金屬工藝學(xué) 第五c

同學(xué)們好金屬工藝學(xué)

上冊（第四版）

鄧文英主編

高等教育出版社緒論什么叫金屬工藝學(xué)？

是一門研究有關(guān)制造金屬零件工藝方法的綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課。它主要研究：（1）各種工藝方法本身的規(guī)律性及其在機械制造中的應(yīng)用和相互聯(lián)系；（2）金屬機件的加工工藝過程和結(jié)構(gòu)工藝性；（3）常用金屬材料性能對加工工藝的影響等。金屬工藝學(xué)中涉及到的知識點在機械制造工程中的地位。課程的性質(zhì)、任務(wù)和要求性質(zhì)：研究常用工程材料及其成形方法的綜合性課程體現(xiàn)理論教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)密切結(jié)合的技術(shù)基礎(chǔ)課程任務(wù)和要求：了解產(chǎn)品的制造過程掌握常用工程材料的種類與性能，能初步選用掌握材料成形的基本原理和工藝特點，能初步運用1．鞠魯粵主編，工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)，高等教育出版社，2004.62．呂廣庶、張遠明主編，工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)，高等教育出版社，2001.93．嚴紹華主編，材料成形技術(shù)基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版社，2001.84．施江瀾主編，材料成形技術(shù)基礎(chǔ)，機械工程出版社，2001.8參考文獻如何學(xué)好本課程？即使天上掉餡餅，

