【课件】材料成型工艺与设备

1、材 料 成 型 工 艺 与 设 备 课程性质：限选 学时：56 考试形式：平常（10）+期末（90） 参考书：金属工艺学（邓文英主编） （第三版或第四版） 绪 论制造机件(材料成型)的工艺方法： 机件生产过程：毛坯零件性能改变装配 工艺方法：铸造、压力加工、焊接、热处理、切削加工 本课程的内容： 各种工艺方法本身的规律、应用 金属机件的加工过程、结构工艺性 常用金属材料的有关性能 学习本课程的基本要求： 了解常用金属材料的一般性质、应用范围和选择原则 初步掌握各种主要加工方法的实质、工作特点和基本 原理 了解各种主要加工方法的设备和工具的工作原理、大 致结构和应 用范围 初步掌握零件的结构性和

2、常用金属材料的工艺性 第一篇 金属材料导论金属材料： 纯金属： 合 金：以一种金属为基础，加入其它金属或非金 属，经过熔炼、烧结或其它方法制成的具 有金属性质的材料。 （如：钢、黄铜、硅铝明） 金属材料： 好的物理、化学、力学性能 好的工艺性能 金属制品： 占8090%第一章 金属材料的主要性能 1 金属材料的力学性能性能力学性能： 材料在力的作用下所表现出来的性能.(机械性能)包括：弹性、塑性、强度、硬度、冲击韧性和疲劳强度 一. 弹性和塑性 弹性: 受外力作用时产生变形,外力去掉后 能恢复原来形状的性质。 弹性变形: 大小与外力成正比 塑性: 在外力作用下,产生永久变形而不致 引起破坏的性

3、质。 塑性变形: 大小不与外力成正比 二. 强度 强度 强度: 金属材料在外力的作用下抵抗塑性 变形和断裂的能力按作用力性质分: 抗拉、抗压、抗剪和抗扭强度 塑性和强度是通过拉伸试验测定的：e _ 弹性极限s (0.2 ) 屈服极限 b _ 抗拉极限塑性指标： 延伸率： 断面收缩率： 、 塑性强度指标： 屈服强度： 抗拉强度： s , 塑性变形； b ， 破坏三. 刚度 刚度：金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力 指标: 弹性模数: 弹性范围内, 应力与应变的比. E =/ 弹性模数 - 刚度. 硬度 三. 刚度四. 硬度硬度: 金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。 (在小的体积范围内,抵抗弹

4、性变形、塑性 变形或断裂的能力） 指标：布氏硬度 ( HB ) 洛氏硬度 ( HR ) 钢球(HBS) 或 硬质合金(HBW) 据压痕直径d 按公式或查表得到 HB测量硬度 HB450用于测定铸铁、有色金属、低碳钢等材料的硬度。布氏硬度测量洛氏硬度测量压头： 120金刚石圆锥体(HRA, HRC) 1.588mm淬火钢球(HRB)测量：依据压入深度，读表适用测试材料： 硬质合金、淬火钢、 非铁合金 冲击韧姓: 金属材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力. 指标: 冲击值.(一次摆锤弯曲试验测定(GB/T229-94) 冲击韧性不能直接用于强度计算: (1) 冲击值受许多因素影响: 试样形状、表面粗糙

5、 度、内部组织、温度等 （2）在冲击载荷下工作的机件，很少是受到大能量 一次冲击破坏的（J/m2 ）五. 冲击韧姓六. 疲劳强度指标: 疲劳强度极限-1循环基数: 钢材: 107 有色金属、高强度钢：108疲劳强度: 当材料在无数次重复或交变载荷作用下而 不致引起断裂的最大应力.六. 疲劳强度 2 金属材料的物理、化学 及工艺性能一. 物理性能 物理性能: 比重、熔点、热膨胀性、导热性和导电性 考虑：（1）零件的使用性 （2）零件的加工工艺性二. 化学性能 化学性能: 金属材料抵抗各种化学作用的能力 如: 耐酸性、耐碱性、抗氧化性等 考虑：零件的使用。 如: 医疗器械、化工设备防腐不锈钢2 金

6、属材料的物理、化学及工艺性能 三. 工艺性能 工艺性能: 铸造性、可锻性、焊接性、切削加工性能等。 是物理、化学及力学性能的综合。第二章 金属和合金的晶体结构与结晶固体： 晶体：原子按一定次序作有规则的排列 如：金刚石、石墨、固态金属及合金等 有一定的熔点和凝固点、各向异性 非晶体：原子作不规则的排列 如： 玻璃、松香等 无一定的熔点和凝固点、各向同性1 金属的晶体结构1 金属的晶体结构 1. 金属的晶体结构晶体结构： 如上图。几个术语： 晶格 晶面 晶胞 晶格常数 常见的金属晶格类型（1）体心立方晶格 Cr, Mo, W, -Fe(912) 强度、塑性好 晶胞中的原子数: 1/88 + 1

