【正文】 料的物理,化學(xué)及工藝性能： 一 物理性能 比重: 計(jì)算毛坯重量,選材,如航天件 :輕熔點(diǎn):鑄造 鍛造溫度(再結(jié)晶溫度)熱膨脹性:鐵軌 模鍛的模具、量具、導(dǎo)熱性: 鑄造:金屬型 鍛造:加熱速度、導(dǎo)電性: 電器元件 銅 鋁磁性:變壓器和電機(jī)中的硅鋼片 磨床: 工作臺(tái) 二 化學(xué)性能化學(xué)性能：指金屬材料與周圍介質(zhì)掃觸時(shí)抵抗發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的性能。 疲勞強(qiáng)度——當(dāng)金屬材料在無數(shù)次交變載荷作用下而不致于引起斷裂的最大應(yīng)力。 （微裂紋——應(yīng)力集中——沖擊——裂紋擴(kuò)展） 六 疲勞強(qiáng)度： 問題提出：許多零件如曲軸、齒輪、連桿、彈簧等在交變載荷作用下，發(fā)生斷裂時(shí)的應(yīng)力遠(yuǎn)低于該材料的屈服強(qiáng)度，這種現(xiàn)象——疲勞破壞。如:磨削燒傷表面,看燒傷層硬度變化。1 布式硬度 HB 用直徑D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球,在一定壓力P下,將鋼球垂直地壓入金屬表面,并保持壓力到規(guī)定的時(shí)間后卸荷,測壓痕直徑d(用刻度放大鏡測)則 HB=P/F (N/mm2) 單位一般不寫. F壓痕面積. HBS—壓頭用淬火鋼球, HBW—壓頭用硬質(zhì)合金球 因鋼球存在變形問題,不能測太硬的材料,適于HBS450, 如鑄鐵,有色金屬,軟鋼等. 而HBW＜650 特點(diǎn)：壓痕大，代表性全面 應(yīng)用：不適宜薄件和成品件 ２ 洛式硬度ＨＲ 用金剛石圓錐在壓頭或鋼球，在規(guī)定的預(yù)載荷和總載荷下，壓入材料，卸載后，測其深度ｈ，由公式求出，可在硬度計(jì)上直接讀出，無單位．不同壓頭應(yīng)用范圍不同如下表：HRA硬質(zhì)合金 碳化物HRBｄ＝退火鋼 灰鐵 有色金屬HRC1200金剛石圓錐1471淬火 回火件優(yōu)點(diǎn):易操作,壓痕小,適于薄件,成品件 缺點(diǎn):壓痕小,代表性不全面需多測幾點(diǎn). 3 顯微硬度(HV) 用于測定金屬組織中個(gè)別組成體,夾雜物等硬度。σ=Εε, Ε=σ/ε=tgα 2 幾何尺寸、形狀、受力 相同材料的E相同,但尺寸不同,\形狀\. 三 強(qiáng)度： 強(qiáng)度指金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。,稱為條件屈服極限. 二 剛度： 金屬材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。 5 條件屈服極限σ0。 4）局部變形階段bk 過b點(diǎn)，試樣某一局部范圍內(nèi)橫向尺寸突然急劇縮小。 1）彈性階段σe 2）屈服階段：過e點(diǎn)至水平段右端 σs——塑性極限，s——屈服點(diǎn)，過s點(diǎn)水平段——說明載荷不增加，式樣仍繼續(xù)伸長。塑性變形：在外力消失后留下的這部分不可恢復(fù)的變形。 2 塑性：金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生永久變形而不至于引起破壞的性能。力和變形同時(shí)存在、同時(shí)消失。 Ⅰ、金屬材料的力學(xué)性能： 力學(xué)性能受外力作用反映出來的性能。第一章 金屬材料的性能第一節(jié) 金屬材料的主要性能兩大類：1 使用性能：機(jī)械零件在正常工作情況下應(yīng)具備的性能。 包括：力學(xué)性能、物理、化學(xué)性能 2 工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、切削性能等。 一 彈性和塑性： 1彈性：金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)其原來形狀的性能。 如彈簧：彈簧靠彈性工作。（金屬之間的連續(xù)性沒破壞）塑性大小以斷裂后的塑性變形大小來表示。 3 拉伸圖：金屬材料在拉伸過程中彈性變形、塑性變形直到斷裂的全部力學(xué)性能可用拉伸圖形象地表示出來。