工程材料第9章

1、第九章第九章 金屬材料的加工工藝性能金屬材料的加工工藝性能選材的一般原則選材的一般原則u 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能 u 材料的工藝性能材料的工藝性能u 材料的經(jīng)濟(jì)性材料的經(jīng)濟(jì)性 材料的工藝性能材料的工藝性能1.1.鑄造性能：鑄造性能： 包括流動(dòng)性、收縮、偏析等。包括流動(dòng)性、收縮、偏析等。2.2.鍛造性能：鍛造性能： 包括可鍛性、抗氧化性、冷鐓性等。包括可鍛性、抗氧化性、冷鐓性等。3.3.機(jī)械加工性：機(jī)械加工性： 包括光潔度、切削加工性等。包括光潔度、切削加工性等。4.4.焊接性能：焊接性能： 包括形成冷裂或熱裂的傾向、形成氣孔的傾向等。包括形成冷裂或熱裂的傾向、形成氣孔的傾向等。5.5.熱

2、處理工藝性：熱處理工藝性： 包括淬透性、變形開(kāi)裂傾向、氧化脫碳傾向等。包括淬透性、變形開(kāi)裂傾向、氧化脫碳傾向等。一一 鑄造性能鑄造性能1） 流動(dòng)性好的合金，容易獲得形狀完整、尺寸精確、輪廓清流動(dòng)性好的合金，容易獲得形狀完整、尺寸精確、輪廓清晰的鑄件。晰的鑄件。 2） 流動(dòng)性好的合金，容易使其中的氣體逸出及浮在液面上的流動(dòng)性好的合金，容易使其中的氣體逸出及浮在液面上的夾雜物受到阻隔。夾雜物受到阻隔。 3） 流動(dòng)性好的合金，能在液態(tài)合金在凝固收縮時(shí)及時(shí)的補(bǔ)縮。流動(dòng)性好的合金，能在液態(tài)合金在凝固收縮時(shí)及時(shí)的補(bǔ)縮。合金在鑄造過(guò)程中所呈現(xiàn)出的工藝性能，稱(chēng)為鑄造性能。合金在鑄造過(guò)程中所呈現(xiàn)出的工藝性能，稱(chēng)

3、為鑄造性能。影響鑄造性能的因素影響鑄造性能的因素：1. 合金的流動(dòng)性：液態(tài)金屬的流動(dòng)能力合金的流動(dòng)性：液態(tài)金屬的流動(dòng)能力影響流動(dòng)性的因素：影響流動(dòng)性的因素： u合金的成分的影響：共晶成分的結(jié)晶比亞共晶好合金的成分的影響：共晶成分的結(jié)晶比亞共晶好 u澆注條件的影響：溫度越高，保持液態(tài)的時(shí)間越澆注條件的影響：溫度越高，保持液態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng)，液態(tài)合金的充型能力越強(qiáng)。長(zhǎng)，液態(tài)合金的充型能力越強(qiáng)。 u鑄型的影響：形狀越復(fù)雜、壁厚越小，則液態(tài)合鑄型的影響：形狀越復(fù)雜、壁厚越小，則液態(tài)合金流動(dòng)時(shí)的阻力越大。金流動(dòng)時(shí)的阻力越大。 2.合金的收縮性：合金的收縮性：鑄件在凝固和冷卻至室溫的進(jìn)程中，其體積和尺寸減小的

4、現(xiàn)象。鑄件在凝固和冷卻至室溫的進(jìn)程中，其體積和尺寸減小的現(xiàn)象。 1) 合金成分的影響合金成分的影響 2) 澆注溫度的影響：澆注溫度愈高，收縮率愈大澆注溫度的影響：澆注溫度愈高，收縮率愈大3) 鑄型的影響：鑄型的影響： 鑄件結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，對(duì)收縮量的影響愈大。鑄件結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，對(duì)收縮量的影響愈大。 收縮性對(duì)鑄件質(zhì)量的影響收縮性對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 收縮率愈小愈好，即尺寸愈精確、組織愈致密，收縮率愈小愈好，即尺寸愈精確、組織愈致密，否則易產(chǎn)生鑄造缺陷：縮孔和縮松、鑄造應(yīng)力、變形和裂紋。否則易產(chǎn)生鑄造缺陷：縮孔和縮松、鑄造應(yīng)力、變形和裂紋。 影響收縮性的因素影響收縮性的因素 可鍛性是金屬經(jīng)受塑性成型的難易程度

