金属工艺学2概要优秀PPT.ppt

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1、维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度压痕将一个相对面夹角为将一个相对面夹角为1361360 0的的正四棱锥体金刚石压头以选正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力（定的试验力（P P）压入试验）压入试验表面，经规定保持时间后卸表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量压痕两对角除试验力，测量压痕两对角线长度来计算表面积。维氏线长度来计算表面积。维氏硬度值是试验力除以压痕表硬度值是试验力除以压痕表面积所得之商，单位：面积所得之商，单位：MPaMPa。小负荷维氏硬度计显微维氏硬度计3 3、维氏硬度、维氏硬度HVHV136四棱锥形，载荷小，压痕浅四棱锥形，载荷小，压痕浅 依据载荷范围不同，依据载荷范围不同，规定

2、了三种测定方法规定了三种测定方法维维氏硬度试验氏硬度试验 、小负荷维、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬氏硬度试验、显微维氏硬度试验。度试验。维氏硬度试验是由英国的史密斯（维氏硬度试验是由英国的史密斯（R.L.Smith）和）和桑德兰德（桑德兰德（G.E.Sandland）于）于1925年提出来的。年提出来的。优点：所测定的硬度值比布氏、洛氏硬度精确，压优点：所测定的硬度值比布氏、洛氏硬度精确，压入深度浅，适于测定经表面处理零件的表面层的硬入深度浅，适于测定经表面处理零件的表面层的硬度，变更负荷可测定从极软到极硬的各种材料的硬度，变更负荷可测定从极软到极硬的各种材料的硬度；度；缺点：测定过程比较麻

3、烦。缺点：测定过程比较麻烦。4、布氏硬度与洛氏硬度的特点比较 布氏硬度的特点：布氏硬度的特点：布氏硬度因压痕面积较大，布氏硬度因压痕面积较大，HBHB值的代表性较全面，而且试验数据值的代表性较全面，而且试验数据的重复性也好，但由于淬火钢球本身的变形问题，不能试验太硬的材的重复性也好，但由于淬火钢球本身的变形问题，不能试验太硬的材料，一般在料，一般在450HB450HB以上的就不能运用（以上的就不能运用（HBWHBW在在650650以上不适用）。以上不适用）。由于压痕较大，成品检验也有困难。由于压痕较大，成品检验也有困难。通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材料的硬度。通常用于测定铸铁、有

4、色金属、低合金结构钢等材料的硬度。洛氏硬度的特点：洛氏硬度的特点：洛氏硬度洛氏硬度HRHR可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小，几乎不损可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小，几乎不损伤工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。伤工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。但洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表性就差些，假如材料中有偏但洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表性就差些，假如材料中有偏析或组织不均的状况，则所测硬度值的重复性也差。析或组织不均的状况，则所测硬度值的重复性也差。三、韧性三、韧性（与脆性相反）（与脆性相反）（与脆性相反）（与脆性相反）工程中有些机件在工作时要受到瞬间大能工程中有些机件

5、在工作时要受到瞬间大能量的冲击载荷量的冲击载荷 如锻压机的锤杆、冲床的冲头、汽车变速齿轮、如锻压机的锤杆、冲床的冲头、汽车变速齿轮、飞机的起落架等。飞机的起落架等。概念：材料断裂前吸取的变形能量的实力称为韧性。它是材料反抗冲击荷载而不破坏的实力，或说材料断裂前吸取能量的实力。是材料强度和塑性的综合指标。v2F1v1 瞬时冲击引起的应力和应变要比静载荷引起的应力和应变大得多，因此在选择制瞬时冲击引起的应力和应变要比静载荷引起的应力和应变大得多，因此在选择制造该类机件的材料时，必需考虑材料的抗冲击实力，即韧性。造该类机件的材料时，必需考虑材料的抗冲击实力，即韧性。韧性的衡量指标是冲击韧度。韧性的衡

