《材料基本知识》PPT课件.ppt

1金金 属属 工工 艺艺 学学主讲：主讲：马中全马中全 Metal Working Technologyw讲课学时：讲课学时：32 山东建筑大学山东建筑大学 工程训练中心工程训练中心 电话：工业工程专业工业工程专业（学制：学制：四年四年；授予学位：；授予学位：管理学学士管理学学士）工业工程工业工程是研究如何对是研究如何对制造业生产管理制造业生产管理系统及系统及制造业生产服务制造业生产服务系统进行规划、设计、评价和创新系统进行规划、设计、评价和创新的学科，是管理学、自然科学、社会学、工程学等的学科，是管理学、自然科学、社会学、工程学等多学科交叉的复合型学科。通过多学科交叉的复合型学科。通过工程技术工程技术与管理学与管理学科的结合，采用系统化、专业化的科学方法，对科的结合，采用系统化、专业化的科学方法，对人人员员、物料物料、设备设备、能源和信息、能源和信息等系统要进行定量分等系统要进行定量分析、设计、与优化，达到保证质量、降低成本、提析、设计、与优化，达到保证质量、降低成本、提高系统生产效率和维护等方面的技术工作。高系统生产效率和维护等方面的技术工作。培养目标培养目标：工业工程专业培养具有工业工程专业培养具有现代工业技术现代工业技术与管理科学基本知识，掌握现代工业工程与管理科学基本知识，掌握现代工业工程管理基本理论、方法和手段，熟悉信息化管理基本理论、方法和手段，熟悉信息化环境下生产运作管理方式，具备从事现代环境下生产运作管理方式，具备从事现代工业企业生产、服务和管理系统的工业企业生产、服务和管理系统的规划规划、设计设计、评价评价、创新创新及及决策咨询决策咨询等基本能力等基本能力的复合型专业管理人才。的复合型专业管理人才。毕业去向毕业去向：毕业后可去毕业后可去外资企业外资企业、大中型企业大中型企业及及民民营企业营企业等单位的等单位的规划部规划部、生产部生产部、制造部制造部（工业工程部）、（工业工程部）、采供部采供部、人力资源部人力资源部等部等部门从事生产计划、物料设备采购、质量管理门从事生产计划、物料设备采购、质量管理等运营管理工作。也有的到工业设计院、咨等运营管理工作。也有的到工业设计院、咨询公司等单位从事管理工作。询公司等单位从事管理工作。5绪绪 论论世界四大材料世界四大材料：钢铁、木材、塑料、水泥钢铁、木材、塑料、水泥(如生产一根如生产一根“轴轴”)材料分：金属材料、非金属材料、复合材料材料分：金属材料、非金属材料、复合材料金属材料金属材料指钢铁、有色金属等材料指钢铁、有色金属等材料非金属材料非金属材料无机无机高分子材料（陶瓷、水泥、高分子材料（陶瓷、水泥、木材等），木材等），有机有机高分子材料（如塑料、橡胶），高分子材料（如塑料、橡胶），复合材料复合材料-玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材料玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材料。现在新材料现在新材料-纳米材料、智能材料纳米材料、智能材料6 金属材料金属材料、非金属材料非金属材料、复合材料复合材料 是按是按物质结构物质结构不同分类的不同分类的。材料按材料按用途用途不同分不同分：机械工程材料机械工程材料、土木工程材料、电工材料、电子材料、土木工程材料、电工材料、电子材料 材料按材料按功能功能不同分不同分：结构材料、功能材料、磁性材料等结构材料、功能材料、磁性材料等7本课程的性质和目的本课程的性质和目的1、性质性质：金属工艺学课程是研究用金属材料及金属零件加工工艺的一门技术基础课，是近机类学生的必修课之一。金属工艺学课程主要研究零件毛坯的生产方法、零件的加工工艺过程和结构工艺性。特点：杂，多，广，逻辑性差。特点：杂，多，广，逻辑性差。82、目的目的：获得有关金属材料及零件加工工艺的基本知识。获得有关金属材料及零件加工工艺的基本知识。熟悉常见金属材料的牌号、性能特点及应用。熟悉常见金属材料的牌号、性能特点及应用。了解毛坯件的生产过程，零件的加工过程以及所用了解毛坯件的生产过程，零件的加工过程以及所用 相相 关设备。关设备。为后续课程和从事技术工作打下基础。为后续课程和从事技术工作打下基础。