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Email:fzujxy@fzueducn课
程
容
➢工程材料学
➢成形技术
工程材料成形技术引:
热处理 热处理
机械制造般生产程:
工程材料 成形(半成品)
精加工 机械零件
装配材 料
➢制造物品需原料
➢某种加工(开采运输)具定组分结
构性适定途物质
➢材料利发展构成类文明史里程碑
➢材料信息源现代科技三支柱二工程材料分类
➢工程技术中应材料工程机械装备重构成
分类:金属(钢铁非铁)
非金属(塑料陶瓷……)
复合材料
尼龙齿轮
镁合金汽车轮毂三成形技术
➢通定工艺手段材料具备某种形状便加工
成装备部件方法
➢液态成形塑性成形连接成形……四课程学求
根机器零件形状尺寸条件技术求
合理选择材料确定科学成形方法拟定济制造
工艺
例:齿轮……教材参考资料
工程材料成形技术(教材) 林建榕 2009
工程材料成形技术基础 申荣华丁 旭 2008
机械工程材料成形技术 赵程杨建民 2009
工程材料成形工艺 王爱珍 20109金属材料应
➢金属材料性
➢金属材料组织结构
➢钢铁材料改性处理
➢钢铁材料应
第
篇第章 金属材料性
(1)性:
➢力学性
➢物理性
➢化学性
(2)工艺性:
➢ 切削加工性
➢ 液态成形性
➢ 塑性成形性
➢ 焊接成形性
➢ 热处理性
材料性:性工艺性第节 金属材料力学性
➢力学性:金属外力作表现出性
加载方式
加载速度
加热环境
强度
硬度
塑性
韧性
疲劳强度强度
概念:外力作抵抗永久变形断裂力
抗拉强度——拉应力
抗压强度——压应力
抗弯强度——弯曲应力
抗扭强度——扭转应力
抗剪强度——剪切应力
类型?
疲劳强度——循环交变应力
高温强度——高温环境
低温强度——低温环境15
1材料拉伸时力学性——静力拉伸试验
()试验条件试验仪器
1试验条件:常温(20℃)静载(极缓慢加载)
2试验象:标准试件——圆棒型板件标准试样
d
l16
标准试件:圆截面试件 长试样
短试样
dL 100
dL 50
标准试件:板试件
长试样
短试样
00 311 SL
00 655 SL 17
试验设备:万试验机
详见国家标准
金属材料 室温拉
伸试验方法(GBT
228)该标准详细规
定实验方法项
求材料
试验机
An universal testing machine19
测量变形传感器
硬塑料物性关系曲线20
EEA
P
L
L
(二)低碳钢试件拉伸图(P—L图)
EA
PLL O1 O2
f1(f)
(MPa)
200
400
01 02O
a
Etga
c(s
)(e) a
b(s
)
B(b)
k
冷作硬化
线弹性阶段
屈服阶段
强化阶段
低碳钢拉伸应力应变曲线
颈缩阶段
d
(三)
低碳钢
试件
应力
应变曲
线(
图)22
(1) 低碳钢拉伸弹性阶段
(oa段)
1op 例段
p 例极限
E
atgE
2pe 曲线段
e 弹性极限
)( nf
a
b23
(2) 低碳钢拉伸屈服(流动)阶段 (bd 段)
滑移线24
2卸载定律:
1b强度极限
3冷作硬化:
(3)低碳钢拉伸强化阶段 (dB 段) 25
卸载规律:试样加载超屈服强度卸载卸
载线行OP次加载加载线卸载线升
加载应力应变关系符合虎克定律
冷作硬化:材料预拉强化阶段然卸载
次加载时例极限提高
塑性降低现象称冷作硬化
冷拉处理钢筋26
1延伸率 001 100− L
LL
2截面收缩率:
001 100− A
AA
3脆性塑性相性
界 005
(4)低碳钢拉伸颈缩(断裂)
阶段 (B f 段) 屈服极限:
0A
Ps
s
0A
Pb
b 抗拉强度:σeE
1)弹性阶段
2)屈服阶段
3)强化阶段
2强度指标
屈服点σs抗拉强度σb反
映材料强度两性指标
拉伸试验中需测定
重数σ02——应试样产生
02塑性应变时应力值
材料屈服强度
1)塑性低材料(铸
铁)没明显屈服点