6、量指标是冲击韧度。1 1、冲击韧度（、冲击韧度（impact strengthimpact strength）概念：材料在冲击载荷作用反抗变形和断裂的实力叫做冲概念：材料在冲击载荷作用反抗变形和断裂的实力叫做冲击韧度击韧度 （也称冲击强度），值用（也称冲击强度），值用akak表示，由试验而得。表示，由试验而得。（1）冲击韧度用于评价材料的抗冲击实力或推断材料的脆性和韧性程度。（2）冲击韧度是试样在冲击破坏过程中所吸取的能量与原始横截面积之比。（3）冲击韧度依据试验设备不同可分为简支梁冲击韧度、悬臂梁冲击韧度（4）冲击韧度的测量标准主要有ISO国际标准（GB参照ISO）及美国材料ATSM标准。G

7、B:是试件在一次冲击试验时，单位横截面积（m2）上所消耗的冲击功（J），其单位为MJ/m2。ATSM:单位宽度所消耗的功，单位为J/m。冲击韧度：冲击韧度：ak=AK/A（Jcm-2）A Ak k折断试样所消耗的冲击功（折断试样所消耗的冲击功（J J）A A 试样断口处的原始截面积（试样断口处的原始截面积（mmmm2 2）塑性材料试样有圆弧缺口，脆性材料不开缺口。塑性材料试样有圆弧缺口，脆性材料不开缺口。2 2、冲击韧度试验与计算（、冲击韧度试验与计算（GB GB）通常接受摆锤式冲击试验机测定通常接受摆锤式冲击试验机测定(大能量、一次冲断）。大能量、一次冲断）。材料的材料的a k 值愈大，韧性

8、就愈好；材料的值愈大，韧性就愈好；材料的a k 值愈小，值愈小，材料的脆性愈大。材料的脆性愈大。通常把通常把a k 值小的材料称为脆性材料。值小的材料称为脆性材料。温度的影响：温度的影响：探讨表明，材料的探讨表明，材料的a k 值随温度的降低而降低。当值随温度的降低而降低。当温度降至某一数值或范围时，温度降至某一数值或范围时，a k 值会急剧下降，材料值会急剧下降，材料则由韧性状态转变为脆性状态，这种转变称为冷脆转则由韧性状态转变为脆性状态，这种转变称为冷脆转变，相应温度称为冷脆转变温度。材料的冷脆转变温变，相应温度称为冷脆转变温度。材料的冷脆转变温度越低，说明其低温冲击性能越好，允许运用的温

9、度度越低，说明其低温冲击性能越好，允许运用的温度范围越大。因此对于寒冷地区的桥梁、车辆等机件用范围越大。因此对于寒冷地区的桥梁、车辆等机件用材料，必需作低温（一般为材料，必需作低温（一般为40）冲击弯曲试验，以）冲击弯曲试验，以防止低温脆性断裂。防止低温脆性断裂。材料的运用温度应高于冷脆转变温度。材料的运用温度应高于冷脆转变温度。建造中的Titanic 号沉没与船体材料的质量直接有关Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果板（右图）的冲击试验结果Titanic近代船用钢板四、疲惫强度四、疲惫强度四、疲惫强度四、疲惫强度1 1、疲惫的概念、疲惫

10、的概念 工程上一些机件工作时受交变应力或循环应力作用，如：曲轴、齿轮、连杆、工程上一些机件工作时受交变应力或循环应力作用，如：曲轴、齿轮、连杆、弹簧等，即使工作应力低于材料的屈服强度弹簧等，即使工作应力低于材料的屈服强度 s s，但经过确定循环次数，但经过确定循环次数N N后仍会发生后仍会发生断裂，这样的断裂现象称之为疲惫断裂，这样的断裂现象称之为疲惫 。交变应力（或循环应力）交变应力（或循环应力）随时间而（循环）变更的应力随时间而（循环）变更的应力应力循环次数应力循环次数NN结构或构件破坏时所经验的应力变更次数。结构或构件破坏时所经验的应力变更次数。齿轮根部火车轮轴 在循环载荷作用下，材在循

