工程材料及热处理模具

工程材料及热处理

（模具）

1绪论★世界四大材料：钢铁、木材、塑料、水泥

★材料分：金属材料、非金属材料、复合材料金属材料—指钢铁、有色金属等材料非金属材料—无机高分子材料（陶瓷、水泥、木材等），有机高分子材料（如塑料、橡胶），复合材料---玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材料。★现在新材料----纳米材料、智能材料2工程技术系

★材料按物质结构不同分：

金属材料、非金属材料（有机高分子材料和陶瓷料)、复合材料★材料按用途不同分：

机械工程材料、土木工程材料、电工材料、电子材料★材料按功能不同分：

结构材料、功能材料、磁性材料等3工程技术系材料分类复合材料金属材料陶瓷材料高分子材料4工程技术系材料发展概括▲石器时代铜器时代：司母戊鼎（公元前11—16世纪）1130×780×1100战国编钟（前475—221年）65个总重2500Kg天然石，兽骨，树枝泥巴（日晒→原始陶器；火烧→瓷器用具）铁器时代沧州大狮（公元953年）重50T,长5.3m,宽3m人工复合材料塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等陶器时代5工程技术系本课程的性质和目的是机械类专业必修的一门专业技术基础课2、目的：a获得有关金属热处理、金属材料的基本知识。

b熟悉常见金属材料的牌号、性能特点及应用；了解它们之间成分、组织、性能、热处理的关系。c具有选择零件材料的能力，确定加工工艺路线的能力。d为后续课程和从事技术工作打下基础。1、性质：本教材的重点：常见的材料牌号及应用，钢的热处理6工程技术系第一章工程材料的性能金属材料的性能〈使用性能—力学、物理、化学力学性能：受外力作用下所表现出的性能。不能说：机械性能判据如：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等第一节金属的力学性能工艺性能—铸造、锻压、焊接、切削加工一、基本概念1、弹性：指物体在外力作用下改变基本形状和尺寸，当外力卸除后物体又恢复到其原始形状和尺寸的特性。研究力学性能意义：是选择和使用金属材料的重要依据7工程技术系2、内力：金属受到外力时为保其不变形，在材料内部作用者与外力相对抗的力称为内力。3、应力：单位面积上的内力。4、应变：指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化；通常以百分比（%）表示5、载荷：金属材料在加工及使用过程中所受的外力。按作用性质分：静载荷：指大小不变或变化过程缓慢的载荷。。8工程技术系冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。循环载荷：指大小、方向随时间发生周期性变化的载荷9工程技术系按作用形式不同分：10工程技术系6、变形：：材料在外外力的作作用下将将发生形形状和尺尺寸变化化，称为变形形。分为弹性性变形与与塑性变变形外力去处处后能够够恢复的的变形称称为弹性性变形。。外力去处处后不能能恢复的的变形称称为塑性性变形。。11工程技术术系一、强度度概念：强度是指指金属材材料在外外力作用用下抵抗抗永久变变形（塑塑性变形形）和断裂的能力。通过拉拉伸试验验测得大大小。强强度的大大小通常常用应力力来表示示。=F/S-----应力Pa1Pa=1N/m21MPa=106Pa按载荷的的作用方方式不同同，强度度可分为为：抗拉拉强度、、抗压强强度、抗抗弯强度度、抗剪剪强度、、和抗扭扭强度。。注意：一一般多以以抗拉强强度作为为判别金金属强度度高低的的指标。。12工程技术术系力－伸长长曲线弹性变形形阶段屈服阶段段颈缩现象象拉伸试验验中得出的的拉伸力力与伸长长量的关关系曲线线。强化阶段段

13工程技术术系

(a)试样(b)伸长(c)产生缩颈(d)断裂14工程技术术系ΔLF03.脆性材料料的拉伸伸曲线（（与低碳碳钢试样样相对比比）脆性材料料在断裂裂前没有有明显的的屈服现现象。

