航空材料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,飞机维修工程学院 吕晓静,飞机维护技术基础,总成绩：期末成绩,60%+,平时课堂表现,40%,主动回答问题或做题（加,15,分）,课堂抽查（加,05,分）,旷课（第,n,次 扣,n,5,分）,迟到（第,n,次 扣,n,2,分）,手游（第,n,次 扣,n,10,分）,平时成绩（基础分,80,分）,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,模块,知识点,笔,试,部,分,M6.,维护技术基础,6.1,金属材料的基本概述,6.2,航空材料：黑色金属,6.3,航空材料：有色金属,6.4,航空材料：非金属与复合材料,6.5,腐蚀和防腐,6.6,航空紧固件,6.7,弹簧、轴承和传动,6.8,飞机图纸规范与识图,6.9,航空器称重与平衡,6.10,无损检测,6.11,非正常事件,6.12,航空器地面操作和存放,课程与飞机基础执照考试对应,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,第,1,章 航空材料,1.,金属材料的基本概述,2.,碳钢和合金钢,3.,有色金属,4.,复合材料和非金属材料,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,金属材料是航空工业的基本材料。,飞机结构应选用轻质、高强度和高模量的材料。,综合考虑材料的韧性、疲劳和断裂特性、耐蚀性以及材料的市场价格。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.1,金属材料的基本性能,纯金属,由单一金属元素组成的,合 金,由两种或两种以上元素组成的具有金属特性 的物质，,如黄铜、碳钢等,。,金属按其成分可分为：,纯金属和合金,物理性能：,颜色、比重、密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性和磁性等,化学性能：,抗腐蚀性、热安定性等,机械性能：,强度、塑性、硬度、韧性、抗疲劳性等,工艺性能：,铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性、热处理性等,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,物理性能,(1),颜色：,根据颜色可将金属分为黑色金属和有色金属。铁、锰、铬是黑色金属，其余的金属都是有色金属。,(2),比重：,比重是单位体积金属的重量,（,MPa,m,），用符号,表示。根据比重可以将金属分为轻金属和重金属两大类。,(3),熔点：,金属加热时由固态变为液态时的温度,。根据熔点的高低，又可将金属分为易熔金属和难熔金属。（,700,）,(4),导电性：,金属传导电流的能力。,金属的导电性用金属的电阻率,(,电,),来表示，单位是,mm,2,m,。,越大，金属的导电性越差。,银的导电性最好，铜和铝次之。,化学性能,机械性能,工艺性能,1.1.1,金属材料的基本性能,(5),导热性：,金属传导热量的能力。,金属的导热性常用热导率,(,导热系数,),来表示，常用的单位是,W,(mK),。导热系数越大，金属的导热性越好。一般情况下金属的导热能力要比非金属大得多。金属的导电性和导热性有密切的关系，,导电性好的金属导热性也好。,(6),热膨胀性：,金属在温度升高时体积胀大的性质。,通常用线膨胀系数,(,1,),来表示，单位是,K,-1,。线膨胀系数越大，热膨胀性就越大。,飞机结构,铝合金的线膨胀系数大约为合金钢的两倍，,这是造成飞机软操纵系统钢索张力随温度变化的主要原因。,(7),磁性：,金属被磁场磁化或吸引的性能。,磁性最强的金属是,铁、镍、钴,。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,物理性能,机械性能,化学性能,工艺性能,1.1.1,金属材料的基本性能,金属在载荷作用下抵抗破坏和变形的能力。,飞机结构在使用中要承受各种载荷，所以，金属材料的机械性能是飞机结构设计和选择材料的重要依据。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,物理性能,工艺性能,机械性能,化学性能,1.1.1,金属材料的基本性能,金属接受工艺方法加工的能力。,(1),铸造性：,将熔化的金属浇铸到铸型中制造金属零件的方法叫铸造。,金属的铸造性是指金属是否适合铸造的性质。铸造性好通常是指金属熔化后流动性好，吸气性小，热裂倾向小，冷凝时收缩性小等性质。