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(shū)的目的機(jī)械工程材料是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),用它來(lái)制造各種產(chǎn)品,滿(mǎn)足人類(lèi)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(guó)是世界上最早使用金屬材料及熱處理技術(shù)的國(guó)家之一。三、本書(shū)的內(nèi)容及特點(diǎn)本書(shū)的主要內(nèi)容包括金屬的性能、金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、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(jìng)爭(zhēng)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(lái)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(guò)程中反映出來(lái)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(chēng)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(duì)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(guò)程中所受的外力稱(chēng)為載荷。 1.拉伸試樣在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中,對(duì)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(zhǎng)曲線力-伸長(zhǎng)曲線是指拉伸試驗(yàn)中記錄的拉伸力F與試樣伸長(zhǎng)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(zhǎng)曲線(1)oe彈性變形階段在力-伸長(zhǎng)曲線圖中,oe段為一斜直線,說(shuō)明在該階段試樣的伸長(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)Fe再卸載時(shí),彈性變形消失,一部分變形被保留下來(lái),即試樣不能恢復(fù)原來(lái)的形狀及尺寸,這種不能隨拉伸力的去除而消失的變形稱(chēng)

4、為塑性變形。(3)sb冷變形強(qiáng)化階段屈服后,試樣開(kāi)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(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象。圖1-3鑄鐵的力-伸長(zhǎng)曲線3.強(qiáng)度指標(biāo)(1)屈服點(diǎn)在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中,拉伸力不增加(保持恒定),試樣仍然能繼續(xù)伸長(zhǎng)(變形)時(shí)的應(yīng)力稱(chēng)為屈服點(diǎn),用符號(hào)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(chēng)為抗拉強(qiáng)度,用符號(hào)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(zhǎng)率試樣拉斷后,標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距的百分比稱(chēng)為伸長(zhǎng)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(chēng)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(cè)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(cè)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(cè)定的硬度數(shù)值標(biāo)注在符號(hào)HBS(HBW)的前面,符號(hào)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(duì)試樣表面損傷小,可用來(lái)測(cè)定成品、半成品或較薄工件的硬度;試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便,可直接從刻度盤(pán)上讀出硬度值;由于采用不同的硬度標(biāo)尺,洛氏硬度的測(cè)試范圍大,能測(cè)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(cè)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(cè)定的,而許多零件和工具在工作過(guò)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(cè)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(pán)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(guó)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(guò)程中,對(duì)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(guò)程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力稱(chēng)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(chēng)為鍛造性能。三、焊接性能焊接性能是指金屬對(duì)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(mǎn)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(cè)量方法;分析圖1-13HB3000型布氏硬度計(jì)簡(jiǎn)圖1手輪2工作臺(tái)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(cè)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(lèi)?3.什么是強(qiáng)度?其常用性能指標(biāo)有哪些?各用什么符號(hào)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(hào)表示?5.伸長(zhǎng)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.