《数控车工中级操作》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控车工中级操作（88页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数控车工中级操作工 理论辅导工程材料一、金属的力学性能金属的性能分为两类：使用性能:是指为保证机械零件或工具正常工 作，材料应具备的性能，他包括力学性能、物理 性能和化学性能。使用性能决定了材料在应用的范围内安全可 靠性与使用寿命。工艺性能：是指在制造机械零件或工具的过 程中，金属材料适应各种冷、热加工的性能。它 包括铸造性能，压力加工性能、焊接性能、切削加工性能以及热处理性能。金属的力学性能是指它抵抗外力作用的能力。外力称为载荷或负荷，金属受到的载荷有：静 载荷、冲击载荷、疲劳载荷等。在这些载荷作用下发生的变形形式：拉伸、压 缩、剪切、扭转、弯曲等。常用的力学性能指标：强度、塑性、硬度、冲
2、击韧度、疲劳强度等。1、强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力强度指标：屈服强度、抗拉强度2、塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏 的能力塑性指标：延伸率、断面收缩率3、硬度：是衡量金属材料软硬程度的指标测定硬度的方法：压入硬度法（1）布氏硬度：在布氏硬度测试仪上， 用一直径为D的淬火钢球或硬质合金球，在 规定载荷P的作用下压入被测试金属的表面 ，停留一定时间卸除载荷，测量被测试金 属表面上所形成的压痕直径d，求出压痕单 位面积所承受的平均压力，作为被测金属 的布氏硬度值。硬度符号：HBS、HBW(决定于压头)（2）洛氏硬度：是在洛氏硬度机上用一定规 格的硬质合金压头，以一定大小的载
3、荷压入试样 表面。HRC：120金刚石圆锥体HRA：120金刚石圆锥体HRB：直径1.588mm的钢球（3）维氏硬度是用一相对夹角为136的金 刚石正四棱锥体压头，在规定载荷P作用下，压 入被测金属表面，保持一定时间后卸除载荷， 最后求出压痕表面积上平均压力。硬度符号：HV4、刚度：材料抵抗弹性变形的能力 5、冲击韧性：金属在冲击载荷作用下抵抗破 坏的能力 6、断裂韧性：材料抵抗裂纹扩展的性能 7、疲劳极限：试样不发生断裂的最大循环应 力值。一般钢铁材料取10的7次方；有色金 属取10的6次方；腐蚀介质作用下的钢铁材 料取10的8次方。二、金属的晶体结构与结晶不同的金属材料在载荷作用下会表现出
4、不同 的力学性能，即使是化学成分相同的材料，采用 不同的加工工艺或热处理，也会使性能产生很大 的差异，其根本原因就是改变了金属的内部组织 结构。在这里大家需要了解金属的晶体结构、常见 金属的晶格类型（体心立方、面心立方和密排六 方）、金属的结晶，晶粒大小对金属力学性能的 影响、细化晶粒的方法，同素异晶转变以及二元合金相图。纯金属大都具有较好的塑性、导电、导热等 性能，但其机械性能（力学性能和耐磨性）一般 较低，价格较高，难于满足多品种、高性能的要 求，因此在工业上很少应用。实际工程上大量使用的都是两种或两种以上 元素组成的合金。例如：钢是铁与碳的合金黄铜是铜与锌的合金钢和铸铁是工业上广泛应用的
5、金属材料，主要由 铁和碳两种元素组成，统称为铁碳合金。纯铁具有较好的塑性、但强度较低，不能用来 制造零件，在纯铁中加入少量碳，会使强度和硬 度明显提高，原因是铁和碳相互结合，形成了不 同的金相组织。在鉄碳合金中，Fe3C、 Fe2C、 FeC等一系列 化合物， Fe3C中碳的质量分数是6.69%，由于碳 的质量分数超过6.69%的铁碳合金脆性很大,没有实用价值，所以，一般所说的铁碳合金相图，实 际上是铁渗碳体（Fe+ Fe3C ）相图。合金中具有一定化学成分且晶体结构相同的均 匀部分叫相。纯铁的室温组织是单相-Fe（铁素 体）。在碳的质量分数为0.45%的FeC合金（45 钢）中，除了铁素体之
