金屬材料與熱處理

如文檔對您有幫助，，感謝！金屬材料與熱處理第一章金屬材料與熱處理學(xué)和力學(xué)性能，而且還具有較簡潔的成形方法和良好的成形工藝性能，因此，金屬材料在機(jī)械設(shè)備中所占的比例約在80％以上：或轉(zhuǎn)變外表成分和組織來轉(zhuǎn)變其性能的一種熱加工工藝。第一節(jié)金屬材料的主要性能性能。使用性能包括力學(xué)性能和物理、化學(xué)性能。工藝性能則是指金屬是否易于加工成形的性能。它們是進(jìn)展設(shè)計、選材和制定工藝的依據(jù)。一、力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能是指金屬在外力作用’F所表現(xiàn)出來的特性。強(qiáng)度強(qiáng)度是指金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的力量試驗測定的。圖1-1為低碳鋼材料試樣的拉伸曲線。σe限是指金屬材料保持彈性變形時的最大應(yīng)力。σe=Pe/Fo(MPa)式中：戶?！獜椥詷O限載荷，N；Fo-試樣原始截面積，咄2。連續(xù)產(chǎn)生塑性變形，這一現(xiàn)象稱為屈服現(xiàn)象。屈服極限是指金屬材料開頭發(fā)生屈服現(xiàn)象時的應(yīng)力。σs=PS/Fo(MPa)式中：Ps——產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的載荷，N。0．2％塑性變形時的應(yīng)力作為屈服極限，用0.2表示，稱為條件屈服極限。絕大多數(shù)機(jī)器零件在使用過程中不允許產(chǎn)生明顯的塑性變形，所以，屈服極限dD(o2)是設(shè)計機(jī)器零件和選擇、評定金屬材料性能的重要指標(biāo)。強(qiáng)度極限ob強(qiáng)度極限是指金屬材料在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力。ob=PD/Fo(MPa)1如文檔對您有幫助，，感謝！式中：Ph——試樣拉斷前所承受的最大載荷，N。脆性材料在拉仲試驗時02也很難測出。因此，選用脆性材料制作機(jī)器零什時，常以ob作為選材和設(shè)計的依據(jù)。塑性塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破斷的力量J和斷面收縮率扒J和滬的數(shù)值越大，表示金屬材料的塑性越好，丁程上一般把J，5％的材料稱為塑性材料，把J《5％的材料稱為脆性材料。金屬材料的塑性對零件的成形加工和使用的安全性有著重要的意義性變形順當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)成形加工。另外，拉伸試驗說明，經(jīng)過明顯塑性變形之后的金屬材料得到強(qiáng)化，因此，材料塑性好的機(jī)器零什萬一超載時，能避開突然斷裂。硬度塑性變形的力量。硬度是一個反映金屬材料彈性、塑性、韌性和強(qiáng)度等一系列物理特性的綜合力學(xué)性能指標(biāo)。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。布氏硬度布氏硬度的測定是用肯定的載荷P，將直徑0痕面積之比作為硬度值。用HB表示。布氏硬度的優(yōu)點是測量方法簡潔，數(shù)值較準(zhǔn)確，但是壓痕較大，不適宜檢查成品和太薄的零件。常用于調(diào)質(zhì)鋼、正火鋼、退火鋼和鑄鐵件，硬度范圍為HBl40—450。HB值越大，材料就越硬。洛氏硬度最常用的洛氏硬度是HRC。壓頭承受頂角120°的金剛石圓錐，載荷為1500N，依據(jù)壓痕的深度，可在硬度計上直接讀出它的硬度值。這種硬度值標(biāo)準(zhǔn)適用于調(diào)質(zhì)鋼和淬火鋼等較硬的材料，硬度范圍為HRC20-67。洛氏硬度法操作簡便、效率高、壓痕小，常用于成品檢驗。缺點是由于壓痕小讀數(shù)重復(fù)性差，故需多測幾點，取其平均值。