金屬工藝學(xué)__X1

1、金金 屬屬 工工 藝藝 學(xué)學(xué) 制造二處金加一廠制造二處金加一廠 大綱 材料的主要性能 一 力學(xué)性能： 強(qiáng)度 塑性 硬度 二 物理性能 三 化學(xué)性能 四 工藝性能 緒緒 論論 什么叫金屬工藝學(xué)？什么叫金屬工藝學(xué)？ 是一門研究有關(guān)制造金屬零件工藝方法是一門研究有關(guān)制造金屬零件工藝方法 的綜合的綜合技術(shù)基礎(chǔ)課。技術(shù)基礎(chǔ)課。 它主要研究：它主要研究： （1）各種工藝方法本身的規(guī)律性及其在機(jī)械制）各種工藝方法本身的規(guī)律性及其在機(jī)械制 造中的應(yīng)用和相互聯(lián)系；造中的應(yīng)用和相互聯(lián)系； （2） 金屬機(jī)件的加工工藝過(guò)程和結(jié)構(gòu)工藝性；金屬機(jī)件的加工工藝過(guò)程和結(jié)構(gòu)工藝性； （3）常用金屬材料性能對(duì)加工工藝的影響等。）

2、常用金屬材料性能對(duì)加工工藝的影響等。 舉例 ：常用主軸材料：45 。技術(shù)要求：調(diào)質(zhì)處理。 箱體材料：HT200。技術(shù)要求：退火。 金屬材料的主要性能金屬材料的主要性能 金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能 使用性能：物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性 能（機(jī)械性能） 工藝性能： 熱處理性能、鑄造性能、焊接性能、鍛造性 能、切削加工性能。 一一.力學(xué)性能力學(xué)性能 力學(xué)性能是指金屬材料在受外力作用時(shí)所力學(xué)性能是指金屬材料在受外力作用時(shí)所 反映出來(lái)的固有性能。反映出來(lái)的固有性能。 金屬材料的力學(xué)性能主要有：強(qiáng)度、塑性、金屬材料的力學(xué)性能主要有：強(qiáng)度、塑性、 硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等。硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)

3、度等。 力學(xué)性能指標(biāo)，是選擇、使用金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)，是選擇、使用金屬材料的 重要依據(jù)。重要依據(jù)。 1.1.強(qiáng)度與塑性強(qiáng)度與塑性 強(qiáng)度強(qiáng)度:材料受靜外力作用下，抵抗永久變形材料受靜外力作用下，抵抗永久變形 和斷裂的能力。和斷裂的能力。 塑性塑性: :材料在外力作用下產(chǎn)生不可逆永久變材料在外力作用下產(chǎn)生不可逆永久變 形而不破壞（不斷裂）的能力。形而不破壞（不斷裂）的能力。 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)試件 強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo) 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) 在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，外力不增加在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，外力不增加(保持恒定保持恒定)，但試樣仍，但試樣仍 然能繼續(xù)伸長(zhǎng)然能繼續(xù)伸長(zhǎng)(變形變形)，這種現(xiàn)象稱屈服。，這種現(xiàn)象

4、稱屈服。S點(diǎn)稱屈服點(diǎn)，點(diǎn)稱屈服點(diǎn)， S 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱屈服點(diǎn)應(yīng)力。用符號(hào)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱屈服點(diǎn)應(yīng)力。用符號(hào)s表示。屈服點(diǎn)應(yīng)力表示。屈服點(diǎn)應(yīng)力 s可按下式計(jì)算：可按下式計(jì)算： s = Fs / A A0 0 (MPa) 式中：式中：Fs試樣屈服時(shí)的載荷，試樣屈服時(shí)的載荷，N； A A0 0試樣原始橫截面積，試樣原始橫截面積，mm2。 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度是指試樣拉斷前承受的最大應(yīng)力抗拉強(qiáng)度是指試樣拉斷前承受的最大應(yīng)力 值，用符號(hào)值，用符號(hào)b表示，單位為表示，單位為Mpa，即即 b= Fb / A0 (Mpa ) 式中：Fb試樣承受的最大載荷，N； A0試樣原始橫截面積，mm2。 屈服點(diǎn)應(yīng)力（

