工艺技术_金属工艺学课件1

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1、1,金属工艺学,主讲：马中全 副教授,实习学时：60 实验学时：6 讲课学时：26,山东建筑大学 工程训练中心,2,金 属 工 艺 学,马中全,3,绪 论,世界四大材料： 钢铁、木材、塑料、水泥 (如生产一根“轴”),材料分：金属材料、非金属材料、复合材料,金属材料指钢铁、有色金属等材料,非金属材料无机高分子材料（陶瓷、水泥、 木材等），有机高分子材料（如塑料、橡胶）， 复合材料-玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材料。,现在新材料-纳米材料、智能材料,4, 材料按物质结构不同分： 金属材料、非金属材料（有机高分子材料和陶瓷料)、复合材料 材料按用途不同分： 机械工程材料、土木工程材料、电工材料、

2、电子材料 材料按功能不同分： 结构材料、功能材料、磁性材料等,5,材料发展概括, 天工开物明朝科学家：宋应星 箸, 石器时代,陶器时代,铜器时代：,司母戊鼎（公元前1116世纪）11307801100,战国编钟（前475221年）65个 总重2500Kg,天然石，兽骨，树枝,泥巴（日晒原始陶器；火烧瓷器用具）,铁器时代 沧州大狮（公元953年 ）重50T ,长5.3m,宽3m,人工复合材 料,塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等,本草纲目,农政全书,李时珍,徐光启, 智能材料,6,沧州铁狮铸造于公 元953年。铁狮子通高5.78米，身长6.5米，体宽3.17米，重约40吨,7,本课程的性质

3、和目的,2、目的：,a 获得有关金属热处理、金属材料的基本知识。,c 具有选择零件材料的能力，确定加工工艺路线的能力。,d 为后续课程和从事技术工作打下基础。,1、性质：,特点：杂，多，广，逻辑性差。,本课学习方法是：预习 、笔记 、复习、讨论问题 本教材的重点：常见的材料牌号及应用，钢的热处理,8,第一章 金属材料的力学性能,Mechanics properties of metals,金属材料的性能,使用性能力学、物理、化学,工艺性能铸造、锻压、焊接、切削加工,力学性能：受外力作用下所表现出的性能。不能说：机械性能,判据 如： 强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等,9,第一节 强 度 与 塑

4、 性,一、强度 strength,概念：强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂 的能力。通过拉伸试验测得大小。,强度判据：屈服点 （屈服强度）、 抗拉强度,10,11,12,L0,LK,d0,拉断前试样,拉断后试样,试样按GB639786制取，分长试样L0=10d0,短试样 L0=5d0,说明：,b,k,s,e,拉伸力 F,O,伸长量 L,Fs,Fb,Fe,低碳钢的力伸长曲线,F,F,13,说明： 单位面积上的内力称应力。读sigm,L长度 Length 单位：mm,A截面积 Area 单位：mm2,F外力 Force 单位：N,s屈服点的值 单位 ：MPa（兆帕）mega pascal,

5、屈服点,概念：力不增加仍能继续伸长时的应力。用符号：s 表示,抗拉强度,概念：试样拉断前所承受的最大拉应力。用符号：b表示,补充：bb 表示抗弯强度,注：s 、 b 是设计与选材的重要依据,另：e 表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所承受的最大拉应力。,14,补充资料： GB/T2282002金属材料 室温拉伸试验方法 规定：断后伸长率 A 表示； 断面收缩率 Z 表示； 屈服强度 Re 表示； 抗拉强度 Rm 表示； 此规定代替GB228-87，从2002年7月执行。,15,二、塑性 plasticity,概念：在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。,判据：断后伸长率 、断后断面收缩

6、率,断后伸长率 Percentage elongation after fracture,概念：试样断后标准的伸长量与标准的百分比。用符号 表示，读作 代儿特,其中：Lk断后试样长度 Lo试样原始长度,断后断面收缩率,概念：断后截面处面积的最大缩减量与原始截面面积百分比。用符号 表示， 读作扑洒哎,说明：伸长率和收缩率在实际应用中，一般是用表示塑性大小。,、 越大，材料的塑性越好。通常认为5%脆性材料。,16,第 二 节 硬 度 Hardness,硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或 划痕的能力。硬度是衡量材料软硬程度的判据。,一、布氏硬度 Brinell Hardness,用符号

7、：HB 表示,N/mm2 (Kgf/mm2)。,说明：1、压头为淬火钢球用 HBS 表示，数值450 用于测量有色金属、退火或正火钢件 、灰铸铁材料。,2、压头为硬质合金用 HBW 表示，数值450650,生产中一般不用HBW来测量材料的硬度。,3、表示法：数字在前、字母在后。如 200HBS I50HBS175HBS； 标注时不要写成HBS=200，或 HBS=150175， 或500HBS ， 不要出现单位；数值差不要超过30。,4、不宜测量薄件、成品件。因压痕大。,Ssteel （钢）,F,D,工件,压头：钢球或硬质合金,d,17,二、洛氏硬度 Rockwell Hardness,原理是

