金属工艺学绪论

1、任课教师信息任课教师信息姓姓 名：张建新名：张建新电电 话：话信 箱：箱：研究种类：金属研究种类：金属（金属、非金属、高分子材料）（金属、非金属、高分子材料）研究范围：工艺研究范围：工艺（加工、热处理、熔炼、铸造等）（加工、热处理、熔炼、铸造等）金属工艺学金属工艺学绪论绪论一一 问题的提出问题的提出1.1.科技博览科技博览指出：指出：7272C C的铁和的铁和600600C C的的木头摸上去的感觉是一木头摸上去的感觉是一样的，为什么？样的，为什么？2.2.两滴相同的水珠分别落在两滴相同的水珠分别落在120和和400的的铁板上，哪一滴先汽化掉？铁板上，哪一滴先汽化掉？

2、落在落在 120 铁板上的铁板上的水珠先汽化掉，因为这种水珠先汽化掉，因为这种沸腾换热属沸腾换热属核态沸腾核态沸腾，换，换热强烈。而在热强烈。而在 400 铁板铁板上的换热属上的换热属膜态沸腾膜态沸腾，换，换热速度较弱。热速度较弱。 3.普通金属制品易普通金属制品易生锈、易腐蚀，而金生锈、易腐蚀，而金银制品不易生锈、不银制品不易生锈、不易腐蚀。易腐蚀。 原因：金属的成分、组原因：金属的成分、组织、结构不同，决定了其性织、结构不同，决定了其性能各异（电极电位、电负性能各异（电极电位、电负性等），所以材料的稳定性不等），所以材料的稳定性不尽一样。尽一样。1 船体保护原理（船体保护原理（加分加分1）

3、：牺牲阳极的阴极保护法。）：牺牲阳极的阴极保护法。 船体一般为钢铁框架，在海水里不耐腐蚀，如不船体一般为钢铁框架，在海水里不耐腐蚀，如不进行保护，很难达到服役进行保护，很难达到服役50年的标准。年的标准。 措施：在船体周围系上活泼金属。措施：在船体周围系上活泼金属。电负性电负性 思考思考1：为什么不放镍、铜等金属？：为什么不放镍、铜等金属？ 思考思考2：为什么一般使用锌块，而不使用铝？：为什么一般使用锌块，而不使用铝？二二 应用举例应用举例2 2 金属的导电性金属的导电性输电线（地上）输电线（地上）电缆线（地下）电缆线（地下）消除电弧（银箔）消除电弧（银箔）银银铜铜铝（导电性）铝（导电性）3

4、金属的导热性金属的导热性电脑散热系统，用铝合金；电脑散热系统，用铝合金；暖气片（金属）；暖气片（金属）；空调（紫铜管）；空调（紫铜管）；4 各种金属锅各种金属锅铁锅，铝锅，铜锅，陶粒锅，复合锅，不锈铁锅，铝锅，铜锅，陶粒锅，复合锅，不锈钢锅钢锅(Mn超标超标)等；等；5 弹壳黄铜弹壳黄铜去应力退火的重要性去应力退火的重要性 连接连接6 坦克装甲材料坦克装甲材料含有钨钼元素，增加强度。含有钨钼元素，增加强度。7 水管及水阀门材料水管及水阀门材料铸铁、锌合金、铜合金；铸铁、锌合金、铜合金；第一章第一章 金属材料的主要性能金属材料的主要性能一一 、力学性能、力学性能1 定义：又称机械性能，是在力的作

5、用下所定义：又称机械性能，是在力的作用下所 表现出来的性能。表现出来的性能。2 分类：按受力情况分分类：按受力情况分 强度、塑性和硬度（用于强度、塑性和硬度（用于衡量静载荷作用下的力学性能，如钢筋）；冲衡量静载荷作用下的力学性能，如钢筋）；冲击韧性（动载荷作用，如火车挂钩等）；疲劳击韧性（动载荷作用，如火车挂钩等）；疲劳强度（周期性的交变载荷，如曲轴、连杆等）。强度（周期性的交变载荷，如曲轴、连杆等）。3 强度和塑性强度和塑性 材料的强度与塑性是两个重要的力学参数，它们材料的强度与塑性是两个重要的力学参数，它们与材料的组织和结构有密切关系，材料受力后要发生与材料的组织和结构有密切关系，材料受力