也只有早起的人才能得到要付出勞動是否想學(xué)好本課程？為了應(yīng)付考試？記錄老師講課重點（經(jīng)常提到）

為了工作需要？認真讀懂教材和參考書為了擴大知識面？

廣泛涉及課外書籍、勤于思考

約定字跡工整、按時獨立完成作業(yè)課堂內(nèi)不吃東西關(guān)閉通信等能夠發(fā)出聲音的工具......做不到的是不遲到第一篇金屬材料導(dǎo)論1.材料工業(yè)的重要程度材料作為能制造有用物品的物質(zhì)，與能源和信息共同構(gòu)成了人類社會賴以生存與發(fā)展的基本資源，故材料、能源和信息并列為現(xiàn)代科學(xué)和現(xiàn)代文明的三大支柱，而在這三者之間，材料又是最重要的基礎(chǔ)。材料是人類生活與社會發(fā)展的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，其品種、數(shù)量和質(zhì)量是人類文明和社會進步程度的標志。1.材料料工工業(yè)業(yè)的的重重要要程程度度歷史史學(xué)學(xué)家家把把人人類類社社會會的的發(fā)發(fā)展展按按其其使使用用的的材材料料類類型型劃劃分分為為石器器時時代代、青銅銅時時代代、鐵器器時時代代，而而今今正正處處于于人工工合合成成材材料料的新新時時代代。。我國國是是世世界界上上最最早早發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)和和使使用用金金屬屬的的國國家家之之一一商朝的青銅器春秋戰(zhàn)國的鐵器人工合成材料金屬Metal復(fù)合材料Composites陶瓷Ceramic高分子Polymer2.工程程材材料料的的分分類類按屬屬性性分分類類：：金屬屬材材料料陶瓷瓷材材料料高分分子子材材料料復(fù)合合材材料料2.工程程材材料料的的分分類類按功能：結(jié)構(gòu)材料功能材料生物材料智能材料信息材料按材料維度：三維塊體材料二維薄膜材料一維纖維材料零維納米材料材料料類類別別不不同同，，則則性性能能不不同同、、用用途途不不同同、、成成型型的的技技術(shù)術(shù)也也不不同同。。3.什么么是是金金屬屬材材料料金屬屬材材料料———以金金屬屬元元素素為為主主要要成成分分、、原原子子通通過過金金屬屬鍵鍵結(jié)結(jié)合合而而成成的的一一類類固固體體材材料料。。金屬材料鐵合金：鋼、鑄鐵非鐵合金：銅、鋁、鈦、鎂及其合金公元元前前6000年：：人人類類發(fā)明明金屬屬冶冶煉煉[1]公元元前前4000年：：古古埃埃及及人人掌握握煉銅銅技技術(shù)術(shù)[1]公元元前前2500年：：中中國國人人開開始始使用用鐵公元元18世紀紀末末：：瓦瓦特特(JamesWatt,1736～1819，英英國國)發(fā)明明了了蒸蒸汽汽機機以以后后，，大大量量使使用用鐵鐵軌軌和鑄鑄鐵鐵管管，，鑄鑄鐵鐵的的冶冶煉煉才才走走上上工工業(yè)業(yè)化生生產(chǎn)產(chǎn)的的道道路路。。從此此，，金金屬屬材材料料在在材材料料工工業(yè)業(yè)中中就就占占有有了了統(tǒng)統(tǒng)治治性性的的主主導(dǎo)導(dǎo)地地位位。。4.金屬屬材材料料的的發(fā)發(fā)展展歷歷史史4.金屬屬材材料料的的發(fā)發(fā)展展歷歷史史1820年：：（（英英））法法拉拉第第開開始始研研究究合合金金鋼鋼1839年：：巴巴比比特特研研制制出出軸軸承承合合金金1856年：（德）貝貝斯麥在轉(zhuǎn)爐爐中將生鐵精精煉成鋼1906年：泰勒和霍霍特研制出高高速鋼1912年：（美）海恩茲發(fā)發(fā)明鎢鉻鈷硬硬質(zhì)合金1923年：克虜伯公公司發(fā)明鎢鈷鈷硬質(zhì)合金1940年：（日）北圓一郎郎等發(fā)明特超超硬鋁1948年：（美）米爾爾斯研制出球球墨鑄鐵1959年：福特公司司研制出TiC金屬陶瓷切削削刀具（TiC-Ni-Mo合金）1970年：美國和瑞瑞典研制出粉粉末高速鋼5.金屬材料的優(yōu)優(yōu)越性自20世紀50年代以后，高高分子材料、、先進陶瓷材材料、復(fù)合材材料迅速發(fā)展展，開始出現(xiàn)現(xiàn)一些金屬材材料的“代用用品”。那么么鋼鐵材料是是否已經(jīng)進入入“夕陽”工工業(yè)了哪？？？否。金屬材材料具有其他他材料不能完全取代代的獨特性質(zhì)和使使用性能。金屬材料高模量高韌性高磁性高導(dǎo)電性6.金屬材料的研研究現(xiàn)狀當(dāng)前，金屬材材料的研究領(lǐng)領(lǐng)域包括：高純材料—優(yōu)異的軟磁性性、良好的耐耐腐蝕性、高高殘余電阻率率，用于高真真空容器、核核反應(yīng)堆等。。高強度材料—可減輕重量，，用于航空航航天、深海潛潛艇、原子能能等領(lǐng)域。超易切削鋼—提高刀具壽命命30倍，降低成本本、節(jié)約能源源。硬質(zhì)合金與金金屬陶瓷—高硬度、高耐耐磨性、耐高高溫、抗氧化化，用于刀具具、磨具、軋軋輥、軸承等等領(lǐng)域。高溫合金與難難熔合金—超過1300℃有很高強度，，用于飛機發(fā)發(fā)動機等。6.金屬材料的研研究現(xiàn)狀6.金屬基復(fù)合材材料—高比強度、高高比彈性模量量，用于航空空航天等領(lǐng)域域。7.共晶合金定向向凝固材料—超高溫下呈現(xiàn)現(xiàn)更高強度，，用于制造渦渦輪葉片等。。8.金屬非晶及微微晶材料—通過快速冷凝凝而得到，如如金屬玻璃、、金屬微晶材材料。前者具具有超耐腐蝕蝕性、高磁導(dǎo)導(dǎo)率、低熱脹脹系數(shù)等，用用于變壓器鐵鐵心；后者具具有高強度、、高韌性、高高抗疲勞斷裂裂性等。9.金屬間化合物物—原子按照金屬屬健與部分共共價鍵結(jié)合，，高溫強度高高、抗氧化性性好、彈性模模量高、密度度低，應(yīng)用于于多領(lǐng)域。10.納米金屬材料料—顆粒徑＜100nm的金屬材料，，具有超導(dǎo)性性。用于電子子工業(yè)、原子子能工業(yè)、航航空航天工業(yè)業(yè)、化學(xué)工業(yè)業(yè)等。第一章金屬屬材料的主要要性能教學(xué)重點：金金屬材料的力力學(xué)性能（表達方式、、測定方法、、單位量綱、、物理意義））教學(xué)難點：拉拉伸曲線（F-Δl或б-ε曲線）特點；；硬度實驗過過程第一節(jié)金屬屬材料的力學(xué)學(xué)性能力學(xué)性能是指指金屬材料在在受外力作用用時所反映出出來的固有性性能。金屬材料的力力學(xué)性能主要要有：強度、、塑性、硬度度、沖擊韌度度和疲勞強度度等。力學(xué)性能指標標，是選擇、、使用金屬材材料的重要依依據(jù)。一、強度與塑塑性強度:材料抵抵抗由外力載載荷所引起的的應(yīng)變或斷裂裂的能力。塑性:材料在在外力作用下下產(chǎn)生不可逆逆永久變形而而不破壞的能能力。拉伸試驗標準試件低碳鋼拉伸曲線鑄鐵拉伸曲線F——Δl：載荷伸長量量拉伸曲線σ——ε：應(yīng)力應(yīng)變曲曲線σ=F/Aoε=△L/L0分別以σ和ε為縱坐標和橫橫坐標，繪出出應(yīng)力-應(yīng)變變曲線。應(yīng)力力-應(yīng)變曲線線的形狀與拉拉伸曲線完全全相似，只是是坐標與數(shù)值值不同。oe——彈性變形階段；es——屈服階段；sb——強化階段；bk——縮頸階段s-屈服點b-開始發(fā)生縮頸現(xiàn)象退火低碳鋼力-伸長曲線

