第一章金属的性能(模具材料与热处理)

1、讲师：蒋谨伶绪绪 论论为什么要学习模具材料和热处理？ 模具材料与热处理是模具设计与制造专业的一门专业基础模具材料与热处理是模具设计与制造专业的一门专业基础课程，也是专业核心课程。学生在从事模具设计和制造的课程，也是专业核心课程。学生在从事模具设计和制造的工作时，都会遇到模具材料的选用，模具材料的性能及改工作时，都会遇到模具材料的选用，模具材料的性能及改善材料性能的问题，所以学习该课程是非常重要的。善材料性能的问题，所以学习该课程是非常重要的。 该课程知识内容是学习其他专业课程的基础，该课程的专该课程知识内容是学习其他专业课程的基础，该课程的专业基础能力培养是模具专业职业能力培养的重要组成部分。

2、业基础能力培养是模具专业职业能力培养的重要组成部分。什么是材料？ 材料是人类生活和生产所必需的物质基础。材料是人类进化的里程碑。由于材料的重要性，历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。为什么材料要进行热处理？ 在机械制造的生产过程中，一般是先用铸造、压力加工或焊接等成形方法将材料制作成零件的毛胚（或半成品），再经过切削加工制成尺寸精确的零件，最后将零件装配称机器。但在制造过程中，我们未来改善毛胚和工件的性能，使其达到所需的性能要求，常需要在制造过程中穿插进行热处理。教学目标与基本要求：建立模具材料与热处理的完整概念掌握必要的材料科学和有关成形技术的理论基础熟悉各类常用的模具材料掌握热处理工艺

3、方法的特点和应用范围了解与本课程有关的新材料、新技术、新工艺内容介绍：金属的性能碳素钢钢的热处理合金钢和硬质合金模具材料概论冷作模具材料热作模具材料塑料模具材料模具表面强化技术学习方法： 联系实际生活，思考理论问题，再去解决实际问题，多看、多想、多问，多实践。第一章 金属的性能第一节 金属材料的分类金属：由单一元素构成的具有特殊的光泽、延展性、导电性、导热性的物质。合金：由一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合成的具有金属特性的材料。金属材料：金属元素或以金属元素为主构成的，并具有金属特性的物质，即金属及其合金的总称。金属材料：强韧性好，塑金属材料：强韧性好，塑性变形能力

4、强，导电、导性变形能力强，导电、导热性好，为主要的工程材热性好，为主要的工程材料。料。第一章 金属的性能金属可分为黑色金属和有色金属。第一节 金属材料的分类 黑色金属（以铁或以它为主）碳素钢合金钢铸铁 有色金属（除黑色金属以为）轻金属重金属贵金属稀有金属放射性金属第一章 金属的性能第一节 金属材料的分类第一章 金属的性能 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能：金属材料在使用条件下所表现出来的性能，包括物理性能（密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性等）、化学性能（耐腐蚀性、抗氧化性等）和力学性能（强度、硬度、塑形、韧性等）。工艺性能：金属材料在制造加工过程中表现出来的各种性能。第二节

5、金属的力学性能第一章 金属的性能一、基本概念力学性能：材料在外力作用下表现出来的性能，包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。（1）载荷载荷：金属材料在加工和使用过程中所受的外力。第二节 金属的力学性能静载荷静载荷：大小不变或变化过程缓慢的载荷。 冲击载荷冲击载荷：短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。交变载荷交变载荷：大小、方向或大小和方向随时间周期性变化的载荷。载载 荷荷第一章 金属的性能一、基本概念（2）变形变形：受到载荷作用而产生的几何形状和尺寸的变化。可分为弹性变形和塑形变形。弹性变形：卸去载荷后，能恢复到原状的变形。塑形变形：卸去载荷后，不能恢复到原状的变形，即留有残余变形。（

6、3）内力内力：材料受外部载荷作用时，为保持其不变形，材料内部产生的一种与外力相对抗的力。应力：单位面积上的内力。 单位：MPaMPa应变：单位伸长量。 SF0LL第二节 金属的力学性能第一章 金属的性能二、强度与塑性（1 1）定义）定义强度金属在静载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力，通常用应力的表示。（可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、抗扭强度和抗弯强度）塑性在外力作用下，金属材料产生永久变形而不断裂的能力。(2)(2)试验方法：拉伸试验试验用标准试样：长试样（L0=10d0）和短试样（L0=5d0）第二节 金属的力学性能第一章 金属的性能二、强度与塑性（3）拉伸试验所得（F-L）拉伸曲线

7、拉伸过程可分为弹性变形、屈服、强化和颈缩四个阶段。opop：弹性变形阶段（F与L成线性正比）pepe，：屈服阶段（塑性变形）e e，m m：强化阶段（m载荷最大值）mzmz：颈缩阶段（截面面积缩小，截面处继续变形）z z 拉伸曲线终点，此时试样已经断裂。第二节 金属的力学性能第一章 金属的性能二、强度与塑性（3）拉伸试验所得（F-L）拉伸曲线（F-L）拉伸曲线可变为（-）应力应变曲线。弹性极限e：材料完全弹性变形时承受的最大应力。e=Fe/S0； Fe产生完全弹性变形的最大载荷（N）屈服强度e，:载荷恒定而试样仍能伸长时的应力。抗拉强度b：材料在断裂前承受的最大应力。第二节 金属的力学性能0e