維氏硬度維氏硬度壓頭承受面夾角為136°的金剛石四棱錐體。載荷依據(jù)不同要求從50-200N加以選擇。從硬度計上的顯微鏡測出壓痕對角線長度d，查表即可得出維氏硬度值HV。其次章鑄造成形技術(shù)加工后，才能作為機(jī)器零件使用。假設(shè)承受周密的鑄造方法或者對零件外表質(zhì)量要求不高時，鑄件也成形便利，適應(yīng)性廣造外形簡單，尤其是具有簡單內(nèi)腔的鑄件。例如，機(jī)床床身、內(nèi)燃機(jī)的缸體和缸蓋、箱體等的毛坯均為鑄件。鑄造的適應(yīng)性也很廣，可用于鑄鐵、鑄鋼、鑄銅、鑄鋁等，其中鑄鐵材料應(yīng)用最廣泛。既可2如文檔對您有幫助，，感謝！用于單件小批量生產(chǎn)，也可用于成批及大批量生產(chǎn)。本錢低廉、生產(chǎn)周期短削減了金屬材料的消耗量，并節(jié)約了切削加工的工時。鑄造生產(chǎn)不需要大型、周密的沒備，生產(chǎn)周期較短。鑄造生產(chǎn)勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)條件差，鑄件的質(zhì)量不穩(wěn)定些缺陷(如氣孔、縮孔等)，而且內(nèi)部組織粗大、不均勻，使得鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定，廢品率較高，其力和經(jīng)濟(jì)效益亦在不斷提高。第一節(jié)合金的鑄造性能造性能主要指合金的充型力量、收縮、吸氣性等。本節(jié)主要分析它們對鑄件質(zhì)量的影響，結(jié)合鑄件主聯(lián)系如圖2-1所示。一、合金的充型力量合金的充型力量是指液態(tài)合金布滿鑄型型腔，獲得外形完整、尺寸完整、輪廓清楚鑄件的力量。充型力量首先打算于液態(tài)金屬本身的流淌力量(即內(nèi)因)，同時又受鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件構(gòu)造(即外因)等因素的影響。因此，充型力量是上述各種因素的綜合反映。影響合金充型力量的主要因素有：1．合金的流淌性—合金中的氣體和熔渣的上浮和排解；易于對液態(tài)合金在凝固過程中所產(chǎn)生的收縮進(jìn)展補(bǔ)縮假設(shè)合金的合金的流淌性大小，通常以澆注的螺旋試樣長度來衡量。如圖2-2所示，螺旋上每隔50一有一個小凸點作測量計算用。在一樣的澆注條件F澆注出的試樣越長，表示合金的流淌性越好。3如文檔對您有幫助，，感謝！不同合金的流淌性不同。表2—1列出了常用鑄造合金的流淌性。由表2-1可見，灰口鑄鐵、硅黃銅的流淌性最好，鑄鋼的流淌性最差。壓力加工成形技術(shù)第一節(jié)壓力加工方法料必需具有良好的塑性。工業(yè)用鋼和大多數(shù)有色金屬及其合金均具有肯定的塑性，能在熱態(tài)或冷態(tài)F進(jìn)展壓力加工。壓力加工可生產(chǎn)出各種不同截面的型材()和各種機(jī)器零件的毛坯或成品(如軸、齒輪、汽車大梁、連桿等)?，F(xiàn)將各種壓力加工方法簡潔介紹如下。第三章4如文檔對您有幫助，，感謝！一、型材生產(chǎn)方法軋制生產(chǎn)借助于坯料與軋?zhí)抑g的摩擦力變形的加工方法稱為軋制，見圖3，1a)軋制示意圖。合理設(shè)計軋輥上的孔型，通過軋制可將金屬鋼錠加工成不同截面外形的原材料，如圖3—1b)所示，軋制出的型材。擠壓生產(chǎn)方法主要有兩種。正擠壓金屬流淌方向與凸模運(yùn)動方向相全都的稱為止擠壓，如圖3—2a)所示。反擠壓金屬流淌方向與凸模運(yùn)動方向相反的稱為反擠壓，如圖3—2b)所示。零件，如圖3-3所示。擠壓不僅適用于有色金屬及其合金，而且適用于碳鋼、合金鋼及高合金鋼。對于難熔合金，如鎢、鉬及其合金等脆性材料也能適用。依據(jù)擠壓時，金屬材料是否被加熱，擠壓又分為熱擠壓和冷擠壓。5如文檔對您有幫助，，感謝！6如文檔對您有幫助，，感謝！第四章焊接成形技術(shù)的金屬材料到達(dá)原子間的結(jié)合，從而形成我們所需要的金屬構(gòu)造。