,铸铁、青铜,等具有良好的铸造性。,(2),锻造性：,金属的锻造性是指金属在加热状态下接受压力加工的能力。,（金属在冷、热状态下，由于外力作用产生变形而得到所需形状和尺寸的加工方法，称为压力加工。碾压、冲压、模锻、自由锻等都属于压力加工。）,金属的塑性越大，变形的抗力越小，锻造性就越好。常用的金属中，,低碳钢、纯铜,等的锻造性比较好，而,铸铁,不能锻造。,(3),焊接性：,指在采用一定的焊接工艺方法、焊接材料、工艺参数等条件下，获得优质焊接接头的难易程度。,焊接工艺一般分为熔焊和钎焊两大类：,熔焊：将两个工件的结合部位加热到熔化状态，冷却后形成牢固的接头，使两个工件焊接成为一个整体。一般还要在结合部位另加填充金属。熔焊一般又分为电焊和气焊。,钎焊：将两个工件的结合部位和作为填充金属的钎料进行适当的加热，钎料的熔点比工件金属的熔点低，在工件金属还没有熔化的情况下，将已熔化的钎料填充到工件之间，与固态的工件金属相互溶解和扩散，钎料凝固后将两个工件焊接在一起。,(4),切削加工性：,用切削工具进行加工时，金属表现出来的性能叫做金属的切削加工性能。,金属具有较好的切削加工性通常是指切削加工时，切削力小，切削碎屑容易脱落，切削工具不易磨损，加工后容易得到光洁度较高的加工表面。,材料的切削加工性能主要决定于它们的物理性能和机械性能,。强度高、硬度高的材料，塑性好的材料和导热性能差的材料，其切削加工性能都比较差。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,机械性能指标：,强度、塑性、硬度、韧性和抗疲劳性能等。,金属的强度和塑性是通过拉力试验来测定。,拉力试样通常有圆形截面的棒状和矩形截面的板状，在试件中间一段截面均匀的部分是试验段，其长度用,l,0,表示，称为标距。,强度：,金属在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力叫强度。,塑性：,金属在载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力叫塑性。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,把试样承受的载荷,P,除以试样的原始横截面积,F,0,，则得到试样所承受的拉应力,，即,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,把试样承受的载荷,P,除以试样的原始横截面积,F,0,，则得到试样所承受的拉应力,，即,把试样的伸长量,l,除以试件原始的标距长度,l,0,，则得到试样的相对伸长一应变,，即,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,强度指标：,弹性模量,（,E,）,弹性极限,（,e,）,屈服极限,（,s,或,0.2,）,强度极限,（,b,）,金属在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力叫强度。,塑性指标：,金属在载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力叫塑性。,伸长率,（,）,断面收缩率,（,）,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1.2,金属材料的机械性能,弹性模量,（,E,）,强 度 指 标,弹性模量,E,是引起材料发生单位弹性应变时所需要的应力，它表示了金属材料抵抗弹性变形的能力。,材料的,弹性模量,E,越大,，在一定应力作用下，产生的,弹性应变越小,，材料的,刚度就越大,。,指金属材料在弹性状态下的应力与应变的比值，即,E,=,/,(MPa),在材料弹性阶段，也就是,op,直线段所表示的阶段，,E,就是该直线段的斜率，等于常数。,金属材料的弹性模量随着温度的升高而降低。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1.2,金属材料的机械性能,弹性极限,（,e,）,强 度 指 标,材料保持弹性变形的最大应力值称为弹性极限，用,e,表示,e,=,P,e,/,F,0,(MPa),点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1.2,金属材料的机械性能,屈服极限,（,s,或,0.2,）,强 度 指 标,从拉伸示意图上看，曲线上出现一个小平台的这一阶段称为屈服段，试样屈服时的应力称为材料的屈服极限，也称为屈服强度,s,s,=,P,s,/,F,0,(MPa),有些常用金属的拉伸曲线上没有明显的屈服段，因此规定，试样标距部分残余相对伸长达到原标距长度,0.2,时的应力为屈服极限，也称条件屈服极限，用,0.2,表示,。