屈服極限S強化階段彈性極限P屈服階段強度極限B頸縮階段彈性階段強度指標1.屈服點在拉伸試驗過過程中，外力力不增加(保保持恒定)，，但試樣仍然然能繼續(xù)伸長長(變形)，，這種現(xiàn)象稱稱屈服。S點稱屈服點，，S點對應(yīng)的應(yīng)力力稱屈服點應(yīng)應(yīng)力。用符號號σs表示。屈服點點應(yīng)力σs可按下式計算算：σs=Fs/A0(MPa)式中：Fs—試樣屈服時的的載荷，N；A0—試樣原始橫截截面積，mm2。2．抗拉強度抗拉強度是指指試樣拉斷前前承受的最大大應(yīng)力值，用用符號σb表示，單位為為Mpa，即σb=Fb/A0(Mpa)式中：Fb—試樣承受的最最大載荷，N；A0—試樣原始橫截截面積，mm2。屈服點應(yīng)力（（屈服強度））和抗拉強度度在設(shè)計機械械和選擇、評評定金屬材料料時有重要意意義。機機械零零件多多以σs作為強強度設(shè)設(shè)計的的依據(jù)據(jù)。對于脆脆性材材料，，在強強度計計算時時，則則以σb為依據(jù)據(jù)。塑性指指標(1)伸長長率δδ=（（L1-L0）/L0×100%式中：：L0—試樣原原標距距的長長度（（mm）L1—試樣拉拉斷后后的標標距長長度（（mm）(2)斷面收收縮率率φ斷面收收縮率率是指指試樣樣拉斷斷后斷斷面處處橫截截面積積的相相對收收縮值值。φ=（（A0-A1）/A0×100%式中：：A0—試樣的的原始始截面面積（（mm2）A1—試樣斷斷面處處的最最小截截面積積（mm2）δ和φ愈大，，則塑塑性愈愈好。。良好好的塑塑性是是金屬屬材料料進行行塑性性加工工的必必要條條件。。二、硬硬度固體材材料抵抵抗塑塑性變變形、、壓入入或壓壓痕的的能力力。硬度是是衡量量金屬屬材料料軟硬硬程度度的一一種性性能指指標。。它直直接影影響到到材料料的耐耐磨性性及切切削加加工性性。硬度測測定方方法有有壓入入法、、劃痕痕法、、回彈彈高度度法等等。金屬材材料的的硬度度可用用專門門儀器器來測測試，，常用用的有有布氏硬硬度機、洛氏硬硬度機等。。布氏硬硬度布氏硬硬度試試驗原原理圖圖式中：F—試驗力，N；D—壓頭的直徑,mm

