材料与成型工艺.doc

关于金属材料调研报告名 姓名：涂斌斌班级：产品081班学号:200896353139 地点：郑州西建材 时间：2010年5月10日 金属材料定义金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、 金属材料金属间化合物和特种材料材料等。 （注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料）意义:人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。种类:金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90以上的工业纯铁，含碳 24的铸铁，含碳小于 2的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢耐热钢、高温合金 不锈钢精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。 性能:一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可煅性、热处理性能、切削加工性等。所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（过去也称为机械性能）。金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的力学性能也将不同。常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。 金属材料分类 普通钢板： 热板、热卷、冷板、冷卷、酸洗板、酸洗卷、热连轧钢板、碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板、碳素结构钢和低合金结构热轧薄钢板、碳素结构钢和低合金结构冷轧薄钢板、优质碳素结构钢热轧薄钢板、优质碳素结构钢热轧薄弱钢板、优质碳素结构钢冷轧薄弱钢板、合金结构钢热轧厚钢板、合金结构钢薄钢板、高强度结构钢热处理和控轧钢板. 专用钢板： 弹簧钢热轧薄钢板、碳素工具钢热轧钢板、高速工具钢钢板、耐热钢板、铜钢复合钢板、厚度方向性能钢板、花纹钢板、深冲压用冷轧薄钢板、汽车制造用优质碳素结构热轧钢板、汽车大梁用热轧钢板、犁壁用热轧三层钢板、锅炉用钢板、锅炉用碳素钢和低合金钢板、压力容器用碳素钢和低合金钢厚钢板、低温压力容器用低合金钢钢板、低温压力容器用低合金厚钢板、焊接气瓶用钢板、压缩机阀片用热轧薄钢板、塑料模具用热轧厚钢板、日用搪瓷用冷轧薄钢板、200L油桶用热轧碳素结构钢薄钢板、200L油桶用冷轧薄钢板和热镀锌薄钢板、多层压力容器用低合金钢板、焊接结构用耐候钢板、高耐候结构钢板、船体用结构钢板、电磁纯铁热轧厚板、冷弯波形钢板、压焊钢格栅板、建筑用压型钢板、电工用热轧硅钢薄钢板、冷轧电工钢带、电磁纯铁冷轧薄板、钛钢复合板、镍-钢复合钢板. 钢带（带钢）： 热轧钢带、冷轧钢带、热连轧钢带、碳素结构钢和低合金结构钢热轧钢带、碳素结构钢和低合金结构热轧和冷轧钢带、优质碳素结构钢热轧宽钢带、优质碳素结构钢热轧钢带、优质碳素结构钢冷轧钢带、高强度结构钢热处理和控轧钢带、深冲压用冷轧钢带、汽车制造用优质碳素结构热轧钢带、犁壁用热轧宽钢带、日用搪瓷用冷轧钢带、晶粒取向硅钢（片）薄钢带、碳素结构钢冷轧钢带；碳素结构钢和低合金结构钢热轧钢带；优质碳素结构钢热轧钢带；优质碳素结构钢冷轧钢带；低碳钢冷轧钢带；热处理弹簧钢带；弹簧钢、工具钢冷轧钢带；压力容器用热轧钢带；自行车链条用冷轧钢带；自行车用热轧碳素钢和低合金钢宽带及钢板；自行车用冷轧碳素宽钢带和钢板；自行车用热轧钢带；自行车用冷轧钢带；手表用碳素工具钢冷轧钢带；刮脸刀片用冷轧钢带；工业链条用冷轧钢带；锯条用冷轧钢带；机器锯条用高速工具钢热轧钢带；铠装电缆用冷轧钢带；铠装电缆用钢带；灯头用冷轧钢带；金属软管用碳素钢冷轧钢带；包装用钢带、焊接钢管用钢带. 普通型钢： 工字钢、槽钢、角钢（角铁）、圆钢和方钢、扁钢、六角钢和八角钢、L型钢、H型钢和T型钢、异型钢. 专用型钢： 结构钢、工具钢、轴承钢、重轨及重轨配件、轻轨、起重机钢轨、电梯导轨、球扁钢、矿用工字钢、农用复合钢、银亮钢、钢桩钢、支撑钢、中空钢、模具钢、气瓶料、工业纯铁、成品钎钢、标准件用钢、履带板用型钢、拖拉机大梁用槽钢、船用锚链圆钢、齿轮钢、电工钢、合金圆钢、轮网钢、复合扁钢、冷弯型钢、冷拉型钢、U形C形Z形型钢、耐热耐候耐腐蚀钢.线材： 螺纹钢、镀锌线、普线、高线、铁线、弹簧钢丝、盘圆（条）、焊线、优线、硬线、普碳圆钢、冷拉带肋钢筋、冷拉扭钢筋、直条、铁丝、冷拔丝. 不锈钢： 不锈型材、不锈线材、不锈钢板、不锈卷板、不锈钢管、不锈无缝管、不锈焊管、不锈带钢、不锈钢丝、不锈钢丝绳、不锈钢坯、不锈钢金属制品、不锈直条、不锈弯头、不锈薄壁钢管、不锈钢复合钢板、不锈钢棒、不锈钢热轧钢带、不锈钢和耐热钢冷轧钢带、弹簧用不锈钢冷轧钢带、磁头用不锈钢冷轧钢带、彩色显像管弹簧用不锈钢冷轧钢带、手表用不锈钢冷轧钢带； 无缝钢管： 普通无缝钢管、方形管、矩形管、结构用无缝钢管、输送流体用无缝管、冷拔或冷轧精密无缝管、冷拔无缝异型钢管、汽车半轴套管用无缝管、船舶用碳钢和碳锰钢无缝钢管、柴油机用高压无缝管、低中压锅炉用无缝管、液压和气动缸筒用精密内径无缝管、高压锅炉用无缝管、化肥设备用高压无缝管、石油裂化用无缝管、金刚石岩芯钻探用无缝管、液压支柱用热轧无缝管； 金属用途金属中的铜是人类最早使用的金属材料之一。