【正文】 表面洛氏硬度表面金剛石圓錐壓頭肖氏硬度抗拉強(qiáng)度（近似值）Mpa(1000psi)維氏硬度標(biāo)準(zhǔn)鋼球鎢－硬質(zhì)合金鋼球A. 標(biāo)尺 60kg負(fù)荷金剛圓錐壓頭 標(biāo)尺 100kg負(fù)荷金剛圓錐壓頭b）括號(hào)里的數(shù)值是超出范圍的，只是提供參考。如果想知道該工件的洛氏硬度值，通常的方法是，先測(cè)量出布氏硬度值，然后根據(jù)換算表，查出相對(duì)應(yīng)的洛氏硬度值，這種方式顯然有些繁瑣。根據(jù)布氏硬度和洛氏硬度換算表，可歸納出一個(gè)計(jì)算簡(jiǎn)單且容易記住的經(jīng)驗(yàn)公式：HRC =（479100D）/4，其中D為Φ10mm鋼球壓頭在30KN壓力下壓在工件上的壓痕直徑測(cè)量值。 金屬工藝學(xué)是一門研究有關(guān)制造金屬機(jī)件的工藝方法的綜合性技術(shù)學(xué)科. 主要內(nèi)容:1 常用金屬材料性能 2 各種工藝方法本身的規(guī)律性及應(yīng)用. 3 金屬機(jī)件的加工工藝過(guò)程、結(jié)構(gòu)工藝性。 熱加工：金屬材料、鑄造、壓力加工、焊接 [以綜合為基礎(chǔ)，通過(guò)綜合形成能力] 第一篇 金屬材料 第一章 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。 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。 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(lái)形狀的性能。 如彈簧：彈簧靠彈性工作。 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。 塑性變形：在外力消失后留下的這部分不可恢復(fù)的變形。 3 拉伸圖 金屬材料在拉伸過(guò)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(lái)。 σe——彈性極限 2）屈服階段：過(guò)e點(diǎn)至水平段右端 σs——塑性極限，s——屈服點(diǎn) 過(guò)s點(diǎn)水平段——說(shuō)明載荷不增加，式樣仍繼續(xù)伸長(zhǎng)。 變形↑ σb——強(qiáng)度極限，材料能承受的最大載荷時(shí)的應(yīng)力。 過(guò)b點(diǎn)，試樣某一局部范圍內(nèi)橫向尺寸突然急劇縮小。“縮頸” δ= l0——式樣原長(zhǎng)，l1——拉深后長(zhǎng) 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。 5 條件屈服極限σ0。,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— 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. 2幾何尺寸\形狀\受力 相同材料的E相同,但尺寸不同,\形狀\. 　 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. 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抗扭強(qiáng)度σn 屈服強(qiáng)度: (Pa N/m2) 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 1布式硬度 HB 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 l 而HＢＷ＜６５０． l 應(yīng)用：不適宜薄件和成品件 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(cè)其深度ｈ，由公式求出，可在硬度計(jì)上直接讀出，無(wú)單位． 不同壓頭應(yīng)用范圍不同如下表： HRB ｄ＝ 退火鋼 灰鐵 有色金屬 HRC 1200金剛石圓錐 1471 淬火 回火件 用于測(cè)定金屬組織中個(gè)別組成體,夾雜物等硬度. 顯微硬度(查表):磨削燒傷表面,看燒傷層硬度變化. 五 沖擊韌性ak G重量 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(lái)檢驗(yàn)冶煉、熱加工、熱處理工藝質(zhì)量的有效方法。 疲勞強(qiáng)度： 問(wèn)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。 疲勞強(qiáng)度——當(dāng)金屬材料在無(wú)數(shù)次交變載荷作用下而不致于引起斷裂的最大應(yīng)力。 