本课学习本课学习方法方法是是：预习预习、笔记、笔记、复习、讨论问题、复习、讨论问题本教材的本教材的重点重点：金属毛坯的成形方法，机械加工方法金属毛坯的成形方法，机械加工方法9第一讲第一讲 金属材料的基础知识金属材料的基础知识金属材料的性能金属材料的性能使用性能使用性能力学、物理、化学力学、物理、化学工艺性能工艺性能铸造、锻压、焊接、切削加工铸造、锻压、焊接、切削加工力学性能力学性能：受外力作用下所表现出的性能受外力作用下所表现出的性能。不能说：机械性能不能说：机械性能 判据判据 如：如：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等第一节第一节 强强 度度 与与 塑塑 性性一、强度一、强度 strength 概念：强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂和断裂 的能力的能力。通过拉伸试验测得大小。强度判据：屈服点屈服点（屈服强度）、（屈服强度）、抗拉强度抗拉强度Base knowledge of the Metallic materical10L0LKd0拉断拉断前前试样试样拉断拉断后后试样试样试样按试样按GB639786制取，制取，分长试样分长试样L0=10d0短试样短试样 L0=5d0说明说明：请记下以下公式请记下以下公式bkse拉伸力拉伸力 F O伸长量伸长量 LFsFbFe低碳钢的力低碳钢的力伸长曲线伸长曲线FF11二、二、塑性塑性 plasticityplasticity概念概念：在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。判据判据：断后伸长率断后伸长率 、断后断面收缩率、断后断面收缩率断后伸长率断后伸长率 Percentage elongation after fracture概念概念：试样断后标准的伸长量与标准的百分比试样断后标准的伸长量与标准的百分比。用符号用符号 A 表示，其中：其中：L Lk k断后试样长度断后试样长度 L Lo o试样原始长度试样原始长度说明说明：伸长率在实际应用中，一般是：伸长率在实际应用中，一般是表示塑性大小表示塑性大小。A越越大，材料的塑性越好。通常认为大，材料的塑性越好。通常认为A5%脆性材料脆性材料。12第第 二二 节节 硬硬 度度 Hardness硬度硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或 划痕的能力。划痕的能力。硬度是衡量材料硬度是衡量材料软硬软硬程度的判据程度的判据。一、一、布氏硬度布氏硬度 Brinell HardnessBrinell Hardness用符号：用符号：HB 表示表示N/mm2 (Kgf/mm2)。说明：说明：1、压头为淬火钢球用、压头为淬火钢球用 HBS 表示，表示，2、压头为硬质合金用、压头为硬质合金用 HBW 表示，表示，生产中一般用生产中一般用HBW来测量材料的硬度。来测量材料的硬度。3、表示法：数字在前、字母在后。如、表示法：数字在前、字母在后。如 300HBW I50HBS175HBS；标注时不要写成标注时不要写成HBS=200HBS=200，或，或 HBS=150HBS=150175175，不要出现单位；数值差不要超过不要出现单位；数值差不要超过3030。4、不宜测量薄件、成品件。因压痕大。、不宜测量薄件、成品件。因压痕大。Ssteel（钢）（钢）W-wolfam（钨）（钨）FD工件工件压头：钢球或压头：钢球或硬质合金硬质合金 dHB=13二、二、洛氏硬度洛氏硬度 Rockwell Hardness 原理是用原理是用120120的金刚石圆锥或尺寸很小的淬火钢球作为压的金刚石圆锥或尺寸很小的淬火钢球作为压头，在一定的压力作用下，压入材料表面，在指示盘上显示出头，在一定的压力作用下，压入材料表面，在指示盘上显示出硬度值大小。硬度值大小。常用的是用符号常用的是用符号 HRC HRC 表示表示。没有单位。没有单位。注：注：GB/T230.12009规定规定 有有11种表示硬度方法，常见的有种表示硬度方法，常见的有A、B、C三种，如三种，如HRA、HRB、HRC、HRD、HRE等，因施加压力和等，因施加压力和压头材料不同而出现了不同的标尺压头材料不同而出现了不同的标尺A、B、C、D、E等等说明：说明：1、数字在前、字母在后，如、数字在前、字母在后，如45HRC；35HRC38HRC 2、HRC适用范围数值适用范围数值2070；小于或大于这个范围均；小于或大于这个范围均 为标注错误！