,屈服极限反映了金属材料对微量塑性变形的抵抗,能力,，对于在使用中，不允许发生微小塑性变形的结构件来说，材料的屈服极限是很重要的性能指标。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1.2,金属材料的机械性能,强度极限,（,b,）,强 度 指 标,材料在断裂时承受的最大应力称为强度极限，用,b,表示,b,=,P,b,/,F,0,(MPa),材料的强度极限,b,就是材料拉断时的强度，它表示,材料抵抗拉伸断裂的能力，也称为拉伸强度,，是评定金属材料强度的重要指标之一。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1.2,金属材料的机械性能,伸长率,（,）,塑 性 指 标,试样拉断后，标距长度增长量与原始标距长度之比称为伸长率,=,（,l,k,-,l,o,）,l,o,100%,对于塑性材料，拉断前会产生明显的颈缩现象，在颈缩部位产生较大的局部伸长。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1.2,金属材料的机械性能,断面收缩率,（,）,塑 性 指 标,试样被拉断后，拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积之比称为断面收缩率,。即,=,（,F,o,-,F,k,）,F,o,100%,金属材料的伸长率,和断面收缩率,越大，材料的塑性越好。,复 习,一,.,金属材料的基本性能：,物理、化学、机械和工艺加工性能,二,.,金属材料的机械性能：,强度和塑性,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,机械性能指标：,强度、塑性、硬度、韧性和抗疲劳性能等。,布氏硬度法和洛氏硬度法。,硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。,最常用的硬度法,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,应,用,范,围,布氏硬度（,HB,）：,压痕面积大，能反映出较大范围内被测试金属的平均硬度，适用于组织比较粗大且不均匀的材料，但不宜测试成品件或薄金属件的硬度，也不能测试硬度高于,HB450,的金属材料。,洛氏硬度（,HR,）：,压痕小，可以在制成品或较薄的金属材料上进行测试；而且，从较软材料到较硬材料，测试范围比较广泛。但对组织比较粗大且不均匀的材料，测量结果不准确。,布氏硬度计,共同点：用一定的载荷将具有一定几何形状的压头压入被测试金属的表面，根据被压入的程度来测定金属材料的硬度值。,洛氏硬度计,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,布氏硬度和金属材料的强度极限之间存在着近似的正比关系，,硬度值大，材料的强度极限也大。,通过布氏硬度可以近似确定材料强度极限，并可推断材料的热处理状态。,对于硬度较小的材料，容易被划伤、碰伤和磨损，在维修工作中，应注意保护。金属材料的硬度对材料的机械加工性能也有影响。,根据金属材料的硬度值可估计出材料的近似强度极限和耐磨性。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,机械性能指标：,强度、塑性、硬度、韧性和抗疲劳性能等。,韧性是指金属试样断裂时，吸收能量的能力。韧性好的金属材料，脆性就小，断裂时，吸收能量较多，不易发生脆性断裂。,冲击韧性,断裂韧性,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,金属材料在,冲击载荷,作用下，抵抗破坏的能力称为冲击韧性。,用冲击韧性值,k,来表示，并需要进行冲击试验来确定。冲击韧性值,k,就是冲断试样所消耗能量和试样断裂处横截面积的比值，单位是,J/cm,2,。,冲击韧性,势能动能对试件的冲击载荷。,冲击试验来测定,k,GH,1,-GH,2,=,A,k,(J),A,k,摆锤冲断试样消耗的功,k,=,A,k,/,S,(J/cm,2,),S,试样缺口处横截面积,k,可用来评定材料韧性和脆性程度。,k,低的材料称为脆性材料，在断裂前没有明显的塑性变形，吸收能量少，抵抗冲击载荷的能力低；,k,高的材料称为塑性材料,在断裂前有明显的塑性变形，吸收能量多，抵抗冲击载荷的能力强,。,对于在使用中承受较大冲击载荷的构件来说，材料的冲击韧性是很重要的性能指标。如起落架结构中的承力构件就采用,强度高、韧性好的合金钢,来制造。