《金属工艺学教学课件柴增田 第1章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属工艺学教学课件柴增田 第1章（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 我国在材料生产及其 成形加工工艺技术方 面取得了辉煌的成就 原始社会后期开始 有陶器 距现在3000 多年的殷商 西周时 期 青铜冶炼达到了 世界高峰 河南安阳 发掘出的 司母戊 大方鼎和湖北江陵楚 墓中埋藏2000多年仍 金光闪闪的越王勾践 宝剑 都反映了我国 古代青铜冶炼和铸造 成形的高超技艺 思母毋方鼎 绪论 古剑 新材料的应用 新型聚合物改性水泥混凝土改善水泥混凝土脆性 它既 具有有机材料的柔韧性 又具有无机材料的强度高 热稳定 性 水稳定性 抗老化性 耐久性好的优点 既具有水泥混 凝土路面的高强度 又具有沥青路面的高柔韧性 用新型混 合物改性水泥混凝土修筑的路面是一种既不同于普通水
2、泥混 凝土刚性路面 又不同于沥青柔路面的新型路面 它综合了 水泥混凝土路面与沥青路面的优点又各去其缺点 车身新材料的种类 高强度钢板 从前的高强度钢板 拉延强度虽高于低碳钢板 但延伸率只有 后者的50 故只适用于形状简单 延伸深度不大的零件 现在的高强度钢板是在低碳钢內加入适当的微量元素 经各 种处理轧制而成 其抗拉强度高达420N mm2 是普通低碳 钢板的2 3倍 深拉延性能极好 可轧制成很薄的钢板 是 车身轻量化的重要材料 到2000年 其用量已上升到50 左 右 中国奇瑞汽車公司与宝钢合作 2001年在试制样车上使 用的高强度钢用量为262kg 占车身钢板用量的46 对减 重和改进车身
3、性能起到了良好的作用 轻量化叠层钢板 叠层钢板是在两层超薄钢板之间压入塑料的复合材料 表层 钢板厚度为0 2 0 3mm 塑料层的厚度占总厚度的25 65 与具有同样刚度的单层钢板相比 质量只有57 隔热防 震性能良好 主要用于发动机罩 行李箱盖 车身底板等部 件 铝合金 与汽车钢板相比 铝合金具有密度小 2 7g cm3 比强 度高 耐腐蚀 热稳定好 易成形 可回收再生等优点 技 术成熟 德国大众公司的新型奥迪A2型轿車 由于采用了 全铝车身骨架和外板结构 使其总质量减少了135kg 比传 统钢材料车身减轻了43 使平均油耗降至每百公里3升的 水平 全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和
4、液压 成型部件 车身零 件数量从50个减至至29个 车身框架完 全闭合 这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60 还比 同类车型的钢制车身车重减少50 由于所有的 铝合金都 可以回收再生利用 深受环保人士的欢迎 根据车身结构设 计的需要 采用激光束压合成型工艺 将不同厚度的铝板或 者用铝板与钢板复合成型 再在表面涂覆防腐蚀材料使其结 构轻量化且具有良好的耐腐蚀性 镁合金 镁的密度为1 8g cm3 仅为钢材密度的35 铝材密 度的66 此外它的比强度 比刚度高 阻尼性 导 热性好 电磁屏蔽能力强 尺寸稳定性好 因此在航 空工业和汽车工业中得到 了广泛的应用 镁的储藏量 十分丰富 镁可从石棉 白云
5、石 滑石中提取 特別 是海水的成分中含3 7 的镁 近年来镁合金在世界范 围內的增长率高达20 铸造镁合金的车门由成型铝材制成的门框和耐碰撞的镁 合金骨架內板组成 另一种镁合金制成的车门 它由 內外车门板和中间蜂窝状加强筋构成 每扇门的净质 量比传统的钢制车门轻10kg 且刚度极高 随着压铸 技术的进步 已可以制造出形状复杂的薄壁镁合金车 身零件 如前 后挡板 仪表盘 方向盘等 泡沫合金板 泡沫合金板由粉末合金制成 其特点是密度小 仅为 0 4 0 7g cm3 弹性好 当受力压缩变形后 可凭自身 的弹性恢复原料形状 泡沫合金板种类繁多 除了泡 沫铝合金板外 还有泡沫锌合金 泡沫锡合金 泡沫钢
6、 等 可根据不同的 需要進行选择 由于泡沫合金板的 特殊性能 特別是出众的低密度 良好的隔热吸震性 能 深受汽车制造商的青睞 目前 用泡沫铝合金制 成的零部件有发动机罩 行李箱盖等 蜂窝夾芯复合板 蜂 窩夾芯复合板是两层薄面板中间夹一层厚而极轻的 蜂窝组成 根据夾芯材料的不同 可分为纸蜂窝 玻 璃布蜂窝 玻璃纤维增強树脂蜂窝 铝蜂窝等 面板 可以采用 玻璃钢 塑料 铝板和钢板等材料 由于蜂 窝夹芯复合板具有轻质 比强度和比刚度高 抗震 隔热 隔音和阻燃等特点 故在汽车车身上获得较多 应用 如车身外 板 车门 车架 保险杠 座椅框架 等 英国发明了一种以聚丙烯作芯 钢板为面板的薄 夹层板用以替代