6、外还出现了片状珠光体（ 片状的Fe3C与片状的铁素体的混合物）。由此可 见铁中加入了碳以后，铁与碳相互作用形成 Fe3C ，这种化合物很硬，使钢明显的强化。纯铁是由单相-Fe的组成，而45钢是-Fe与Fe3C了 两个相所组成。具有相同组元的固态合金在不同的温度和压 力条件下得到不同的相结构。例如共析钢在727 是奥氏体相，在该温度以下为铁素体和渗碳体 （即珠光体）。随着状态的变化合金中相的变化 过程称为相变。相图即状态图，是用图解的方法 表示不同温度、压力及成分下合金系中各相的配 平衡关系。铁碳合金的基本组织有：铁素体、奥氏体、渗 碳体、珠光体和莱氏体。铁素体是碳溶于- Fe中的间隙固溶体。它
7、 的性能与纯铁相似，即塑性、韧性较好，强度、 硬度较低。低碳钢中含有较多的铁素体，故具有 较好的塑性。用符号F表示。 奥氏体是碳溶于- Fe中的间隙固溶体。奥 氏体一般在高温（727）时存在，具有较好的 塑性、适合于锻造。绝大多数钢材料锻造前都要 加热到奥氏体状态。用符号A表示。渗碳体是具有复杂晶格的间隙化合物。用符 号Fe3C表示。硬度很高，约为800HBW，韧性很差 、极脆。珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，用 符号P表示。它的性能介于铁素体和渗碳体之间， 缓冷时硬度约为180200HBS。莱氏体是碳的质量分数为4.3%的液态合金， 冷却到1148时，同时结晶出奥氏体和渗碳体的 共晶体，
8、该共晶体称为高温莱氏体。用符号Ld表 示；而在727以下由珠光体和渗碳体所组成的莱 氏体，称为低温莱氏体，用符号Ld表示。莱氏体硬而脆，是白口铸铁的基本组织。金属在固态下由一种晶格类型转变为另一种 晶格类型的变化称为同素异晶转变。同素异晶转 变所得到的晶体为同素异晶体 。金属或合金在加 热或冷却时，发生结构转变的温度称为临界点或 临界温度。1538、1394 、912 都是纯铁的 临界点或临界温度。-Fe，- Fe都是铁的同素异晶体。PSK线：又称A1线，是共析线温度为727， 凡Wc=0.0218%6.69%的铁碳合金，在此温度时奥 氏体都会发生共析转变（在727时，奥氏体同时 析出铁素体和
9、渗碳体的机械混合物，即珠光体， 这一过程即共析反应，S点为共析点）；ES线：又称Acm线，是碳在r-Fe中的溶解度曲 线随着温度的降低，从奥氏体中析出二次渗碳体 。GS线：又称A3线，是奥氏体和铁素体的相互 转变线，随着温度的降低，从奥氏体中析出铁素 体。ACD线：是液相线。该线以上全部为液态金属 ，液态铁碳合金冷却到该线时，开始结晶。 铁碳合金的分类：工业纯铁：成分在P点左面，碳的质量分数小 于0.0218%的铁碳合金。钢：成分在P点与E点之间，以S点为界分为三 类：共析钢：Wc= 0.77%亚共析钢：Wc =0.0218%0.77%过共析钢：Wc= 0.77%2.11%白口铸铁：成分在E点
10、和F点中间，碳的质量 分数为2.11%6.69%的铁碳 合金。以C点为界分 为三类：共晶白口铸铁Wc=4.3%亚共晶白口铸铁Wc=2.11%4.3%过共晶白口铸铁Wc=4.3%6.69%工业生产中应用的铸铁的主要成分是含碳量 为2.0%4.0%的铁碳合金，且比碳钢含有较多的 硅、锰、硫、磷等杂质元素。根据石墨的形态，可将工业铸铁分为如下几 种：灰铸铁：石墨成片状（包括普通灰铸铁和孕 育铸铁），其牌号为“HT”,表示“灰铁”，其后 一组数字表示直径30试棒的最小抗拉强度值。 其化学成分范围一般为Wc=2.5%3.6%，Wsi=1.0% 2.5%，WMn0.5%1.3%，Ws0.15%。可锻铸铁：
11、石墨呈团絮状，其牌号为 “KT”,表示“球铁”，其化学成分范围一般为 Wc=2.2%2.8%，Wsi=1.0%1.8%，WMn=0.5% 0.7%，Ws0.2%，Wp0.1%。后面两组数字分别 表示最低抗拉强度和最低延伸率。球墨铸铁：石墨呈球状，其牌号为表示“可 铁” QT ，后面两组数字分别表示最低抗拉强度 和最低延伸率。蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状，其牌号为“RuT”, 表示“蠕铁”。铸铁的特殊性能：因石墨造成脆性切削，铸铁的切削加工性能优 良；具有良好的铸造性能；具有优良的减磨性能；具有良好的减震性能。工业生产使用的钢铁材料主要包括钢和铸铁 两大类。根据钢中有无合金元素，可将工业用钢分为 碳钢
