《制造技术工程训练 教学课件 ppt 作者 朱华炳 第1章 工程材料及热处理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《制造技术工程训练 教学课件 ppt 作者 朱华炳 第1章 工程材料及热处理（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,2,第1章 工程材料及 金属热处理,【实训目的与要求】 1) 熟悉常用金属材料的种类、牌号、性能及应用。 2）了解常用非金属材料的种类、性能及应用。 3）了解金属材料热处理主要方法和热处理设备。 4）掌握金属材料热处理主要工艺过程和应用。 5）掌握本工种安全要领。,3,1.1 概述 4,1.2 金属材料 5,1.3 常用金属材料 19,1.4 常用非金属材料及复合材料 28,1.5 热处理与表面处理 34,章节目录,4,1.1 概述,工程材料,钢,铸铁,有色金属及合金,金属材料,有机高分子材料,工程塑料,合成纤维,合成橡胶,无机非金属材料（陶瓷）,复合材料,胶粘剂,普通陶瓷,特种陶瓷,非金
2、属基复合材料,金属基复合材料,碳钢,合金钢,5,1.强度 拉伸试验是评价材料强度和塑性最简单有效的方法，我国国标(GT/T 228.1-2010规定了金属材料室温拉伸试验方法，在拉伸试验中和拉伸试验后可测量力的变化与相应的伸长，从而测出材料的强度与塑性。拉伸前后试样如图1-2所示。,1.2 金属材料,1.2.1 金属材料的力学性能,图1-2 圆形横截面机加工试样,6,材料在拉断前所承受的最大力为Fm，材料在拉断前所承受的最大拉应力称为抗拉强度，用Rm表示。其计算公式为： 式中 Rm抗拉强度，单位用MPa表示； Fm 试样断裂前所承受的最大力，单位用 N 表示； S0试样原始横截面积，单位用 表
3、示。 Rm越大，说明材料抵抗破坏的能力越强，所以说Rm是一个重要的强度指标。,1.2.1 金属材料的力学性能,7,2.塑性 金属材料在外力的作用下产生永久变形（塑性变形）而不断裂的能力称为塑性。金属材料在受拉伸时，长度和横截面都会发生变化，因此，金属的塑性可以用断后伸长率A和截面收缩率Z来评定。其计算公式为： 式中 L0试样原始标距（）； Lu试样断后标距（）； S0试样平行长度的原始横截面积（）； Su试样断后的最小横截面积（）。,1.2.1 金属材料的力学性能,8,3.硬度 金属材料抵抗其它更硬的物体压人其表面的能力称为硬度。硬度反映金属材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。由于大多
4、数常用钢材的强度和硬度之间有一个近似比例关系，根据硬度可以近似估计材料的抗拉强度。目前用于测量材料硬度的方法主要包括布氏硬度，洛氏硬度和维氏硬度三种。,1.2.1 金属材料的力学性能,9,（1）布氏硬度 试验原理如图1-3所示，测量布氏硬度用的硬质合金压头球直径为1mm、2.5mm、5mm和10mm四种。根据被测材料的种类、硬度范围和试样厚度的不同，选择不同直径的硬质合金球、试验力、保持时间等参数。所测得的硬度值按下式计算：,1.2.1 金属材料的力学性能,式中 F试验力（N） D球直径（） d压痕平均直径（）,图1-3 布氏硬度试验原理示意图,10,布氏硬度用HBW表示，符号前面为硬度值，符
5、号后面依次是压头球直径（mm）；试验力（N）；与规定时间不同的试验力保持时间（s）。 例如：350HBW5/750 表示直径为5mm的硬质合金压头在7.355KN试验力下保持1015s测定的布氏硬度值为350。 布氏硬度特点：测量误差小，数据稳定。缺点是压痕直径大，太薄或成品零件不适合用。金属表面的损伤较大，不宜测定太小或太薄的试样。 布氏硬度试验主要用来测定原材料，如铸铁、非铁金属、经退火或正火处理的钢材及其半成品的硬度。HBW适合打硬度值在650以下的材料。,1.2.1 金属材料的力学性能,11,（2）洛氏硬度 试验原理如图1-4所示。将压头（金刚石圆锥、硬质合金球）按图1-4分两个步骤压
