张金属材料的主要性能.pptx

Fundamental of Mechanical Machining Technology机械加工基础机械加工基础学生：机械学生：机械学生：机械学生：机械0909级本科级本科级本科级本科课时：课时：课时：课时：4848学时（包括学时（包括学时（包括学时（包括2 2学时考试）学时考试）学时考试）学时考试）时间：时间：时间：时间：2010201120102011学年学年学年学年 第三学期第三学期第三学期第三学期 1 14 4周，周一周，周一周，周一周，周一5-85-8节，周三节，周三节，周三节，周三5-85-8节，周五节，周五节，周五节，周五1-41-4节节节节教师：教师：教师：教师：张红哲张红哲张红哲张红哲 机械学院机械学院机械学院机械学院办公地点：办公地点：办公地点：办公地点：工程训练中心工程训练中心工程训练中心工程训练中心 教学研究室教学研究室教学研究室教学研究室电话：电话：电话：电话：84708693-801284708693-801284708693-801284708693-8012课程简介课程简介l l关于课程名称关于课程名称：原名原名原名原名金属工艺学金属工艺学金属工艺学金属工艺学 根据教育部根据教育部根据教育部根据教育部9595大纲大纲大纲大纲高校工高校工高校工高校工科本科基础课程科本科基础课程科本科基础课程科本科基础课程工程材料及机械制造基础课工程材料及机械制造基础课工程材料及机械制造基础课工程材料及机械制造基础课程教学基本要求程教学基本要求程教学基本要求程教学基本要求改用现名改用现名改用现名改用现名机械加工基础机械加工基础机械加工基础机械加工基础 金属工艺学系列课程金属工艺学系列课程1、工程材料课程、工程材料课程2、热加工工艺基础课程、热加工工艺基础课程3、机械加工工艺基础课程、机械加工工艺基础课程课程简介课程简介l l教材教材：金属工艺学金属工艺学 上、下册，上、下册，邓文英主编，高等教育出版社l l参考书参考书：机械制造工艺基础机械制造工艺基础机械制造工艺基础机械制造工艺基础傅水根主编，清华大学版，傅水根主编，清华大学版，傅水根主编，清华大学版，傅水根主编，清华大学版，20042004 工程训练实习教材工程训练实习教材工程训练实习教材工程训练实习教材 机械精度设计与检测技术机械精度设计与检测技术机械精度设计与检测技术机械精度设计与检测技术陈隆德，赵福令，机械工陈隆德，赵福令，机械工陈隆德，赵福令，机械工陈隆德，赵福令，机械工业版，业版，业版，业版，20002000课程简介课程简介l l课程性质：课程性质：课程性质：课程性质：机械类专业制造技术基础课机械类专业制造技术基础课机械类专业制造技术基础课机械类专业制造技术基础课l l课程任务：课程任务：课程任务：课程任务：学习工艺知识，培养工程素质。学习工艺知识，培养工程素质。学习工艺知识，培养工程素质。学习工艺知识，培养工程素质。l l课程目的：课程目的：课程目的：课程目的：为学生提供大工程、大机械概念下的制造技术知识教育，为学生提供大工程、大机械概念下的制造技术知识教育，为学生提供大工程、大机械概念下的制造技术知识教育，为学生提供大工程、大机械概念下的制造技术知识教育，培养学生把理论与实践结合起来学习的理念，提高工程实培养学生把理论与实践结合起来学习的理念，提高工程实培养学生把理论与实践结合起来学习的理念，提高工程实培养学生把理论与实践结合起来学习的理念，提高工程实践的意识，并能用所学的基本原理和方法分析实际生产技践的意识，并能用所学的基本原理和方法分析实际生产技践的意识，并能用所学的基本原理和方法分析实际生产技践的意识，并能用所学的基本原理和方法分析实际生产技术问题，培养和挖掘大学生创新能力。术问题，培养和挖掘大学生创新能力。术问题，培养和挖掘大学生创新能力。术问题，培养和挖掘大学生创新能力。课程简介课程简介l l课程要求课程要求：1.1.了解机械制造的发展趋势了解机械制造的发展趋势了解机械制造的发展趋势了解机械制造的发展趋势2.2.