现代，金属及其合金已成为机械制造业、建筑业、电子工业、航空航天、核能利用等领域不可缺少的结构材料和功能材料 金属材料的疲劳许多机械零件和工程构件，是承受交变载荷工作的。在交变载荷的作用下，虽然应力水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的应力反复循环作用以后，也会发生突然脆性断裂，这种现 机械零件象叫做金属材料的疲劳。金属材料疲劳断裂的特点是：（1）载荷应力是交变的；（2）载荷的作用时间较长；（3）断裂是瞬时发生的；（4）无论是塑性材料还是脆性材料，在疲劳断裂区都是脆性的。所以，疲劳断裂是工程上最常见、最危险的断裂形式。金属材料的疲劳现象，按条件不同可分为下列几种：（1）高周疲劳：指在低应力（工作应力低于材料的屈服极限，甚至低于弹性极限）条件下，应力循环周数在100000以上的疲劳。它是最常见的一种疲劳破坏。高周疲劳一般简称为疲劳。（2）低周疲劳：指在高应力（工作应力接近材料的屈服极限）或高应变条件下，应力循环周数在10000100000以下的疲劳。由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用，因而，也称为塑性疲劳或应变疲劳。（3热疲劳：指由于温度变化所产生的热应力的反复作用，所造成的疲劳破坏。（4）腐蚀疲劳：指机器部件在交变载荷和腐蚀介质（如酸、碱、海水、活性气体等）的共同作用下，所产生的疲劳破坏。（5）接触疲劳：这是指机器零件的接触表面，在接触应力的反复作用下，出现麻点剥落或表面压碎剥落，从而造成机件失效破坏。 金属材料的塑性塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破 坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。 金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯 冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。 化学性能金属与其他物质引起化学反应的特性称为金属的化学性能。在实际应用中主要考虑金属的抗蚀性、抗氧化性（又称作氧化抗力，这是特别指金属在高温时对氧化作用的抵抗能力或者说稳定性），以及不同金属之间、金属与非金属之间形成的化合物对机械性能的影响等等。在金属的化学性能中，特别是抗蚀性对金属的腐蚀疲劳损伤有着重大的意义。 物理性能金属的物理性能主要考虑：（1）密度（比重）：=P/V单位克/立方厘米或吨/立方米，式中P为重量，V为体积。在实际应用中，除了根据密度计算金属零件的重量外，很重要的一点是考虑金属的比强度（强度b与密度之比）来帮助选材，以及与无损检测相关的声学检测中的声阻抗（密度与声速C的乘积）和射线检测中密度不同的物质对射线能量有不同的吸收能力等等。（2）熔点：金属由固态转变成液态时的温度，对金属材料的熔炼、热加工有直接影响，并与材料的高温性能有很大关系。（3）热膨胀性随着温度变化，材料的体积也发生变化（膨胀或收缩）的现象称为热膨胀，多用线膨胀系数衡量，亦即温度变化1时，材料长度的增减量与其0时的长度之比。热膨胀性与材料的比热有关。在实际应用中还要考虑比容（材料受温度等外界影响时，单位重量的材料其容积的增减，即容积与质量之比），特别是对于在高温环境下工作，或者在冷、热交替环境中工作的金属零件，必须考虑其膨胀性能的影响。（4）磁性能吸引铁磁性物体的性质即为磁性，它反映在导磁率、磁滞损耗、剩余磁感应强度、矫顽磁力等参数上，从而可以把金属材料分成顺磁与逆磁、软磁与硬磁材料。（5）电学性能主要考虑其电导率，在电磁无损检测中对其电阻率和涡流损耗等都有影响。 工艺性能金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主要有以下四个方面：（1）切削加工性能：反映用切削工具（例如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料进行切削加工的难易程度。（2）可锻性：反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度，例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。（3）可铸性：反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的均匀性、致密性，以及冷缩率等。（4）可焊性：反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一起而成为整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。