5、屈服強(qiáng)度）和抗拉強(qiáng)度在設(shè)屈服點(diǎn)應(yīng)力（屈服強(qiáng)度）和抗拉強(qiáng)度在設(shè) 計(jì)機(jī)械和選擇、評(píng)定金屬材料時(shí)有重要意計(jì)機(jī)械和選擇、評(píng)定金屬材料時(shí)有重要意 義義 。 機(jī)械零件多以機(jī)械零件多以s作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)。作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)。 對(duì)于脆性材料，在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，則以對(duì)于脆性材料，在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，則以b為為 依據(jù)。依據(jù)。 塑性指標(biāo)塑性指標(biāo) (1)伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率 = （L1-L0）/L0 100% 式中：式中： L0試樣原標(biāo)距的長(zhǎng)度（試樣原標(biāo)距的長(zhǎng)度（mm） L1試樣拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度（試樣拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度（mm） (2) 斷面收縮率斷面收縮率 斷面收縮率是指試樣拉斷后斷面處橫截面積斷面收縮率是指試樣拉斷后斷面處橫截面積

6、的相對(duì)收縮值。的相對(duì)收縮值。 = （A0-A1）/A0 100% 式中：式中：A0試樣的原始截面積（試樣的原始截面積（mm2） A1試樣斷面處的最小截面積（試樣斷面處的最小截面積（mm2） 和和愈大，則塑性愈好。良好的塑性是金愈大，則塑性愈好。良好的塑性是金 屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。 如車身架材料，要用塑性好的低 合金鋼制造，如受力過(guò)大（超載 ）時(shí)，先產(chǎn)生塑性變形而不致突 然斷裂。 3）塑性好的金屬材料是進(jìn)行鍛造、 沖壓、焊接的必要條件。 2.硬度硬度 固體材料抵抗塑性變形、壓入或壓痕的固體材料抵抗塑性變形、壓入或壓痕的 能力。能力。 硬度是衡量金屬材料軟硬

7、程度的一種性硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性 能指標(biāo)。它直接影響到材料的耐磨性及能指標(biāo)。它直接影響到材料的耐磨性及 切削加工性。切削加工性。 硬度是機(jī)械零件、工具等必須具有的機(jī) 械性能指標(biāo)。 如制造業(yè)用的刀具、量具、鍛錘及模具 等，都要具有足夠的硬度，以耐磨和防 止受沖擊力時(shí)產(chǎn)生裂紋。 硬度可間接反映金屬的強(qiáng)度、塑性、韌性及化硬度可間接反映金屬的強(qiáng)度、塑性、韌性及化 學(xué)成分，是一項(xiàng)綜合性的機(jī)械性能指標(biāo)。學(xué)成分，是一項(xiàng)綜合性的機(jī)械性能指標(biāo)。 金屬材料的硬度可用專門儀器來(lái)測(cè)試，常用的金屬材料的硬度可用專門儀器來(lái)測(cè)試，常用的 有布氏硬度機(jī)、洛氏硬度機(jī)等。有布氏硬度機(jī)、洛氏硬度機(jī)等。 金屬材料的硬度

8、指標(biāo)金屬材料的硬度指標(biāo) 最常用的有：布氏硬度和洛氏硬度最常用的有：布氏硬度和洛氏硬度 （1）金屬材料的硬度指標(biāo) 最常用的有：布氏硬度和洛氏布氏硬度和洛氏 硬度硬度 布氏硬度：用淬火鋼球或硬 質(zhì)合金球作壓頭，用來(lái)測(cè)定 “較軟”金屬材料硬度的方 法。 布氏硬度的符號(hào)及表示方法： 如230HBS、500HBW。 S 淬火鋼球壓頭。 W硬質(zhì)合金鋼球壓頭。 布氏硬度法的應(yīng)用： 用于測(cè)定如鑄鐵件、有色金屬 及合金、退火鋼、正火鋼、調(diào) 質(zhì)鋼等的硬度。 洛氏硬度：是用 120度 金剛石 圓錐體作壓頭，用來(lái)測(cè)定硬金 屬材料硬度的方法。 洛氏硬度的符號(hào)及表示方法： 如2067HRC。 洛氏硬度法的應(yīng)用：用于淬火鋼

9、 、滲碳鋼、模具工具鋼等硬度的 測(cè)定。 布氏硬度與布氏硬度與洛氏硬度洛氏硬度的特點(diǎn)比較的特點(diǎn)比較 布氏硬度的特點(diǎn)：布氏硬度的特點(diǎn)： 布氏硬度因壓痕面積較大，布氏硬度因壓痕面積較大，HB值的值的 代表性較全面，而且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性代表性較全面，而且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性 也好，但由于淬火鋼球本身的變形問(wèn)題，也好，但由于淬火鋼球本身的變形問(wèn)題， 不能試驗(yàn)太硬的材料，一般在不能試驗(yàn)太硬的材料，一般在HB450以以 上的就不能使用。上的就不能使用。 由于壓痕較大，成品檢驗(yàn)也有困難。由于壓痕較大，成品檢驗(yàn)也有困難。 通常用于測(cè)定鑄鐵、有色金屬、低合通常用于測(cè)定鑄鐵、有色金屬、低合 金結(jié)構(gòu)鋼等材料的硬度。金結(jié)構(gòu)