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,指金属材料对裂纹失稳扩展而引起的低应力脆断的抵抗能力。,断裂韧性,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,指金属材料对裂纹失稳扩展而引起的低应力脆断的抵抗能力。,断裂韧性,裂纹的分类（按力学特征）,张开型（,I,型裂纹）,构件承受垂直于裂纹面的拉力作用，裂纹表面的相对位移沿着自身平面的法线方向。,在工程结构上，,I,型裂纹是最常见的、最危险的裂纹。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,指金属材料对裂纹失稳扩展而引起的低应力脆断的抵抗能力。,断裂韧性,对于无限大厚板的中央穿透,I,型裂纹,(,张开型裂纹,),的应力强度因子用,K,I,表示。,式中：,名义应力；,a,裂纹长度的一半,决定构件中裂纹是否发生失稳扩展不是承力构件的平均应力，而是裂纹尖端附近区域应力的大小。,为了研究裂纹尖端附近区域的应力情况，引进了一个表示裂纹尖端附近区域应力场强弱的因子，称为,应力强度因子,。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,断裂韧性,式中：,名义应力；,a,裂纹长度的一半,应力强度因子：,表示裂纹尖端附近区域应力场强弱的因子。,随着,增加，,K,I,也增加，当,增加到某一个临界值,c,。时，裂纹会突然失稳扩展，使构件发生脆性断裂。这时,K,I,的临界值就称为临界应力强度因子，用,K,Ic,表示，也称为金属材料的平面应变断裂韧性。,对于无限大厚板的中央穿透,I,型裂纹,(,张开型裂纹,),的应力强度因子,K,I,对于平面应变状态，,I,型裂纹发生裂纹失稳扩展的条件是,：,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,断裂韧性,对于平面应变状态，,I,型裂纹发生裂纹失稳扩展的条件是,：,K,I,是衡量裂纹尖端应力场强弱的一个物理量。它,与外载荷大小，裂纹情况，构件结构几何形状和尺寸有关。,与构件材料无关。,K,Ic,是材料平面应变断裂韧性，它,只与材料有关,，是反映材料抵抗脆性断裂能力的一个重要的物理量。对于一定的材料，在一定工作环境下，它基本上是一个常数。,材料的断裂韧性,K,Ic,会随着材料屈服极限的提高而降低。所以，在航空材料的选用过程中，不能一味追求材料的高强度，应在满足断裂韧性需要的情况下，提高材料的静强度（,s,、,b,）性能。,1.1.2,金属材料的机械性能,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,机械性能指标：,强度、塑性、硬度、韧性和抗疲劳性能等。,金属材料在交变载荷作用下发生的破坏称为,疲劳破坏,。,金属材料抵抗疲劳破坏的能力称为,抗疲劳性能,。,交变载荷和交变应力：,交变载荷是指载荷的大小和方向随时间作周期性或者不规则改变的载荷。在交变载荷作用下，结构件的应力称为交变应力。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,在交变载荷作用下，结构件的应力称为,交变应力,。,交变载荷和交变应力,应力幅值,（,S,a,）,：应力循环中,的变化分量,最大应力,（,S,max,）,最小应力,（,S,min,）,平均应力,（,S,m,）,：应力循环中,的静态分量,应力循环的性质由平均应力,S,m,和应力幅值,S,a,所决定。应力循环的特征由,应力比,R,来表示：,R,=,S,min,/,S,max,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,应力循环分为单向循环和双向循环。,单向循环：,应力仅改变大小，不改变符号,(,方向,),。,R,0,双向循环：,应力的大小和方向都发生变化。,R,0,交变应力分为三种类型：,R,=-1,时，称为对称循环；,R,=0,时，称为脉动循环；,R,为其它任意值时，称为非对称循环。,交变载荷和交变应力,R,=,S,min,/,S,max,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,交变载荷和交变应力,S,N,曲线,反映材料交变应力大小,S,与其疲劳寿命,N,之间的关系,表征某种材料的抗疲劳破坏的特性，以及估计结构疲劳寿命。,利用若干个标准试件，在一定的平均应力,S,m,（或一定的循环特征,R,），不同的应力幅,S,a,（或不同的最大应力,S,max,）下进行疲劳试验，测出试件断裂时的循环次数,N,；然后把试验结果画在以,S,a,（或,S,max,）为纵坐标，以,lg,N,为横坐标，画出一条曲线，它就是响应于,S,m,（或,R,）的一条,S,N,曲线。