金屬工藝學(xué)第一章課件

1、緒論“金屬工藝學(xué)”是研究常用金屬材料性能和加工工藝的一門綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課。在經(jīng)濟(jì)全球化、信息社會化、產(chǎn)業(yè)知識化的大趨勢下,推動本課程的改革也勢在必行。1)了解金屬材料的一般性能、應(yīng)用范圍和選擇原則,能獨(dú)立操作有關(guān)材料的性能測定。2)初步掌握各種毛坯的生產(chǎn)方法與毛坯的選擇;相關(guān)工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識和技能。3)初步掌握各種零件的結(jié)構(gòu)工藝性和常用金屬材料的性能特點(diǎn),正確選用材料,并施以合適的熱處理,以滿足不同使用條件的要求。本課程的實(shí)踐性和應(yīng)用性較強(qiáng),在學(xué)習(xí)中要密切聯(lián)系實(shí)際,運(yùn)用在實(shí)習(xí)教學(xué)中所獲得的感性知識和一定的操作技能,加深對教學(xué)內(nèi)容的理解。第一章金屬材料的力學(xué)性能【本章要點(diǎn)】力學(xué)性能是判定材料性質(zhì)

2、的主要指標(biāo),它是通過各種實(shí)驗(yàn)測定的。本書對其測定原理只作一般了解,重點(diǎn)放在各主要力學(xué)性能指標(biāo)的表示方法和實(shí)際應(yīng)用上,同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)還應(yīng)初步掌握布氏硬度、洛氏硬度的測定方法。 第一節(jié)強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度1.強(qiáng)度的概念金屬材料在靜載荷作用下,抵抗塑性變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。2.強(qiáng)度的分類根據(jù)材料承受載荷的不同,其強(qiáng)度可分為拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切及各種組合強(qiáng)度等。3.拉伸試驗(yàn)與拉伸曲線分析拉伸試驗(yàn)是最基本、應(yīng)用最廣泛的一種力學(xué)性能試驗(yàn)方法,國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2282002對此試驗(yàn)作了具體規(guī)定。1)試樣的形狀。試樣的形狀有圓形、板形和管形等幾種,大多使用圓形。拉伸試驗(yàn)過程中用以測量試樣伸長的兩標(biāo)記

3、之間的長度,稱為標(biāo)距。試樣標(biāo)距以l0表示,試樣直徑以d0表示。圖1-1標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣2)試樣的標(biāo)距長度。試樣有長試樣和短試樣兩種。長試樣的標(biāo)距 長度有100mm和200mm兩類;短試樣的標(biāo)距長度有50mm和80mm兩類。其中長試樣標(biāo)距為100mm,短試樣標(biāo)距為50mm的兩種應(yīng)用最多。把一定尺寸和形狀的金屬試樣,如圖1-1所示,裝夾在試驗(yàn)機(jī)上,然后對試樣逐漸施加載荷(試驗(yàn)力),直至把試樣拉斷為止。 圖1-2低碳鋼的拉伸曲線1)彈性變形階段。當(dāng)試驗(yàn)力不超過Fp時(shí),拉伸曲線Op為一直線,即試樣的伸長量與試驗(yàn)力成正比地增加,完全符合胡克定律,試樣處于彈性變形階段。試驗(yàn)力在FpFe之間,試樣的伸長量與試驗(yàn)

4、力已不再成正比關(guān)系,拉伸曲線不成直線,但試樣仍處于彈性變形階段。2)彈塑性變形階段。試驗(yàn)力在Fe后,試樣開始有塑性變形產(chǎn)生,當(dāng)試驗(yàn)力達(dá)到Fs時(shí),拉伸曲線上出現(xiàn)了水平的或鋸齒形的線段,這種現(xiàn)象稱為“屈服”。3)斷裂。當(dāng)試驗(yàn)力繼續(xù)增加到某一最大值Fb時(shí),試樣的局部截面積縮小,產(chǎn)生所謂“縮頸”現(xiàn)象。由于試樣局部截面逐漸減小,故試驗(yàn)力也逐漸降低,當(dāng)達(dá)到拉伸曲線上k點(diǎn)時(shí),試樣斷裂。材料的斷裂有兩種形式,即脆性斷裂和韌性斷裂。 4.衡量強(qiáng)度的指標(biāo)衡量強(qiáng)度的指標(biāo)主要有兩個(gè),即屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。 1)屈服點(diǎn)(s)。s是材料開始產(chǎn)生明顯塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力值,即s=(1-1)2)屈服強(qiáng)度(0.2)。工業(yè)上使用

5、的某些金屬材料(如高碳鋼和某些經(jīng)熱處理后的鋼等),在拉伸試驗(yàn)中沒有明顯的屈服現(xiàn)象發(fā)生,故無法確定其屈服點(diǎn)s。按GB/T 2282002規(guī)定,屈服強(qiáng)度為試樣標(biāo)距部分產(chǎn)生0.2%殘余伸長時(shí)的應(yīng)力值,即 0.2=(1-2) 1.塑性的概念塑性是指金屬材料在靜載荷作用下可產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。2.衡量塑性的指標(biāo)衡量塑性的指標(biāo)有兩個(gè),即斷后伸長率()和斷面收縮率()。二、塑性 3.塑性指標(biāo)的意義 塑性是工程技術(shù)上選用材料的重要依據(jù)。 第二節(jié)硬度硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指標(biāo)。一、布氏硬度1.試驗(yàn)原理布氏硬度試驗(yàn)法是用一直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球,在規(guī)定試驗(yàn)力F的作用下壓入被測試金屬表面,如圖

6、1-3所示 圖1-3布氏硬度試驗(yàn)原理圖2.表示方法用符號HBW表示(使用硬質(zhì)合金球壓頭),即HBW=0.102(1-6) 式中F試驗(yàn)力(N);3.試驗(yàn)的具體要求和應(yīng)用范圍在進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)時(shí),應(yīng)根據(jù)被測試金屬材料的種類和試樣厚度,選用不同大小的球體直徑D、施加試驗(yàn)力F和保持時(shí)間。表1-1布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范1.試驗(yàn)原理與布氏硬度試驗(yàn)不同,洛氏硬度試驗(yàn)是以壓頭壓入被測材料表面的壓痕深度來表示材料的硬度。圖1-4洛氏硬度試驗(yàn)原理二、洛氏硬度 2.表示方法為了能使用同一硬度計(jì)測量從極軟到極硬材料的硬度,可采用不同的壓頭和載荷,組成了幾種不同的硬度標(biāo)尺,其中最常用的是A、B、C三種標(biāo)尺,用符號HRA、HRB、HRC表示,應(yīng)用最廣泛的是HRC。3.試驗(yàn)的具體要求和應(yīng)用范圍常用洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和應(yīng)用范圍見表1-2。表1-2常用洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和應(yīng)用范圍5.維氏硬度與里氏硬度(1)維氏硬度維氏硬度是用136的四棱錐體金剛石壓入試樣表面,經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力,用測量的壓痕對角線長度來計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)。 4.布氏硬度與洛氏硬度的關(guān)系由于各種硬度試驗(yàn)的評定不同,因此相互間沒有理論的換算關(guān)