HBS表示用用淬火鋼鋼球作為壓壓頭測測出的的硬度度值。。HBW表示用用硬質(zhì)合合金球球作為壓壓頭測測出的的硬度度值。。單位面面積所所受的的力值值即為為硬度度洛氏硬硬度洛氏硬度試驗原理圖

試驗時時，先先加初初試驗驗力，，然后后加主主試驗驗力，，壓入入試樣樣表面面之后后，去去除主主試驗驗力，，在保保留初初試驗驗力的的情況況下，，根據(jù)據(jù)試樣樣殘余余壓痕痕深度度增量量來衡衡量試試樣的的硬度度大小小。布氏硬硬度與與洛氏硬硬度的特點點比較較布氏硬硬度的的特點點：布氏硬硬度因因壓痕痕面積積較大大，HB值的代代表性性較全全面，，而且且實驗驗數(shù)據(jù)據(jù)的重重復(fù)性性也好好，但但由于于淬火火鋼球球本身身的變變形問問題，，不能能試驗驗太硬硬的材材料，，一般般在HB450以上的的就不不能使使用。。由于壓壓痕較較大，，成品品檢驗驗也有有困難難。通常用用于測測定鑄鑄鐵、、有色色金屬屬、低低合金金結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼等等材料料的硬硬度。。洛氏硬硬度的的特點點：洛氏硬硬度HR可以用用于硬硬度很很高的的材料料，而而且壓壓痕很很小，，幾乎乎不損損傷工工件表表面，，故在在鋼件件熱處處理質(zhì)質(zhì)量檢檢查中中應(yīng)用用最多多。但洛氏氏硬度度由于于壓痕痕較小小，硬硬度代代表性性就差差些，，如果果材料料中有有偏析析或組組織不不均的的情況況，則則所測測硬度度值的的重復(fù)復(fù)性也也差。。三、沖沖擊韌韌度（（ak）有些機機件在在工作作時要要受到到高速速作用用的載載荷沖沖擊，，如鍛鍛壓機機的錘錘桿、、沖床床的沖沖頭、、汽車車變速速齒輪輪、飛飛機的的起落落架等等。瞬時沖沖擊引引起的的應(yīng)力力和應(yīng)應(yīng)變要要比靜靜載荷荷引起起的應(yīng)應(yīng)力和和應(yīng)變變大得得多，，因此此在選選擇制制造該該類機機件的的材料料時，，必須須考慮慮材料料的抗抗沖擊擊能力力，即即沖擊擊韌度度。TITANICTITANIC的沉沒與船體材料脆性斷裂失效有關(guān)!!!金屬材材料抵抵抗沖沖擊載載荷作作用而而不破破壞的的能力力叫做做沖擊擊韌度度。常用一一次擺擺錘沖沖擊試試驗來來測定定金屬屬材料料的沖沖擊韌韌度(大能能量、、一次次沖斷斷）。試驗表表明，，在沖沖擊載載荷不不太大大的情情況下下，金金屬材材料承承受多多次重重復(fù)沖沖擊的的能力力，主主要取取決于于強度度。沖擊值值對組組織缺缺陷很很敏感感，因因此沖沖擊試試驗是是生產(chǎn)產(chǎn)上用用來檢檢驗冶冶煉、、熱加加工、、熱處處理等等工藝藝質(zhì)量量的有有效方方法。。夏比沖沖擊試試驗試驗原原理ak=AK/A（J·cm-2）