11、环载荷作用下，材在循环载荷作用下，材在循环载荷作用下，材料承受的循环应力料承受的循环应力料承受的循环应力料承受的循环应力和断裂和断裂和断裂和断裂时相应的循环次数时相应的循环次数时相应的循环次数时相应的循环次数N N N N之间的之间的之间的之间的关系曲线，称为疲惫曲线。关系曲线，称为疲惫曲线。关系曲线，称为疲惫曲线。关系曲线，称为疲惫曲线。2 2、疲惫曲线（应力、疲惫曲线（应力寿命曲线）寿命曲线）由于实际测试时不行能做到多数次应力循环，故规定各种金属材料应有确定的应由于实际测试时不行能做到多数次应力循环，故规定各种金属材料应有确定的应力循环基数。如钢材规定以力循环基数。如钢材规定以107 10

12、7 为基数，即钢材的应力循环次数达到为基数，即钢材的应力循环次数达到107 107 次仍不发生次仍不发生疲惫断裂，就认为不会再发生疲惫断裂了。疲惫断裂，就认为不会再发生疲惫断裂了。对材料疲惫强度要求特殊高的钢材或有色金属，要求对材料疲惫强度要求特殊高的钢材或有色金属，要求N=108N=108次。次。断裂区断裂区不断裂区不断裂区试验：把相同的试件从高到低加上确定载荷使其承受交变应力，直至其破坏为止，并登记每个试件在破坏前的应力循环次数N。3 3、疲惫强度、疲惫强度金属材料在多数次重复或交变载荷作用金属材料在多数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力，叫做疲惫强下而不致引起断裂的最大应力，

13、叫做疲惫强度度(又称疲惫极限、长久极限）。又称疲惫极限、长久极限）。材料的疲惫强度通常在疲惫试验机上测材料的疲惫强度通常在疲惫试验机上测定。定。当零件所受的应力按正弦曲线对称循环时，疲惫强当零件所受的应力按正弦曲线对称循环时，疲惫强度以符号度以符号-1表示。即当应力低于表示。即当应力低于-1值，既使循环周次值，既使循环周次无穷多也不发生断裂无穷多也不发生断裂。有限寿命疲惫极限有限寿命疲惫极限4 4、疲惫断裂缘由：、疲惫断裂缘由：零件的疲惫断裂过程可分为裂纹产生、裂纹扩展和瞬间断裂三个阶段零件的疲惫断裂过程可分为裂纹产生、裂纹扩展和瞬间断裂三个阶段.材料内部杂质、缺陷、表面划痕、应力集中等在交变

14、载荷的作用下产生微裂纹，并扩材料内部杂质、缺陷、表面划痕、应力集中等在交变载荷的作用下产生微裂纹，并扩展导致断裂。展导致断裂。5 5、提高疲惫强度的措施：、提高疲惫强度的措施：除改善材料的形态结构，削减应力集中外，还要实行进行表面强化措施。如提高除改善材料的形态结构，削减应力集中外，还要实行进行表面强化措施。如提高零件的表面质量（表面粗糙度）、喷丸处理等，同时应削减材料的内部缺陷，限制材零件的表面质量（表面粗糙度）、喷丸处理等，同时应削减材料的内部缺陷，限制材料的内部质量。料的内部质量。轴的疲劳断口轴的疲劳断口疲劳辉纹（扫描电镜照片）五、材料的高温性能五、材料的高温性能金属材料随温度的上升，弹

15、性模量E、强度（s、b）、硬度等值降低，而塑性增加 的现象称高温蠕变。在热环境中受载工作的零件须考虑材料的高温性能。小资料：。纽约世界贸易中心大楼曾是世界第一高楼，它高411米，为钢结构，单个塔楼的重量约5万吨；撞击大楼的波音757飞机起飞重量104吨，波音767飞机起飞重量156吨，它们的飞行速度大约是每小时1000公里。没没了了！没没了了！小资料：第一波飞机撞击世贸大楼的北部塔楼接近顶部的位置。大火燃烧了1小时43分钟后世贸大楼北部塔楼才倒塌。其次波飞机撞击世贸大楼的南部塔楼。撞击位置较低，上层压力很大，大火燃烧了1小时零2分钟后，后被撞击的南部塔楼反而领先倒塌。其次节其次节 金属材料的工