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。 2 疲勞破壞原因 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 磨床: 工作臺(tái) 如耐酸,耐堿等 如化工機(jī)械,高溫工作零件等 思考題。 1 什么是應(yīng)力,應(yīng)變(線應(yīng)變)? 3 的意義?能在拉伸圖上畫出嗎? 5為什么沖擊值不直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算? 第二章 金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu) 固體物質(zhì)按原子排列的特征分為: 非晶體:原子排列無(wú)序,不規(guī)則,無(wú)固定熔點(diǎn),各項(xiàng)同性 玻璃,松香 瀝青—非晶體 晶格: 原子看成一個(gè)點(diǎn),把這些點(diǎn)用線連成空間格子. 晶胞: 晶格中最小單元,能代表整個(gè)晶格特征. 晶格常數(shù): 晶胞中各棱邊的長(zhǎng)度(及夾角), 以A(1A=108cm)度量 Ag Ni γ Fe塑性好 Mg Zn Be 原子數(shù)=1/6 x12+1/2 x2+3=6 , 30多種 第二節(jié) 金屬的結(jié)晶 一 金屬的結(jié)晶過(guò)程(初次結(jié)晶) 1 結(jié)晶: 金屬?gòu)囊后w轉(zhuǎn)變成晶體狀態(tài)的過(guò)程. 晶核形成: 自發(fā)晶核:液體金屬中一些原子自發(fā)聚集,規(guī)則排列. *晶粒大小控制: 晶核數(shù)目: 多—細(xì)(晶核長(zhǎng)得慢也細(xì)) 冷卻速度: 快—細(xì)(因冷卻速度受限,故多加外來(lái)質(zhì)點(diǎn)) 晶粒粗細(xì)對(duì)機(jī)械性能有很大影響,若晶粒需細(xì)化,則從上述兩方面入手. 結(jié)晶過(guò)程用冷卻曲線描述! 2 冷卻曲線 溫度隨時(shí)間變化的曲線—熱分析法得到 1) 實(shí)際結(jié)晶溫度 時(shí)間(s) T(℃) 2) 過(guò)冷度:理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié) 體心 體心 因?yàn)殍F能同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,才有對(duì)鋼鐵的各種熱處理. (晶格轉(zhuǎn)變時(shí),體積會(huì)變化,以原子排列不同) 一 合金概念 合金: 由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬組成的具有金屬特性的物質(zhì). 組元:(黃銅:二元)金屬化合物 相:在金屬或合金中,. 如:純金屬—一個(gè)相,溫度升高到熔點(diǎn),液固兩相. 合金液態(tài)組元互不溶,幾個(gè)組元,幾個(gè)相. 固體合金中的基本相結(jié)構(gòu)為固溶體和金屬化合物，還可能出現(xiàn)由固溶體和金屬化合物組成的混合物。 置換固溶體 溶質(zhì)原子替代溶劑原子而占據(jù)溶劑晶格中的某些結(jié)點(diǎn)位置，所形成的固溶體。 Zn溶解度有限。這是提高合金機(jī)械性能的一個(gè)途徑。 間隙固溶體 溶質(zhì)原子嵌入各結(jié)點(diǎn)之間的空隙，形成固溶體。溶解度有限。 2 金屬化合物 合金各組成元素之間相互作用而生成的一種新的具有金屬性質(zhì)，可用分子式表示的物質(zhì)。 WC 特點(diǎn)：（1）較高熔點(diǎn)、較大脆性、較高硬度?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整合金中的金屬化合物的數(shù)量、形態(tài)、分布來(lái)改變合金的性能 固溶體+金屬化合物、固+固——綜合性能 167。為研究合金系的合金成分、溫度、結(jié)晶組織之間的變化規(guī)律、建立合金狀態(tài)圖來(lái)描述。 實(shí)質(zhì)：溫度——成分作標(biāo)圖，是在平衡狀態(tài)下（加熱冷卻都極慢的條件下）得到的。 2 做出每個(gè)合金的冷卻曲線 3將每個(gè)合金的臨界點(diǎn)標(biāo)在溫度—成分坐標(biāo)上，并將相通意義的點(diǎn)連接起來(lái)，即得到PbSb合金的狀態(tài)圖。 CE 固相線：DCE 兩相區(qū)：兩個(gè)相。 c—共晶點(diǎn) *作業(yè)： 167。 金屬化合物 t 1538 δFe+C ——鐵素體F 　　　　　　　1394　γFe+C——奧氏體A 　　　　　　　　912　αFe+C——鐵素體F 一鐵素體 碳溶于αFe形成的固溶體——鐵素體F 體心立方，顯微鏡下為均勻明亮的多邊形晶粒。