式中：Ak—折斷試樣所消耗的沖擊功（J）

A—試樣斷口處的原始截面積（mm2）

沖擊韌度：標準沖沖擊試試樣有有兩種種，一一種是是夏比比Ｕ形形缺口口試樣樣，另另一種種是夏夏比ＶＶ形缺缺口試試樣同一一條條件件下下同同一一材材料料制制作作的的兩兩種種試試樣樣，，其其ＵＵ形形試試樣樣的的ak值明明顯顯大大于于ＶＶ形形試試樣樣的的ak，所所以以這這兩兩種種試試樣樣的的值值ak不能能相相互互比比較較。。對于于脆脆性性材材料料試試樣樣一一般般不不開開缺缺口口。。四、、疲疲勞勞強強度度工程程上上一一些些機機件件工工作作時時受受交交變變應(yīng)應(yīng)力力或或循循環(huán)環(huán)應(yīng)應(yīng)力力作作用用，，即即使使工工作作應(yīng)應(yīng)力力低低于于材材料料的的屈屈服服強強度度，，但但經(jīng)經(jīng)過過一一定定循循環(huán)環(huán)周周次次后后仍仍會會發(fā)發(fā)生生斷斷裂裂，，這這樣樣的的斷斷裂裂現(xiàn)現(xiàn)象象稱稱之之為為疲勞勞。零件件的的疲疲勞勞斷斷裂裂過過程程可可分分為為裂裂紋紋產(chǎn)產(chǎn)生生、、裂裂紋紋擴擴展展和和瞬瞬間間斷斷裂裂三三個個階階段段。。疲勞勞的概概念念:金屬屬材材料料在在無數(shù)數(shù)次次重重復(fù)復(fù)或交交變變載載荷荷作作用用下下而而不不致致引引起起斷斷裂裂的的最最大大應(yīng)應(yīng)力力，，叫叫做做疲勞勞強強度度。材料料的的疲疲勞勞強強度度通通常常在在旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)對對稱稱彎彎曲曲疲疲勞勞試試驗驗機機上上測測定定。。疲勞勞強強度度的的概概念念在循循環(huán)環(huán)載載荷荷作作用用下下，，材材料料承承受受一一定定的的循循環(huán)環(huán)應(yīng)應(yīng)力力σ和斷斷裂裂時時相相應(yīng)應(yīng)的的循循環(huán)環(huán)次次數(shù)數(shù)N之間間的的關(guān)關(guān)系系可可以以用用曲曲線線來來描描述述，，即即σ－ＮＮ之之間間的的關(guān)關(guān)系系曲曲線線，，稱稱疲勞勞曲曲線線σ-N曲線

疲勞勞曲曲線線當(dāng)零零件件所所受受的的應(yīng)應(yīng)力力按按正正弦弦曲曲線線對對稱稱循循環(huán)環(huán)時時，，疲疲勞勞強強度度以以符符號號σ-1表示示，，即即當(dāng)當(dāng)應(yīng)應(yīng)力力低低于于σ-1值，，既既使使循循環(huán)環(huán)周周次次無無窮窮多多也也不不發(fā)發(fā)生生斷斷裂裂。。無數(shù)數(shù)次次應(yīng)應(yīng)力力循循環(huán)環(huán)：：對于于鋼鋼材材為為107，有色色金金屬屬和和某某些些超超高高強強度度鋼鋼常常取取108。σ-N曲線