8、用120的金刚石圆锥或尺寸很小的淬火钢球作为压头，在一定的压力作用下，压入材料表面，在指示盘上显示出硬度值大小。 常用的是用符号 HRC 表示。没有单位。,注：GB/T23091规定 有九种表示硬度方法，常见的有A、B、C三种，如HRA、HRB、HRC、HRD、HRE等，因施加压力 和压头材料不同而出现了不同的标尺A、B、C、D、E等,说明：1、数字在前、字母在后，如45HRC；35HRC38HRC 2、HRC适用范围数值2070；小于或大于这个范围均 为标注错误！如17HRC；75HRC；HRC=1519等。 3、在图纸标注时注意数值差应5，否则为标注错误。 4、适用于测量硬度较高的材料，如

9、淬火钢件；测量成 品件或半成品件。因压痕较小。压头直径1.587mm。,18,补充标准： 国家标准工程建设（GBJ）； 国家计量技术法规（JJG）；山东省企业标准 （Q/） ； 城建行标 （CJ、CJJ）； 建材行标 （JC）； 建工行标 （JG、JGJ）； 山东省地方标准 （DB37 ）； 冶金行标 （YB、YBJ）；,国际标准化组织标准（ISO）； International Standards Organization,120,F,h,工件,压头,19,第 三 节 冲 击 韧 性 与 疲 劳 强 度,Impact hardness and fatigue strength,一、韧性,韧性

10、是指金属在断裂前吸收变形能量的能力。韧性的判据通过冲击实验来测定。,1. 摆锤式一次冲击实验,GB22994规定：将材料制成带有V型缺口标准冲击试样。,用符号：AKV 表示 J/cm2 见教材P9 图16,说明：韧性值与温度有关；在20左右 可不显脆性，温度 降低后韧 性值减小，易脆断。如 ：碳钢 20以下，易发生脆断。此时的温度称脆性转变温度。,2.多次冲击试验,小能量多次冲击,注：冲击能量小时，取决于材料的强度； 冲击能量大时，取决于材料塑性。,二、疲劳强度,用符号：-1 （教材P10 自己看）,20,复习与思考题： 1、某厂购进一批钢材，从中制取d0=10mm的圆形截面短试样，经拉伸实验

11、后，测得 Fb=33.81KN, Fs=20.68KN, Lk=65mm, dk=6mm. 试问这批钢材的力学性能是否合格？（注：GB69988规定此种钢材的力学性能判据：b=375 MPa；s=225 MPa;5=27% ;=55% )。 2、下列硬度要求或写法是否恰当？为什么？ （1）HRC1217；（2）HRC =5060 Kgf/mm2；（3）500530 HBS ； （4）70HRC75HRC ；（5）230 HBW ； 3、整体硬度要求230HBS250HBS的轴类零件，精加工后再抽查，应选用什么硬度计测量硬度较合适？ 4、一紧固螺钉在使用过程中发现有塑性变形，是因为螺钉材料的力学

12、性能哪一判据的值不足？ 5、用洛氏硬度试验方法能否直接测量成品或教薄工件？为什么？,21,第二章 金属材料的基础知识,第一节 金属的晶体结构,一、晶体结构的基本概念,Base knowledge of the Metallic materical,1.晶体与非晶体 概念：原子按一定几何形状作有规律的重复排列的 固体物质称晶体；非晶体则反之。,特点：晶体有熔点；具有各向异性。如：食盐，冰，金刚石，金属等。 非晶体无熔点；各向同性。如：玻璃，松香，沥青等。,22,二、常见的晶格类型,1. 体心立方晶格 bodycentered cubic lattice,特点：b 较好。如：912 Fe, Cr,

13、 Mo, V等。,体心立方晶格,含有2个原子体积组成。,2. 面心立方晶格 facecentered cubic lattice,特点： 较好。 如： 912 Fe , Cu, Al 等金属。,含有4个原子体积组成。,面心立方晶格,23,2. 晶格与晶胞,晶格：表示晶体中原子排列形成的空间格子。晶胞：组成晶格最基本的几何单元。,a,b,c,晶 胞 示意图,原子,3. 晶格常数a ,b , c,a=b=c且互垂直,表示晶胞几何形状大小,晶体中的原子排列,晶面,结点,形成的原因：各原子之间相互吸引力与排斥力相平衡结果。,24,3. 密排六方晶格 hexagonal closepacked latt

14、ice,特点：硬度高、脆性大。如：锌(Zn) , 镁(Mg), 镉(Cd)等金属。,a,b,C,a=bc,4. 晶格致密度,原子排列的紧密程度。,致密度= = ,原子体积,晶胞体积,4,3, r3,a3,结果：体心=0.68,面心=0.74,六方=0.74,原子半径 r =,a,25,三、 金属的实际晶体结构(教材20 页 三),（一）、多晶体结构,晶粒,晶界,多晶体 示意图,由多个单晶粒组成的晶体为多晶体,通常：钢铁材料晶粒尺寸 为 0.10.001mm, 显微组织：在显微镜下观察到其形态、大小、分布不同的组成物。,（二）、晶格缺陷 1、点缺陷：在长、宽、高方向尺寸都有很小变化的一种缺陷。 ,间隙原子,晶格空位,26,2、线缺陷 ：在晶格中呈线状分布的缺陷。，,