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,疲劳极限,在工程应用中，是在一个规定的足够大的有限循环次数，比如,N=5,10,10,，作用下而不发生破坏的最大应力，作为金属材料在该循环特征下的持久极限。也称为“条件持久极限”或“实用持久极限”。,在一定循环特征下，金属材料承受无限次循环而不破坏的最大应力，称为金属材料在这一循环特征下的疲劳极限，也称为,持久极限,。,通常应力循环特征,R=,1,时，疲劳极限的数值最小，如果不加说明，材料的疲劳极限都是指,R=,1,特征应力循环下的最大应力，用,S,-1,表示。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,疲劳破坏特征,a.,低的交变应力,b.,脆性断裂,c.,损伤累积的过程,d.,具有局部特征,并不牵涉到整个结构的所有材料,在使用中发现疲劳裂纹时，一般并不需要更换全部结构，只需更换损伤部分。在疲劳损伤不严重的情况下，有时只需要排除疲劳损伤，比如扩铰孔排除孔边裂纹、在裂纹尖端打止裂孔就可以了,。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.1,金属材料的基本概述,1.1.2,金属材料的机械性能,应力集中,应力集中是指受力时结构件中应力分布的不均匀程度。金属结构件表面或内部的缺陷处,(,如划伤、夹杂、压痕、气孔等,),以及截面突变处,(,如螺纹、大小截面转接处等,),，都会在载荷作用下出现应力局部增大的现象，形成应力集中。应力集中的程度用应力集中系数,K,t,来表示。,应力集中的地方往往会成为疲劳裂纹的起源点,，产生疲劳裂纹，导致疲劳破坏。,应力集中会使试件的疲劳极限大大下降，是影响疲劳强度的主要因素之一。,提高金属构件表面光洁度，减少热处理造成的各种小缺陷，都可以较明显地提高金属构件的疲劳极限，延长它的使用寿命。,复 习,金属材料的机械性能：硬度、韧性、抗疲劳性能,1.,硬度的测定方法，硬度与强度极限的关系,2.,韧性（冲击韧性、断裂韧性）,（,1,）冲击韧性值,k,的测定、,k,评定材料韧性和脆性程度,（,2,）什么是低应力脆断、,I,型（张开型）裂纹特征、,应力强度因子定义,平面应变状态下，,I,型裂纹发生裂纹失稳扩展的条件,3.,抗疲劳性能（交变载荷和交变应力）,（,1,）应力循环的平均应力,S,m,和应力幅值,S,a,、应力比,R,（,2,）,S,-,N,曲线及疲劳破坏的特征,（,3,）应力集中,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.2,碳钢和合金钢,钢是以铁和碳为主要成分的合金，它的含碳量一般在,0.02,2.11,之间。,一、按用途分类,(1),结构钢,：,用来制造各种工程结构和机器零件。包括：渗碳钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢等。,(2),工具钢,：,用来制造各种工具。包括：刃具钢、模具钢和量具钢等。,(3),特殊性能钢,：,包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。,1.2.1,钢的分类,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.2,碳钢和合金钢,二、按化学成分分类,(1),碳钢,=,铁,+,碳,+,少量的杂质,(,锰、硅、硫、磷等,),(2),合金钢,=,碳钢,+,合金元素,1.2.1,钢的分类,当钢的含碳量小于,0.9,时，随着钢中含碳量的增加，钢的强度、硬度直线上升，而塑性、韧性不断降低；,当钢的含碳量大于,0.9,时，随着钢中含碳量的增加，不仅塑性、韧性进一步降低，钢的强度也明显下降。所以，工业中使用的碳钢含碳量一般不超过,1.3,1.4,。,按含碳量可将钢分为,低碳钢,(,含碳量,0.25,),、,中碳钢,(0.25,0.6,),。