第一章 绪论、金属性能.ppt

金　属　工　艺　学 工艺是指用各种原材料、半成品加工为产品的方法与过程。 金属工艺学就是用金属原材料或半成品加工机械零件的制造方法。 对于学生而言，本课程属于工程实践的必修课程，学好它，可以为今后学习其他课程打下良好基础。掌握本课程相关知识，也能够让我们了解零配件的材料特性及制造方法，对将来在机械设备的设计、改进等工作方面可以提供强有力的帮助。 绪 论 1. 课程主要内容： （1）系统介绍机械工程材料的性能、应用及改进材料性能的工艺方法； （2）各种成形工艺方法及其在机械制造中的应用和相互联系； （3）机械零件的加工工艺过程。 2. 生产方法： 3. 发展历史（材料、设备、工艺）： 公元前100万年： 石器时代 公元前3000年： 青铜器时代 公元前1000年： 铁器时代 公元0年： 水泥时代 公元1800年： 钢时代 公元1950年： 硅时代 公元1990年： 新材料时代 1996年我国钢产量超过一亿吨，变成世界第一产钢大国。这是为纪念钢产量突破一亿吨而发行的邮票。 第一章　钢铁材料及热处理 §1—1 金属及合金的性能 金属及合金的性能包括力学、物理、化学和工艺性能。它们是进行设计、选材和制定工艺的依据。 一、力学性能 力学性能是指金属材料在外力（载荷）作用下，所表现出的特性。主要包括强度、硬度、弹性、塑性和冲击韧性等。 （一） 强度 强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂的能力。 拉伸试验 从拉伸曲线中可以看出： ① 拉力F不超过Fe时，外力与变形成正比，去除拉力后，棒料恢复到原来长度，材料的变形为弹性变形。 ② 拉力F超过Fs时,拉伸曲线呈水平方向的“锯齿线”，说明拉力没有增大情况下棒料在伸长，这种现象称为“屈服”。材料屈服后，在去除拉力而棒料不能恢复到原来长度，材料的变形为塑性变形。 ③ 拉力F达到Fb时,棒料局部出现“颈缩”，棒料在颈缩处断裂。 金属强度通常以应力的形式表示： （二）塑性 塑性是指材料产生塑性变形而不发生断裂的能力。 1.断后伸长率— 试样拉断后标距的伸长量与原始标距的百分比。 2.断面收缩率—试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。 ?和?的数值越大，表示材料的塑性越好。一般把??5％的材料称为塑性材料，? 5％的材料称为脆性材料。 （三）硬度 指材料抵抗局部变形,特别是局部塑性变形、压痕和划痕的能力。 工程上常用有：布氏硬度、洛氏硬度。 1. 布氏硬度 根据压痕直径d查表确定布氏硬度值。布氏硬度值越大，材料越硬。 HBS已于2003年取消，HBW是目前用于测量布氏硬度的唯一方法。 用布氏硬度测材料的硬度值，其测试数据比较准确，但不宜测薄件、成品件或硬度较高的材料。主要用来测量灰铸铁、有色金属以及经退火、正火和调质处理的钢材。 2. 洛氏硬度 用顶角为1200的金刚石圆锥体或直径为1.588mm淬火钢球作压头，在初始试验力F1（98N）及总试验力F作用下，将压头压入试样表面，按规定保持时间后卸除主试验力，用测量的残余压痕深度增量计算硬度。 （四）冲击韧性 冲击韧性是指材料抵抗冲击荷载的能力。对于工作中承受冲击荷载的零件，不能只考虑强度，还需考虑材料的韧性。 第一章　钢铁材料及热处理 （五） 疲劳强度 疲劳强度是指材料在多次（107次或更高次数）交变载荷作用下不引起断裂的最大应力。 大小和方向不随时间变化或随时间变化缓慢的应力称为静应力；在静应力作用下，不超过弹性极限时，零件产生弹性变形，否则可能产生断裂和塑性变形。 大小和方向随时间变化的应力称为变应力；机械零件一般情况都是在变载荷作用下产生变应力。 应力随时间按一定规律周期性变化，且变化幅度保持常数的变应力称为稳定循环变应力；它分为不对称循环变应力、对称循环变应力、脉动循环变应力，其中对零件最不利的是对称循环变应力。 零件在工作过程中受到方向、大小反复变化的交变应力的作用，会在远小于强度极限σb,甚至小于屈服点σs的条件下断裂，这种现象称为疲劳断裂；疲劳断裂时不产生明显塑性变形，具有比较大的危险性。 提高疲劳强度的措施：降低零件表面粗糙度，表面强化 。 二、物理、化学性能 物理性能：密度、熔点、热膨胀系数、导热性、导电性、磁性等。 化学性能：耐腐蚀性。 三、工艺性能 工艺性能是指金属材料适应加工艺要求的能力。反应了材料加工的难易程度。 §1—2 铁碳合金及其状态图 一、碳钢 碳钢亦称碳素钢。主要由铁和碳两种元素组成的合金。主要成份是铁Fe，含C量低于2.11%。 碳钢还含有少量的硫、磷、硅、锰等杂质。影响钢的性能和品质。 含碳量越高，钢的强度和硬度越高，而塑性和韧性越低。而当含碳量超过0.9％时，使钢的强度有所降低。 （一）碳钢中的常存杂质元素及其作用 硫S和磷P ——有害元素