15工程技术术系工程上常常用的金金属材料料的强度度指标：：屈服点（（Rel）抗拉强度度(Rm)16工程技术术系强度的意意义强度度是是指指金金属属材材料料抵抵抗抗塑塑性性变变形形和和断断裂裂的的能能力力，，一一般般钢钢材材的的屈屈服服强强度度在在200～1000MPa之间间。。强度度越越高高，，表表明明材材料料在在工工作作时时越越可可以以承承受受较较高高的的载载荷荷。。当当载载荷荷一一定定时时，，选选用用高高强强度度的的材材料料，，可可以以减减小小构构件件或或零零件件的的尺尺寸寸，，从从而而减减小小其其自自重重。。因此此，，提提高高材材料料的的强强度度是是材材料料科科学学中中的的重重要要课课题题，，称称之之为为材材料料的的强强化化。。17工程程技技术术系系二、、塑塑性性———在外外力力作作用用下下金金属属材材料料在在断断裂裂前前产产生生不不可可逆逆永永久久变变形形的的能能力力常用用的的塑塑性性判判据据：：拉伸伸时时的的断后后伸伸长长率率和断面面收收缩缩率率18工程程技技术术系系1、、断断后后伸伸长长率率由于于同同一一材材料料用用不不同同长长度度的的试试样样测测得得的的断断后后伸伸长长率率δ数值值不不同同，，因因此此应应注注明明试试样样尺尺寸寸比比例例。。如如:δ10———试样样L0=10d0δ5———试样样L0=5d0试样拉断后的标距（mm）试样原始标距（mm）19工程程技技术术系系2、、断断面面收收缩缩率率试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）试样原始截面积（mm2）一般般认认为为ψ＞5％的的材材料料为为塑塑性性材材料料，，如如低低碳碳钢钢；；ψ＜5％的的为为脆脆性性材材料料，，如如灰灰铸铸铁铁.δ和ψ是用用来来判判断断材材料料在在断断裂裂前前所所能能产产生生的的最最大大塑塑性性变变形形量量大大小小。。20强度度与与塑塑性性是是一一对对相相互互矛矛盾盾的的性性能能指指标标。。在在金金属属材材料料的的工工程程应应用用中中，，要要提提高高强强度度，，就就要要牺牺牲牲一一部部分分塑塑性性。。反反之之，，要要改改善善塑塑性性，，就就必必须须牺牺牲牲一一部部分分强强度度。。正所谓“鱼鱼和熊掌二二者不能兼兼得”。但但通过细化化金属材料料的显微组组织，可以以同时提高高材料的强强度和塑性性。21工程技术系系三、硬度度硬度:硬度试验方方法:压入法它是材料性性能的一个个综合的物物理量。(表示金属材材料在一个个小的体积积范围内金金属材料抵抵抗局部变变形，特别别是塑性变变形、压痕痕或划痕的的能力）硬度是各种种零件和工工具必须具具备的力学学性能指标标。布氏硬度（（HB）洛氏硬度（（HR）维氏硬度（（HV）22布氏硬度试试验原理图图23工程技术系系2、计算公公式HBS：淬火钢球作作压头；适适用于＜450HBSHBW：硬质合金作作压头；适适用于＜650HBW24工程技术系系试验时，根根据被测的的材料不同同，球直径径、试验力力及试验力力保持时间间按表1-1选择材料种类布氏硬度范围HBS（HBW）试样厚度/mm0.102球的直径/mm试验力F/KN（kgf)试验力保持时间/s钢、铸铁140-4506～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)12<140>66～31010.05.09.807(1000)2.452(250)12非铁金属>1306～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)3036～1309～36～31010.05.09.807(1000)2.452(250)308～35>62.510.02.452(250)60表1-1布布氏氏硬度试验验规范25工程技术系系3、表示方方法XXXHBS(W)XX/XXX/XX硬度值压头直径（mm）试验力保持时间（s）500HBW5/750/15例：表示用直径径5mm硬质合金球球在7355N试验力作用用下保持10~15s测得的布氏氏硬度值为为500120HBS10/1000/30表示用直径径10mm钢球压头在在9807N试验力作用用下保持30s测得的布氏氏硬度值为为120习惯上布氏氏硬度值不不标出试验验规范，如如170HBS。26二、洛氏硬硬度27工程技术系系硬度符号压头类型总实验力F/N硬度值有效范围应用范围HRA金刚石圆锥体58870～85适用于测量硬质合金、表面淬硬层或渗碳层HRB直径为1.588mm钢球98025～100适用于测量非铁金属,退火、正火钢等HRC金刚石圆锥体147020～67适用于调质钢、淬火钢等试验时，根根据被测的的材料不同同，压头的的类型、试试验力及按按表1-2选择，对应应的洛氏硬硬度标尺为为HRA、HRB、HRC三种表1-2常常用用的三种洛洛氏硬度的的试验条件件及应用范范围2、符号28工程技术系系3、表示方方法硬度值+HR52HRC70HRA例：洛氏硬度HRC可以用于硬硬度很高的的材料，在在钢件热处处理质量检检查中应用用最多。4、适用范范围优点：测量量迅速简便便，压痕小小，可在成成品零件上上检测。。29三、维氏硬度1、测定原原理用一定的试试验力F，将顶角为为1360的金刚石四四棱锥压入入金属表面面，保持一一定时间后后卸去试验验力，然后后测出压痕痕对角线长长度d1、d2（mm），并求出出压痕对角角线的平均均值d。30工程技术系系2、计算公公式3、表示方法法硬度值+HV+试验力/保持时间如：640HV30/204、适用范范围适用于测量量零件薄的的表面硬化化层的硬度度。31工程技术系系四、冲击韧韧性强度、硬硬度、塑塑性等力力学性能能指标都都是材料料在静载载荷作用用下的表表现。材材料料在工作作时还经经常受到到动载荷荷的作用用，冲击击载荷就就是常见见的一种种。在设计和和制造受受冲击载载荷的零零件和工工具（如如锻锤、、冲床、、铆钉枪枪等）时时，必须须考虑所所用材料料除具有有足够的的静载荷荷作用下下得力学学性能指指标外，，还必须须具有足足够的抵抵抗冲击击载荷的的能力。。32工程技术术系原理冲击韧性性可以通通过一次次摆锤冲冲击试验验来测定定，试验验时将带带有U型或V型缺口的的冲击试试样放在在试验机机架的支支座上，，将摆锤锤升至高高度H1，使其具具有势能能mgH1；然后使使摆锤由由此高度度自由下下落将试试样冲断断，并向向另一方方向升高高至H2，这时摆摆锤的势势能为mgH2。所以，摆摆锤用于于冲断试试样的能能量AK=mg（H1-H2），即为为冲击功功（焦耳耳/J）。33工程技术术系34工程技术术系1、试样样冲断时时所消耗耗的冲击功Ak为:Ak=mgH–mgh(J)2、冲击韧度度ak

AK

ak=(J/cm²)Sk二、冲击击吸收功功和冲击击韧度就是试样样缺口处处单位截截面积上上所消耗耗的冲击击功。冲击吸收收功Ak作为材料料韧性判判据，与与温度、、试样形形状、尺尺寸、表表面粗糙糙度、内内部组织织和缺陷陷有关。。35工程技术术系1.冲击韧度度对材料料内部缺