,分类（举例）,含碳量国内（国外）,性能,用途,低碳钢,（,10,、,20,钢）,0.25%,（,0.1-0.3%,）,优良的塑性、韧性、焊接性和冷压力加工性,冲压件、渗碳件、焊接件,中碳钢,（,45,、,50,钢）,0.25-0.60%(0.3-0.5%),综合机械性能良好（强硬度，塑性、韧性均好）切削性良好,传动轴、偏心轴、连杆等,高碳钢,（,70,钢、,T7,）,0.60%(0.5-1.05%),硬度高，热处理后（淬火）强度高，高弹性,手工工具、低速切削刃具、精度不高量具、模具等，卷簧、板簧、钢丝等,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.2,碳钢和合金钢,二、按化学成分分类,(1),碳钢,=,铁,+,碳,+,少量的杂质,(,锰、硅、硫、磷等,),(2),合金钢,=,碳钢,+,合金元素,1.2.1,钢的分类,按合金元素含量不同分为,低合金钢,(,合金元素总含量,5,),、,中合金钢,(,合金元素总含量在,5,10,),和,高合金钢,(,合金元素总含量,10,),。,按钢中所含主要合金元素种类不同，合金钢又分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。,三、按质量分类,按钢中所含有害杂质磷、硫的含量，可分为普通钢,(,含磷量,0.045,、含硫量,0.055,或磷、硫含量均,0.050,),、优质钢,(,磷、硫含量均,0.040,),和高级优质钢,(,含磷量,0.035,、含硫量,0.030,),。,热处理是将固态金属或合金以一定的速度加热到一定的温度并保温一定时间，再以预定的冷却速度进行冷却，以,改变其内部金相组织,，从而获得所需要性能的一种工艺过程。,温度和时间,是影响热处理的主要因素。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.2,碳钢和合金钢,1.2.2,钢的热处理,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.2,碳钢和合金钢,1.2.2,钢的热处理,铁素体强度硬度低，塑性和韧性高。渗碳体熔点高，硬而脆，强度也不高。在以铁素体为基体的铁碳合金中，渗碳体是一种强化相。,渗碳体越多，分布越均匀，材料的强度和硬度就越高。,热处理过程中钢组织的转变和钢热处理的临界温度,第二步：不同的冷却速度,(,如随炉冷、空气冷、油冷、水冷等,),冷却到室温，从而得到不同的组织，获得所需要的性能。,室温下钢的组织：铁素体,(F)+,渗碳体,(Fe,3,C),奥氏体,(A),有良好的塑性，但强度和硬度不高，没有磁性。钢组织由铁素体和渗碳体的混合物转变为单一奥氏体组织的温度称之为,钢热处理的临界温度。,铁素体,+,渗碳体,均匀的奥氏体,(A),。,第一步：加热并保温一定的时间,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.2,碳钢和合金钢,1.2.2,钢的热处理,热处理过程中钢组织的转变和钢热处理的临界温度,冷却过程是钢热处理的关键，它对控制钢在冷却后的组织与性能具有决定性的意义。同一钢种在相同加热条件下获得的奥氏体组织，以不同的冷却条件冷却后，钢的机械性能有着明显的不同。,第二步：不同的冷却速度,(,如随炉冷、空气冷、油冷、水冷等,),冷却到室温，从而得到不同的组织，获得所需要的性能。,第一步：加热并保温一定的时间,V,冷却,，强度，硬度，塑性,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.2,碳钢和合金钢,1.2.2,钢的热处理,(1),在实际生产中分为预备热处理和最终热处理。,为使加工的零件满足使用性能要求而进行的热处理叫做最终热处理；而为了消除前一道工序造成的某些缺陷，或为后面的加工做好准备的热处理叫做预备热处理。,热处理分类,(2),分为普通热处理和表面热处理,目的和作用：,(1),改善或消除钢在铸造、锻造或焊接后，成分和组织不均匀性。,(2),降低硬度，以便于切削加工。,(3),提高塑性，以便于冷变形加工。,(4),细化组织晶粒，改善性能，消除应力。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,退 火,正 火,1.2,碳钢和合金钢,普,通,热,处,理,淬 火,回 火,退火,：是将钢加热到,临界温度以上,30,50,，保温一段时间后，以,十分缓慢的速度,进行冷却,(,通常是随炉冷却,),的热处理工艺。,去应力退火,：,是将工件缓慢加热到,临界温度以下的,某一温度,(,通常为,600,650),，保温一定的时间，然后,随炉缓慢冷却到,200,，再出炉冷却至室温,。去应力退火的加热温度低于临界温度，也叫,低温退火,。在去应力退火过程中，钢并不发生相变，残余应力主要是在保温时消除的。,目的和作用：,用于消除铸件、锻件或焊接件、冷冲压件以及机加工件中的残余应力，防止工件在以后机械加工或使用过程中，产生变形或开裂。,1.2.2,钢的热处理,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,退 火,正 火,1.2,碳钢和合金钢,普,通,热,处,理,淬 火,回 火,正火,：将钢加热到,临界温度以上,30,50,，保温一定的时间，,在空气中冷却,的热处理工艺。