10、鋼等材料的硬度。 洛氏硬度的特點(diǎn)：洛氏硬度的特點(diǎn)： 洛氏硬度洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料，可以用于硬度很高的材料， 而且壓痕很小，幾乎不損傷工件表面，故而且壓痕很小，幾乎不損傷工件表面，故 在鋼件熱處理質(zhì)量檢查中應(yīng)用最多。在鋼件熱處理質(zhì)量檢查中應(yīng)用最多。 但洛氏硬度由于壓痕較小，硬度代表但洛氏硬度由于壓痕較小，硬度代表 性就差些，如果材料中有偏析或組織不均性就差些，如果材料中有偏析或組織不均 的情況，則所測(cè)硬度值的重復(fù)性也差。的情況，則所測(cè)硬度值的重復(fù)性也差。 3.3.沖擊韌度（沖擊韌度（ak） TITANIC TITANIC的沉沒(méi)與船體材料脆性斷裂失效有關(guān)的沉沒(méi)與船體材料脆性斷裂失效有

11、關(guān)! 金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力叫金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力叫 做沖擊韌度。做沖擊韌度。常用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定金常用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定金 屬材料的沖擊韌度屬材料的沖擊韌度( (大能量、一次沖斷）大能量、一次沖斷）。 試驗(yàn)表明，在沖擊載荷不太大的情況下，金屬試驗(yàn)表明，在沖擊載荷不太大的情況下，金屬 材料承受多次重復(fù)沖擊的能力，主要取決于強(qiáng)材料承受多次重復(fù)沖擊的能力，主要取決于強(qiáng) 度。度。 沖擊值對(duì)組織缺陷很敏感，因此沖擊試驗(yàn)是生沖擊值對(duì)組織缺陷很敏感，因此沖擊試驗(yàn)是生 產(chǎn)上用來(lái)檢驗(yàn)冶煉、熱加工、熱處理等工藝質(zhì)產(chǎn)上用來(lái)檢驗(yàn)冶煉、熱加工、熱處理等工藝質(zhì) 量的有效方法。

12、量的有效方法。 4.4.疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 工程上一些機(jī)件工作時(shí)受交變應(yīng)力或循環(huán) 應(yīng)力作用，即使工作應(yīng)力低于材料的屈服 強(qiáng)度，但經(jīng)過(guò)一定循環(huán)周次后仍會(huì)發(fā)生斷 裂，這樣的斷裂現(xiàn)象稱之為疲勞 。 零件的疲勞斷裂過(guò)程可分為裂紋產(chǎn)生、裂 紋擴(kuò)展和瞬間斷裂三個(gè)階段 。 疲勞疲勞的概念的概念: 金屬材料在金屬材料在無(wú)數(shù)次重復(fù)無(wú)數(shù)次重復(fù)或交變載荷作或交變載荷作 用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，叫做用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，叫做疲疲 勞強(qiáng)度勞強(qiáng)度。 材料的疲勞強(qiáng)度通常在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱彎曲材料的疲勞強(qiáng)度通常在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱彎曲 疲勞試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定。疲勞試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定。 疲勞強(qiáng)度的概念 （6）提高零件疲勞強(qiáng)度的措施 采用鍛造、軋

13、制等壓力加工方 式生產(chǎn)零件的毛坯。 （因壓力加工方式可消除材料內(nèi)部的 氣孔、擊碎夾雜物，使材料內(nèi)部組 織致密） 對(duì)零件表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，如滾 壓、噴丸、表面淬火，以提高工 作面硬度。 二、金屬的物理性能二、金屬的物理性能 1 密度密度 2 熔點(diǎn)熔點(diǎn) 3 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 4 導(dǎo)電性導(dǎo)電性 5 熱膨脹性熱膨脹性 6 磁性磁性 三、金屬的化學(xué)性能三、金屬的化學(xué)性能 它是金屬材料在它是金屬材料在室溫或高溫室溫或高溫時(shí)抵抗各種化時(shí)抵抗各種化 學(xué)作用的能力，主要是指抵抗活潑介質(zhì)的學(xué)作用的能力，主要是指抵抗活潑介質(zhì)的 化學(xué)侵蝕能力，化學(xué)侵蝕能力， 1. 耐腐蝕性耐腐蝕性(如耐酸性、耐堿性等如耐酸性、耐堿性等)