如为标注错误！如17HRC；75HRC；HRC=1519等。等。3、在图纸标注时注意数值差应、在图纸标注时注意数值差应 5，否则为标注错误。，否则为标注错误。4、适用于测量硬度较高的材料，如淬火钢件；测量成、适用于测量硬度较高的材料，如淬火钢件；测量成 品件或半成品件。因压痕较小。压头直径品件或半成品件。因压痕较小。压头直径。14补充标准补充标准：国家标准工程建设（国家标准工程建设（GBJ）；）；国家计量技术法规（国家计量技术法规（JJG）；）；山东省企业标准山东省企业标准（Q/）；城建行标城建行标 （CJ、CJJ）；）；建材行标建材行标 （JC）；）；建工行标建工行标 （JG、JGJ）；）；山东省地方标准山东省地方标准（DB37）；）；冶金行标冶金行标 （YB、YBJ）；）；国际标准化组织标准（国际标准化组织标准（ISO）；）；International Standards Organization 120Fh工件工件压头压头15主要参考书目主要参考书目：1现代工程材料成形与制造工艺基础现代工程材料成形与制造工艺基础孙康宁主编，机械工业出版社孙康宁主编，机械工业出版社2工程材料及成形工艺基础工程材料及成形工艺基础杨惠智主编，杨惠智主编，机械工业出版社机械工业出版社3金属工艺学金属工艺学邓文英主编，邓文英主编，高教出版社高教出版社金工实习金工实习第三节：常见金属材料牌号第三节：常见金属材料牌号一、一、碳素钢碳素钢 （简称：碳钢）（简称：碳钢）carbon-steelGB/T133041991规定：钢按化学成分分：非合金钢规定：钢按化学成分分：非合金钢（碳钢）、低合金钢、合金钢三类。（碳钢）、低合金钢、合金钢三类。非合金钢非合金钢是指是指WC%，并含有少量，并含有少量Si、Mn、P、S等等元素的铁碳合金。元素的铁碳合金。（一）、碳钢分类、牌号、用途（一）、碳钢分类、牌号、用途（掌握内容掌握内容）1、分类、分类（1）按钢中）按钢中碳含量碳含量多少分多少分Wc 0.6%低低碳钢碳钢中中碳钢碳钢高高碳钢碳钢2、按钢的质量（品质）分、按钢的质量（品质）分：（S、P含量多少）含量多少）普通碳素钢普通碳素钢:优优 质质 钢钢:高级优质钢高级优质钢:S、P较高；较高；Ws0.05%,Wp0.045%Ws 0.035%,Wp 0.035%;Ws 0.02%.Wp 0.03%;3、按钢的用途不同分、按钢的用途不同分 （共55种）（1）碳素结构钢）碳素结构钢 structural steel（2）碳素工具钢）碳素工具钢 tool steel（3）特殊性能钢）特殊性能钢 special steel（4）铸）铸 钢钢 casting steel适用于各种机器零件、工程结构件适用于各种机器零件、工程结构件制造量具、刀具、模具、手锤、钳子等制造量具、刀具、模具、手锤、钳子等用于特殊要求，酸、碱、盐腐蚀环境用于特殊要求，酸、碱、盐腐蚀环境。形状复杂，难用锻造方法成形的铸钢件。形状复杂，难用锻造方法成形的铸钢件。（三）碳钢的牌号、用途（三）碳钢的牌号、用途1、碳素结构钢、碳素结构钢 GB7001988牌号由代表屈服点的字母牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法四部分组成。其中质量等级分别用号、脱氧方法四部分组成。其中质量等级分别用A、B、C、D表示。表示。A的的S、P量高，量高，D的的S、P量最低，且质量量最低，且质量最好。最好。如：如：Q235A.FQ“屈屈”字汉语拼音字首字汉语拼音字首235s235MPaA质量等级质量等级 A级级F脱氧方法，指脱氧方法，指“沸腾钢沸腾钢”制造的钢材，一般不标出。制造的钢材，一般不标出。牌号有牌号有：Q195；Q215；Q235；Q255；Q275五类。五类。2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢S S、P P含量较低，用于重要零件含量较低，用于重要零件GB69988规定：牌号用规定：牌号用两位数字两位数字表示。其中表示。其中两位数字两位数字表表示含碳量示含碳量万分之几。万分之几。如如：08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75。如如:45钢是钢是WC=0.45%20Mn、65Mn等称等称 含含锰锰量较高的优质碳素结构钢。