金屬材料工藝學(xué)基礎(chǔ)(已修改)
2025-03-06 08:59 本頁面
【正文】 寧波精益微型軸有限公司 產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)部 陳建元 金屬工藝學(xué) （機(jī)械制造基礎(chǔ)） 材料、信息、能源稱為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱。 復(fù)合材料 工程材料 金屬材料 陶瓷材料 高分子材料 零件的生產(chǎn)工藝過程 選材 選毛坯 預(yù)先熱處理 機(jī)械加工 最終熱處理 檢驗 應(yīng)根據(jù)零件的性能要求、受載情況、服役條 件、工作環(huán)境等： 其中選材： 金屬材料種類繁多，性能不一，而且材料的發(fā)展日新月異，而零件的性能要求、服役條件各不相同，再加上材料的資源、價格等多方面考慮。 毛坯選擇 車削 傳統(tǒng)的有 現(xiàn)代的有 有液態(tài)成形毛坯 塑性成形毛坯 連接成形毛坯 粉末冶金成形 型材等毛坯 車削、刨 削、銑削 拉削、鏜削、磨削等 數(shù)控加工、電火花加工、激光加工等特種加工方法 機(jī)械加工方法 一個具體零件的加工往往可用 多種不同的加工方法 ，而每種加工方法所能達(dá)到的加工精度、加工質(zhì)量、加工范圍、加工效率是不同的。 預(yù)先熱處理 ： 為使切削加工能順利進(jìn)行，可通過預(yù)先熱處理調(diào)整硬度，為切削加工做好組織準(zhǔn)備。 最終熱處理： 使材料的性能達(dá)到要求。 第一篇 金屬材料導(dǎo)論 主要內(nèi)容 鐵碳合金 金屬材料的主要性能 金屬及合金的晶體結(jié)構(gòu) 合金的結(jié)構(gòu) 二元合金狀態(tài)圖 167。 材料的強(qiáng)度與塑性 金屬材料的主要性能 一、靜載單向靜拉伸應(yīng)力 ―― 應(yīng)變曲線 ： 長試樣： L0=10d0 短試樣： L0=5d0 Δ L F 0 低碳鋼拉伸曲線 脆性材料拉伸曲線 ，低碳鋼緩慢加載單向靜拉伸曲線： 縱坐標(biāo)為應(yīng)力 σ 單位 MPa(MN/mm )， 橫坐標(biāo)為應(yīng)變 ε 其中： σ=F/S 表示材料抵抗變形和斷裂的能力 ε ＝（ L1L0） /L0 ： 1）階段 I（ ope） ―― 彈性變形階段 p: Fp ， e: Fe （不產(chǎn)生永久變形的最大抗力） op段： △ L∝ P 直線階段 pe段：極微量塑性變形（ %) 2）階段 II（ ess’ ）段 ―― 屈服變形 S: 屈服點 Fs 3）階段 III（ s’b ）段 ―― 均勻塑性變形階段 b: Fb 材料所能承受的最大載荷 4）階段 IV(bK) 段 ―― 局部集中塑性變形－－頸縮 鑄鐵、陶瓷：只有第 I階段 中、高碳鋼：沒有第 II階段 二、拉伸曲線所確定的力學(xué)性能指標(biāo)及意義 1．剛度和彈性 剛度材料在受力時，抵抗彈性變形的能力。 E=σ/ε 楊氏彈性模量 GPa, MPa 本質(zhì)是：反映了材料內(nèi)部原子結(jié)應(yīng)力的大小，組織不敏感的力系指標(biāo)。 彈性：材料不產(chǎn)生塑性變形的情況下，所能承受的最大應(yīng)力。 比例極限： σp=Fp/Ao 應(yīng)力 ―― 應(yīng)變保持線性關(guān)系的極限應(yīng)力值 彈性極限： σe=Fe/Ao 不產(chǎn)永久變形 的最大抗力。 ： 材料在外力作用下抵抗 變形和破壞的能力。 屈服強(qiáng)度 ?s：材料發(fā)生微量塑性變形 時的應(yīng)力值。即 在拉伸試驗過程中，載 荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力。 條件屈服強(qiáng)度 ?： 高碳鋼等無屈服點， 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以 殘余變形量為 %時的 應(yīng)力值作為它的條件屈服強(qiáng)度，以 σ 來表示 抗拉強(qiáng)度 ?b： 材料斷裂前所承受的最 大應(yīng)力值。 （材料抵抗外力而不致斷裂 的極限應(yīng)力值）。 s ? ? ：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。 延伸率 延伸率與試樣尺寸有關(guān)； δ δ 10 (L0=5d,10d) 斷面收縮率 ψ =△ A/Ao=(AoAk)/Ao x 100% ? ? 時，無頸縮，為脆性材料表征； ? ? 時，有頸縮，為塑性材料表征。 斷裂后 拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象 167。 材料的硬度 抵抗外物壓入的能力，稱為硬度 ―― 綜合性能指標(biāo)。 1．布氏硬度 壓頭為鋼球 時，布氏硬度用符號 HBS表示，適用于布氏硬度值在 450以下的材料。 壓頭為硬質(zhì)合金 時，用符號 HBW表示，適用于布氏硬度在 650以下的材料。 符號 HBS或 HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。 如 120HBS10/1000/30表示直徑為 10mm的鋼球在 1000kgf（）載荷作用下保持 30s測得的布氏硬度值為 120。 布氏硬度的優(yōu)點： 測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 缺點： 壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭 還硬的材料。 適于測量 退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼 ,鑄鐵及有色金屬的硬度。 材料的 ?b與 HB之間的經(jīng)驗關(guān)系： 對于低碳鋼 : ?b(MPa)≈ 對于高碳鋼： ?b(MPa)≈ 對于鑄鐵： ?b(MPa)≈1HB 或 (HB40) 2．洛氏硬度 定義： HR=k(h1h0)/： B、 C、 A三種 ① HRA 硬、薄試件，如硬質(zhì)合金、表面淬火層和滲碳層。 ② HRB 輕金屬，未淬火鋼，如有色金屬和退火、正火鋼等。 ③ HRC 較硬，淬硬鋼制品；如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。 洛氏硬度的優(yōu)點 ： 操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。 缺點 ： 測量結(jié)果分散度大。 h1h0 洛氏硬度測試示意圖 洛氏硬度計 維氏硬度試驗原理 維氏硬度計 維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點 ：既可測量由極軟到極硬的材料的硬度，又能互相比較。既可測量大塊材料、表面硬化層的硬度，又可測量金相組織中不同相的硬度。 167。 沖擊韌性 是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。 指標(biāo)為沖擊韌性值 ak 。 a k =沖擊破壞所消耗的功 Ak/標(biāo)準(zhǔn)試樣斷口截面積 S (J/cm ) ?ak值低的材料叫做 脆性材料 ， 斷裂時無明顯變形，金屬光澤， 呈結(jié)晶狀 。 ?ak值高，明顯塑變，斷口 呈灰色纖維狀，無光澤， 韌性材料 。 材料的沖擊韌性隨溫度下降 而下降。 在某一溫度范圍內(nèi) 沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象 稱 韌脆轉(zhuǎn)變 。 發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變 的溫度范圍稱 韌脆轉(zhuǎn)變溫度 。 材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆 轉(zhuǎn)變溫度。 疲勞 ：承受載荷的大小和方同隨時間作 周期性變化，交變應(yīng)力作用下，往往在 遠(yuǎn)小
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