（P一定，σ=P/F一定，但真實(shí)應(yīng)力P/F1↑ 因?yàn)樽冃?，F(xiàn)1↓）發(fā)生永久變形 3）強(qiáng)化階段：水平線右斷至b點(diǎn) P↑ 變形↑，σb——強(qiáng)度極限，材料能承受的最大載荷時(shí)的應(yīng)力。 “縮頸” （試樣橫截面變小，拉力↓） 4 延伸率和斷面收縮率：——表示塑性大小的指標(biāo) 1）延伸率： δ= l0——試樣原長，l1——拉深后長 2）斷面收縮率： F0——原截面，F(xiàn)1—拉斷后截面 （1） δ、ψ越大，材料塑性越好 （2）ε與δ區(qū)別：拉伸圖中 ε=ε彈+ε塑 ， δ=εmas塑 （3）一般δ〉5%為塑性材料，δ〈5%為脆性材料。2 有些材料在拉伸圖中沒有明顯的水平階段。 1 材料本質(zhì) 彈性模量—在彈性范圍內(nèi),. 相當(dāng)于單位元元變形所需要的應(yīng)力。按作用力性質(zhì)的不同,可分為:抗拉強(qiáng)度 σ+ 抗壓強(qiáng)度σ 抗彎強(qiáng)度σw 抗剪強(qiáng)度τb 抗扭強(qiáng)度σ 常用來表示金屬材料強(qiáng)度的指標(biāo): 屈服強(qiáng)度: (Pa N/m2) Ps產(chǎn)生屈服時(shí)最大外力, F0原截面 抗拉強(qiáng)度 (Pa N/m2) Pb斷裂前最大應(yīng)力. σs /,機(jī)件會(huì)斷裂. σsσb之間塑性變形,壓力加工 四 硬度： 金屬抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力—是材料性能的綜合物理量,表示金屬材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)的抵抗彈性變形、塑性變形或斷裂的能力。顯微放大測量 顯微硬度(查表)與HR有對(duì)應(yīng)關(guān)系。五 沖擊韌性ak 材料抵抗沖擊載荷的能力 常用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來測定金屬材料的沖擊韌性,標(biāo)準(zhǔn)試樣一次擊斷,用試樣缺口處單位截面積上的沖擊功來表示akak=Ak/F(J/m2) Ak=G(Hh) G重量 F缺口截面 1 脆性材料一般不開口,因其沖擊值低,難以比較差別. 1 ak↑,沖擊韌性愈好. 2 Ak不直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算:在生產(chǎn)中,工件很少因受一次大能量沖擊載荷而破壞,多是小沖擊載荷,多次沖擊引起破壞,而此時(shí),主要取決于強(qiáng)度,故設(shè)計(jì)時(shí), ak只做校核. 3 ak對(duì)組織缺陷很敏感,能夠靈敏地反映出材料品質(zhì),宏觀缺陷,纖維組織方面變化. 所以,沖擊試驗(yàn)是生產(chǎn)上用來檢驗(yàn)冶煉、熱加工、熱處理工藝質(zhì)量的有效方法。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%機(jī)件失效是由于疲勞破壞。 1 疲勞曲線——交變應(yīng)力與斷裂前的循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系。耐腐蝕性：指金屬材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力。金屬的化學(xué)性能,決定了不同金屬與金屬,金屬與非金屬之間形成化合物的性能,使有些合金機(jī)械性能高,有些合金抗腐蝕性好,有的金屬在高溫下組織性能穩(wěn)定. 如耐酸,耐堿等，如化工機(jī)械,高溫工作零件等 三 工藝性能 金屬材料能適應(yīng)加工工藝要求的能力. 鑄造性能：指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能，主要包括流性能、充滿鑄模能力；收縮性、鑄件凝固時(shí)體積收縮的能力；偏析指化學(xué)成分不均性。冷彎性能：指金屬材料在常溫下能承受彎曲而不破裂性能。沖壓性能：金屬材料承受沖壓變形加工而不破裂的能力。檢驗(yàn)方法用杯突試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。