金屬構(gòu)件的連接方式有多種形式，除焊接外，常常承受的還有鉚接、粘結(jié)、螺栓連接等方式，如4-1所示，其中焊接構(gòu)件強(qiáng)度高、密封性好、工藝簡便，且可以焊接簡單的構(gòu)件。焊接方法種類很多，應(yīng)用廣泛。如在汽車、造船、鍋爐、壓力容器、橋梁、建筑、飛機(jī)制造、電子等工業(yè)部門廣泛應(yīng)用焊接技術(shù)，據(jù)估量，世界上鋼產(chǎn)量的50％—60％鋼材，要經(jīng)過焊接才能最終投入使用。4-2所示。(或不參加)填充金屬，經(jīng)冷卻結(jié)晶后形成結(jié)實的接頭，而將兩局部被焊金屬焊接成為一個整體。(加熱或不加熱)，并在壓力作用下使金屬接觸部位產(chǎn)生塑性變形或局部熔化，通過原子集中，使兩局部被焊金屬連接成一個整體。釬焊：其特點是把熔點比母材金屬低的填充金屬(簡稱釬料)熔化后，填充接頭間隙并與固態(tài)的母材相互集中從而實現(xiàn)連接的焊接方法。第一節(jié)焊條電弧焊焊條電弧焊是利用手工操縱電焊條進(jìn)展焊接的電弧焊方法7如文檔對您有幫助，，感謝！熱量，將焊件與焊條熔化，待冷卻凝固后形成結(jié)實接頭。一、焊接電弧焊接電弧是在電極與工件之間的氣體介質(zhì)中長時間而穩(wěn)定的放電現(xiàn)象量電子(或離子)流通過的導(dǎo)電現(xiàn)象。焊條電弧焊的一個電極是焊條。焊接電弧的構(gòu)造焊接電弧是由陰極區(qū)、陽極區(qū)、弧柱區(qū)三局部組成，如圖4-3所示。生的較多，約占總熱量的42％；陰極區(qū)因放出大量電子需消耗肯定能量，所以產(chǎn)生的熱量就較少，約382065％—80％的熱量用于加熱和熔化金屬，其余熱量則散失在電弧四周和飛濺的金屬液滴中。2600K2400K；電弧中心區(qū)溫度最6000～8000K。焊接電弧的極性及應(yīng)用4-4所示。正接法：如圖44a)所示，焊件接電源正極，焊條接電源負(fù)極，此時，陽極區(qū)在被焊件上，溫度較高，適用于焊接較厚的焊件。反接法：如圖44b)所示，焊件接電源負(fù)極，焊條接電源正極，此時，陽極區(qū)在焊條上，陰極區(qū)在工件上，因陰極區(qū)溫度較低，故適用于焊接較薄焊件。當(dāng)承受溝通電焊機(jī)焊接時，因電流的極性是變化的，所以兩極加熱溫度根本一樣，都在第五章粉末冶金及其成形技術(shù)粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)8如文檔對您有幫助，，感謝！和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。它既是一種生產(chǎn)特別材料的方法，又是一種少切削、無切削生產(chǎn)金屬零件的工藝，在機(jī)器制造業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。粉末冶金法與生產(chǎn)陶第一節(jié)粉末冶金材料一、金屬粉末性能金屬粉末的性能對其成形和燒結(jié)過程以及制品的性能都有重大影響可分為：化學(xué)成分、物理性能和工藝性能。化學(xué)成分金屬粉末的化學(xué)成分一般是指主要金屬或組分、雜質(zhì)以及氣體含量。金屬粉末主要金屬的純度一般不低于98％—99％。氧化物是金屬粉末中最常存在的夾雜物，可分為易被氫復(fù)原的金屬氧化物(鐵、銅、鎢、鈷、鉬等的氧化物)和難復(fù)原的氧化物(如鉻、錳、硅、鋁等的氧化物)。不管哪種氧化物都使金屬粉末的壓縮性變壞，增大壓模的磨損。但是，有時含有少量的易復(fù)原金屬氧化物，有利于金屬粉末的燒結(jié)，而難制性及其他性能變壞，特別是使一些難熔金屬與化合物(如鈦、鉻、碳化物、硼化物、硅化物)的塑性變壞。加熱時，氣體猛烈析出，這也可能影響壓坯在燒結(jié)時的正常收縮過程。因此，一些金屬粉末往物理性能粒的密度、顯微硬度等等。有顯著影響。顆粒外形通常有球狀、樹枝狀、針狀、海綿狀、粒狀、片狀、角狀和不規(guī)章狀，它主要由粉末的生產(chǎn)方法打算，同時也與制造過程的工藝參數(shù)以及物質(zhì)的分子和原子排列的結(jié)晶幾何學(xué)因素有關(guān)。