【正文】 金屬工藝學 2/2/2023 1 緒 論 ? 什么叫金屬工藝學？ 是一門研究有關制造金屬零件工藝方法的綜合 性 技術基礎課。 ? 它主要研究： （ 1）各種工藝方法本身的規(guī)律性及其在機械制造中的應用和相互聯(lián)系； （ 2）金屬機件的加工工藝過程和結構工藝性； （ 3）常用金屬材料性能對加工工藝的影響等。 ? 金屬工藝學中涉及到的知識點在機械制造工程中的地位。 2/2/2023 2 課程的性質、任務和要求 性質： ? 研究常用工程材料及其成形方法的綜合性課程 ? 體現(xiàn)理論教學與實踐環(huán)節(jié)密切結合的技術基礎課程 任務和要求： ?了解產品的制造過程 ?掌握常用工程材料的種類與性能，能初步選用 ?掌握材料成形的基本原理和工藝特點，能初步運用 2/2/2023 3 第一篇 金屬材料 的基礎知識 2/2/2023 4 第一節(jié) 金屬材料的力學性能 ? 力學性能是指金屬材料在受外力作用時所反映出來的固有性能。 ? 金屬材料的力學性能主要有：強度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強度等。 ? 力學性能指標，是選擇、使用金屬材料的重要依據(jù)。 2/2/2023 5 一、強度與塑性 ? 強度 :材料抵抗由外力載荷所引起的應變或斷裂的能力 。 ? 塑性 :材料在外力作用下產生不可逆永久變形而不破壞的能力。 ? 拉伸試驗 標準試件 2/2/2023 6 低碳鋼拉伸曲線 鑄鐵拉伸曲線 F—— Δl：載荷伸長量拉伸曲線 σ—— ε：應力應變曲線 2/2/2023 7 σ= F/Ao ε= △ L / L0 分別以 σ和 ε為縱坐標和橫坐標 ， 繪出應力 應變曲線 。 應力 應變曲線的形狀與拉伸曲線完全相似 ， 只是坐標與數(shù)值不同 。 oe—— 彈性變形階段； es—— 屈服階段； sb—— 強化階段； bk—— 縮頸階段 s屈服點 b開始發(fā)生縮頸現(xiàn)象 退火低碳鋼力 伸長曲線 2/2/2023 8 屈服極限 ?S 強化階段 彈性極限 ?P 屈服階段 強度極限 ?B 頸縮階段 彈性階段 2/2/2023 9 強度指標 ? 在拉伸試驗過程中 ， 外力不增加 (保持恒定 )， 但試樣仍然能繼續(xù)伸長 (變形 )， 這種現(xiàn)象稱屈服 。 S點稱屈服點 ， S點對應的應力稱屈服點應力 。 用符號 σs表示 。 屈服點應力σs可按下式計算： σs = Fs / A0 (MPa) 式中： Fs— 試樣屈服時的載荷 ， N A0— 試樣原始橫截面積 ， mm2。 2/2/2023 10 ? 2． ? 抗拉強度是指試樣拉斷前承受的最大應力值 ， 用符號 σb表示 ， 單位為 Mpa， ? σb= Fb / A0 (Mpa ) ? 式中： Fb— 試樣承受的最大載荷 ， N ? A0— 試樣原始橫截面積， mm2。 2/2/2023 11 ? 屈服點應力（屈服強度）和抗拉強度在設計機械和選擇、評定金屬材料時有重要意義 。 機械零件多以 σs作為強度設計的依據(jù)。 ? 對于脆性材料，在強度計算時，則以 σb為依據(jù)。 2/2/2023 12 塑性指標 (1)伸長率 δ δ= （ L1L0） /L0 100% 式中： L0— 試樣原標距的長度（ mm） L1— 試樣拉斷后的標距長度（ mm） 2/2/2023 13 ? (2) 斷面收縮率 φ ? 斷面收縮率是指試樣拉斷后斷面處橫截面積的相對收縮值。 ? φ= （ A0A1） /A0 100% ? 