工程材料第9章

1、第九章第九章 金属材料的加工工艺性能金属材料的加工工艺性能选材的一般原则选材的一般原则u 材料的机械性能材料的机械性能 u 材料的工艺性能材料的工艺性能u 材料的经济性材料的经济性 材料的工艺性能材料的工艺性能1.1.铸造性能：铸造性能： 包括流动性、收缩、偏析等。包括流动性、收缩、偏析等。2.2.锻造性能：锻造性能： 包括可锻性、抗氧化性、冷镦性等。包括可锻性、抗氧化性、冷镦性等。3.3.机械加工性：机械加工性： 包括光洁度、切削加工性等。包括光洁度、切削加工性等。4.4.焊接性能：焊接性能： 包括形成冷裂或热裂的倾向、形成气孔的倾向等。包括形成冷裂或热裂的倾向、形成气孔的倾向等。5.5.热

2、处理工艺性：热处理工艺性： 包括淬透性、变形开裂倾向、氧化脱碳倾向等。包括淬透性、变形开裂倾向、氧化脱碳倾向等。一一 铸造性能铸造性能1） 流动性好的合金，容易获得形状完整、尺寸精确、轮廓清流动性好的合金，容易获得形状完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件。晰的铸件。 2） 流动性好的合金，容易使其中的气体逸出及浮在液面上的流动性好的合金，容易使其中的气体逸出及浮在液面上的夹杂物受到阻隔。夹杂物受到阻隔。 3） 流动性好的合金，能在液态合金在凝固收缩时及时的补缩。流动性好的合金，能在液态合金在凝固收缩时及时的补缩。合金在铸造过程中所呈现出的工艺性能，称为铸造性能。合金在铸造过程中所呈现出的工艺性能，称

3、为铸造性能。影响铸造性能的因素影响铸造性能的因素：1. 合金的流动性：液态金属的流动能力合金的流动性：液态金属的流动能力影响流动性的因素：影响流动性的因素： u合金的成分的影响：共晶成分的结晶比亚共晶好合金的成分的影响：共晶成分的结晶比亚共晶好 u浇注条件的影响：温度越高，保持液态的时间越浇注条件的影响：温度越高，保持液态的时间越长，液态合金的充型能力越强。长，液态合金的充型能力越强。 u铸型的影响：形状越复杂、壁厚越小，则液态合铸型的影响：形状越复杂、壁厚越小，则液态合金流动时的阻力越大。金流动时的阻力越大。 2.合金的收缩性：合金的收缩性：铸件在凝固和冷却至室温的进程中，其体积和尺寸减小的

4、现象。铸件在凝固和冷却至室温的进程中，其体积和尺寸减小的现象。 1) 合金成分的影响合金成分的影响 2) 浇注温度的影响：浇注温度愈高，收缩率愈大浇注温度的影响：浇注温度愈高，收缩率愈大3) 铸型的影响：铸型的影响： 铸件结构愈复杂，对收缩量的影响愈大。铸件结构愈复杂，对收缩量的影响愈大。 收缩性对铸件质量的影响收缩性对铸件质量的影响 收缩率愈小愈好，即尺寸愈精确、组织愈致密，收缩率愈小愈好，即尺寸愈精确、组织愈致密，否则易产生铸造缺陷：缩孔和缩松、铸造应力、变形和裂纹。否则易产生铸造缺陷：缩孔和缩松、铸造应力、变形和裂纹。 影响收缩性的因素影响收缩性的因素 可锻性是金属经受塑性成型的难易程度

5、。塑性好、变形抗可锻性是金属经受塑性成型的难易程度。塑性好、变形抗力小，金属的可锻性就好力小，金属的可锻性就好 。1. 金属的本质金属的本质 （ 1）化学成分：）化学成分： a）纯金属比合金的可锻性好）纯金属比合金的可锻性好 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）组织：）组织： a）单相组织（纯金属或固溶体）比多相好）单相组织（纯金属或固溶体）比多相好 b）钢中碳化物呈弥散分布比网状分布好）钢中碳化物呈弥散分布比网状分布好 c）晶粒细化组）晶粒细化组织比粗大好织比粗大好 二二 锻造性能锻造性能影响锻造性能的因素：影响锻造性能的因素：2. 变形条件变形条件 （ 1）加

6、热温度：）加热温度： 加热温度高，可锻性好。加热温度高，可锻性好。 但是，温度过高，但是，温度过高，会引起过烧或过热。会引起过烧或过热。始锻温度：锻造温度的上限；始锻温度：锻造温度的上限； 终锻温度：锻造温度的下限。终锻温度：锻造温度的下限。（2）变形速度：）变形速度： 金属材料在单位时间内的变形程度。金属材料在单位时间内的变形程度。 a）变形速度不大时，回复和再结晶来不及消除加工硬化，可）变形速度不大时，回复和再结晶来不及消除加工硬化，可锻性下降锻性下降 b）变形速度大于一定值后，由于塑性变形的热效应）变形速度大于一定值后，由于塑性变形的热效应使材料温度升高，回复和再结晶充分，可锻性提高。使

7、材料温度升高，回复和再结晶充分，可锻性提高。3. 应力状态应力状态 a）压应力越多，材料的塑性越好）压应力越多，材料的塑性越好 b）拉应力越多，塑性越差）拉应力越多，塑性越差 切削加工性（可切削性，机械加工性）：指金属材料被刀具切削加工性（可切削性，机械加工性）：指金属材料被刀具切削加工后而成为合格工件切削加工后而成为合格工件 的难易程度。的难易程度。切削加工性好坏常用加工后工件的表面粗糙度，允许的切削切削加工性好坏常用加工后工件的表面粗糙度，允许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量。速度以及刀具的磨损程度来衡量。 三三 切削加工性能切削加工性能影响切削加工性能的因素：影响切削加工性能的因素：1