金屬粉末的顆粒大小對其壓制成形時的比壓、燒結(jié)時的收縮及燒結(jié)制品的力學(xué)性能有重大影響，通常狀況下可用篩測定顆粒大小，將顆粒的大小用假設(shè)干目來表示。很大影響。工藝性能法和粉末的處理工藝(球磨、退火、加潤滑劑、制粒等)。松裝密度是指金屬粉末在規(guī)定條件下，自由流人肯定容積的容器時，單位體積松裝粉末的質(zhì)量。不同。所以松裝密度是壓模設(shè)計的一個重要參數(shù)。50z粉末從標(biāo)準(zhǔn)的流速漏斗(又稱流速計)流出所需的時間，單位為s／50go流淌性與粉末體和顆粒的性質(zhì)有關(guān)，一般講，等軸狀粉末、粗顆粒粉末流淌性好。另外，流淌性還受顆粒間黏附作用的影響，因此，顆粒外表假設(shè)吸附水分、氣體或參加成形劑會降低粉末的流淌性。粉末流淌性直接影響壓制操作的自動裝粉和壓件密度的均勻性藝性能。與顆粒的大小及外形有關(guān)。一般用在肯定壓力下壓制時獲得的壓坯密度來表示。9如文檔對您有幫助，，感謝！者用壓坯的強(qiáng)度來衡量。二、金屬粉末的制備廠按規(guī)格要求來供給，其制造方法很多，承受的有以下幾種：機(jī)械方法金屬從霧化塔上部的小?L中流出，同時噴人高壓氣體，在氣流的機(jī)械力和急冷作用下，液態(tài)金屬被霧化、冷凝成細(xì)小粒狀的金屬粉末，落人霧化塔下的盛粉桶中。物理方法獲得相應(yīng)的金屬粉末。化學(xué)方法常用的化學(xué)方法有復(fù)原法、電解法等。復(fù)原法是從固態(tài)金屬氧化物或金屬化合物中復(fù)原制取金屬或合金粉末的。鐵粉生產(chǎn)常用固體碳將其氧化物復(fù)原，鎢粉生產(chǎn)常用高溫氫氣將其氧化物復(fù)原。在特別性能(高純度、高密度、高壓縮性)要求時才使用。值得指出的是，金屬粉末的各種性能均與制粉方法有親熱關(guān)系。第六章工程塑料及其成形技術(shù)第一節(jié)工程塑料塑料是以自然或人工合成樹脂為根本成分參加各種添加劑組成的高分子材料制作機(jī)械零件或工程構(gòu)造的塑料稱為工程塑料。塑料由于具有原料廣泛、易于加工成形、價廉物美，同時具有優(yōu)良的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。因此它不僅廣泛地應(yīng)用于人們的生活之中，而且還廣泛地應(yīng)用于電子、儀器儀表、家用電器、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、化工和國防等領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，塑料的品種規(guī)格越來越多，應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。據(jù)有關(guān)資料報道，估量到2023年，世界的塑料產(chǎn)量將與鋼鐵相等。這足以說明塑料已成為重要的根底材料之一。一、高分子化合物高分子化合物是由一種或多種簡潔低分子化合物聚合而生成的分子量特別大的有機(jī)化合物的總稱，又稱為聚合物或高聚物。高分子化合物的分子量一般大于1000以上，例如聚苯乙烯的分子量為10000—30000020000～160000。高分子化合物分為自然化合物和人工合成化合物(合成材料)纖維素、蛋白質(zhì)等；人工合成化合物如塑料、合成橡膠、合成纖維等。自然化合物的應(yīng)用一般很少，人工合成化合物的應(yīng)用格外廣泛。高分子合成材料雖然是分子量很大的材料，但是它是由很多單體(低分子)用共價鍵連接(聚合)起來的大分子化合物。例如聚氯乙烯就是由氯乙烯單體聚合反響而得到的高聚物。10如文檔對您有幫助，，感謝！高聚物的構(gòu)造和聚攏態(tài)構(gòu)造共價鍵按肯定方式重復(fù)連接起來形成均聚物；共聚物是由兩種以上不同的單體鏈節(jié)聚合而成。均聚物的構(gòu)造有4種形式：線型(伸直)、線型(蜷曲)、支鏈型和網(wǎng)型，如圖6-1所示。