8、eSFRLL0SFRmm第一章 金属的性能第二节 金属的力学性能二、强度与塑性二、强度与塑性 塑性塑性材料材料-在拉伸试验中具有屈服现象的金在拉伸试验中具有屈服现象的金属材料。属材料。 脆性脆性材料材料-没有明显屈服现象的金属材料。没有明显屈服现象的金属材料。如，铸铁；可用如，铸铁；可用0.20.2( (试样卸除拉伸力后，其标试样卸除拉伸力后，其标距长度部分的伸长率达到距长度部分的伸长率达到0.2%0.2%时的应力时的应力) )表示其表示其屈服强度。屈服强度。屈强比屈强比-s s/b b；屈强比高，则；屈强比高，则材料强度的有效利用率高，但过高材料强度的有效利用率高，但过高也不好，一般以也不好

9、，一般以0.750.75左右为宜。左右为宜。 铸铁的拉伸曲线铸铁的拉伸曲线二、强度与塑性（4）塑性伸长率A定义：试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。（5）断面收缩率Z定义：试样拉断后，缩颈处横截面积缩减量与原始横截面积的百分比。第一章 金属的性能%100001LLLA第二节 金属的力学性能%100001SSSZA A和和Z Z越大，越大，塑性越好。塑性越好。第一章 金属的性能三、硬度硬度材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。 第二节 金属的力学性能 (1) (1)布氏硬度布氏硬度HB ( Brinell-hardness ) HB ( Brinell-hardness ) 布氏硬度计

10、布氏硬度计 第一章 金属的性能三、硬度第二节 金属的力学性能 (2) (2)洛氏硬度洛氏硬度( Rockwll hardness) ( Rockwll hardness) 洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛氏硬度洛氏硬度计计压头是顶角为压头是顶角为120120的金刚的金刚石圆锥体或石圆锥体或1.588mm1.588mm的淬火的淬火钢球。钢球。洛氏硬度常用标尺有：洛氏硬度常用标尺有： HRB HRB 轻金属，未淬火钢轻金属，未淬火钢 HRC HRC 较硬，淬硬钢制品较硬，淬硬钢制品 HRA HRA 硬、薄试件硬、薄试件第一章 金属的性能三、硬度第二节 金属的力学性能 (3)(3)维氏硬度维氏

11、硬度 维氏硬度的压力一般可选维氏硬度的压力一般可选5 5，1010，2020，3030，5050，100100，120kg120kg等，等，小于小于10kg10kg的压力可以测定显微组织的压力可以测定显微组织硬度。硬度。四、冲击韧性冲击韧性金属材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力。冲击吸收功AK-试样被冲断时所吸收的能量即是摆锤冲击试样所做的功。冲击韧度K-冲击试样缺口处单位横截面面积上的冲击吸收功，公式为 ： K= AK/ S0 K冲击韧度， J/cm2; AK冲击吸收功， JS0试样缺口处横截面积,cm2第一章 金属的性能21GHGHAK第二节 金属的力学性能第一章 金属的性能五、疲劳强度（1

12、）模具的主要失效形式 第二节 金属的力学性能失效形式失效形式变形失效变形失效断裂失效断裂失效表面损伤失效表面损伤失效弹性变形失效塑性变形失效塑性断裂失效疲劳断裂失效低应力脆断失效应力腐蚀断裂失效腐蚀失效磨损失效表面疲劳失效疲劳破坏疲劳破坏是是零件失效的零件失效的主要原因！主要原因！第一章 金属的性能五、疲劳强度（2）疲劳断裂在较低的应力作用下，经多次使用而在表面产生裂纹，裂纹缓慢扩展后发生的断裂，其断口为纤维状。（3）疲劳强度定义：金属材料抵抗交变应力作用而不产生破坏的能力。金属材料的疲劳强度金属材料在无限多次交变应力作用下而不破坏的最大应力。疲劳强度数值越大，材料抵抗疲劳破坏的能力越强。应力循环次数黑色金属：107周次有色金属、不锈钢：108周次第二节 金属的力学性能第一章 金属的性能第三节 金属的工艺性能工艺性能金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。（1）铸造性能铸造成型过程中获得外形准确、内部完整的铸件的能力。影响因素：流动性、收缩性、偏析倾向（2）锻造性能用锻压成型方法获得优良锻件的难易程度。影响因素：金属的塑性和变形抗力。（3）焊接性能金属材料对焊接加工的适应性。影响因素：金属材料的化学成分（碳）（4）切削加工性能金属材料切削加工的难易程度。影响因素：工件