第二二節(jié)節(jié)金金屬屬材材料料的的物物理理、、化化學(xué)學(xué)及及工工藝藝性性能能一、、金金屬屬的的物物理理性性能能1．．密度度2．．熔點點3．．導(dǎo)熱熱性性4．．導(dǎo)電電性性5．．熱膨膨脹脹性性6．．磁性性二、、金金屬屬的的化化學(xué)學(xué)性性能能它是是金金屬屬材材料料在在室溫溫或或高高溫溫時抵抵抗抗各各種種化化學(xué)學(xué)作作用用的的能能力力，，主主要要是是指指抵抵抗抗活活潑潑介介質(zhì)質(zhì)的的化化學(xué)學(xué)侵侵蝕蝕能能力力，，1.耐耐腐腐蝕蝕性性(如如耐耐酸酸性性、、耐耐堿堿性性等等)2．．抗抗氧氧化化性性3．．化化學(xué)學(xué)穩(wěn)穩(wěn)定定性性三、、金金屬屬的的工工藝藝性性能能工藝藝性性能能是是物物理理、、化化學(xué)學(xué)、、力力學(xué)學(xué)性性能能的的綜綜合合。。按按工工藝藝方方法法的的不不同同，，可可分分為為鑄鑄造造性性能能、、可可鍛鍛性性、、焊焊接接性性和和切切削削加加工工性性等等1、鑄鑄造造性性能能金屬屬在在鑄鑄造造成成形形過過程程中中獲獲得得外外形形準準確確、、內(nèi)內(nèi)部部健健全全鑄鑄件件的的能能力力稱稱為為鑄鑄造造性性能能。。鑄鑄造造性性能能包包括括流流動動性性、、吸吸氣氣性性、、收收縮縮性性和和偏偏析析等等。。在在金金屬屬材材料料中中灰灰鑄鑄鐵鐵和和青青銅銅的的鑄鑄造造性性能能較較好好。。2、鍛鍛造造性性能能金屬屬材材料料利利用用鍛鍛壓壓加加工工方方法法成成形形的的難難易易程程度度稱稱為為鍛鍛造造性性能能。。鍛鍛造造性性能能的的好好壞壞主主要要同同金金屬屬的的塑塑性性和和變變形形抗抗力力有有關(guān)關(guān)。。塑塑性性越越好好，，變變形形抗抗力力越越小小，，金金屬屬的的鍛鍛造造性性能能越越好好。。3、焊焊接接性性能能焊接接性性能能是是指指材材料料在在限限定定的的施施工工條條件件下下焊焊接接成成按按規(guī)規(guī)定定設(shè)設(shè)計計要要求求的的構(gòu)構(gòu)件件，，并并滿滿足足預(yù)預(yù)定定服服役役要要求求的的能能力力。。4、切切削削加加工工性性能能切削削加加工工性性能能是是指指金金屬屬在在切切削削加加工工時時的的難難易易程程度度。。9、靜夜四無無鄰，荒居居舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中中黃葉葉樹，，燈下下白頭頭人。。。21:54:0321:54:0321:5412/29/20229:54:03PM11、以我獨獨沈久，，愧君相相見頻。。。12月-2221:54:0321:54Dec-2229-Dec-2212、故人人江海海別，，幾度度隔山山川。。。21:54:0321:54:0321:54Thursday,December29,202213、乍乍見見翻翻疑疑夢夢，，相相悲悲各各問問年年。。。。12月月-2212月月-2221:54:0321:54:03December29,202214、他鄉(xiāng)生白發(fā)發(fā)，舊國見青青山。。29十二月月20229:54:03下午21:54:0312月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。十二月229:54下午午12月-2221:54December29,202216、行動動出成成果，，工作作出財財富。。。2022/12/2921:54:0321:54:0329December202217、做前，，能夠環(huán)環(huán)視四周周；做時時，你只只能或者者最好沿沿著以腳腳為起點點的射線線向前。。。9:54:03下午午9:54下午午21:54:0312月-229、沒有有失敗敗，只只有暫暫時停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有結(jié)結(jié)果果，，但但是是不不努努力力卻卻什什么么改改變變也也沒沒有有。。。。21:54:0321:54:0321:5412/29/20229:54:03PM11、成成功功就就是是日日復(fù)復(fù)一一日日那那一一點點點點小小小小努努力力的的積積累累。。。。12月月-2221:54:0321:54Dec-2229-Dec-2212、世間成事，，不求其絕對對圓滿，留一一份不足，可可得無限完美美。。21:54:0321:54:0321:54Thursday,December29,202213、不知香香積寺，，數(shù)里入入云峰。。。12月-2212月-2221:54:0321:54:03December29,202