金屬材料及其處理工藝基礎(chǔ)知識

金屬材料及處理工藝基礎(chǔ)知識金屬材料分類:金屬材料的分類有多種方式，有按照密度分的，價(jià)格分的…常用的是分類是把金屬材料分成黑色金屬和有色金屬兩大類。1.黑色金屬：通常指鐵，錳、鉻及它們的合金。常用的黑色材料為鋼鐵。其又分為三類：純鐵，鋼，鑄鐵。純鐵：其主要由Fe組成的，含C量在0.0218％以下，工業(yè)中很少用；鋼：含C量在0.0218%-2.3%之間的鐵碳合金（不加其他元素的稱碳素鋼，加入其他合金元素的稱合金鋼）。其又可以按照成分分類（碳素鋼，合金鋼），用途分類（軸承鋼，不銹鋼，工具鋼，模具鋼，彈簧鋼，滲碳用鋼，耐磨鋼，耐熱鋼…），品質(zhì)分類（普通鋼，優(yōu)質(zhì)鋼，高級優(yōu)質(zhì)鋼），成形方式分類（鍛鋼，鑄鋼，熱軋鋼，冷拉鋼），形式分類（板材，棒材，管材，異形鋼等）等等。鑄鐵：含C量在2.3％-6.69％之間的鐵碳合金成為鑄鐵。按石墨的形態(tài)其又可以分為灰鑄鐵，球墨鑄鐵，蠕墨鑄鐵等，石墨的不同形態(tài)和基體的配合而具有不同的性能。2.有色金屬：又稱非鐵金屬，指除黑色金屬外的金屬和合金，如銅、錫、鉛、鋅、鋁、鎳錳以及黃銅、青銅、鋁合金和軸承合金等。金屬材料的使用性能及指標(biāo)金屬材料常用的性能指標(biāo)有力學(xué)性能和物理性能。1.力學(xué)性能：金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來的各種特性，如彈性、塑性、韌性、強(qiáng)度、硬度等。強(qiáng)度:金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度是極為重要的強(qiáng)度指標(biāo)，是金屬材料選用的重要依據(jù)。強(qiáng)度的大小用應(yīng)力來表示，即用單位面積所能承受的載荷(外力)來表示，常用單位為MPa。屈服強(qiáng)度：金屬試樣在拉力試驗(yàn)過程中，載荷不再增加，而試樣仍繼續(xù)發(fā)生變形的現(xiàn)象，稱為“屈服”。產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力，即開始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力，稱為屈服點(diǎn)，用符號σs表示，單位為MPa。一般的，材料達(dá)到屈服強(qiáng)度，就開始伴隨著永久的塑性變形，因此其是非常重要的指標(biāo)?？估瓘?qiáng)度：金屬試樣在拉力試驗(yàn)時(shí)，拉斷前所能承受的最大應(yīng)力，用符號σb表示，單位為MPa。塑性：金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形(去掉外力后不能恢復(fù)原狀的變形)，但不會被破壞的能力。彈性：金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形的能力(去掉外力后能恢復(fù)原狀的變形)。伸長率：金屬在拉力試驗(yàn)時(shí)，試樣拉斷后，其標(biāo)距部分所增加的長度與原始標(biāo)距長度的百分比，稱為伸長率。用符號δ表示。伸長率反映了材料塑性的大小，伸長率越大，材料的塑性越大。韌性：金屬材料抵抗沖擊載荷的能力，稱為韌性，通常用沖擊吸收功或沖擊韌性值來度量。沖擊吸收功：試樣在沖擊載荷作用下，折斷時(shí)所吸收的功。用符號Ak表示，單位為J。硬度：金屬材料的硬度，一般是指材料表面局部區(qū)域抵抗變形或破裂的能力。根據(jù)試驗(yàn)方法和適用范圍的不同，可分為布氏硬度和洛氏硬度等多種。布氏硬度用符號HB表示，洛氏硬度用符號HRA、HRB或HRC表示，維式用HV表示。一般硬的材料打洛氏硬度，軟的材料（有色金屬，退火的鋼鐵）打布氏硬度，很小的件打維式硬度（顯微硬度）。以上指標(biāo)中，最常用幾個(gè)指標(biāo)是強(qiáng)度（σs，σb），伸長率（δ），硬度。2.物理性能：金屬材料固有的屬性，如密度，導(dǎo)電性等。金屬材料的分類使用1.鋼板（鋼帶，鋼卷）按照軋制方式分，汽車用鋼板有兩種，及熱軋鋼板和冷扎鋼板兩大類。國家有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，如GB3275中有《汽車制造用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼板和鋼帶》，也有相應(yīng)的冷軋鋼板標(biāo)準(zhǔn)，但標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容相對較松；現(xiàn)在國內(nèi)汽車廠使用的多數(shù)是鋼廠的標(biāo)準(zhǔn)，如寶鋼的冷軋標(biāo)準(zhǔn)Q/BQ403-2002。下面就其中的牌號和性能做一下簡單的解釋：冷軋鋼板：a.普通冷軋板：寶鋼現(xiàn)用的St系列（St12，St13，St14，St16等）和TL系列都是德國的牌號，其中St12，St13屬于深沖級，St14，St16屬于超深沖級，國內(nèi)根據(jù)沖壓的復(fù)雜程度又將超深沖級分為復(fù)雜(F),很復(fù)雜(HF)，最復(fù)雜(ZF)和一般，如St14,St14F,St14HF,St14ZF，他們的強(qiáng)度都相同，只是沖壓性能好些。此外，St14，St16還要O5板，st14O5，St16O5，O5是指表面無缺陷，即鋼板的標(biāo)準(zhǔn)平整，沒有坑包等缺陷，與此對應(yīng)的有O3板，即表面狀態(tài)差一些的。即BLC,BLD,BUSD,BUFD,BSUFD是來源于日本的牌號，與St12到St16基本對應(yīng)。b.鍍鋅板/鍍鋁板：鍍鋅板的主要作用就是有一定的防腐性能，但由于表面的鋅層，會給沖壓和焊接帶來一定的困難，有基體相當(dāng)于St16的DC56D+Z(St07Z)，相當(dāng)于St12的DC54D+Z(St06Z)，我們B11發(fā)動機(jī)罩內(nèi)板目前使用的就是DC56D+Z鋼板，主要的就是增加內(nèi)板的防腐性能；鍍鋁板的主要作用是隔熱，目前我們的百車身上還沒有使用，在排氣系統(tǒng)中有一些。料的顯微組織，而顯微組織又能決定材料的性能，熱處理正是通過改變材料的顯微組織而獲得必要的性能。選擇何種熱處理工藝（方式）是根據(jù)處理材料的狀態(tài)，需要的性能而定的。退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能，也有時(shí)用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其他無機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時(shí)變脆。為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當(dāng)溫度進(jìn)行長時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱為回火。淬火＋回火常常作為金屬材料的最終熱處理方式。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。不同的熱處理對應(yīng)著不同的組織，即常說的馬氏體，珠光體，奧氏體，索氏體，屈氏體等，簡單的說，它們就是C以不同方式與Fe結(jié)合。馬氏體硬度很高，塑性很差，又分低碳，中碳和高碳；珠光體具有比較好的綜合性能，奧氏體一般是高溫的組織…若按相分，只有滲碳體，鐵素體，所有的組織是他們的有機(jī)混合。鐵素體中含碳量很低（小于0.0218％），即常說的純鐵，硬度很低，塑性很高；滲碳體是Fe中含碳量為6.69％的組織，是硬而脆的相。不同的材料