工程材料及成形技术


    讲:江星莹联系方式:
    Cell:18960871818
    QQ:40341178
    Email:fzujxy@fzueducn课



    ➢工程材料学
    ➢成形技术
    工程材料成形技术引:
    热处理 热处理
    机械制造般生产程:
    工程材料 成形(半成品)
    精加工 机械零件
    装配材 料
    ➢制造物品需原料
    ➢某种加工(开采运输)具定组分结
    构性适定途物质
    ➢材料利发展构成类文明史里程碑
    ➢材料信息源现代科技三支柱二工程材料分类
    ➢工程技术中应材料工程机械装备重构成
    分类:金属(钢铁非铁)
    非金属(塑料陶瓷……)
    复合材料
    尼龙齿轮
    镁合金汽车轮毂三成形技术
    ➢通定工艺手段材料具备某种形状便加工
    成装备部件方法
    ➢液态成形塑性成形连接成形……四课程学求
    根机器零件形状尺寸条件技术求
    合理选择材料确定科学成形方法拟定济制造
    工艺
    例:齿轮……教材参考资料
    工程材料成形技术(教材) 林建榕 2009
    工程材料成形技术基础 申荣华丁 旭 2008
    机械工程材料成形技术 赵程杨建民 2009
    工程材料成形工艺 王爱珍 20109金属材料应
    ➢金属材料性
    ➢金属材料组织结构
    ➢钢铁材料改性处理
    ➢钢铁材料应


    篇第章 金属材料性
    (1)性:
    ➢力学性
    ➢物理性
    ➢化学性
    (2)工艺性:
    ➢ 切削加工性
    ➢ 液态成形性
    ➢ 塑性成形性
    ➢ 焊接成形性
    ➢ 热处理性
    材料性:性工艺性第节 金属材料力学性
    ➢力学性:金属外力作表现出性
    加载方式
    加载速度
    加热环境
    强度
    硬度
    塑性
    韧性
    疲劳强度强度
    概念:外力作抵抗永久变形断裂力
    抗拉强度——拉应力
    抗压强度——压应力
    抗弯强度——弯曲应力
    抗扭强度——扭转应力
    抗剪强度——剪切应力
    类型?
    疲劳强度——循环交变应力
    高温强度——高温环境
    低温强度——低温环境15
    1材料拉伸时力学性——静力拉伸试验
    ()试验条件试验仪器
    1试验条件:常温(20℃)静载(极缓慢加载)
    2试验象:标准试件——圆棒型板件标准试样
    d
    l16
    标准试件:圆截面试件 长试样
    短试样
    dL 100
    dL 50
    标准试件:板试件
    长试样
    短试样
    00 311 SL
    00 655 SL 17
    试验设备:万试验机
    详见国家标准
    金属材料 室温拉
    伸试验方法(GBT
    228)该标准详细规
    定实验方法项
    求材料
    试验机
    An universal testing machine19
    测量变形传感器
    硬塑料物性关系曲线20
    EEA
    P
    L
    L  
    (二)低碳钢试件拉伸图(P—L图)
    EA
    PLL O1 O2
    f1(f)
     (MPa)
    200
    400

    01 02O
    a
    Etga
    c(s
    )(e) a
    b(s
    )
    B(b)
    k
    冷作硬化
    线弹性阶段
    屈服阶段
    强化阶段
    低碳钢拉伸应力应变曲线
    颈缩阶段
    d
    (三)
    低碳钢
    试件
    应力
    应变曲
    线(
     图)22
    (1) 低碳钢拉伸弹性阶段
    (oa段)
    1op 例段
    p 例极限
    E
    