,正火与退火不同：主要在于正火的冷却速度较快。,正火后钢的强度、硬度和韧性都比退火后的要高，而且塑性也不降低。因为正火后钢的性能更好，操作又简单，生产周期短，设备利用率高，所以在生产中得到广泛的应用。,1.2.2,钢的热处理,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,退 火,淬 火,1.2,碳钢和合金钢,普,通,热,处,理,正 火,回 火,淬火,：把钢加热到,临界温度以上,，经适当保温后，,快速冷却,到室温,(,一般用油冷或水冷,),，从而获得马氏体组织的一种热处理。,马氏体：,淬火热处理冷却速度很快，使奥氏体中碳原 子来不及析出，就形成了碳原子过饱合的固溶体,。,目的：,获得马氏体，为后面进行的回火处理作好准备。,钢淬火后，必须进行回火处理，提高钢的强度和硬度，获得所需要的各种机械性能。,1.2.2,钢的热处理,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,退 火,回 火,1.2,碳钢和合金钢,普,通,热,处,理,正 火,淬 火,回火,：将淬火处理后的钢加热到,临界温度以下,的某个温度，保温一定的时间，然后以选定的冷却速度,(,空冷、油冷或水冷,),冷却到室温的热处理。它是紧接淬火处理的一道热处理工序。,目的：,(1),改善淬火所得到的马氏体组织，以调整改善钢的性能。,(2),使淬火所得到的马氏体变成稳定组织，稳定尺寸。,(3),消除淬火热处理在工件中产生的内应力，防止工件变形或开裂。,类,型,影,响,适用于,低温回火,保持高硬度、高耐磨性，内应力,高强度钢、工具钢及表面需淬火或渗碳的零件，如合金渗碳钢、滚动轴承钢,中温回火,弹性极限、屈服强度，内应力消除,弹簧钢制的弹性零件，如合金弹簧钢,高温回火,有一定强度、硬度；塑性、韧性,中碳钢、中碳合金钢制的连接、传动件，如合金调质钢,回,硬度、强度,塑性、韧性,内应力,回火温度对机械性能的影响：,1.2.2,钢的热处理,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.2,碳钢和合金钢,表面热处理,化学热处理,表面淬火,目的：,使零件的表层得到强化,，使其具有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限，而,心部,为了承受冲击载荷，,仍应保持足够的塑性和韧性,。,表面淬火：,通过,快速加热,使钢表层温度达到,临界温度以上,，而不等热量传到中心，,立即予以淬火冷却,，其结果是表面获得硬而耐磨的马氏体组织，而心部仍保持原来塑性、韧性较好的组织。,不改变钢表层化学成分，只改变表层组织的局部热处理方法,。,1.2.2,钢的热处理,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.2,碳钢和合金钢,表,面,热,处,理,表 面 淬 火,化学热处理,化学热处理,:,把钢零件置于某种介质中，通过加热和保温，使介质分解出某些元素渗入工件表层。既改变零件表层的化学成分，又改变零件表层组织的一种表面热处理方法。,目的和作用：,(1),强化表面，提高工件表层的某些机械性能，如表面硬度、耐磨性、疲劳极限等。,(2),保护工件表面，提高工件表面的物理、化学性能，如耐高温及耐腐蚀等。,1.2.2,钢的热处理,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.2,碳钢和合金钢,1.2.3,合金钢,合金钢,=,碳钢,+,合金元素,（,1,）有明显的强化作用。,（,2,）提高了淬火钢的回火抗力，可以使钢在调质处理后获得更好的综合机械性能。,（,3,）增加了碳钢的淬透性。,降低钢淬火的临界冷却速度；,可增加大截面工件的淬透层深度。,（,4,）使钢获得某些特殊性能，比如，抗腐蚀、耐高温等。,1.,Ni,：使强度、硬度和屈服强度，热处理中使钢的淬透性，晶粒变细，阻止翘曲、起皮。,2.,Cr,：高硬度、高熔点化学元素，可使强度、硬度，抗磨损、抗腐蚀性,3.,Mo,：用于飞机结构钢，可细化晶粒，使冲击强度，弹性极限,4.,V,：改善晶粒结构，提高极限拉伸强度和韧性,5.,W,：熔点极高，红硬性好，切削刀具和磁电机的断闭点,镍铬钢：,用作飞机零件的基本材料，镍（韧性），铬（硬度）,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.2,碳钢和合金钢,1.2.3,合金钢,合金钢,=,碳钢,+,合金元素,合金钢的牌号表示,编号原则：,合金结构钢,前面两位数字表示合金钢平均含碳量,(,单位是,0.01,),，后面加合金元素符号及其平均含量,(,单位是,1,),，当合金元素含量小于,1.5,时，表示平均含量的数字可以省略。