6、入试样表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，测量在初试验力下的残余压痕深度h。根据h值及常数N和S（有表可查），用公式计算洛氏硬度。计算公式如下：,1.2.1 金属材料的力学性能,图1-4 洛氏硬度实验原理示意图,12,1.2.1 金属材料的力学性能,实际操作中，洛氏硬度值可以直接在硬度试验机的表盘上读出。由于压头和施加试验力的不同，洛氏硬度有多种标尺，常用的有HRA、HRC、HRB。洛氏硬度标尺的试验条件和应用范围见表1-1。,表1-1 洛氏硬度标尺的试验条件和应用范围,13,（3）维氏硬度 维氏硬度试验原理与布氏硬度试验相似，也是以压痕单位表面积所承受试验力大小来计算硬度值。它是用一个相对
7、面夹角为1360的金刚石正四棱锥体压头，在规定裁荷F的作用下压人被测金属表面，保持一定时间后卸除载荷，然后再测压痕的两对角线长度的平均值d来计算硬度，其测试原理如图1-5所示。,1.2.1 金属材料的力学性能,图1-5 维氏硬度的测试原理示意图,14,维氏硬度用符号HV表示，计算公式为： 式中 HV维氏硬度； F试验力（N）； d压痕对角线长度算术平均值（mm）。 维氏硬度表示法：符号前面的数字为硬度值，后面的数字依次是载荷值及载荷保持时间。600HV30/20表示采用294.2N的试验力，保持20秒，得到硬度值为600。 维氏硬度试验所用载荷小，压痕深度浅，适用于零件薄的表面硬化层、金属镀层
8、及薄片金属硬度的测量。因压头为金刚石四棱锥，载荷可调范围大，故对软、硬材料均适用，测定范围为01000HV。,1.2.1 金属材料的力学性能,15,4.冲击韧度 材料抵抗冲击载荷作用的能力称为冲击韧度。一般用材料单位横截面积的冲击消耗能量作为冲击韧度指标。测定冲击韧度常用的方法为夏比摆锤冲击试验(见图1-6)。,1.2.1 金属材料的力学性能,图 1-6 夏比摆锤冲击试验机,试样冲击韧度的计算公式为： k=Ak/So 式中 k是冲击韧度（Jcm2）； Ak是冲击消耗能量(J)； S0是试样缺口处最小横截面 积（ cm2 ）。,16,铸造性能：指金属材料通过铸造方法制成优质铸件的难易程度。其影响
9、因素主要包括材料的流动性和收缩性。 锻压性能：指金属材料在锻压加工过程中获得优良锻压件的难易程度。它与金属材料的塑性及变形抗力有关。材料的塑性愈高，变形抗力愈小，则锻压性能愈好。 焊接性能：指金属材料在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度，其影响因素包括材料的成分、焊接方法、工艺条件等。,1.2.2 金属材料的工艺性能,17,热处理性能：指金属材料在改变温度和冷却中获得所需要的结构和性能的能力。对钢而言常指淬透性、淬硬性、回火脆性及产生裂纹的倾向性等。 切削加工性能：指用刀具切削加工金属材料的难易程度。材料切削加工性能的好坏主要体现在切削速度、已加工表面质量、切屑的控制或断屑的难易、
10、切削力等。影响材料切削加工性主要因素是材料的物理性能、化学成分和金相组织等。,1.2.2 金属材料的工艺性能,18,物理性能：金属材料的物理性能是指金属材料对自然界各种物理现象，如温度变化、地球引力等所引起的反应。主要包括密度、熔点、导热性、导电性、磁性、热膨胀性等。 化学性能：金属材料的化学性能主要是指在常温或高温时，抵抗各种活泼介质化学侵蚀的能力，也就是金属材料的化学稳定性，包含抗氧化性和耐蚀性。,1.2.3 金属材料的物理化学性能,19,工程用金属材料以合金为主，很少使用纯金属。因为合金比纯金属具有更好的力学性能、物理性能、化学性能及工艺性能，且价格低廉。最常用的合金是以铁为基体的铁碳合
11、金，如碳素钢、合金钢、灰铸铁、球墨铸铁等，还有以铜为基体的黄铜、青铜，以及以铝为基体的铝硅合金等。 金属材料一般分为四大类： 1) 工业纯铁（ 0.0218% ），一般不用来制造机械零件； 2) 钢(0.0218 2.11 )； 3) 铸铁(2.11 6.69)； 4) 有色金属，一般包括铝、铜及其合金等。,1.3 常用金属材料,20,1.3.1 钢,1. 钢的分类 2008年我国颁布了钢分类国家标准（GB/T13304-2008）,分 类依据为钢的化学成分、主要质量等级、主要性能或使用特性。,结构钢：一般属于低碳和中碳钢,工具钢：一般属于高碳钢,特殊性能钢：一般属于合金钢,按使用特性分,按化