δ=45~50%，HBS= σb=250Mpa 含碳： 727℃，% 二 奧氏體 碳溶于γFe中形成的固溶體—“A” 面心立方,顯微鏡下多邊形晶粒,晶界較F平直. 性能:塑性好,。 三滲碳體 金屬化合物 Fe3C 復(fù)雜晶格,含碳:%. 性能:硬高HB(sw)800,脆,作強(qiáng)化相. 在一定條件下會(huì)分解成鐵和石墨,這對(duì)鑄造很有意義. 硬度HBS=250 167。 含C,%時(shí),Fe與C形成Fe3C,故可看成一個(gè)組元,即鐵碳合金狀態(tài)圖實(shí)際為FeFe3C的狀態(tài)圖. 1 各特性點(diǎn)的含義 1)A: 純鐵熔點(diǎn) 1600 4)E: C在A中最大溶解度 1148 5)F:1148 6)G: αFe與γFe轉(zhuǎn)變點(diǎn) 0% 727 8)P: C在αFe中最大溶解度 727 9)S: 共析點(diǎn) 727 10) Q: C在αFe中溶解度 室溫 ACD:液相線,液體冷卻到此線開始結(jié)晶. 2) ECF:生鐵固相線,共晶線,液體—Ld 4) GS:”A3” A到此線開始析出F 6) PSK:”A1”(F+Fe3C) 2) DCF:兩相區(qū)L+Fe3C1 3) AESG: 單相區(qū)A 二 鋼鐵分類 1 工業(yè)純鐵: 含C%共析鋼 含C% 含C% % C Ld’+ Fe3C1 三 典型合金結(jié)晶過(guò)程分析 3過(guò)共析鋼 L—L+A—A—A+ Fe3C11 Fe3C1+P 5 亞共晶鐵 L—1點(diǎn)—L+A—A+Ld—P+Ld’ 　 四 鐵碳合金狀態(tài)圖的應(yīng)用 1 鑄造 確定澆鑄溫度 選材: 共晶點(diǎn)附近鑄造性能好 2 鍛造 鍛造溫度區(qū)間 A 3焊接 3鋼的分類和應(yīng)用 Mn C↑強(qiáng),硬↑ 塑,韌↓ FeC 強(qiáng)化相 %C “冷脆” 3 碳鋼的分類 1 ) 2) 按質(zhì)量分(含S,P多少分) 優(yōu)質(zhì)鋼 S,P=% 3)按用途分 碳素結(jié)構(gòu)鋼, 碳素工具鋼 Q235 數(shù)字表示屈服強(qiáng)度 單位Mpa 2)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 較高含錳量 ~%Mn , %C ~%Mn 08 10 15 20 25 強(qiáng)↓ 塑↑ 沖壓件 強(qiáng)↑硬↑ 3)碳素工具鋼 T7T8 T13 數(shù)字表示含C千分之幾 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼加 A T8MnA 二 合金鋼 常加合金元素: Mn Si Cr Ni Mo V B(硼) 稀土元素(Xt)等 1 合金結(jié)構(gòu)鋼 “數(shù) +元素符號(hào)+數(shù)”表示 數(shù)—含碳萬(wàn)分之幾, 符號(hào)—合金元素, =% 標(biāo)2 若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼,后加A 如: 60Si2Mn 2%Si %Mn 18Cr2Ni4WA %C, 2%Cr, %W 高級(jí)優(yōu)質(zhì) 應(yīng)用: 工程結(jié)構(gòu)件, 2 合金工具鋼: 如: 9SiCr %C %Si %Cr CrWMn *高速鋼 W18Cr4V ~%C,18%W,4%Cr,%V 應(yīng)用:刃具,模具,量具等 3 特殊性能鋼 耐熱鋼: 1Cr13 2Cr13 耐磨鋼: 高錳鋼水韌處理,沖擊下工作,表面硬度達(dá)HB450~550,表面耐磨,心部為A. 167。 羊毛 人工橡膠 刀片 聚酰亞胺+金剛石 167。 產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)成本如何,與材料選擇的是否恰當(dāng)有直接關(guān)系,機(jī)械零件進(jìn)行選材時(shí),主要考慮零件的工作條件,材料的工藝性能和產(chǎn)品的成本. 1 滿足零件工作條件: σ δ αk 等 工作溫度環(huán)境介質(zhì)—使用環(huán)境 ,高溫—耐熱,抗腐蝕—不銹鋼 高硬度—工具鋼 2 材料的工藝性能 零件的生產(chǎn)方法不同,直接影響其質(zhì)量和生產(chǎn)成本. 如:灰口鐵,鑄造性能 切削加工性很好,可鍛性差. 3 經(jīng)濟(jì)性 價(jià)值=功能/成本 如: 耐腐蝕容器: 1)普通碳素鋼:5000元 用一年 用10年 用6年 1):2):3) =1::2 1 概述 一 鋼的熱處理: 把鋼在固態(tài)下加熱到一定的溫度進(jìn)行必要的保溫,并以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s到室溫,以改變鋼的內(nèi)部組織,從而得到所需性能的工藝方