熟悉材料成型和切削加工的基本原理熟悉材料成型和切削加工的基本原理熟悉材料成型和切削加工的基本原理熟悉材料成型和切削加工的基本原理3.3.掌握材料成型和切削加工技术的基本知识、掌握材料成型和切削加工技术的基本知识、掌握材料成型和切削加工技术的基本知识、掌握材料成型和切削加工技术的基本知识、概念和常用加工方法概念和常用加工方法概念和常用加工方法概念和常用加工方法l l学习方法提示：学习方法提示：理论联系实际，特别是紧密联系理论联系实际，特别是紧密联系理论联系实际，特别是紧密联系理论联系实际，特别是紧密联系工程训练经工程训练经历历，逐步提高分析问题的能力。，逐步提高分析问题的能力。，逐步提高分析问题的能力。，逐步提高分析问题的能力。课程简介课程简介l讲授计划讲授计划：材料成型部分（热加工材料成型部分（热加工22学时）学时）第一篇第一篇 金属材料的基本知识金属材料的基本知识 4学时 第二篇第二篇 铸造铸造 6学时 第三篇第三篇 金属塑性加工金属塑性加工 6学时 第四篇第四篇 焊接焊接 6学时 讲授计划讲授计划：切削加工部分（切削加工部分（22学时）学时）第一章第一章 金属切削基础金属切削基础 4 第二章第二章 金属加工机床基本知识金属加工机床基本知识 2 第三章第三章 常用切削加工方法的工艺特点及应用常用切削加工方法的工艺特点及应用 4 第四章第四章 特种加工与精密加工技术特种加工与精密加工技术 2 第五章第五章 典型表面加工方案的选择典型表面加工方案的选择 4 第六章第六章 机械零件的结构工艺性机械零件的结构工艺性 4 第七章第七章 机械加工工艺过程机械加工工艺过程 2 考考 试试 2 课程简介课程简介l l作业要求：作业要求：每次请用单页纸做。每次请用单页纸做。每次请用单页纸做。每次请用单页纸做。按时交作业。按时交作业。按时交作业。按时交作业。累计累计累计累计3 3次未按时交作业者，取消本课成绩。次未按时交作业者，取消本课成绩。次未按时交作业者，取消本课成绩。次未按时交作业者，取消本课成绩。l l课程成绩：课程成绩：平时作业平时作业平时作业平时作业+考试成绩考试成绩考试成绩考试成绩 3030 +70+70采掘采掘采掘采掘铸件铸件铸件铸件机电机电机电机电产品产品产品产品机械机械机械机械零件零件零件零件机械机械机械机械制造制造制造制造原材原材原材原材料料料料生铁生铁生铁生铁钢锭钢锭钢锭钢锭型材型材型材型材铸造铸造铸造铸造锻件锻件锻件锻件冲压冲压冲压冲压件件件件焊接焊接焊接焊接件件件件型材型材型材型材坯料坯料坯料坯料锻造锻造锻造锻造冲压冲压冲压冲压焊接焊接焊接焊接下料下料下料下料冶炼冶炼冶炼冶炼轧制轧制轧制轧制切削切削切削切削加工加工加工加工特种特种特种特种加工加工加工加工热处理热处理热处理热处理装配装配装配装配调试调试调试调试电子焊装电子焊装电子焊装电子焊装电子元器件电子元器件电子元器件电子元器件机械制造的一般工艺流程机械制造的一般工艺流程第一篇第一篇 金属材料的基本知识金属材料的基本知识 工程材料工程材料 非金属材料非金属材料金属材料金属材料纯金属纯金属合金（铁碳合金等）合金（铁碳合金等）机械制造机械制造第一章第一章 金属材料的主要性能金属材料的主要性能第一节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能：指金属材料在力的作用下所表现出来的性能。指金属材料在力的作用下所表现出来的性能。力学性能强度、塑性、硬度强度、塑性、硬度 静载荷静载荷冲击韧度冲击韧度 动载荷动载荷疲劳强度疲劳强度 交变载荷交变载荷一、强度与塑性一、强度与塑性1.弹性变形（弹性变形（OS）Oe段：直线阶段，完全弹段：直线阶段，完全弹性变形。性变形。（去除外力后能完（去除外力后能完全恢复到原来的形状）全恢复到原来的形状）eS段：极微量塑性变形段：极微量塑性变形低碳钢的拉伸曲线低碳钢的拉伸曲线 2.2.