14、 2抗氧化性抗氧化性 3化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性 四、金屬的工藝性能四、金屬的工藝性能 工藝性能是物理、化學(xué)、力學(xué)性能的綜合。按工藝性能是物理、化學(xué)、力學(xué)性能的綜合。按 工藝方法的不同，可分為鑄造性能、可鍛性、焊接工藝方法的不同，可分為鑄造性能、可鍛性、焊接 性和切削加工性等性和切削加工性等 1、鑄造性能、鑄造性能 金屬在鑄造成形過(guò)程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健金屬在鑄造成形過(guò)程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健 全鑄件的能力稱為鑄造性能。鑄造性能包括流動(dòng)性、全鑄件的能力稱為鑄造性能。鑄造性能包括流動(dòng)性、 吸氣性、收縮性和偏析等。在金屬材料中灰鑄鐵和吸氣性、收縮性和偏析等。在金屬材料中灰鑄鐵和 青銅的鑄造性能較好。

15、青銅的鑄造性能較好。 2、鍛造性能、鍛造性能 金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難易程度稱金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難易程度稱 為鍛造性能。鍛造性能的好壞主要同金屬的塑性和為鍛造性能。鍛造性能的好壞主要同金屬的塑性和 變形抗力有關(guān)。塑性越好，變形抗力越小，金屬的變形抗力有關(guān)。塑性越好，變形抗力越小，金屬的 鍛造性能越好。鍛造性能越好。 3、焊接性能、焊接性能 焊接性能是指材料在限定的施工條件下焊接性能是指材料在限定的施工條件下 焊接成按規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定焊接成按規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)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屬在切

16、切削加工性能是指金屬在切 削加工時(shí)的難易程度。削加工時(shí)的難易程度。用工件切 削后的表面質(zhì)量及刀具的壽命來(lái) 衡量。 要點(diǎn)： 易斷屑，加工出的表面光潔，刀 具壽命長(zhǎng)，表明材料的切削加工 性能好。 材料硬度在170230HBS,有一 定的脆性最易切削。 鑄鐵、銅鋁合金、中碳鋼、退 火鋼的切削加工性都很好；高 碳鋼、白口鑄鐵很硬，切削性 能差；低碳鋼、純銅很軟，切 削時(shí)易沾刀，不容易斷屑，切 削加工性能差。 鋼中微量元素對(duì)材料性能的影響 1 碳 ：C 能提高剛才的強(qiáng)度和硬度，但會(huì)降低塑性 2 硫：S 對(duì)鋼的焊接不利，會(huì)引起焊縫熱裂 3氮：N 提升鋼的強(qiáng)度極限，塑性下降 4鉻（ge）：Cr能顯著提高強(qiáng)度

17、，硬度，耐磨性，但同時(shí)降低了塑性和韌性。 鍍鉻層具有很高的硬度，鍍鉻層的摩擦系數(shù)小，特別是干摩擦系數(shù)，在所有 的金屬中是最低的。所以鍍鉻層具有很好的耐磨性。 5鎳（nie）Ni 能提高強(qiáng)度和耐磨性，又保持良好的韌性和耐磨性，有較高的耐 腐蝕能力和高溫下的耐熱和防銹能力。 熱處理（H） 鋼鐵固有的力學(xué)性能一般是不能滿足零件的 受力性要求。 鋼鐵零件必須經(jīng)過(guò)熱處理才能用。 熱處理的目的: 1 提高鋼力學(xué)性能 2 改善鋼的工藝性能 僅對(duì)鋼件表層進(jìn)行加熱、冷卻或改 變表層化學(xué)成分，獲得40HRC以上的工 藝稱作表面熱處理。 鋼的化學(xué)熱處理方法 按滲入的元素有：滲碳、滲氮、碳氮 共滲 1）滲碳滲碳 將鋼件放入密封的加 熱爐中加熱到9009500C，然后 滴入煤油、甲烷、甲醇等碳?xì)浠?合物，其在爐膛內(nèi)分解出碳原子 （活性），被工件表面吸收，擴(kuò) 散形成滲碳層。 滲碳件的特點(diǎn)：零件表層獲得 40HRC以上硬度而心部強(qiáng)韌性 ，零件工作面耐磨，疲勞強(qiáng)度高 。 2）滲氮滲氮 是在一定溫度下，活 性氮原子滲入工件表面的工藝。 滲氮過(guò)程滲氮過(guò)程：把鋼件放入密閉的爐 內(nèi)加熱到5006000C后，通入氨 氣（NH4),氨氣分解出活性氮原子 ，滲入到鋼表層并與AI、Cr、Mo 等合金元素結(jié)合形成氮化物，并 向一定