6、后要发生变形与断裂，掌握其规律，研究其微观机制，分析影变形与断裂，掌握其规律，研究其微观机制，分析影响塑性变形的各种因素，设法阻止或延缓塑变的发生响塑性变形的各种因素，设法阻止或延缓塑变的发生是强化材料的重要途径，这对生产实际很重要。是强化材料的重要途径，这对生产实际很重要。拉伸动画拉伸动画显示显示从图知道，金属有三个变形阶段：从图知道，金属有三个变形阶段：弹性变形弹性变形弹塑弹塑性变形性变形断裂。断裂。 视频视频拉伸模拟拉伸模拟补充：弹塑性变形阶段材料强度为什么增加？补充：弹塑性变形阶段材料强度为什么增加？ 原因：材料随变形量的增加发生了加工硬化或形变原因：材料随变形量的增加发生了加工硬化或

7、形变强化。强化。（加工硬化：随着塑性变形的增大，变形抗力（加工硬化：随着塑性变形的增大，变形抗力不断增加的现象。）不断增加的现象。）拉伸强度：拉伸强度：b= Fb / A0强度强度单位是单位是MPa（106Pa）面积面积A单位单位mm2，F拉力单位拉力单位N（牛）。（牛）。 设计机械零件时，屈服强度设计机械零件时，屈服强度s和抗拉强度和抗拉强度b意意义重大：零件义重大：零件(韧性韧性)不允许变形，用不允许变形，用s为依据；为依据；对于脆性材料，没有屈服点，计算强度时用对于脆性材料，没有屈服点，计算强度时用b为依据。为依据。塑性：是在力的作用下，产生不可逆永久变塑性：是在力的作用下，产生不可逆永

8、久变 形的能力。常用伸长率和断面收缩率形的能力。常用伸长率和断面收缩率 表示。表示。 = = 在一定范围内在一定范围内和和越大，表示材料的塑性越大，表示材料的塑性越好，加工性越强。越好，加工性越强。%100001LLL%100010AAA4 硬度硬度定义：材料表面抵抗局部变形（压痕、划痕等）的定义：材料表面抵抗局部变形（压痕、划痕等）的 能力称为硬度。衡量金属软硬的指标能力称为硬度。衡量金属软硬的指标，影响影响 金属材料的耐磨性金属材料的耐磨性，一般加工刀具要有足够一般加工刀具要有足够 的硬度。的硬度。 布氏硬度（布氏硬度（HB）：钢球测试（）：钢球测试（视频视频） 洛氏硬度（洛氏硬度（HR）

9、：金刚石锥体或钢球测试）：金刚石锥体或钢球测试 维氏硬度（维氏硬度（HV）：金刚石菱形锥体测试）：金刚石菱形锥体测试（维氏硬度主要测试（维氏硬度主要测试尺寸很小或很薄零件的硬度尺寸很小或很薄零件的硬度 ） 洛氏硬度洛氏硬度视频视频5 韧性韧性定义：材料断裂前吸收变形能量的能力称为韧性。定义：材料断裂前吸收变形能量的能力称为韧性。 常用指标是冲击韧度常用指标是冲击韧度k 数学表达式：数学表达式： k = Ak / S Ak是冲击功（表盘读出），是冲击功（表盘读出），J S是冲击横截面积，是冲击横截面积，cm2 冲击值的大小受形状、表面粗糙度、内部组织冲击值的大小受形状、表面粗糙度、内部组织的影响

10、较大，还与冲击时的环境温度有关，一般作的影响较大，还与冲击时的环境温度有关，一般作为参考，不直接参与强度计算。为参考，不直接参与强度计算。6 疲劳强度疲劳强度承受循环应力或交变应力的零件发生的断裂，称之承受循环应力或交变应力的零件发生的断裂，称之为疲劳断裂。用疲劳强度表示。为疲劳断裂。用疲劳强度表示。疲劳强度定义：在某一循环应力的作用下，疲劳曲疲劳强度定义：在某一循环应力的作用下，疲劳曲线呈水平线，此时材料可经受无数次应力循环而不线呈水平线，此时材料可经受无数次应力循环而不发生疲劳断裂，我们称此应力值为疲劳强度。发生疲劳断裂，我们称此应力值为疲劳强度。 疲劳强度用符号疲劳强度用符号-1表示。表