式中： A0— 試樣的原始截面積（ mm2） ? A1— 試樣斷面處的最小截面積（ mm2） ? δ和 φ愈大，則塑性愈好。良好的塑性是金屬材料進行塑性加工的必要條件。 2/2/2023 14 二、硬度 ? 固體材料抵抗塑性變形 、 壓入或壓痕的能力 。 ? 硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標 。 它直接影響到材料的耐磨性及切削加工性 。 ? 硬度測定方法有壓入法、劃痕法、回彈高度法等。 ? 金屬材料的硬度可用專門儀器來測試，常用的有 布氏硬度 機、 洛氏硬度 機等。 2/2/2023 15 布氏硬度 布氏硬度試驗原理圖 222 )()( mmNdDDDFHBWHBS???? ?式中： F— 試驗力 ， N D— 壓頭的直徑 ,mm HBS表示用 淬火鋼球 作為壓頭測出的硬度值。 HBW表示用 硬質合金球 作為壓頭測出的硬度值。 單位面積所受的力值即為硬度 2/2/2023 16 洛氏硬度 洛氏硬度試驗原理圖 試驗時，先加初試驗力，然后加主試驗力，壓入試樣表面之后，去除主試驗力，在保留初試驗力的情況下，根據(jù)試樣殘余壓痕深度增量來衡量試樣的硬度大小。 2/2/2023 17 布氏硬度與 洛氏硬度 的特點比較 ? 布氏硬度的特點： ? 布氏硬度因壓痕面積較大， HB值的代表性較全面，而且實驗數(shù)據(jù)的重復性也好，但由于淬火鋼球本身的變形問題，不能試驗太硬的材料，一般在 HB450以上的就不能使用。 ? 由于壓痕較大，成品檢驗也有困難。 ? 通常用于測定鑄鐵、有色金屬、低合金結構鋼等材料的硬度。 2/2/2023 18 ? 洛氏硬度的特點： 洛氏硬度 HR可以用于硬度很高的材料，而且壓痕很小，幾乎不損傷工件表面，故在鋼件熱處理質量檢查中應用最多。 但洛氏硬度由于壓痕較小，硬度代表性就差些，如果材料中有偏析或組織不均的情況，則所測硬度值的重復性也差。 2/2/2023 19 三、沖擊韌度（ ak） ?有些機件在工作時要受到高速作用的載荷沖擊，如鍛壓機的錘桿、沖床的沖頭、汽車變速齒輪、飛機的起落架等。 ?瞬時沖擊引起的應力和應變要比靜載荷引起的應力和應變大得多，因此在選擇制造該類機件的材料時，必須考慮材料的抗沖擊能力，即沖擊韌度。 2/2/2023 20 ? 金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力叫做沖擊韌度。 常用一次擺錘沖擊試驗來測定金屬材料的沖擊韌度 (大能量、一次沖斷）。 ? 試驗表明，在沖擊載荷不太大的情況下，金屬材料承受多次重復沖擊的能力，主要取決于強度。 ? 沖擊值對組織缺陷很敏感，因此沖擊試驗是生產上用來檢驗冶煉、熱加工、熱處理等工藝質量的有效方法。 2/2/2023 21 ? 夏比沖擊試驗 試驗原理 ak = AK/A （ Jcm2） 式中： Ak— 折斷試樣所消耗的沖擊功（ J） A— 試樣斷口處的原始截面積（ mm2） 沖擊韌度： 2/2/2023 22 ? 標準沖擊試樣有兩種，一種是夏比Ｕ形缺口試樣，另一種是夏比Ｖ形缺口試樣 ? 同一條件下同一材料制作的兩種試樣，其Ｕ形試樣的 a k值明顯大于Ｖ形試樣的 a k，所以這兩種試樣的值 a k不能相互比較。 對于脆性材料試樣一般不開缺口。 2/2/2023 23 四、疲勞強度 ? 工程上一些機件工作時受交變應力或循環(huán)應力作用，即使工作應力低于材料的屈服強度，但經(jīng)過一定循環(huán)周次后仍會發(fā)生斷裂，這樣的斷裂現(xiàn)象稱之為 疲勞 。 ? 零件的疲勞斷裂過程可分為裂紋產生、裂紋擴展和瞬間斷裂三個階段 。 疲勞 的概念 : 2/2/2023 24 ?