8、. 物理性能：物理性能： 1)导热系数导热系数K：导热系数高的材料，允许的切削速度就高。：导热系数高的材料，允许的切削速度就高。2)线膨胀系数线膨胀系数：它的大小影响材料在切削时加工时热胀冷：它的大小影响材料在切削时加工时热胀冷缩程度而影响加工精度。缩程度而影响加工精度。 2. 材料的化学成分：材料的化学成分：碳碳(C)；材料含碳量增加，其硬度和强度相应增大。含碳量；材料含碳量增加，其硬度和强度相应增大。含碳量适中适中(如如45号钢号钢)，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，切削加工性也变差。工性也变差。 镍镍(Ni)：Ni能提高材料的耐热性，但导热系数明显下降

9、。能提高材料的耐热性，但导热系数明显下降。钒钒(V)：随着材料含钒量的增加，使材料的磨削性能变差。：随着材料含钒量的增加，使材料的磨削性能变差。 钼钼(Mo)：钼能提高材料的强度和韧性，但导热系数下降。：钼能提高材料的强度和韧性，但导热系数下降。 3. 材料的力学性能：材料的力学性能： 1)硬度和强度：材料的硬度和强度适中，其切削加工性比硬度和强度：材料的硬度和强度适中，其切削加工性比较好。硬度和强度越高，材料的切削加工性就越差。较好。硬度和强度越高，材料的切削加工性就越差。 2)韧性和塑性：韧性韧性和塑性：韧性(冲击值冲击值K)和塑性和塑性(延伸率延伸率)大的材料，大的材料，在切削加工时的切

10、削阻力、切削变形和产生的切削热量就大，在切削加工时的切削阻力、切削变形和产生的切削热量就大，其切削加工性也较差。其切削加工性也较差。 3)弹性模量：弹性模量大，材料在外力作用下不易产生弹弹性模量：弹性模量大，材料在外力作用下不易产生弹性变形。但弹性模量小的材料在切削过程中，弹性恢复大，性变形。但弹性模量小的材料在切削过程中，弹性恢复大，且与刀具摩擦大，切削也困难。且与刀具摩擦大，切削也困难。4. 金相组织：金相组织： 1)铁素体：它的硬度和强度很低、塑性和韧性高，切削时易铁素体：它的硬度和强度很低、塑性和韧性高，切削时易产生积屑瘤切削加工性较差。产生积屑瘤切削加工性较差。 2)珠光体：切削加工

11、性好，如珠光体：切削加工性好，如45号钢。号钢。 3)渗碳体：硬度高，但很脆，切削易崩边，切削加工性差。渗碳体：硬度高，但很脆，切削易崩边，切削加工性差。 4)奥氏体：它的硬度不高，但塑性和韧性很高，加工表面硬奥氏体：它的硬度不高，但塑性和韧性很高，加工表面硬化严重，切削加工性很差。化严重，切削加工性很差。 5)马氏体：淬火钢属于这类金相组织。它的硬度高、脆大，马氏体：淬火钢属于这类金相组织。它的硬度高、脆大，其切削加工性为其切削加工性为45号钢的号钢的1/31/10。 焊接性，是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接性，是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规

12、范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的难易程度。接接头的难易程度。 钢材焊接性能的好坏主要取决于它的化学组成。而其中影响钢材焊接性能的好坏主要取决于它的化学组成。而其中影响最大的是碳元素，也就是说金属含碳量的多少决定了它的可最大的是碳元素，也就是说金属含碳量的多少决定了它的可焊性。焊性。钢中的其他合金元素大部分也不利于焊接，但其影响程度一钢中的其他合金元素大部分也不利于焊接，但其影响程度一般都比碳小得多。钢中含碳量增加，淬硬倾向就增大，塑性般都比碳小得多。钢中含碳量增加，淬硬倾向就增大，塑性则下降，容易产生焊接裂纹。通常，把金属材料在焊

13、接时产则下降，容易产生焊接裂纹。通常，把金属材料在焊接时产生裂纹的敏感性及焊接接头区力学性能的变化作为评价材料生裂纹的敏感性及焊接接头区力学性能的变化作为评价材料可焊性的主要指标。所以含碳量越高，可焊性越差。可焊性的主要指标。所以含碳量越高，可焊性越差。三三 焊接性能焊接性能在铸铁焊接时容易开裂，需要预先将焊件加热，或采用特种焊在铸铁焊接时容易开裂，需要预先将焊件加热，或采用特种焊条焊接。条焊接。铝的焊接用普通手工电弧焊法就难于获得优质焊缝，须采用惰铝的焊接用普通手工电弧焊法就难于获得优质焊缝，须采用惰性气体保护电弧焊方法。性气体保护电弧焊方法。含碳量和合金元素量较高的钢材含碳量和合金元素量较高的钢材,由于硬度和强度较高由于硬度和强度较高,焊接时焊接时容易产生裂纹，需要采取适当的工艺措施。容易产生裂纹，需要采取适当的工艺措施。对于许多活性金属或难熔合金，宜采用特殊焊接方法，如电子对于许多活性金属或难熔合金，宜采用特殊焊接方法，如电子束焊或激光焊，以便获得优质接头。束焊或激光焊，以便获得优质接头。工