金属材料及机械制造工艺项目一改变材料性能的方法

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1、项目一改变材料性能的方法任务1金属材料的性能任务2金属材料的结构任务3钢的热处理任务4金属的塑性变形与强化【知识目标】1.熟悉并掌握金属材料的常用力学性能，了解材料的物理、化学及工艺性能；2.理解铁碳相图及铁碳合金成分、组织、性能之间的关系；3.掌握一般金属材料的热处理方法；4.了解金属材料的塑性变形及强化方法。【能力目标】1.具备金属材料常用力学性能的检测能力；2.具备通过热处理及其他强化方法改善金属材料力学性能及工艺性能的能力。任务1金属材料的性能在机械制造、交通运输、国防工业、石油化工和日常生活各个领域需要

2、使用大量的工程材料。生产实践中，往往由于选材不当造成机械达不到使用要求或过早失效，因此了解和熟悉材料的性能成为合理选材、充分发挥工程材料内在性能潜力的重要依据。金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能是指材料在使用过程中表现出来的性能，它包括力学性能和物理、化学性能等；工艺性能是指材料对各种加工工艺适应的能力，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。1.1力学性能在机械制造领域选用材料时，大多以力学性能为主要依据。力学性能范围较广，按试验温度区分，可分为高温力学性能、常温力学性能

3、和低温力学性能，这里主要介绍常温力学性能。　　材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。根据载荷作用性质不同，可分为静载荷、冲击载荷和疲劳载荷三种。(1)静载荷：大小不变或变动很慢的载荷，例如床头箱对机床床身的压力。(2)冲击载荷：突然增加或消失的载荷，例如空气锤锤头下落时锤杆所承受的载荷。(3)疲劳载荷：周期性的动载荷，例如机床主轴在机床加工过程中承受的交变载荷。　　力学性能是指材料在各种载荷作用下表现出来的抵抗能力。常用的力学性能指标有刚度及强度、塑性、硬度、冲击韧度、疲劳强度等。1.1.1刚度及强度金属

4、材料在载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度，强度愈高的材料，所承受的载荷愈大。按照载荷作用方式不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。工程上常以屈服强度和抗拉强度作为强度指标。　　强度指标一般可以通过金属拉伸试验来测定。按照标准规定，把标准试样装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷的同时连续测量力和相应的伸长量，直至把试样拉断为止，依据测出的拉伸曲线，即可求出相关的力学性能。图1-1所示为标准拉伸试样。标准拉伸试样通常分为长试样和短试样两种。图1-1标准拉伸试样在GB/T228.1—

5、2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》中，对拉伸试样进行了规定，试样的形状可以多样，试样标距也分为比例标距和非比例标距两种，因而有比例试样和非比例试样之分。(1)比例试样。凡试样标距与试样原始横截面积有以下关系的，称为比例标距，试样称为比例试样。式中：L0为原始标距；k为比例系数；S0为原始横截面积。(1-1)(2)非比例试样。非比例试样的标距与试样原始横截面积不满足式(1-1)的关系。　　如果采用比例试样，一般应采用短试样，即比例系数k值为5.65，此时L0= 10D0；如采用此比例系数时不

6、满足最小标距15mm，则一般采用长试样，即比例系数k值为11.3，此时L0=10D0。根据材料的性质不同，拉伸曲线形状也不尽相同。图1-2为退火低碳钢的拉力—延伸曲线。图中纵坐标表示拉伸力F，单位为N；横坐标表示试样标距的绝对伸长ΔL，单位为mm。如果我们将延伸率e，(又称应变)定义为试样原始标距的增量ΔL与原始试样的标距L0之比，将应力R定义为拉伸力F与试样原始横截面积S0之比，将会得到如图1-3所示的退火低碳钢的应力—延伸率曲线，又称应力—应变曲线。下面以退火低碳钢的拉力—拉伸曲线为例说明拉伸过程中的几个变形

7、阶段。(1)OE—弹性变形阶段：试样的伸长量与载荷成正比增加，此时若卸载，试样能完全恢复原状。(2)ESC—屈服阶段：当载荷超过一定数值后，试样除产生弹性变形外，开始出现塑性变形，此时若卸载，试样的伸长部分只能部分回弹恢复。当载荷增加到FeH时以后，图形上出现水平或锯齿形线段，表示载荷不增加，试样继续伸长，材料丧失了抵抗变形的能力，这种现象叫屈服。我们把试样发生屈服而载荷首次下降前的最高载荷定义为上屈服载荷FeH，把在屈服期间不计初始瞬时效应的最低载荷定义为下屈服载荷FeL。图1-2退火低碳钢的拉力—延伸曲线图1

8、-3退火低碳钢的应力—延伸率曲线(3)CB—均匀塑性变形阶段：屈服阶段后，试样随载荷增加而继续伸长，此时开始产生明显的塑性变形，试样伸长量随载荷增加而增大。Fm为试样拉伸试验的最大载荷。(4)BK—缩颈阶段：载荷达到最大值Fm后，试样伸长量迅速增大而横截面局部开始急剧缩小，出现“缩颈”现象，由于截面积减小，试样变形所需载荷也随之降低，在K点时试样发生断裂。　　工程上使用