16、艺性能金属材料的工艺性能 工艺性能是材料物理、化学、力学性能的综合反映。按工艺方法的不同，可分为铸造性能、可锻性、焊接性和切削加工性等 1、铸造性能 金属在铸造成形过程中获得外形精确、内部健全铸件的实力称为铸造性能。铸造性能包括流淌性、吸气性、收缩性和偏析等。在金属材料中灰铸铁和青铜的铸造性能较好。2、锻造性能 金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为锻造性能。锻造性能的好坏主要同金属的塑性和变形抗力有关。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。3 3、焊接性能、焊接性能 焊焊接接性性能能是是指指材材料料在在限限定定的的施施工工条条件件下下焊焊接接成成按按规规定定设设计计要要求求的的构构

17、件件，并并满足预定服役要求的实力。满足预定服役要求的实力。4 4、切削加工性能、切削加工性能 切削加工性能是指金属在切削加工时的难易程度。切削加工性能是指金属在切削加工时的难易程度。总结 强度、硬度、塑性、冲击韧度的概念强度、硬度、塑性、冲击韧度的概念工程上衡量强度、塑性、冲击韧度的常用指标工程上衡量强度、塑性、冲击韧度的常用指标复习题复习题5 5其次章其次章 铁碳合金铁碳合金o什么是铁碳合金？什么是铁碳合金？以铁、碳为主要成分的合金。其中铁的含量大于以铁、碳为主要成分的合金。其中铁的含量大于 95%。o学习内容学习内容 1.纯铁的晶体结构及其同素异晶转变纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 2.铁

18、碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织 3.铁碳合金状态图铁碳合金状态图 4.工业用钢工业用钢第一节第一节 纯铁的晶体结构及其同素异晶转变纯铁的晶体结构及其同素异晶转变【重点内容】【重点内容】1.金属的结晶、结晶过程、晶核的形成，长大规金属的结晶、结晶过程、晶核的形成，长大规律及其影响因素。律及其影响因素。2.过冷现象、过冷度、冷却速度与过冷度的关系过冷现象、过冷度、冷却速度与过冷度的关系及细化晶粒的方法。及细化晶粒的方法。3.纯铁的晶体结构。纯铁的晶体结构。4.纯铁同素异晶（构）转变。纯铁同素异晶（构）转变。一、金属的结晶一、金属的结晶p什么是金属的结晶？什么是金属的结晶？液态金属冷却凝固转变为

19、固态液态金属冷却凝固转变为固态晶体晶体的过程，称结晶。的过程，称结晶。结晶结晶：液体液体-晶体晶体凝固：凝固：液体液体-固体（晶体固体（晶体 或或 非晶体）非晶体）非晶体非晶体：蜂蜡、玻璃等蜂蜡、玻璃等液体液体凝固凝固=结晶结晶凝固凝固晶体：晶体：金属、金属、NaClNaCl、冰、冰 等等原原子子（离离子子、分分子子）在在三三维维空空间间呈呈周周期期性规则排列性规则排列无规则堆积无规则堆积原子间距大、排列混乱冷却曲线与过冷度冷却曲线与过冷度o结晶的过程可用结晶的过程可用“温度温度时间的曲时间的曲线线”（冷却曲线）来表示。（冷却曲线）来表示。o过冷现象：实际结晶温度总是低于过冷现象：实际结晶温度总是低于其理论结晶温度的现象。其理论结晶温度的现象。o过冷度：理论结晶温度过冷度：理论结晶温度(To)与其与其实际结晶温度实际结晶温度Tn之差之差 T=To-Tno注：过冷是结晶的必要条件，结晶注：过冷是结晶的必要条件，结晶过程总是在确定的过冷度下进行。过程总是在确定的过冷度下进行。过冷度的大小与冷却速度的关系过冷度的大小与冷却速度的关系纯金属的冷却曲线纯金属的冷却曲线结晶过程结晶过程=形核形核+长大长大 液态金属液态金属晶核长大晶核长大形核形核完全结晶完全结晶晶粒晶粒