金属熔焊基础 第2版 教学课件 作者 赵枫 英若采第一章.ppt

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1、第一章　金属学基础金属学是学习金属材料课程的基础，它是研究金属和合金的成分、组织(结构)与性能之间关系的一门科学。对于焊接工艺人员，只有掌握必要的金属学基础知识，熟悉金属的性能、构成和结晶特点，才能对金属材料在熔焊过程中所发生的变化(包括焊接接头成分、组织性能的变化)规律有所理解，做到正确合理地选用材料，制定结合实际的生产工艺。第一节　金属材料的性能金属材料的性能一般分为两类：一类是使用性能，它反映金属材料在使用过程中所表现出来的特性，主要包括力学性能、物理性能和化学性能，它决定了金属材料的应用范围、安全可靠性和使用寿命；另一类是工艺性能，它反映了金属材料在加工制造过程中的各

2、种特性，如铸造性、锻造性、焊接性和切削加工性等，它决定了金属材料在制造、加工机械零件时的难易程度。本节主要介绍金属材料的使用性能。一、金属的力学性能通常机器零件或工程结构在工作中都要受到外力的作用，金属在外力的作用下所表现的性能叫做力学性能。按外力(载荷)作用性质的不同，可分为静载荷、冲击载荷和交变载荷。在不同性质的载荷作用下，金属所表现的特性与抵抗破坏的能力不同，因而需要用不同的力学性能指标。常用的力学性能指标有硬度、强度、塑性和韧性等。在产品设计和选材时，材料的力学性能是确定产品主要尺寸的依据。1.硬度硬度是表示固体材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，

3、是衡量金属软硬的力学性能指标。此外，硬度又是反映材料的成分、组织与力学性能的综合指标。一般来说，金属的硬度越高，则强度越高，而塑性和韧性越低。因此，硬度虽然不是零件设计计算的依据，但是对工作条件不同的零件，为保证其使用寿命，也会提出不同的硬度要求。由于硬度试验设备简单，操作方便、快捷，并可直接在零件或工具上进行测试而不破坏试样，故应用最广泛。测定硬度的方法很多，在生产中应用最多的是压入硬度测试法中的布氏硬度法、洛氏硬度法和维氏硬度法。(1)布氏硬度　布氏硬度试验是将一定直径的硬质合金球以相应的试验力压入试样的表面，保持规定时间使其达到稳定状态后，卸除试验力(图1-1)，测量试

4、样表面压痕直径，将试验力与球面压痕单位表面积的比值称为布氏硬度值，用符号HBW表示。由上式可知，当F、D一定时，布氏硬度值仅与压痕直径d有关。d越小，布氏硬度值越高，即材料的硬度越高。在实际测定时，并不需要每次都按式(1-1)进行计算，而是用专用的读数放大镜测出压痕直径(图1-2)后，直接从硬度换算表中查出硬度值。布氏硬度试验范围上限为650HBW。按国标GB/T231.1—2002的规定，布氏硬度值的标记应包括硬度符号、球直径、试验力数字和试验力保持时间，如：(2)洛氏硬度　洛氏硬度是用压头(金刚石圆锥、钢球或硬质合金球)压入试样表面，根据压痕深度来确定金属硬度的。金刚石圆

5、锥压头用于测定较硬的材料，如淬火后的钢件；钢球或硬质合金球压头则用于测定较软的钢件。试验时，为了使压头与试样表面接触良好，硬度试验原理示意图如图1-3所示。洛氏硬度用符号HR表示。为了扩大硬度计的测量范围，采用不同压头和试验力，可组成多种不同的硬度标度，并在符号HR后缀字母加以标明。最常用的是HRC、HRB和HRA三种，见表1-1。洛氏硬度与布氏硬度之间没有理论上的对应关系，不能通过计算进行对比。但对同类材料，在相同状态下和一定硬度值范围内，在试验的基础上可得到一些经验换算关系。如当材料硬度＞220HBW时，有1HRC≈10HBW的近似关系，可在实践中进行对比。洛氏硬度试验操

6、作迅速简单，压痕小，不损伤试样表面，测量范围大，故应用范围较广。但也因压痕小，对于组织粗大且不均匀的材料，测试结果误差较大，数值重复性差。通常要求从试样不同位置测试三点，然后取平均值。(3)维氏硬度　维氏硬度试验原理与布氏硬度基本相同，也是根据压痕单位面积上所承受的压力大小来计量硬度值。区别是维氏硬度实验是用两面夹角为136°的金刚石四棱锥体作压头。维氏硬度实验原理如图1-4所示。试验时，在一定试验力F的作用下将压头压入试样表面，在试样表面压出一个四方锥形的压痕，测量压痕对角线长度d1和d2，以其平均值计算出压痕表面积S，用F/S表示维氏硬度值，符号为HV。维氏硬度的测量范围

7、为1～1000HV，标注方法与布氏硬度相同。与布氏、洛氏硬度试验相比，维氏硬度试验的优点是：压头压痕小，可检测试件微小区域的硬度值；不存在受布氏硬度中试验力与压头直径比例关系的约束；也不存在压头变形问题；而且压痕清晰，保证了测量的精确度，硬度值误差较小。所以此法更适合测定极薄试样、焊接接头焊缝及焊接影响区的硬度。但是由于维氏硬度值需要测量对角线长度，并进行计算或查表，其效率比洛氏硬度试验低，不宜用于成品生产的常规测量。2.强度和塑性(1)强度　强度是金属材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。由于作用力的