11、示。 一般产生疲劳断裂的原因：内部缺陷（熔炼一般产生疲劳断裂的原因：内部缺陷（熔炼金属时控制）、应力集中（热处理控制）、表面磨金属时控制）、应力集中（热处理控制）、表面磨损（增加硬度或采取润滑）。损（增加硬度或采取润滑）。 注意：汽车轮胎要定期更换，防止疲劳爆胎。注意：汽车轮胎要定期更换，防止疲劳爆胎。二二 材料的物理化学及工艺性能材料的物理化学及工艺性能1 物理性能：密度、熔点、热膨胀性、放射性导热物理性能：密度、熔点、热膨胀性、放射性导热 导电及导磁性等。导电及导磁性等。 航天航空上用密度小的铝、镁、钛合金；电机航天航空上用密度小的铝、镁、钛合金；电机电器等考虑金属的导电性、导磁性；培育农

12、产品育电器等考虑金属的导电性、导磁性；培育农产品育苗使用放射性元素对之产生变异（苗使用放射性元素对之产生变异（山西忻州的钴山西忻州的钴60事件教训惨重事件教训惨重）（铅罐铅板防辐射）。）（铅罐铅板防辐射）。2 化学性能化学性能化学性能：主要是指在常温或高温下，抵抗介质化学性能：主要是指在常温或高温下，抵抗介质 腐蚀的能力，如耐酸性、耐碱性、耐腐蚀的能力，如耐酸性、耐碱性、耐 盐性及抗氧化性等。盐性及抗氧化性等。 常温下金属硬币化学性能稳定，用白铜或黄常温下金属硬币化学性能稳定，用白铜或黄铜或铝合金做的（第五套硬币：一元钢芯镀镍工铜或铝合金做的（第五套硬币：一元钢芯镀镍工艺、五角铜合金、一角铝合

13、金）。艺、五角铜合金、一角铝合金）。船体保护：主船体保护：主要是耐盐腐蚀要是耐盐腐蚀过剩过剩Si对合金腐蚀性能的影响对合金腐蚀性能的影响 No. surplus Si Wf Wa slip 1 0.00% 5.31793g 5.29342g 0.4609% 2 0.03% 5.26578g 5.24145g 0.4621% 3 0.06% 5.12597g 5.10120g 0.4833% 4 0.09% 5.09326g 5.05992g 0.6545% 成分及组织的均匀性越高，可降低各部位成分及组织的均匀性越高，可降低各部位的电势差，因而可抑制微电池的形成，这就是的电势差，因而可抑制微电池

14、的形成，这就是说组织的晶粒越细小、越均匀，腐蚀中形成微说组织的晶粒越细小、越均匀，腐蚀中形成微电池的概率越小，材料的耐蚀性越好。电池的概率越小，材料的耐蚀性越好。 3 3 工艺性能工艺性能工艺性能：铸造性、可锻性、焊接性及切削性等。工艺性能：铸造性、可锻性、焊接性及切削性等。 如铸铁的铸造性能好，可锻性很差，可用来制造各如铸铁的铸造性能好，可锻性很差，可用来制造各种铸件，而不能进行锻造；陶瓷焊接性能很差，所种铸件，而不能进行锻造；陶瓷焊接性能很差，所以陶瓷与金属连接很难；碳钢焊接性优良，可用来以陶瓷与金属连接很难；碳钢焊接性优良，可用来焊接各种结构零件。焊接各种结构零件。 （1）有的铝合金切削性能不好（粘刀），加入）有的铝合金切削性能不好（粘刀），加入适量适量Cu元素可以改善其切削加工性能。元素可以改善其切削加工性能。 （2）铝、铜、铅合金挤压性能优良，可以生产）铝、铜、铅合金挤压性能优良，可以生产各种挤压零件，铅在常温下就可以加工各种挤压零件，铅在常温下就可以加工(fcc结构结构)。 （3）镁、锌等塑性不佳，加工性不好，因为它）镁、锌等塑性不佳，加工性不好，因为它们属于们属于hcp结构。铁常温下属于结构。铁常温下属于bcc结构。结构。完完一战时，经过深冲成型的黄铜弹壳，放一战时，经过深冲成型的黄铜