《金属工艺学》第一章 钢铁材料及热处理.ppt

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1、第一章钢铁材料及热处理知识点：1.钢铁自身固有的力学性能一般是不能满足零件的受力性要求。2.钢铁零件必须经过热处理才能用。§1-1金属及合金的性能主要有：力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能。从机械零件和工程结构件设计角度，重点放在金属材料的力学性能。一、力学性能力学性能又称机械性能，是材料在力的作用下所表现出的特征。力学性能的指标主要有：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度和刚度。1.强度是金属受外力作用下，抵抗永久变形和断裂的能力。（1）强度的定义式（2）工程设计中常用的强度指标最大抗拉强度屈服点（3）

2、金属材料的抗拉强度与屈服点的测试方法：是用金属试样做拉伸试验测出来的。1）低碳钢试样的拉伸试验曲线是将低碳钢棒料加工成标准试样，装在拉伸机上，在试样两端缓慢施加轴向载荷，使其发生拉伸变形直至断裂。要点知识：oe直线—弹性变形特征。e点处的应力：为不产生永久变形的最大应力，称为材料的弹性极限。oe直线的斜率值：称为材料的弹性模量，用E表示，表征材料抵抗弹性变形的能力，技术上表示金属的刚度。es曲线—屈服特征。即载荷超过Fe再卸载时，试样的伸长只能部分地恢复，产生了部分塑性变形。S处水平段——称作“屈服点”。即当载

3、荷增加到Fs时，拉力无需再增大，试样仍可继续伸长。金属材料屈服点的工程意义：1）锅炉、压力容器、汽车发动机缸体上的紧固螺栓、键、销零件，在受载时是不允许屈服的，其工作应力必须小于材料的屈服点。sb曲线—强化阶段。材料屈服后随变形程度的增大，金属内部要产生变形抗力，须不断增大载荷，试样才能继续伸长。bz曲线—缩颈阶段。即当载荷超过Fb值，试样出现局部“缩颈”直至断裂。“缩颈”：零件局部横截面积变小，是零件发生断裂的前奏。要点：1）Fb——是零件产生“缩颈”所能承受的最大拉力。2）规定：b点处的拉应力值为低碳钢材料

4、的抗拉强度，用3）抗拉强度的工程意义金属零件所承受的最大工作应力值不允许超过，否则会断裂。2.塑性是指金属在外力作用下产生永久变形而不断裂的能力。（1）塑性指标是用拉伸试验测得的试样伸长率和端面收缩率来衡量。要点知识：2）应用知识如车身架材料，要用塑性好的低合金钢制造，如受力过大（超载）时，先产生塑性变形而不致突然断裂。3）塑性好的金属材料是进行锻造、冲压、焊接的必要条件。3.硬度是指材料抵抗局部变形，特别是局部塑性变形、压痕、划痕的能力。知识点：硬度是机械零件、工具等必须具有的机械性能指标。如制造业用的刀具、

5、量具、锻锤及模具等，都要具有足够的硬度，以耐磨和防止受冲击力时产生裂纹。硬度可间接反映金属的强度、塑性、韧性及化学成分，是一项综合性的机械性能指标。（1）金属材料的硬度指标最常用的有：布氏硬度洛氏硬度1）布氏硬度（HB）用淬火钢球或硬质合金球作压头，用来测定“较软”金属材料硬度的方法。布氏硬度值的表示方法：如230HBS、500HBW。S——淬火钢球压头。W——硬质合金钢球压头。布氏硬度法的应用：用于测定如铸铁件、有色金属及合金、退火钢、正火钢、调质钢等。2）洛氏硬度是用金刚石圆锥体作压头，用来测定硬金属材料硬

6、度的方法。洛氏硬度法的应用：用于如淬火钢、渗碳钢、模具工具钢等硬度的测定。洛氏硬度的表示方法：如20~67HRC。（2）硬度值与机械设计零件工作面要规定足够的硬度，以耐磨损，防止疲劳断裂。硬度和强度间有一定换算关系，如《机械设计基础》教材中的图表所示。4.冲击韧性冲击韧性又称韧性，是指材料受快速或突然载荷的作用，断裂前所能吸收最大冲击功的能力。冲击载荷：载荷以快速或突然的方式作用在零件上。（1）材料冲击韧性的指标用摆锤式冲击试验测出的试样所受最大冲击吸收功AK与S0的比值来衡量，见教材图1-4。基本知识点：强

7、度、塑性、硬度指标，都是在缓慢加载或静载荷条件下测定的。机器中的零件大多要受冲击载荷作用，如连杆、键连接、齿轮传动、钻机、碎石机械，铁轨受力，冲模、锻模等。制造承受冲击载荷的零件，除应保证足够的静力学性能如强度、硬度，还必须要有足够的韧性，即耐冲击的能力。（2）冲击韧性与机械零件设计材料的值，只是表明其抗一次大冲击而不断裂的能力。金属零件受大能量冲击作用，其抗冲击能力决定于akv值。受小能量多次冲击的作用，零件抗冲击能力是取决于强度和塑性。受较高冲击力作用，要提高零件的塑性值；受小冲击力作用，要提高零件的强度。

8、如连杆、曲轴，碎石机鄂板等，都是受多次小能量冲击力作用，这些零件可用球墨铸铁件或孕育铸铁件制造。注意，铸铁类的ak值几乎为零，但经热处理后具有较高的强度、硬度。受大能量冲击作用的零件，选择材料时，要考虑材料的冲击韧性指标ak值大小。如飞机起落架、矿山载重汽车的大梁、蒸汽锤的锤杆等，工作时受大能量冲击力作用，其零件要用高ak值的金属材料制造。5.疲劳强度（1）疲劳破坏很多机械零件如轴、齿