屈服点屈服点（S）拉伸试样产生屈服时的应力拉伸试样产生屈服时的应力3 3均匀塑性变形阶段均匀塑性变形阶段（SbSb）4 4缩颈（缩颈（bkbk）：局部集中塑性变形）：局部集中塑性变形外力消除后仍存在的永久变形。外力消除后仍存在的永久变形。1.1.强度（强度（strengthstrength）指金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。指金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。（1 1）屈服点：拉伸试样产生屈服时的应力）屈服点：拉伸试样产生屈服时的应力试样产生屈服时的应力试样产生屈服时的应力，MPa;Fs试样屈服时所承受的最大载荷试样屈服时所承受的最大载荷，N；A0试样原始截面积试样原始截面积，mm。l中、高碳钢和其中、高碳钢和其他脆性金属材料他脆性金属材料无明显屈服现象，无明显屈服现象，国家标准以产生国家标准以产生0.2%塑性变形的塑性变形的应力来表示屈服应力来表示屈服强度，即：强度，即：l0.2=F0.2/A0（2）抗拉强度：指金属材料在拉断前所能承受的）抗拉强度：指金属材料在拉断前所能承受的 最大应力。最大应力。Fb 试样在拉断前所承受的最大载荷试样在拉断前所承受的最大载荷，N；A0试样原始截面积试样原始截面积，mm2。试样在拉断前所承受的最大应力试样在拉断前所承受的最大应力，MPa;2.2.塑性塑性(plasticity)(plasticity)指金属材料在力的作用下，产生不可逆永久变形指金属材料在力的作用下，产生不可逆永久变形的能力。的能力。（1 1）伸长率：试样拉断后，其标距的伸长与原始标）伸长率：试样拉断后，其标距的伸长与原始标距的百分比。距的百分比。L0 试样原始标距的长度（试样原始标距的长度（mm）L1 试样拉断后的标距长度（试样拉断后的标距长度（mm）伸长率与试样尺寸有关，为便于比较一般取：伸长率与试样尺寸有关，为便于比较一般取：L0=5d0L0=10d0同种材料同种材料比比大大（2 2）断面收缩率：试样拉断后，缩颈处截面积的最）断面收缩率：试样拉断后，缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。大缩减量与原始横截面积的百分比。式中：式中：A0试样的原始截面积（试样的原始截面积（mm2）A1试样断面处的最小截面积（试样断面处的最小截面积（mm2）和和愈大，则塑性愈好。良好的塑性是愈大，则塑性愈好。良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。良好金属材料进行塑性加工的必要条件。良好的塑性能避免突然断裂，增加零件的安全的塑性能避免突然断裂，增加零件的安全性。性。二、硬度二、硬度（hardness）l l金属材料表面抵抗局部变形，特别是塑性金属材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕、划痕的能力称为变形、压痕、划痕的能力称为硬度硬度。l l硬度硬度是衡量金属材料软硬程度的一种是衡量金属材料软硬程度的一种性能性能指标指标。它直接影响到材料的。它直接影响到材料的耐磨性及切削耐磨性及切削加工性。加工性。l l硬度测定方法有压入法、划痕法、回弹高硬度测定方法有压入法、划痕法、回弹高度法等。度法等。l l金属材料的硬度可用专门仪器来测试，常金属材料的硬度可用专门仪器来测试，常用的有用的有布氏硬度机、洛氏硬度机布氏硬度机、洛氏硬度机等。等。1、布氏硬度、布氏硬度式式中中：p试试验验力力，N；D D压头的直径压头的直径,mm,mm HBS表示用淬火钢球作为压头测出的硬度值。表示用淬火钢球作为压头测出的硬度值。常用钢球直径常用钢球直径10mm，载荷，载荷30000N。主要用于主要用于450HBS以下的灰铸铁、软钢和非铁合金等。以下的灰铸铁、软钢和非铁合金等。布氏硬度试验原理图布氏硬度试验原理图 HBW表示用硬质合金球作为压头测出的硬度值。表示用硬质合金球作为压头测出的硬度值。