量较高的优质碳素结构钢。3、碳素工具钢、碳素工具钢GB129888规定：牌号用规定：牌号用“碳碳”字汉语拼音字首字汉语拼音字首“T”+数字数字表示。数字表示表示。数字表示WC的的千分之几千分之几。如如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。等。如如T10钢钢WC=1%；T10AT10A中的中的“A A”表示为表示为高级优质高级优质碳素工具钢。碳素工具钢。（四）（四）铸铸 钢钢 GB/T56131995牌号：用牌号：用“铸钢铸钢”汉语拼音字首汉语拼音字首 ZG表示表示。如：如：ZG200400 用变速箱体、壳等，焊接性好。用变速箱体、壳等，焊接性好。200s200MPa400b400MPa还有：还有：ZG230450；用力不大的；用力不大的阀体阀体、轴承轴承盖盖。ZG270500热轧曲轴热轧曲轴、连杆连杆等等二、合二、合 金金 钢钢 alloy-steel（一）、分类（一）、分类1、按含合金元素量多少、按含合金元素量多少：（1）低合金钢）低合金钢（2）中合金钢）中合金钢（3）高合金钢）高合金钢W含量含量10%W含量含量=5%10%2、按用途分：、按用途分：（1）合金结构钢）合金结构钢（2）合金工具钢）合金工具钢（3）特殊性能钢）特殊性能钢轴、齿轮、钢筋、型钢等轴、齿轮、钢筋、型钢等刀具、模具、手用工具等刀具、模具、手用工具等不锈钢、耐热钢、耐蚀钢等不锈钢、耐热钢、耐蚀钢等（二）、合金元素在钢中的作用（二）、合金元素在钢中的作用（了解）（了解）1、与、与铁铁作用：固溶于铁素体中，固溶强化，作用：固溶于铁素体中，固溶强化，力学性能力学性能。2、与、与碳碳作用：作用：固溶于铁素体；固溶于铁素体；形成碳化物，形成碳化物，HB、b.总的看来：总的看来：在碳钢的基础上，加入些合金元素，提高淬透在碳钢的基础上，加入些合金元素，提高淬透性，提高综合力学性能，满足使用要求性，提高综合力学性能，满足使用要求。（三三）合金结构钢）合金结构钢1、低合金高强度钢、低合金高强度钢：GB/T15911994（原：低合金钢（原：低合金钢）牌号：标出牌号：标出 化学元素化学元素和和含量含量，含碳量含碳量WC两位数字两位数字+元素符号元素符号+数字数字含元素量的含元素量的%1.5%不标出不标出 1.52.5%用用 2表示表示2.53.5%用用 3表示表示主加元素主加元素WC的万分之几的万分之几例如：例如：40Cr 、60Si2Mn、20CrMnTi合金元素总量合金元素总量5%，主要用于，主要用于桥梁、井架、电视塔架、船舶桥梁、井架、电视塔架、船舶等等。u成分成分：WC0.2%；合金元素强化铁素体。；合金元素强化铁素体。u性能性能：良好的：良好的、ak，较高的，较高的b、s；u钢号钢号 Q295；Q345；Q390；Q420；Q460 常用的是：常用的是：Q345 代替旧标准代替旧标准 16Mn主要用于：桥梁、锅炉、压力容器、船舶等构件主要用于：桥梁、锅炉、压力容器、船舶等构件（四）、（四）、合金渗碳钢合金渗碳钢 GB307799性能性能：目的保证：目的保证心部心部有良好的有良好的塑性、韧性塑性、韧性耐磨性耐磨性，抗，抗疲疲劳劳，良好的良好的塑性塑性、韧性韧性 ，抗冲击。抗冲击。钢号、用途钢号、用途牌号：牌号：20Cr；20CrMnTi 用于：小精密轴，汽车齿轮。用于：小精密轴，汽车齿轮。（五）、（五）、合金调质钢合金调质钢 GB/T307799性能性能：具有良好的综合力学性能。：具有良好的综合力学性能。钢号、用途钢号、用途：40Cr 精密机床主轴、齿轮精密机床主轴、齿轮(六）、六）、合金弹簧钢合金弹簧钢 GB122284 钢号、用途：钢号、用途：60Si2Mn 如：如：汽车、拖拉机减震板簧；汽车、拖拉机减震板簧；汽缸安全阀簧。汽缸安全阀簧。（七）、（七）、合金工具钢合金工具钢 GB129985Alloy toolsteel 要求高的硬度、耐磨性，保证一定的寿命。要求高的硬度、耐磨性，保证一定的寿命。如量具、刀具、如量具、刀具、模具钢等模具钢等 作业：作业：说出下列材料说出下列材料 20、45、65Mn、Q235B、Q235A、T7、T10、T10A、T12、ZG200400、40Cr、60Si2Mn、Q345、20CrMnTi属哪类钢，数字和字母属哪类钢，数字和字母的意义，有何性能特点，用途举例。的意义，有何性能特点，用途举例。