金屬材料與熱處理第一章---金屬的性能課件

1、第一章 金屬的性能 主編緒論一、學(xué)習(xí)本書的目的機(jī)械工程材料是人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),用它來制造各種產(chǎn)品,滿足人類生產(chǎn)和生活中的各種需要。二、金屬材料及熱處理的發(fā)展史我國是世界上最早使用金屬材料及熱處理技術(shù)的國家之一。三、本書的內(nèi)容及特點(diǎn)本書的主要內(nèi)容包括金屬的性能、金屬學(xué)基礎(chǔ)知識、鋼的熱處理原理及熱處理工藝、常用金屬材料等。第一章金屬的性能金屬材料由于具有許多良好的性能,在機(jī)械制造業(yè)中,廣泛地用于制造生產(chǎn)和生活用品。為了能夠合理地選用金屬材料,設(shè)計(jì)、制造出具有競爭力的產(chǎn)品,必須了解和掌握金屬材料的性能。金屬材料的性能分為使用性能和工藝性能。使用性能是指金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來的性能,

2、它包括力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能;工藝性能是指金屬材料在制造加工過程中反映出來的各種性能,如鑄造性能、鍛造性能等。金屬的力學(xué)性能是指金屬在力作用下所顯示與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的性能。彈性是指物體在外力作用下改變其形狀和尺寸,當(dāng)外力卸除后物體又恢復(fù)到其原始形狀和尺寸的特性。應(yīng)力是指物體受外力作用后所導(dǎo)致物體內(nèi)部之間相互作用的力(稱為內(nèi)力)與截面積的比值。應(yīng)變是指由外力所引起的物體原始尺寸或形狀的相對變化,通常以百分?jǐn)?shù)(%)表示。第一節(jié)金屬的力學(xué)性能 金屬材料在加工及使用過程中所受的外力稱為載荷。 1.拉伸試樣在國家標(biāo)準(zhǔn)中,對拉伸試樣的形狀、尺寸及加工要求均有明確的規(guī)定,通常

3、采用圓柱形拉伸試樣,如圖1-1所示。一、強(qiáng)度圖1-1圓柱形拉伸試樣a)拉伸前b)拉斷后2.力-伸長曲線力-伸長曲線是指拉伸試驗(yàn)中記錄的拉伸力F與試樣伸長量l之間的關(guān)系曲線,一般由拉伸試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)繪出。圖1-2低碳鋼的力-伸長曲線(1)oe彈性變形階段在力-伸長曲線圖中,oe段為一斜直線,說明在該階段試樣的伸長量l與拉伸力F之間成正比例關(guān)系,當(dāng)拉伸力F增加時(shí),試樣的伸長量l隨之增加,去除拉伸力后試樣完全恢復(fù)到原始的形狀及尺寸,表現(xiàn)為彈性變形。(2)es屈服階段當(dāng)拉伸力不斷增加,超過Fe再卸載時(shí),彈性變形消失,一部分變形被保留下來,即試樣不能恢復(fù)原來的形狀及尺寸,這種不能隨拉伸力的去除而消失的變形稱

4、為塑性變形。(3)sb冷變形強(qiáng)化階段屈服后,試樣開始出現(xiàn)明顯的塑性變形。(4)bk縮頸與斷裂階段當(dāng)拉伸力達(dá)到Fb時(shí),試樣上某個(gè)部位的截面發(fā)生局部收縮,產(chǎn)生“縮頸”現(xiàn)象。工程上使用的金屬材料,大多沒有明顯的屈服現(xiàn)象。圖1-3鑄鐵的力-伸長曲線3.強(qiáng)度指標(biāo)(1)屈服點(diǎn)在拉伸試驗(yàn)過程中,拉伸力不增加(保持恒定),試樣仍然能繼續(xù)伸長(變形)時(shí)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn),用符號s表示,單位為MPa。(2)抗拉強(qiáng)度試樣在拉斷前所承受的最大應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度,用符號b表示,單位為MPa。二、塑性塑性是指金屬材料在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。1.伸長率試樣拉斷后,標(biāo)距的伸長量與原始標(biāo)距的百分比稱為伸長率。2.斷面收縮率試樣

5、拉斷后,縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比稱為斷面收縮率。圖1-4布氏硬度試驗(yàn)原理圖三、硬度硬度是衡量金屬軟硬程度的一種性能指標(biāo),是指金屬抵抗局部變形,特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。1.布氏硬度(1)測試原理使用一定直徑的球體(淬火鋼球或硬質(zhì)合金球),以規(guī)定的試驗(yàn)力壓入試樣表面,經(jīng)規(guī)定的保持時(shí)間后,去除試驗(yàn)力,測量試樣表面的壓痕直徑,然后計(jì)算其硬度值,如圖1-4所示。布氏硬度值是指球面壓痕單位表面積上所承受的平均壓力。表1-1布氏硬度試驗(yàn)的技術(shù)條件(2)表示方法布氏硬度的表示方法是,測定的硬度數(shù)值標(biāo)注在符號HBS(HBW)的前面,符號后面按球體直徑、試驗(yàn)力、試驗(yàn)力保持時(shí)間(1