12、和合金钢两大类。碳钢是指碳的质量分数Wc2.11%，并含有少 量硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。根据钢的碳含量划分：低碳钢：Wc0.25% 中碳钢：Wc=0.25%0.60% 高碳钢：Wc0.60%根据钢冶炼时的脱氧程度划分：沸腾钢（F）、镇静钢(Z)、半镇静钢(b)和 特殊镇静钢(TZ)。根据钢的冶金特点划分：按钢中有害杂质元素硫、磷含量的高低，结 构钢可分为： 普通钢： Ws0.050% Wp0.045% 优质钢： Ws0.035% Wp0.035%高级优质钢：Ws0.025% Wp0.025%特级优质钢：Ws0.015% Wp0.025%根据钢的用途划分：碳素结构钢：用于制造各种工程
13、构件（如桥 梁、船舶、建筑构件）和机器零件（如齿轮、轴 、连接件等）。 又分为普通碳素结构钢和优质碳 素结构钢。普通碳素结构钢的牌号：屈服点Q、屈服点数 值、质量特级符号（AS、P含量最高、B、C、D 、E、F）、脱氧程度符号。如Q235AF表示屈服点为235Mpa,质量等级为A 级，脱氧程度不完全的普通碳素结构钢。优质碳素结构钢的牌号：用两位数字表示， 两位数字表示钢中谈的平均质量分数的万分数。 又分为普通含锰量（0.25%0.80%）和较高含锰 量（0.80%1.20%）两类。如45表示碳的平均质量分数为0.45%的优质碳 素结构钢。45Mn表示碳的平均质量分数为0.45%，含锰量 较高的
14、优质碳素结构钢。碳素工具钢：用于制造各种工具（如刃具、 模具、量具等）。根据质量分为优质碳素工具钢 和高级优质碳素工具钢；根据化学成分分为普通 含锰量和较高含锰量。碳素工具钢的牌号：用T表示，T代表碳素工 具钢。数字表示钢中碳的平均质量分数的千分数 。较高含锰量的碳素工具钢在数字后面附化学符 号Mn，高级优质碳素工具钢在牌号后附表示高级 优质钢的符号A。如T8表示碳的质量分数为0.8%的碳素工具钢； T12Mn表示碳的质量分数为1.2%，含锰量较 高的碳素工具钢；T8A表示碳的质量分数为0.8%的高级优质碳素 工具钢；T12MnA表示碳的平均质量分数为1.2%，含锰 量较高的优质碳素工具钢。优
15、质碳素结构钢主要用于制造各种比较重要 的机器零件和弹簧。一般情况下，08至25钢属于低碳钢，具有良 好的塑性和韧性，强度、硬度也较低，其压力加 工性能优良，主要用于制造冲压件、焊接件和对 强度要求不高的的机器零件。30至55钢属于中碳 钢，具有较高的强度、硬度和较好的塑性、韧性 ，通常要经过调质处理（淬火后高温回火）后使 用，因此叫调质钢。主要制造受力较大的机器零 件。60钢及碳的质量分数更高的钢属高碳钢，有更高的强度、硬度及耐磨性，且弹性很好，但 塑性、韧性较差，焊接性能、切削加工性能较差 ，主要用于制造要求较高强度、耐磨性及弹性的 零件和弹簧。工具钢：用于制造各种工具的钢。根据用途 分为：
16、刃具钢、模具钢和量具钢。刃具钢有碳素工具钢、合金工具钢和高速钢 ；模具钢用于制造各种模具，有冷作模钢、热 作模钢和塑料模具钢。量具钢用于制造各种测量工具，特点高硬度、 高耐磨性和高的尺寸稳定性。工业生产用刃具是指车刀、铣刀、钻头等金属 切削工具，其性能要求：高的硬度和耐磨性；高 的热硬性、足够的塑性、韧度和强度。低合金工具钢主要用于制作慢速度切削硬金 属的刀具车刀、铣刀、刨刀、刻刀以及板牙、丝 锥铰刀、钻头等。高速钢为高碳合金钢，具有很高的耐磨性和 很高的红硬性。在高速切削条件下刃部温度达到 500-600仍能保持很高的硬度。主要用于高速切 削用车刀、刨刀、钻头、铣刀等。红硬性也称热硬性指钢在高温下保持高硬度的能力 。1、对于金属的属性描述正确的是（ ）。A、良好的导电、导热性 B、强度普遍较高C、塑性差，无光泽 D、导热、导电性差2
