日常用品 3、變形鋁合金 可以冷熱加工變形防銹 3A21 5A02 5A05 5A06硬鋁 2A11 多元素，易熱處理強(qiáng)化超硬 鋅銅鎂多元素合金鍛鋁 鎂硅銅多元素合金 6A02 熱鍛、耐蝕性好 2A50 2A14 時(shí)效處理增強(qiáng)，不耐蝕可焊性差 2A70 2A80 2A90 是含有Fe、Ni的耐熱鍛鋁1xxx純鋁2xxx銅3xxx錳4xxx硅5xxx鎂6xxx鎂硅7xxx鋅8xx

12、x其他9xxx備用鋁合金的牌號鋁合金的品種規(guī)格板、棒、型、線、箔材鋁型材的用途 電料、電源插座的殼體、軌道燈、鎮(zhèn)流器、座位的滑槽、骨架、原材料、裝飾：門窗等 方便易用，并適合單體小批量生產(chǎn)，加工容易鋁合金型材的連接塞角、角鋁、自攻絲第三節(jié) 其他金屬材料一、銅及銅合金純銅、紫銅牌號，為T1,T2,T3,T4. 數(shù)字越大，純度越低2號銅就T2性質(zhì)：導(dǎo)電性極好，導(dǎo)熱性 極好的塑性，銅絲、銅箔 鑄造性能較差洛陽銅加工廠，鋁鎂分廠，板帶，管棒，熔鑄銅合金黃銅 銅鋅合金 H+數(shù)字，數(shù)字表示銅含量的百分?jǐn)?shù) 良好的機(jī)械性能、耐蝕、工藝性好 用途：機(jī)械零件、裝飾用品、電器元件等領(lǐng)域特殊黃銅，鋁鐵硅錳鉛錫 Hsn

13、62-1 含有1%的錫青銅銅錫合金或其他，Al、Si、Be、Mn、Pb等。5-7.Sn%，面心，適合壓力加工。10%，只能鑄造，出現(xiàn)Cu3Sn8(體心)耐腐蝕，耐磨。軸瓦，軸套，蝸輪鈹青銅 適合做彈簧及彈性零件鋁青銅 強(qiáng)度高，耐磨，耐蝕用途：齒輪，船舶用白銅銅、鎳合金，具有較高的電阻，如電熱器，電工用在裝飾中用的多為板、條產(chǎn)品：板、管、棒電器：條、絲、帶、片 二、其他金屬與合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金錫及錫合金金屬材料的一般選用原則機(jī)械性能指標(biāo)l計(jì)算應(yīng)力與標(biāo)注應(yīng)力強(qiáng)度比差l實(shí)際材料變形的選用l硬度值與強(qiáng)度之間的關(guān)系材料的工藝性能l鑄造性能l鍛造性能l焊接性能l機(jī)械加工性能l熱處理工藝性 碳鋼，鍛、機(jī)、加好，熱處理差，強(qiáng)度低。 合金鋼，鍛、機(jī)、加不好，熱處理好，強(qiáng)度高。材料的經(jīng)濟(jì)性l價(jià)格、規(guī)格統(tǒng)一、貨源使用環(huán)境 作業(yè)講評每人找20種不同的材料，介紹該材料的性能及應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)課：自行車拆裝材料準(zhǔn)備：每組備自行車一輛。工具：為每組提供一套工具每組6人 2人負(fù)責(zé)自行車的拆裝， 2人負(fù)責(zé)記錄拆裝順序及繪制零件草圖， 2人負(fù)責(zé)分