第二章 常用工程材料在機(jī)械、工程等工業(yè)領(lǐng)域中，采用的材料種類及品種繁多、涉及范圍及其廣泛。而傳統(tǒng)單一材料往往不能全面滿足強(qiáng)度、韌性、重量和穩(wěn)定性等方面的要求，為使各種材料之間的優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)，獲得性能更加優(yōu)越的材料，人們研制出各種新型復(fù)合材料。中國經(jīng)過幾十年的努力，鋼鐵工業(yè)已同過去的僅能生產(chǎn)100 多個(gè)鋼種、400 多個(gè)品種的鋼材發(fā)展到現(xiàn)在能生產(chǎn)1000 多個(gè)鋼種、4 萬多個(gè)品種的鋼材，特別是國防工業(yè)和高精尖技術(shù)，包括原子彈、氫彈、導(dǎo)彈、核潛艇、通訊衛(wèi)星、火箭等需要的關(guān)鍵金屬材料。第一節(jié) 合 金 鋼21 概 述 合金鋼——為了改善鋼的組織和性能，在碳鋼的基礎(chǔ)上，有目的地加入一些元素而制成的鋼。常用的合金元素有錳、鉻、鎳、硅、鉬、鎢、釩、鈦、鋯、鈷、鈮、銅、鋁、硼、稀土 (RE) 等。選用合金鋼時(shí)，應(yīng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，優(yōu)先考慮我國資源豐富的鋼種。一、合金鋼的分類 (一) 按用途分類 合金結(jié)構(gòu)鋼——用于制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼。 合金工具鋼——用于制造各種工具的鋼。 特殊性能鋼——具有某種特殊物理或化學(xué)性能的鋼。 (二) 按合金元素的總含量分類 低合金鋼。 中合金鋼。 高合金鋼。(三) 按正火后的組織分類 將一定截面的試樣 (φ25mm) ，在靜止空氣中冷卻后，按所得組織可分為珠光體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼和鐵素體鋼等。前面兩位數(shù)字代表鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬倍；元素符號(hào)代表鋼中所含的合金元素，其后面的數(shù)字表示該元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百倍，當(dāng)其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωMe ％時(shí)一般只標(biāo)出元素符號(hào)而不標(biāo)數(shù)字，當(dāng)其ωMe ≥％、≥％、≥％…時(shí)，則在元素符號(hào)后相應(yīng)地標(biāo)出4…。如為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號(hào)后面加符號(hào)“A”。當(dāng)平均ωc1％時(shí)，牌號(hào)前面用一位數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍，當(dāng)平均ωc≥1％，牌號(hào)中不標(biāo)碳含量。 高速鋼不論其碳含量多少，在牌號(hào)中都不予標(biāo)出，但當(dāng)合金的其它成分相同，僅碳含量不同時(shí)，則在碳含量高的牌號(hào)前冠以“C”字母，如W6M05Cr4V2鋼和CW6M05Cr4V2鋼，前者ωc =％～％，后者 ωc = ％～％，其余成分相同。 如 0Crl9Ni9 鋼表示平均ωc≤％，ωcr ≈ 19％，ωNi ≈ 9％的不銹鋼。例如 GCrl5SiMn 鋼，表示平均ωc = ％，ωSi 和ωMn ％ 的滾動(dòng)軸承鋼。合金元素溶入鐵素體后，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用，使其強(qiáng)度、硬度升高，塑性和韌性下降。 非碳化物形成元素有：鎳、鈷、銅、硅、鋁、氮、硼等。 鋼中形成的合金碳化物主要有以下兩類： (1) 合金滲碳體。合金滲碳體與Fe3C的晶體結(jié)構(gòu)相同，但比Fe3C略為穩(wěn)定，硬度也略高，是一般低合金鋼中碳化物的主要存在形式。它是中強(qiáng)或強(qiáng)碳化物形成元素與碳形成的化合物，其晶格類型與滲碳體完全不同。在鋼中存在彌