3材料屈服极限29
2)明显屈服现象塑性材料
类材料
低碳钢
处断裂破
坏前历
量塑性变形
处没
明显屈服
阶段
图 规定非例延伸强度30
3)脆性材料拉伸时力学性
1)灰口铸铁拉伸时应力
应变关系强
度指标抗拉强度较低
2)断裂破坏前没
塑性变形
3)关系似服虎克定律
割线斜率作弹性模
量3动载疲劳强度
➢金属材料抵抗循环交变外力破坏力
➢疲劳极限(疲劳强度):材料N次应力循环发
生疲劳断裂高应力值(σ1)
σ1 ——称弯曲疲劳强度4高温材料力学性
➢高温短时工作——高温瞬时强度
➢高温长期应力工作——高温蠕变
➢蠕变——指高温长时间应力作
加应力该温度屈服强度会逐渐
产生明显塑性变形现象
➢高温长期外力作——高温持久强度材料高温力学性指标:
蠕变极限:高温载荷长期作时
材料塑性变形抗力
t t:温度:稳态蠕变速率 5
500
1 10 500MPa − :
规定温度t(500℃)试样规定时间(
10000h)产生稳态蠕变速率ε超规定值应力持久强度:高温载荷长期作时
材料断裂抵抗力
tt
温度持续时间
规定实验温度达规定持续时间发生断裂
应力值
MPa500500
105 二塑性
概念:金属材料外力作产生塑性变形
破坏力
标定:延伸率断面收缩率>5——塑性材料 低合金钢碳素钢青铜等
<5——脆性材料 铸铁混凝土石料等
n——长试样短试样标志延伸率试样尺寸关
δ5>δ10( δ)
L
LLδn 100
0
01 −延伸率:
100
0
10 − A
AA断面收缩率:38
新标准
GBT228—
2002 金属
材料 室温
拉伸试验方
法
性名称 旧标准 新标准
断面收缩率 ψ Z
断伸长率 δ5
δ10
A
A113
屈服强度 σsU ReH
屈服强度 σsL ReL
屈服强度 σs ——
抗拉强度 σb Rm
◼ 室温拉伸试验新旧标准符号三硬度
概念:材料抵抗局部塑性变形力
标定:布氏硬度洛氏硬度维氏硬度压头材料 淬火钢球 硬质合金球
符 号 HBS HBW
适范围 <450 450~650
1布氏硬度(HB)——根压痕直径
布氏硬度计
查表
)dDD(D
F2040HB 22 −−
标 注
◆150HBS10100030:
10mm淬火钢球1000kgf载荷作保持30s测
布氏硬度 150
◆200HBS:
10mm淬火钢球3000kgf载荷作保持10s测
布氏硬度 200优点:
◆ 代表性全面组织均匀锻钢铸铁
硬度测试特适宜测定灰铸铁轴承合金
等具粗晶粒粗组成相金属材料
◆ 试验数稳定重复性强
缺点:
◆ 材料需更换压头直径改变试验力
◆ 压痕直径测量较麻烦动检测受限
制
◆ 外压痕直径较时宜成品进行试验
宜薄件试验 2洛氏硬度(HR)
——根压痕深浅
HR 测量原理图
洛氏
硬度计加初载荷 加载荷 卸载荷 读硬度值
原理:
0020
)(HR 01 hhk − k02(金刚石)
026(淬火钢球)
00压头试样接触位置
11压头受初载P0压入试样深度h0位置
22加载P1压头压入试样位置
33载荷压头试样弹性变形恢
复略提高位置时实际压入试样深度
h1
压头受载荷压入试样深度h1h0
h1h0数值越表示试样越软反越硬符号 压 头 总载荷
(kgf)
表盘刻
度颜色
应
范围
应
举 例
HRA 120°金刚石
圆锥体
60 黑 线 60~85 碳化物硬质合金
表面硬化工件
HRB Φ1588淬火
钢球
100 红 线 25~10
0
软退火正火钢
色金属
HRC 120°金刚石
圆锥体
150 黑 线 20~67 淬火钢调质钢
钢球压头
金刚石压头优点:
1)硬质软质两种压头适
种硬质材料检验存压头变
形问题
2)压痕伤工件表面
3)操作迅速立出数生产效率
高适量生产中成品检验
缺点:压痕较代表性差材料
中偏析组织均匀等缺陷
测硬度值重复性差分散度
标尺测硬度值彼没联系
直接较3维氏硬度(HV)
——根压痕表面积
12
2
ddd +