7、= 2(2）面心立方晶格 Al, Cu, Ni, -Fe(912-1394) 塑性非常好晶胞中的原子数: 1/8 8 + 1/26 = 4（3）密排六方晶格Pe, Mg, Zn, -Ti,-Cr塑性非常好晶胞中的原子数:1/6 12 + 1/22 + 3 = 6 2 金属的结晶过程和同素异构转变 2. 金属的结晶过程和同素异构转变一. 金属的结晶过程 结晶（凝固）：金属由液体转变为晶体的现象. 原子由无序状态转变为按一定的几何形状作有序的排列。 冷却曲线：温度时间 平台：实际结晶温度 恒温下结晶 结晶潜热 过冷：实际 727)晶格类型：面心立方溶解度： 727 0.77%, 1148 2.11

8、%性能: 塑性非常好, HB160200显微组织: 多边形晶粒，晶界较平直 渗碳体：铁与碳形成的稳定的化合物 Fe3C晶格类型： 复杂含碳量: 6.69%性能: 硬而脆， HB800, =0显微组织: 呈片状、网状、粒状可分解：铁 + 石墨三. 渗碳体四. 珠光体 (P)珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物晶格类型：性能： 介于铁素体和渗碳体之间。 b750MPa, HB180显微组织: 铁素体片和渗碳体片相间四. 珠光体 (P) 五. 莱氏体 (Le)莱氏体(Le)：奥氏体和渗碳体组成的机械混合 物（727）低温莱氏体(Le)：珠光体和渗碳体组成的机械 混合物( 727)性能：与渗碳体相似

9、，硬而脆2 铁碳合金状态图 Fe-Fe3C 状态图一. 铁碳合金状态图中主要点和线的含义特征点： 特征线： ABCD 线 液相线 AHJECF 线固相线 AHJE 线钢的固相线 ECF 线铁的固相线（共晶线），莱氏体 GS 线 A3 ES 线 Acm PSK 线A1 (共析线)，共析反应：珠光体 二. 铁碳合金的分类钢： 0 C 2.11% 亚共析钢：0 C 0.77% 共析钢： C = 0.77% 过共析钢：0.77 C 2.11%生铁： 2.11 C 6.69% 亚共晶生铁：2.11 C 4.3% 共晶生铁： C = 4.3% 过共晶生铁： 4.3 C 6.69%三. 结晶过程分析共析钢：

10、 A P(F+ Fe3C) (室温组织)亚共析钢： A A + F F + P(F+ Fe3C) (室温组织)过共析钢： A A + Fe3C Fe3C + P(F+ Fe3C) (室温组织)亚共晶生铁： L L+A Le(A+ Fe3C) + A Le + A + Fe3C Le(P+ Fe3C) + P + Fe3C (室温组织) 3 钢的分类和应用 2 钢的分类与应用 按化学成分分：碳素钢、合金钢 按用途分：结构钢、工具钢、特殊性能钢 按质量分：普通、优质、高级钢 （据硫、磷 含量） 硫的危害：热脆 Fe, FeS Fe+FeS (共晶体，熔点9851148,沿晶界分布) 磷的危害：冷脆

11、 形成固溶体, 塑性一. 钢的分类二. 碳素钢 碳素钢: C 1.5%, Si, Mn ,S ,P 杂质 低碳钢: C 0.25% 中碳钢: 0.25 C 0.6% 高碳钢: 0.6 C 1.5% C P、Fe3C 硬度、塑性 二. 碳素钢 普通碳素结构钢： 亚共析钢：甲类钢（A0- A7）：按机械性能供货乙类钢 (B0- B7)： 按化学成分供货 钢号顺序 强度、塑性 碳素结构钢的牌号： 依据GB700-88: Q (A、B、C、D)sMPa含硫、磷量级别如：Q 235 B 优质碳素结构钢： 按机械性能、化学成分供货. 零件需热处理. S, P 0.035%钢号：（国家标准编制） 两位数字：

12、表示含碳量的万分之几。 如：45号钢 表示平均含碳量为0.45%的 优质碳素结构钢应用: 08、10、15、20、25， 强度小塑性好，可焊性好, 用于制造容器、冲压件、焊接结构、渗碳件 30、35、40、45、50， 强度较高，韧性较好，加工性较好， 用于轴类、齿轮、连杆等。 55、60、70， 弹性高， 用于弹簧、轧辊等 碳素工具钢 钢号：（国家标准编制） 碳(T)+ 一或两位数字：表示含碳量的千分之几 如： T12(A) 表示平均含碳量为1.2%的 （高级）优质碳素工具钢.合金钢：钢中除了硅、锰、硫、磷的杂质 外，专门加入某些元素（如：铬、 钼、钨等），使其具有一定 的特 殊性能，这种钢叫做合金钢。合金钢： 可据加入的合金元素而命名。 如：锰钢、镍钢、镍铬钢。三. 合金钢低合金钢：合金元素总量5%钢号：数字汉字（化学符号）数字含碳量的万分之几合金元素MeMe的含量，例：16Mn, 20Cr, 40Mn2, 30CrMnSi, 38MnMoAlA 复习题：1. 下列符号所表示的力学性能指标