6、015s不標(biāo)注)的順序,用相應(yīng)的數(shù)字表示試驗(yàn)條件。例如:175HBS10/1000/30,表示用直徑10mm的淬火鋼球,在9807N試驗(yàn)力的作用下,保持30s時(shí)測得的布氏硬度值為175。(3)適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)布氏硬度主要適用于測定灰鑄鐵、非鐵金屬及退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的鋼材等材料的硬度。布氏硬度試驗(yàn)時(shí)的試驗(yàn)力大,球體直徑大,因而獲得的壓痕直徑也大,能在較大范圍內(nèi)反映被測金屬的平均硬度,試驗(yàn)結(jié)果比較準(zhǔn)確。2.洛氏硬度(1)測試原理洛氏硬度試驗(yàn)是用錐頂角為120的金剛石圓錐體或直徑為1.588mm的淬火鋼球作壓頭,圖1-5洛氏硬度試驗(yàn)原理圖(2)常用洛氏硬度標(biāo)尺及其適用范圍由于試驗(yàn)時(shí)選用的壓頭和總

7、試驗(yàn)力的不同,洛氏硬度的測量尺度也就不同,常用的洛氏硬度標(biāo)尺有A、B、C三種,其中C標(biāo)尺應(yīng)用較為廣泛。表1-2常用洛氏硬度的試驗(yàn)條件和應(yīng)用范圍(3)優(yōu)缺點(diǎn)洛氏硬度試驗(yàn)壓痕較小,對試樣表面損傷小,可用來測定成品、半成品或較薄工件的硬度;試驗(yàn)操作簡便,可直接從刻度盤上讀出硬度值;由于采用不同的硬度標(biāo)尺,洛氏硬度的測試范圍大,能測量從極軟到極硬各種金屬的硬度。3.維氏硬度維氏硬度的測試原理,如圖1-6所示。圖1-6維氏硬度試驗(yàn)原理圖四、沖擊韌度強(qiáng)度、塑性、硬度等力學(xué)性能指標(biāo)是在靜載荷作用下測定的,而許多零件和工具在工作過程中,往往受到?jīng)_擊載荷的作用,如沖床的沖頭、鍛錘的錘桿、風(fēng)動(dòng)工具等。夏比沖擊試驗(yàn)

8、是在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的,利用的是能量守恒原理。1.測試原理圖1-7夏比沖擊試驗(yàn)原理圖1擺錘2試樣3機(jī)架4刻度盤2.沖擊試樣為了使夏比沖擊試驗(yàn)的結(jié)果可以互相比較,沖擊試樣必須按照國家標(biāo)準(zhǔn)制作,如圖1-8所示。圖1-8沖擊試樣a)U型缺口試樣b)V型缺口試樣3.韌脆轉(zhuǎn)變溫度金屬的沖擊吸收功與沖擊試驗(yàn)時(shí)的溫度有關(guān)。圖1-9沖擊吸收功-溫度曲線4.多次沖擊試驗(yàn)圖1-10多次沖擊試驗(yàn)示意圖五、疲勞強(qiáng)度1.疲勞現(xiàn)象許多機(jī)械零件都是在循環(huán)載荷的作用下工作的,如曲軸、齒輪、彈簧、各種滾動(dòng)軸承等。2.疲勞強(qiáng)度疲勞斷裂是在循環(huán)應(yīng)力作用下,經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后發(fā)生的。第二節(jié)金屬的工藝性能工藝性能是指金屬在制造各種

9、機(jī)械零件或工具的過程中,對各種不同加工方法的適應(yīng)能力,即金屬采用某種加工方法制成成品的難易程度。它包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能等。例如,某種金屬材料用鑄造成形的方法,容易得到合格的鑄件,則該種材料的鑄造性能好。工藝性能直接影響零件的制造工藝和質(zhì)量,是選擇金屬材料時(shí)必須考慮的因素之一。一、鑄造性能金屬在鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力稱為鑄造性能。 二、鍛造性能金屬利用鍛壓加工方法成形的難易程度稱為鍛造性能。三、焊接性能焊接性能是指金屬對焊接加工的適應(yīng)能力,即在限定的施工條件下被焊接成按規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件,并滿足預(yù)定使用要求的能力。四、切削加工性能切削加工性能是指

10、金屬在切削加工時(shí)的難易程度。第三節(jié)金屬的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)一、硬度實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠际嫌捕扔?jì)和洛氏硬度計(jì)的構(gòu)造及使用方法;初步掌握各種金屬硬度的測量方法;分析圖1-13HB3000型布氏硬度計(jì)簡圖1手輪2工作臺3試樣4壓頭5指示燈6砝碼7緊壓螺釘2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料3.實(shí)驗(yàn)步驟4.實(shí)驗(yàn)報(bào)告二、沖擊實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鉀_擊試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造及使用方法;初步掌握各種金屬?zèng)_擊韌度的測量方法;分析碳鋼的沖擊韌度與其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料3.實(shí)驗(yàn)步驟4.實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.什么是金屬的力學(xué)性能?金屬的力學(xué)性能包括哪些?想一想2.根據(jù)作用形式不同,載荷分為哪幾類?3.什么是強(qiáng)度?其常用性能指標(biāo)有哪些?各用什么符號表示?4.什么是塑性?其常用性能指標(biāo)有哪些?各用什么符號表示?5.伸長率與斷面收縮率,哪一個(gè)性能指標(biāo)能更真實(shí)地反映金屬的塑性?6.