    atgE
    2pe 曲线段
    e 弹性极限
    )( nf 
    a
    b23
    (2) 低碳钢拉伸屈服(流动)阶段 (bd 段)
    滑移线24
    2卸载定律:
    1b强度极限
    3冷作硬化:
    (3)低碳钢拉伸强化阶段 (dB 段) 25
    卸载规律:试样加载超屈服强度卸载卸
    载线行OP次加载加载线卸载线升
    加载应力应变关系符合虎克定律
    冷作硬化:材料预拉强化阶段然卸载
    次加载时例极限提高
    塑性降低现象称冷作硬化
    冷拉处理钢筋26
    1延伸率 001 100− L
    LL
    2截面收缩率:
    001 100− A
    AA
    3脆性塑性相性
    界 005
    (4)低碳钢拉伸颈缩(断裂)
    阶段 (B f 段) 屈服极限:
    0A
    Ps
    s 
    0A
    Pb
    b 抗拉强度:σeE
    1)弹性阶段
    2)屈服阶段
    3)强化阶段
    2强度指标
    屈服点σs抗拉强度σb反
    映材料强度两性指标
    拉伸试验中需测定
    重数σ02——应试样产生
    02塑性应变时应力值
    材料屈服强度
    1)塑性低材料(铸
    铁)没明显屈服点
    3材料屈服极限29
    2)明显屈服现象塑性材料
    类材料
    低碳钢
    处断裂破
    坏前历
    量塑性变形
    处没
    明显屈服
    阶段
    图 规定非例延伸强度30
    3)脆性材料拉伸时力学性
    1)灰口铸铁拉伸时应力
    应变关系强
    度指标抗拉强度较低
    2)断裂破坏前没
    塑性变形
    3)关系似服虎克定律
    割线斜率作弹性模
    量3动载疲劳强度
    ➢金属材料抵抗循环交变外力破坏力
    ➢疲劳极限(疲劳强度):材料N次应力循环发
    生疲劳断裂高应力值(σ1)
    σ1 ——称弯曲疲劳强度4高温材料力学性
    ➢高温短时工作——高温瞬时强度
    ➢高温长期应力工作——高温蠕变
    ➢蠕变——指高温长时间应力作
    加应力该温度屈服强度会逐渐
    产生明显塑性变形现象
    ➢高温长期外力作——高温持久强度材料高温力学性指标:
    蠕变极限:高温载荷长期作时
    材料塑性变形抗力
    t t:温度:稳态蠕变速率 5
    500
    1 10 500MPa − :
    规定温度t(500℃)试样规定时间(
    10000h)产生稳态蠕变速率ε超规定值应力持久强度:高温载荷长期作时
    材料断裂抵抗力
    tt
     温度持续时间
    规定实验温度达规定持续时间发生断裂
    应力值
    MPa500500
    105 二塑性
    概念:金属材料外力作产生塑性变形
    破坏力
    标定:延伸率断面收缩率>5——塑性材料 低合金钢碳素钢青铜等
     <5——脆性材料 铸铁混凝土石料等
    n——长试样短试样标志延伸率试样尺寸关
    δ5>δ10( δ)
    L
    LLδn 100
    0
    01 −延伸率:
    100
    0
    10 − A
    AA断面收缩率:38
    新标准
    GBT228—
    2002 金属
    材料 室温
    拉伸试验方

    性名称 旧标准 新标准
    断面收缩率 ψ Z
    断伸长率 δ5
    δ10
    A
    A113
    屈服强度 σsU ReH
    屈服强度 σsL ReL
    屈服强度 σs ——
    抗拉强度 σb Rm
    ◼ 室温拉伸试验新旧标准符号三硬度
    概念:材料抵抗局部塑性变形力
    标定:布氏硬度洛氏硬度维氏硬度压头材料 淬火钢球 硬质合金球
    符 号 HBS HBW
    适范围 <450 450~650
    1布氏硬度(HB)——根压痕直径
    布氏硬度计
    查表
    )dDD(D
    F2040HB 22 −−

    标 注
    ◆150HBS10100030:
    10mm淬火钢球1000kgf载荷作保持30s测
    布氏硬度 150
    ◆200HBS:
    10mm淬火钢球3000kgf载荷作保持10s测
    布氏硬度 200优点:
    ◆ 代表性全面组织均匀锻钢铸铁
    硬度测试特适宜测定灰铸铁轴承合金
    等具粗晶粒粗组成相金属材料
    ◆ 试验数稳定重复性强
    缺点:
    ◆ 材料需更换压头直径改变试验力
    ◆ 压痕直径测量较麻烦动检测受限

    ◆ 外压痕直径较时宜成品进行试验
    宜薄件试验 2洛氏硬度(HR)
    ——根压痕深浅
    HR 测量原理图
    洛氏
    硬度计加初载荷 加载荷 卸载荷 读硬度值
    原理:
    0020
    )(HR 01 hhk − k02(金刚石)
    026(淬火钢球)
    00压头试样接触位置
    11压头受初载P0压入试样深度h0位置
    22加载P1压头压入试样位置
    33载荷压头试样弹性变形恢
    复略提高位置时实际压入试样深度
    h1
    压头受载荷压入试样深度h1h0
    h1h0数值越表示试样越软反越硬符号 压 头 总载荷
    (kgf)
    表盘刻
    度颜色