7、钢制车身外板 使零件质量减轻了 50 60 且易于冲压成型 工程塑料 与 通用塑料相比 工程塑料具有优良的机械性能 电 性能 耐化学性 耐热性 耐磨性 尺寸稳定性等特 点 且比要取代的金属材料轻 成型时能耗少 二十 世纪七十 年代起 以软质聚氯乙烯 聚氨酯为主的泡 沫类 缓冲材料等塑料在汽車工业中被广泛采用 高强度纤维复合材料 高强度纤维复合材料 特別是碳纤维复合材料 CFRP 因其质量小 而且具有高强度 高刚性 有良好 的耐蠕变与耐腐蚀性 因而是很有前途的汽车用轻量 化材料 碳纤维复合材料在汽車上的应用 美国开展 的最好 第一章 金属的力学性能 1 1 拉伸试验及强度和塑性 1 2 硬度 1
8、 3 冲击吸收功 1 4 疲劳极限 1 5 断裂韧度 1 1 强度与塑性 1 1 1 拉伸试验及拉伸曲线 最常用的力学性能试验方法之一 试验时所采用的 力是静拉力 而且这是一个拉断性试验 测定试样对外 加试验力的抗力 求出强度值 测定试样断裂后的塑性 变形的大小 求出塑性值 拉 伸 试 样 图 拉伸曲线 曲线分为以下几个阶段 弹性阶段 oe 试样 能完全恢复到原来的形 状和尺寸 屈服阶段 es 力不增 加或微小增加 式样继 续伸长 均匀塑性变形阶段 sb 冷变形强化造成的 局部塑性变形阶段 bk 形成缩颈 断裂点 k 1 1 2常用强度判据 概念 强度是材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能
9、力 常用的判据有 1 弹性极限 不产生塑性变形的最大应力为材料的弹性伸 长应力 通常称为弹性极限 以 e表示 e Fe S0 2 屈服点 拉伸时力不增加 试样仍能继续伸长时的应力 称为材料的屈服点 以 s表示 s Fs S0 3 抗拉强度 拉伸过程中最大力Fb所对应的应力称为抗拉 强度 以 b表示 b Fb S0 1 1 3塑性判据 概念 断裂前材料发生永久不可逆变形的能力叫塑性 1 断后伸长率 试样拉断后 标距的伸长与原始标距的百 分比叫之 以 表示 L1 L0 L0 100 2 断面收缩率 试样拉断后 横截面积的最大缩减量与原 始横截面积的百分比叫之 以 表示 L1 L0 L0 100 1
10、 2 硬度 概念 是指一个小的金属表面或很小的体积内抵抗弹性变 形 塑性变形或断裂的一种抗力 1 2 1布氏硬度 布氏硬度的测定原理 用一定大小的实验力F N 把直径 为D mm 淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面保 持规定时间后卸除实验力 用读数显微镜测出压痕平均直 径d mm 然后按公式求出布氏硬度HB的值 HBS HBW 0 102F Dh 写作120 HBS10 1000 30 注意 压痕中心距试样边缘距离不应小于压痕平均直径的 1 5倍 两相邻压痕中心距离不应小于压痕平均直径大倍 试样厚度至少应为压痕深度的10倍 实验后 试样支撑 面应无可见变形痕迹 优缺点 优点 结果准确 主要
11、用来测定铸铁 有色金属以及经退火 正火 调质处理的钢材等 缺点 不能测太薄件 因为压痕较大 不能测HB 450的材料 否则使压头变形 1 2 2洛氏硬度 原理 用顶角为120 金刚石锥体或直径1 588mm的淬 火钢球作压头 并施加初试验力F1 再加上主试验 力F2 其总试验力F F1 F2 图中0 0为压头没有与试 样接触时的位置 1 1为压头受到初始试验力F1后压入 试样的位置 2 2为压头受到总试验力F后压入试样的 位置经规定的 保持时间 卸除主试验力F2 仍保留初 试验力 F1 试样弹性变形的恢复使压头上升到3 3位置 此时压头受主试验力压入的深度为h 则洛氏硬度值 为HR K h 0
12、 002 优缺点 优点 方便 压痕小 几乎不损伤工件表面 可测较薄件及极软 极硬件 缺点 不能准确地测定微观组织粗大的材料误差较大 主载荷作用下所引起的塑性变形抗力为h h3 h1 以此 衡量 h增加 硬度减小 h减小 硬度增加 规定 常数K减去深度H的值作为洛氏硬度指标 当压头为金刚石时 K 0 2 用于HRA HRC 当压头为钢球时 K 0 26 用于HRB 1 3 韧性与疲劳 机械零部件在服役过程中不仅受到静载荷或变动载荷 作用 而且受到不同程度的冲击载荷 所以必须考虑材料 的冲击吸收功或冲击韧度 冲击试样消耗的冲击功 Ak G H h g 冲击击功 冲击韧度计算公式 ak AK SN式中 AK为冲击吸收功 SN为试样断口处截面积 ak的意义及用途 冷脆时的高低是金属质量的指标之一 对对缺陷敏感 1 3 1韧性 1 3 2 疲劳极限 概念 材料在循环应力和应变作用下 在一处或几处产生 局部永久性累积损伤 经一定循环次数后产生裂纹或突然 发生完全断裂的过程称为材料的疲劳 规定某一循环次数 N0断裂时所对应的应力为疲劳极限