应用：测试应用：测试650HBW以下的淬火钢材。以下的淬火钢材。现在现在HBW和和HBS并行使用并行使用缺点：压痕较大，不适合成品检验。缺点：压痕较大，不适合成品检验。2、洛氏硬度（、洛氏硬度（HR）l l测试原理：测试原理：将压头按图施加将压头按图施加100N的初始压力，使压头的初始压力，使压头与试样始终保持紧密接触。然后，向压头与试样始终保持紧密接触。然后，向压头施加主载荷，保持数秒后卸除主载荷，以施加主载荷，保持数秒后卸除主载荷，以残余压痕深度计算其硬度值。残余压痕深度计算其硬度值。l l特点特点：简便、迅速、压痕小，适于成品检验简便、迅速、压痕小，适于成品检验 硬度值重复性较差，需在不同部位测量数次。硬度值重复性较差，需在不同部位测量数次。2、洛氏硬度（、洛氏硬度（HR）3、维氏硬度（、维氏硬度（HV）l维氏硬度试验方法是英国史密斯（维氏硬度试验方法是英国史密斯（R.L.Smith）和）和塞德兰德（塞德兰德（C.E.Sandland）于）于1925年提出的。英年提出的。英国的维克斯国的维克斯阿姆斯特朗（阿姆斯特朗（Vickers-Armstrong）公司试制了第一台以此方法进行试验的硬度计。和公司试制了第一台以此方法进行试验的硬度计。和布氏、洛氏硬度试验相比，布氏、洛氏硬度试验相比，维氏硬度试验测量范围维氏硬度试验测量范围较宽，从较软材料到超硬材料，几乎涵盖各种材料。较宽，从较软材料到超硬材料，几乎涵盖各种材料。lHV-适用于显微镜分析。维氏硬度适用于显微镜分析。维氏硬度(HV)以以120kg以以内的载荷和顶角为内的载荷和顶角为136的金刚石方形锥压入器压入的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值即为维氏硬度值(HV)。l相对精确，一般用于仲裁相对精确，一般用于仲裁。布氏硬度与布氏硬度与洛氏硬度洛氏硬度的比较的比较 布氏硬度的特点：布氏硬度的特点：布氏硬度因压痕面积较大，布氏硬度因压痕面积较大，布氏硬度因压痕面积较大，布氏硬度因压痕面积较大，HBHB值的代表性较全面，实验值的代表性较全面，实验值的代表性较全面，实验值的代表性较全面，实验数据的重复性好数据的重复性好数据的重复性好数据的重复性好。由于淬火钢球本身的变形问由于淬火钢球本身的变形问由于淬火钢球本身的变形问由于淬火钢球本身的变形问题，题，题，题，不能试验太硬的材料不能试验太硬的材料不能试验太硬的材料不能试验太硬的材料，一般在一般在一般在一般在HB450HB450以下。以下。以下。以下。由于压痕较大，由于压痕较大，由于压痕较大，由于压痕较大，不适合成品不适合成品不适合成品不适合成品检验。检验。检验。检验。通常用于测定铸铁、有色金通常用于测定铸铁、有色金通常用于测定铸铁、有色金通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材料的属、低合金结构钢等材料的属、低合金结构钢等材料的属、低合金结构钢等材料的硬度。硬度。硬度。硬度。洛氏硬度的特点：洛氏硬度的特点：洛氏硬度由于压痕较小，硬度代洛氏硬度由于压痕较小，硬度代洛氏硬度由于压痕较小，硬度代洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表性差些，如果材料中有偏析或表性差些，如果材料中有偏析或表性差些，如果材料中有偏析或表性差些，如果材料中有偏析或组织不均的情况，则所测组织不均的情况，则所测组织不均的情况，则所测组织不均的情况，则所测硬度值硬度值硬度值硬度值的重复性也差。的重复性也差。的重复性也差。的重复性也差。洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度HRHRHRHR可以可以可以可以用于硬度很高的用于硬度很高的用于硬度很高的用于硬度很高的材料。材料。材料。材料。