線型高聚物的特點是可溶、可熔，即它可以溶解一些有機(jī)溶劑，加熱可以熔化?；谶@一特點，線型高聚物易于加工，可以反復(fù)使用。如聚氯乙烯、聚苯乙烯等。支鏈型高聚物的性能與線型根本一樣。網(wǎng)型高聚加工只能在形成網(wǎng)狀構(gòu)造之前進(jìn)展，—一經(jīng)形成網(wǎng)狀構(gòu)造，就不能再轉(zhuǎn)變其外形。這種高聚物具有形(酚醛、脲醛等塑料)就屬于這一類。2．3．11如文檔對您有幫助，，感謝！共聚物的高分子排列形式可分為無規(guī)章型、6-2所示。圖中將MlM2兩種不同構(gòu)造的單體分別以有斜線的圓圈和空白圓圈表示。由于共聚物能把兩種或多種不同特性的單體綜合到一種聚合物中來格外重要的意義。人們常把共聚物稱為非金屬的合金。例如汽車用的有機(jī)玻璃(聚甲苯丙烯酸甲脂)，10)t10％—15160ABS塑料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯二元共聚物。它具有強(qiáng)度高、耐熱、耐沖擊、耐油、耐腐蝕及易加工的綜合性能。第七章工業(yè)陶瓷及其成形技術(shù)第一節(jié)工業(yè)陶瓷材料一、陶瓷的概念陶瓷在傳統(tǒng)上是指陶器與瓷器，但也包括玻璃、搪瓷、耐火材料、磚瓦、水泥、石灰、石膏等無機(jī)金屬材料。由于這些材料都是用自然的硅酸鹽礦物(即含二氧化硅的化合物)，如黏土、石灰石、長石、石英、砂子等原料生產(chǎn)的，所以陶瓷材料也是硅酸鹽材料。近20年來，陶瓷材料有巨大的進(jìn)展，料一起，成為現(xiàn)代工程材料的主要支柱。二、陶瓷材料的性能定了陶瓷材料本身的性能，如電性能、熱性能、磁性能和耐腐蝕性能等；其次是組織構(gòu)造，包括相分布、晶粒大小和外形、氣孔大小和分布、雜質(zhì)、缺陷等，它們對陶瓷材料的性能影響極大。力學(xué)性能陶瓷材料的彈性模量和硬度是各類材料中最高的，比金屬高假設(shè)干倍，比有機(jī)高聚物高2—4沒有塑當(dāng)產(chǎn)生滑移時，極易造成鍵的斷裂，再加上有大量氣孔的存在，所以陶瓷材料呈現(xiàn)出很明顯的脆性特征，韌性極低。由于陶瓷內(nèi)有氣孔、雜質(zhì)和各種缺陷的存在，所以陶瓷材料的抗拉強(qiáng)度很低，抗彎強(qiáng)度很高，而抗壓強(qiáng)度格外高，這是由于在受壓時裂紋不易擴(kuò)展所致。熱性能陶瓷材料的熔點高，大多在2023％以上，具有比金屬材料高得多的抗氧化性和耐熱性，高溫強(qiáng)度好，抗蠕變力量強(qiáng)。此外，它的膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱性差，是優(yōu)良的高溫絕熱材料。但陶瓷材料的抗12如文檔對您有幫助，，感謝！熱振性低，熱疲乏性差，這是它的主要弱點之一。電性能陶瓷材料的導(dǎo)電性變化范圍很廣但不少陶瓷既是離子導(dǎo)體，又有肯定的電子導(dǎo)電性，如ZnO、NiO、PQ04等氧化物實際上是半導(dǎo)體?？梢?，陶瓷也是重要的半導(dǎo)體材料。此外，近年來消滅的超導(dǎo)材料，大多數(shù)也是陶瓷材料?；瘜W(xué)性能原子被包圍在非金屬原子的間隙中，形成穩(wěn)定的化學(xué)構(gòu)造。因此陶瓷材料具有良好的抗氧化性和不行燃燒性，即使在1000~C的高溫廠也不會被氧化。此外，陶瓷對酸、堿、鹽等介質(zhì)均具有較強(qiáng)的耐蝕性，與很多金屬熔體也不發(fā)生作用，因而是極好的耐蝕材料和坩堝材料。三、常用工業(yè)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷(一般陶瓷)占25％—30％，玻璃相占35％—60％，氣相占1％—3％以上。傳統(tǒng)陶瓷質(zhì)地堅硬，有良好的抗氧化性、耐蝕性和絕緣性。能耐肯定高溫，本錢低，生產(chǎn)工藝簡潔。但由于含有較多的玻璃相，故構(gòu)造疏松，強(qiáng)度較低，在肯定的溫度下會軟化，最高使用溫度為1200~左右。傳統(tǒng)陶瓷廣泛應(yīng)用于日用、電氣、化工、建筑等部門，如裝