5、。塑性好、變形抗可鍛性是金屬經(jīng)受塑性成型的難易程度。塑性好、變形抗力小，金屬的可鍛性就好力小，金屬的可鍛性就好 。1. 金屬的本質(zhì)金屬的本質(zhì) （ 1）化學(xué)成分：）化學(xué)成分： a）純金屬比合金的可鍛性好）純金屬比合金的可鍛性好 b）含合）含合金元素少的合金比多的好金元素少的合金比多的好 （2）組織：）組織： a）單相組織（純金屬或固溶體）比多相好）單相組織（純金屬或固溶體）比多相好 b）鋼中碳化物呈彌散分布比網(wǎng)狀分布好）鋼中碳化物呈彌散分布比網(wǎng)狀分布好 c）晶粒細(xì)化組）晶粒細(xì)化組織比粗大好織比粗大好 二二 鍛造性能鍛造性能影響鍛造性能的因素：影響鍛造性能的因素：2. 變形條件變形條件 （ 1）加

6、熱溫度：）加熱溫度： 加熱溫度高，可鍛性好。加熱溫度高，可鍛性好。 但是，溫度過(guò)高，但是，溫度過(guò)高，會(huì)引起過(guò)燒或過(guò)熱。會(huì)引起過(guò)燒或過(guò)熱。始鍛溫度：鍛造溫度的上限；始鍛溫度：鍛造溫度的上限； 終鍛溫度：鍛造溫度的下限。終鍛溫度：鍛造溫度的下限。（2）變形速度：）變形速度： 金屬材料在單位時(shí)間內(nèi)的變形程度。金屬材料在單位時(shí)間內(nèi)的變形程度。 a）變形速度不大時(shí)，回復(fù)和再結(jié)晶來(lái)不及消除加工硬化，可）變形速度不大時(shí)，回復(fù)和再結(jié)晶來(lái)不及消除加工硬化，可鍛性下降鍛性下降 b）變形速度大于一定值后，由于塑性變形的熱效應(yīng)）變形速度大于一定值后，由于塑性變形的熱效應(yīng)使材料溫度升高，回復(fù)和再結(jié)晶充分，可鍛性提高。使

7、材料溫度升高，回復(fù)和再結(jié)晶充分，可鍛性提高。3. 應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài) a）壓應(yīng)力越多，材料的塑性越好）壓應(yīng)力越多，材料的塑性越好 b）拉應(yīng)力越多，塑性越差）拉應(yīng)力越多，塑性越差 切削加工性（可切削性，機(jī)械加工性）：指金屬材料被刀具切削加工性（可切削性，機(jī)械加工性）：指金屬材料被刀具切削加工后而成為合格工件切削加工后而成為合格工件 的難易程度。的難易程度。切削加工性好壞常用加工后工件的表面粗糙度，允許的切削切削加工性好壞常用加工后工件的表面粗糙度，允許的切削速度以及刀具的磨損程度來(lái)衡量。速度以及刀具的磨損程度來(lái)衡量。 三三 切削加工性能切削加工性能影響切削加工性能的因素：影響切削加工性能的因素：1

8、. 物理性能：物理性能： 1)導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)K：導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，允許的切削速度就高。：導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，允許的切削速度就高。2)線(xiàn)膨脹系數(shù)線(xiàn)膨脹系數(shù)：它的大小影響材料在切削時(shí)加工時(shí)熱脹冷：它的大小影響材料在切削時(shí)加工時(shí)熱脹冷縮程度而影響加工精度。縮程度而影響加工精度。 2. 材料的化學(xué)成分：材料的化學(xué)成分：碳碳(C)；材料含碳量增加，其硬度和強(qiáng)度相應(yīng)增大。含碳量；材料含碳量增加，其硬度和強(qiáng)度相應(yīng)增大。含碳量適中適中(如如45號(hào)鋼號(hào)鋼)，其切削加工性好。材料含碳量低，切削加，其切削加工性好。材料含碳量低，切削加工性也變差。工性也變差。 鎳鎳(Ni)：Ni能提高材料的耐熱性，但導(dǎo)熱系數(shù)明顯下降

9、。能提高材料的耐熱性，但導(dǎo)熱系數(shù)明顯下降。釩釩(V)：隨著材料含釩量的增加，使材料的磨削性能變差。：隨著材料含釩量的增加，使材料的磨削性能變差。 鉬鉬(Mo)：鉬能提高材料的強(qiáng)度和韌性，但導(dǎo)熱系數(shù)下降。：鉬能提高材料的強(qiáng)度和韌性，但導(dǎo)熱系數(shù)下降。 3. 材料的力學(xué)性能：材料的力學(xué)性能： 1)硬度和強(qiáng)度：材料的硬度和強(qiáng)度適中，其切削加工性比硬度和強(qiáng)度：材料的硬度和強(qiáng)度適中，其切削加工性比較好。硬度和強(qiáng)度越高，材料的切削加工性就越差。較好。硬度和強(qiáng)度越高，材料的切削加工性就越差。 2)韌性和塑性：韌性韌性和塑性：韌性(沖擊值沖擊值K)和塑性和塑性(延伸率延伸率)大的材料，大的材料，在切削加工時(shí)的切