若元素含量等于或大于,1.5,、,2.5,时，则元素符号后的数字为含量的近似值，即为,2,、,3,等。若是高级优质钢，则在钢号末尾加“,A”,字。,合金工具钢若含碳量大于,l,，则表示含碳量的数字可以省略；若含碳量小于,1,，应标出含碳量，单位是,0,1,。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.2,碳钢和合金钢,1.2.3,合金钢,合金钢的牌号表示,美国的一般碳钢和合金钢都用,4,个数字的系列符号来表示。前两位数字表示钢的类型，其中第二位数字通常给出主要合金元素的含量,(,单位为,1,),，,最后两位数字表示钢的平均含碳量,(,单位为,0.0l,),。,美国钢号介绍,SAE,（美国汽车工程学会）标准,AISI,（美国钢铁学会）标准,FS,（美国联邦政府规格）标准,10,标识符号表示普通钢。,比如：,SAEl010,和,SAEl030,表示普通低碳钢。后两位数字,10,、,30,分别表示钢的平均含碳量为,0.10,和,0.30,。,2,标识符号表示镍合金钢系列。,比如,SAE2330,表示含镍合金元素,3,，平均含碳量为,0,30,的合金钢。,3,标识符号表示镍铬合金钢系列。,比如,SAE3310,表示含镍合金元素,3.5,，平均含碳量为,0.10,的合金钢。,9,标识符号表示硅锰合金系列。,比如,SAE92lO,表示含硅合金元素,2,，平均含碳量为,0,10,的合金钢。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.2,碳钢和合金钢,1.2.4,航空工业中使用的钢材,渗 碳 钢,调 质 钢,超高强度钢,不 锈 钢,渗碳钢：,合金结构钢表面进行渗碳处理，以达到构件内部材料有较高的强度、韧性和抗疲劳强度，而表面又具有较高的硬度和耐磨性，多用来制造齿轮、传动轴、销子等。,12Cr2Ni4A,、,18Cr2Ni4WA,等都是在航空器上普遍使用的渗碳钢。,调质钢：,使用最广泛的一类钢材，也是在航空工业中使用最多的合金结构钢。航空工业中常用的调质钢有：,(1)40CrNiMoA,：这种钢在调质处理后，综合机械性能好。广泛用于制造高负荷，大尺寸的轴零件。比如，发动机的涡轮轴、曲轴、螺旋桨轴及直升机旋翼轴等。,(2)30CrMnSiA,：,这种钢经调质处理后，可获得相当高的强度，工艺性能好，价格便宜，在航空工业中使用较多。但它的淬透性不大，韧性也较小。广泛用于制造飞机起落架、连接件、发动机架、大梁、螺栓等。,耐热钢材,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.2,碳钢和合金钢,1.2.4,航空工业中使用的钢材,渗 碳 钢,调 质 钢,超高强度钢,不 锈 钢,超高强度钢：,是指,强度极限,b,1 470 MPa(150 kgf,mm,2,),的合金钢。目前在航空工业中使用最广泛的是低合金超高强度钢。,30CrMnSiNi2A,钢是航空工业中使用较为广泛的低合金超高强度钢，用于制造受力最大的重要飞机结构件，如起落架、机翼大梁、重要连接件、螺栓等。,耐热钢材,这种钢材的缺点是,韧性相对较低,，对应力集中比较敏感。所以，用这种钢材制成的零构件，在几何形状上都应采取光滑过渡，绝对要避免尖角的出现；构件表面质量要高，不能有压坑、冲眼等缺陷存在；经磨削或校形后，应在,200250,进行去应力回火；在进行表面处理时，一定要防止氢脆。,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,1.2,碳钢和合金钢,1.2.4,航空工业中使用的钢材,渗 碳 钢,调 质 钢,超高强度钢,不 锈 钢,耐热钢材,不锈钢：,能在一定的介质,(,如水分、空气、酸、碱、盐等,),中，不产生腐蚀或抗蚀性较好的钢。在钢中加入一定量的铬,(Cr),、镍,(Ni),等合金元素，可以提高钢的抗腐蚀性能，制成不锈钢。,铬的作用：,在钢中加入铬元素的含量达到,12,时，可以明显减小碳化物与铁素体之间的电极电位差；若含铬量再增加，达到一定值时，还可以使钢在常温下成为单相铁素体组织。另外，铬还能在钢表面形成起保护作用的氧化膜,(Cr,2,O,3,),，使钢与周围介质隔离，阻止钢进一步氧化。,镍的作用,：在钢中加入一定量的镍元素，可以使钢在常温下成为单相奥氏体组织，避免形成微观腐蚀电池，提高了钢的抗电化学腐蚀的能力。加入锰、氮元素也有类似的作用。,航空工业中常使用的不锈钢有,马