压痕很小，几乎不损伤工件表面，压痕很小，几乎不损伤工件表面，压痕很小，几乎不损伤工件表面，压痕很小，几乎不损伤工件表面，故在故在故在故在钢件热处理质量检查中应用钢件热处理质量检查中应用钢件热处理质量检查中应用钢件热处理质量检查中应用最多。最多。最多。最多。三、韧性三、韧性l l定义定义：金属材料断裂前：金属材料断裂前吸收的变形能量的能力。吸收的变形能量的能力。其常用指标为冲击韧度。其常用指标为冲击韧度。l l测定测定：采用摆锤冲击弯：采用摆锤冲击弯曲试验机曲试验机l l冲击值对组织缺陷很敏冲击值对组织缺陷很敏感，因此冲击试验是生感，因此冲击试验是生产上用来检验冶炼、热产上用来检验冶炼、热加工、热处理等工艺质加工、热处理等工艺质量的有效方法。量的有效方法。冲击韧度的计算公式：冲击韧度的计算公式：式中：式中：ak_冲击韧度（冲击值）冲击韧度（冲击值）J/cm2 Ak_冲断试样所消耗的冲击功冲断试样所消耗的冲击功,J S_试件缺口处的横截面积试件缺口处的横截面积cm2四、疲劳强度四、疲劳强度l l定义定义：当金属材料在：当金属材料在无数次重复无数次重复或交变载或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力，叫荷作用下而不致引起断裂的最大应力，叫做疲劳强度。做疲劳强度。l l产生原因产生原因：材料内部缺陷、表面划痕、应：材料内部缺陷、表面划痕、应 力集中。力集中。l l提高零件疲劳强度提高零件疲劳强度：改善结果形状、减少：改善结果形状、减少应力集中、进行表面强化、避免材料内部应力集中、进行表面强化、避免材料内部气孔、夹渣等缺陷。气孔、夹渣等缺陷。第二节第二节 金属材料的物理、化学及工金属材料的物理、化学及工艺性能艺性能一、物理性能一、物理性能 密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性性、磁性二、化学性能二、化学性能 耐酸性、耐碱性、抗氧化性耐酸性、耐碱性、抗氧化性三、工艺性能三、工艺性能 进行冷热加工的性能进行冷热加工的性能 按工艺方法分铸造性、可锻性、焊接性按工艺方法分铸造性、可锻性、焊接性和切削加工性和切削加工性1.铸造性能铸造性能 金属在铸造成形过程中获得外形准确、内部健全金属在铸造成形过程中获得外形准确、内部健全金属在铸造成形过程中获得外形准确、内部健全金属在铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力称为铸造性能。铸造性能包括流动性、铸件的能力称为铸造性能。铸造性能包括流动性、铸件的能力称为铸造性能。铸造性能包括流动性、铸件的能力称为铸造性能。铸造性能包括流动性、吸气性、收缩性和偏析等。在金属材料中灰铸铁吸气性、收缩性和偏析等。在金属材料中灰铸铁吸气性、收缩性和偏析等。在金属材料中灰铸铁吸气性、收缩性和偏析等。在金属材料中灰铸铁和青铜的铸造性能较好。和青铜的铸造性能较好。和青铜的铸造性能较好。和青铜的铸造性能较好。2.锻造性能锻造性能 金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为锻造性能。锻造性能的好坏主要同金属的塑性和锻造性能。锻造性能的好坏主要同金属的塑性和锻造性能。锻造性能的好坏主要同金属的塑性和锻造性能。锻造性能的好坏主要同金属的塑性和变形抗力有关。塑性越好，变形抗力越小，金属变形抗力有关。塑性越好，变形抗力越小，金属变形抗力有关。塑性越好，变形抗力越小，金属变形抗力有关。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。的锻造性能越好。的锻造性能越好。的锻造性能越好。3.焊接性能焊接性能 焊接性能是指材料在限定的施工条件下焊焊接性能是指材料在限定的施工条件下焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。服役要求的能力。4.切削加工性能切削加工性能 切削加工性能是指金属在切削加工时的难切削加工性能是指金属在切削加工时的难易程度。易程度。