10、削阻力、切削變形和產(chǎn)生的切削熱量就大，在切削加工時(shí)的切削阻力、切削變形和產(chǎn)生的切削熱量就大，其切削加工性也較差。其切削加工性也較差。 3)彈性模量：彈性模量大，材料在外力作用下不易產(chǎn)生彈彈性模量：彈性模量大，材料在外力作用下不易產(chǎn)生彈性變形。但彈性模量小的材料在切削過(guò)程中，彈性恢復(fù)大，性變形。但彈性模量小的材料在切削過(guò)程中，彈性恢復(fù)大，且與刀具摩擦大，切削也困難。且與刀具摩擦大，切削也困難。4. 金相組織：金相組織： 1)鐵素體：它的硬度和強(qiáng)度很低、塑性和韌性高，切削時(shí)易鐵素體：它的硬度和強(qiáng)度很低、塑性和韌性高，切削時(shí)易產(chǎn)生積屑瘤切削加工性較差。產(chǎn)生積屑瘤切削加工性較差。 2)珠光體：切削加工

11、性好，如珠光體：切削加工性好，如45號(hào)鋼。號(hào)鋼。 3)滲碳體：硬度高，但很脆，切削易崩邊，切削加工性差。滲碳體：硬度高，但很脆，切削易崩邊，切削加工性差。 4)奧氏體：它的硬度不高，但塑性和韌性很高，加工表面硬奧氏體：它的硬度不高，但塑性和韌性很高，加工表面硬化嚴(yán)重，切削加工性很差。化嚴(yán)重，切削加工性很差。 5)馬氏體：淬火鋼屬于這類(lèi)金相組織。它的硬度高、脆大，馬氏體：淬火鋼屬于這類(lèi)金相組織。它的硬度高、脆大，其切削加工性為其切削加工性為45號(hào)鋼的號(hào)鋼的1/31/10。 焊接性，是指金屬材料在采用一定的焊接工藝包括焊接方法、焊接性，是指金屬材料在采用一定的焊接工藝包括焊接方法、焊接材料、焊接規(guī)

12、范及焊接結(jié)構(gòu)形式等條件下，獲得優(yōu)良焊焊接材料、焊接規(guī)范及焊接結(jié)構(gòu)形式等條件下，獲得優(yōu)良焊接接頭的難易程度。接接頭的難易程度。 鋼材焊接性能的好壞主要取決于它的化學(xué)組成。而其中影響鋼材焊接性能的好壞主要取決于它的化學(xué)組成。而其中影響最大的是碳元素，也就是說(shuō)金屬含碳量的多少?zèng)Q定了它的可最大的是碳元素，也就是說(shuō)金屬含碳量的多少?zèng)Q定了它的可焊性。焊性。鋼中的其他合金元素大部分也不利于焊接，但其影響程度一鋼中的其他合金元素大部分也不利于焊接，但其影響程度一般都比碳小得多。鋼中含碳量增加，淬硬傾向就增大，塑性般都比碳小得多。鋼中含碳量增加，淬硬傾向就增大，塑性則下降，容易產(chǎn)生焊接裂紋。通常，把金屬材料在焊

13、接時(shí)產(chǎn)則下降，容易產(chǎn)生焊接裂紋。通常，把金屬材料在焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋的敏感性及焊接接頭區(qū)力學(xué)性能的變化作為評(píng)價(jià)材料生裂紋的敏感性及焊接接頭區(qū)力學(xué)性能的變化作為評(píng)價(jià)材料可焊性的主要指標(biāo)。所以含碳量越高，可焊性越差?？珊感缘闹饕笜?biāo)。所以含碳量越高，可焊性越差。三三 焊接性能焊接性能在鑄鐵焊接時(shí)容易開(kāi)裂，需要預(yù)先將焊件加熱，或采用特種焊在鑄鐵焊接時(shí)容易開(kāi)裂，需要預(yù)先將焊件加熱，或采用特種焊條焊接。條焊接。鋁的焊接用普通手工電弧焊法就難于獲得優(yōu)質(zhì)焊縫，須采用惰鋁的焊接用普通手工電弧焊法就難于獲得優(yōu)質(zhì)焊縫，須采用惰性氣體保護(hù)電弧焊方法。性氣體保護(hù)電弧焊方法。含碳量和合金元素量較高的鋼材含碳量和合金元素量較高的鋼材,由于硬度和強(qiáng)度較高由于硬度和強(qiáng)度較高,焊接時(shí)焊接時(shí)容易產(chǎn)生裂紋，需要采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?。容易產(chǎn)生裂紋，需要采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?duì)于許多活性金屬或難熔合金，宜采用特殊焊接方法，如電子對(duì)于許多活性金屬或難熔合金，宜采用特殊焊接方法，如電子束焊或激光焊，以便獲得優(yōu)質(zhì)接頭。束焊或激光焊，以便獲得優(yōu)質(zhì)接頭。工