12、学成份分,低碳钢：（ 0.25%）,中碳钢：（0.25% 0.60%）,高碳钢：（ 0.60%）,高合金钢（合金元素质量分数10%）,碳素钢,合金钢,中合金钢（合金元素质量分数510%）,低合金钢（合金元素质量分数5%）,21,2. 非合金钢(碳素钢)的牌号、主要性能及用途,1.3.1 钢,碳钢,碳素结构钢：Q235A.F，235表示屈服强度值，A表示质量等级。F表示沸腾钢。一般用于制造受力不大的机械零件主要用于钢筋、套环、桥梁、高压线塔、建筑构件等。,优质碳素结构钢：0825，3050，60以上。优质碳素结构钢的牌号是用两位数表示平均碳的质量分数的万分比。塑性、韧性较好，该类钢一般都要经过热
13、处理，以提高其力学性能。一般用于壳体，轴，齿轮，弹簧，钢丝绳等。,碳素工具钢：T7T10，T12，T13等，牌号中“T”是“碳”的汉语拼音字母的字首，数字表示平均含碳量的千分之几。经淬火、低温回火后具有高的硬度、耐磨性；但塑性较低，淬透性低，易变形。主要用作低速切削刀具，量具和模具等。,22,3. 低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢是一种合金元素含量较少、强度较高的工程用钢，价格与普通碳素结构钢相近，但强度比一般低碳结构钢高1030，且具有良好的塑性(断面收缩率20)和焊接性能，便于冲压或焊接成形。低合金高强度结构钢主要用于各种受力的工程结构。 低合金高强度结构钢主要包括Q345，Q390
14、，Q420，Q460。 其牌号表示方法与碳素结构钢相同，即以字母“Q”开始，后面以3位数字表示最低屈服强度，最后以符号表示其质量等级。如Q345A表示屈服强度不低于345MPa的A级低合金高强度钢。,1.3.1 钢,23,4. 合金钢 合金钢是在碳钢的基础上加入某些合金元素获得的高性能钢种。,1.3.1 钢,合金钢,渗碳钢：20Cr、20Mn2、20CrMnTi、20Cr2Ni4,合金调质钢：40CrMn、38CrMoAl、40CrNiMoA,合金弹簧钢：65Mn、605i2Mn、55SiMnVB,合金结构钢,合金工具钢,滚动轴承钢：GCrl5、GCrl5SiMn,低合金刃具钢：9SiCr、C
15、rWMn、9Mn2V,高速钢：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2,特殊性能钢,合金热作模具钢: 5CrNiMo、3Cr2W8V,合金冷作模具钢: Cr12MoV、Cr4W2MoV,合金量具钢: CrWMn、GCrl5、9Cr18,耐热钢：06Cr18Ni11Ti、14CrllMoV,不锈钢：20Crl3、40Crl3、12Crl3、10Cr17Ti,耐磨钢：ZGMnl3,24,铸铁是碳的质量分数大于2.11的铁碳合金。一般含有硅、锰 元素及磷、硫等杂质。铸铁在工业生产上应用比较广泛，与碳素钢 比较，其机械性能相对较差，但具有优良的减震性、耐磨性、切削 加工性和铸造性能，生产成本也比较低。 1
16、.铸铁分类 根据碳在铸铁中存在的形式分类：,1.3.2 铸铁,白口铸铁：碳完全以渗碳体形式存在,灰口铸铁：碳大部分以片状石墨形式存在,麻口铸铁：以石墨和渗碳体的混合形式存在,25,根据石墨在铸铁中的形状分类：,1.3.2 铸铁,普通灰铸铁：石墨呈片状,球墨铸铁：石墨呈球状,可锻铸铁：石墨呈团絮状,蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状,灰口铸铁,可锻铸铁,球墨铸铁,蠕墨铸铁,26,1.3.3 铜及铜合金,铜,工业纯铜：纯铜具有良好的导电性、导热性、抗磁性、耐腐蚀性和塑性。纯铜在电气、动力机械和仪器、仪表工业中获得广泛的应用。,黄铜：以锌为主加元素构成的铜基合金,青铜：以锡、铝、硅、铍等为主加元素构成的铜基合金,白铜：以镍为主加元素的铜合金,铜合金,