压头:两相间夹角
136°金刚石四棱锥体640HV3020:30kgf载荷保持20s(10~15s
标注)测维氏硬度值640
压痕尺寸较提高测量精度需配
显微放装置显微维氏硬度(显微硬度)
22 854412
136sin2
d
P
d
P
HV 优点:具外两种试验优点摒弃缺
点(存布氏硬度试验时求试验力F压头直径
D间规定条件约束存洛氏硬度试验时
标尺硬度值法统弊端)试验力
意选取压痕测量精度较高硬度值较精确
压痕深度浅适测定表面处理零件表面层硬
度薄件硬度
缺点:硬度值需通测量压痕角线长度
进行计算查表工作效率洛氏硬度法低常硬度较
单位 压头 载荷
kgf 硬度范围
HBS 钢球 ≤3000 ≤ 450
HBW 硬质合金球 ≤3000 450~650
HRA 金刚石圆锥 60 20~88
HRB 钢球 100 20~100
HRC 金刚石圆锥 150 20~70
HRD 金刚石圆锥 100 40~77
类
布氏硬度
洛氏硬度
HV 金刚石棱锥 5~120 <1300维氏硬度
应
色合金退正火调质钢
淬火调质钢
碳化物硬质合金
色合金退正火钢
淬火调质钢
薄钢板表面硬化工件
种硬度工件常硬度换算
硬度换算公式
HBHV:
HB≤400时
HB≈HV
HB>400时
HB
σb≈34HB (HB125~175)
σb≈36HB (HB>175)
HRC≈2HRA104 (HRC20~60)
HB≈10HRC (HRC20~60)
HB≈2HRB
钢材强度硬度换算四击韧度
概念:金属材料抵
抗击载荷力
摆锤式击试验机
击
试
样夏击试验机示意图ak值低——脆性材料断裂时明显变形金属
光泽呈结晶状
ak值高——韧性材料 明显塑变断口呈灰色纤
维状光泽
)(标准试样断口截面积
击破坏消耗功 2 cmJF
Aa K
K
Ak=G(Hh)
Titanic 代船钢板温度
击韧
度
影响
❖ ★材料击韧性温度降降
❖ ★韧脆转变温度:某温度范围击韧性值急剧降现象
称韧脆转变发生韧脆转变温度范围称韧脆转变温度
❖ ★材料温度应高韧脆转变温度常见金属力学性
元素符号 Al Cu Mg Ni Fe Ti Pb Sn
抗拉强度σb MPa 80~
110
200
~
240
200 400
~
500
250
~
330
250
~
300
18 20
伸长率δ 32~
40
45~
50
115 35~
40
25~
55
50~
70
45 40
断面收缩率ψ 70~
90
65~
75
125 60~
70
70~
85
76~
88
90 90
布氏硬度HB 20 40 36 80 65 100 4 5五物理性
元素符号 Al Cu Mg Ni Fe Ti Pb Sn
密度kgm3×103 270 894 174 89 786 451 1134 73
熔点℃ 660 1083 650 1455 1539 1660 327 232
相导电率 60 95 34 23 16 3 7 14
导热系数
W(m·℃)
209 385 146 059 084 017 ——六化学性
➢金属常温高温抵抗种介质化学作力
抗氧化性(热稳定性):材料加热时抵抗氧化作
力(CrSi等提高钢抗氧化性)
耐腐蚀性:常温材料抵抗氧水蒸气化学
介质腐蚀力(C钢铸铁耐蚀性较差Ti合
金锈钢AlCu合金耐蚀性较)七工艺性
➢金属材料适应加工工艺求力
➢铸性——流动性收缩性偏析
➢锻性——塑性变形抗力
➢焊性——碳量
➢切削性——表面粗糙度刀具寿命
➢热处理性——淬透性重点难点分析:
➢低碳钢单静载拉伸应力应变曲线
➢金属力学性指标
➢衡量强度塑性硬度指标
➢强度刚度区材料刚度零件刚度
区
➢名词解释:疲劳强度蠕变复合材料……金属材料力学性
影响素?思考
Eg 1室温铁铜镁谁硬度高?
2钢铁谁硬度高?
……
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