    范围

    举 例
    HRA 120°金刚石
    圆锥体
    60 黑 线 60~85 碳化物硬质合金
    表面硬化工件
    HRB Φ1588淬火
    钢球
    100 红 线 25~10
    0
    软退火正火钢
    色金属
    HRC 120°金刚石
    圆锥体
    150 黑 线 20~67 淬火钢调质钢
    钢球压头
    金刚石压头优点:
    1)硬质软质两种压头适
    种硬质材料检验存压头变
    形问题
    2)压痕伤工件表面
    3)操作迅速立出数生产效率
    高适量生产中成品检验
    缺点:压痕较代表性差材料
    中偏析组织均匀等缺陷
    测硬度值重复性差分散度
    标尺测硬度值彼没联系
    直接较3维氏硬度(HV)
    ——根压痕表面积
    12
    2
    ddd +
    压头:两相间夹角
    136°金刚石四棱锥体640HV3020:30kgf载荷保持20s(10~15s
    标注)测维氏硬度值640
    压痕尺寸较提高测量精度需配
    显微放装置显微维氏硬度(显微硬度)
    22 854412
    136sin2
    d
    P
    d
    P
    HV 优点:具外两种试验优点摒弃缺
    点(存布氏硬度试验时求试验力F压头直径
    D间规定条件约束存洛氏硬度试验时
    标尺硬度值法统弊端)试验力
    意选取压痕测量精度较高硬度值较精确
    压痕深度浅适测定表面处理零件表面层硬
    度薄件硬度
    缺点:硬度值需通测量压痕角线长度
    进行计算查表工作效率洛氏硬度法低常硬度较
    单位 压头 载荷
    kgf 硬度范围
    HBS 钢球 ≤3000 ≤ 450
    HBW 硬质合金球 ≤3000 450~650
    HRA 金刚石圆锥 60 20~88
    HRB 钢球 100 20~100
    HRC 金刚石圆锥 150 20~70
    HRD 金刚石圆锥 100 40~77

    布氏硬度
    洛氏硬度
    HV 金刚石棱锥 5~120 <1300维氏硬度

    色合金退正火调质钢
    淬火调质钢
    碳化物硬质合金
    色合金退正火钢
    淬火调质钢
    薄钢板表面硬化工件
    种硬度工件常硬度换算
    硬度换算公式
    HBHV:
    HB≤400时
    HB≈HV
    HB>400时
    HBHRHBHV 钢材硬度换算
    σb≈34HB (HB125~175)
    σb≈36HB (HB>175)
    HRC≈2HRA104 (HRC20~60)
    HB≈10HRC (HRC20~60)
    HB≈2HRB
    钢材强度硬度换算四击韧度
    概念:金属材料抵
    抗击载荷力
    摆锤式击试验机


    样夏击试验机示意图ak值低——脆性材料断裂时明显变形金属
    光泽呈结晶状
    ak值高——韧性材料 明显塑变断口呈灰色纤
    维状光泽
    )(标准试样断口截面积
    击破坏消耗功 2 cmJF
    Aa K
    K
    Ak=G(Hh)
    Titanic 代船钢板温度

    击韧

    影响
    ❖ ★材料击韧性温度降降
    ❖ ★韧脆转变温度:某温度范围击韧性值急剧降现象
    称韧脆转变发生韧脆转变温度范围称韧脆转变温度
    ❖ ★材料温度应高韧脆转变温度常见金属力学性
    元素符号 Al Cu Mg Ni Fe Ti Pb Sn
    抗拉强度σb MPa 80~
    110
    200

    240
    200 400

    500
    250

    330
    250

    300
    18 20
    伸长率δ 32~
    40
    45~
    50
    115 35~
    40
    25~
    55
    50~
    70
    45 40
    断面收缩率ψ 70~
    90
    65~
    75
    125 60~
    70
    70~
    85
    76~
    88
    90 90
    布氏硬度HB 20 40 36 80 65 100 4 5五物理性
    元素符号 Al Cu Mg Ni Fe Ti Pb Sn
    密度kgm3×103 270 894 174 89 786 451 1134 73
    熔点℃ 660 1083 650 1455 1539 1660 327 232
    相导电率 60 95 34 23 16 3 7 14
    导热系数
    W(m·℃)
    209 385 146 059 084 017 ——六化学性
    ➢金属常温高温抵抗种介质化学作力
    抗氧化性(热稳定性):材料加热时抵抗氧化作
    力(CrSi等提高钢抗氧化性)
    耐腐蚀性:常温材料抵抗氧水蒸气化学
    介质腐蚀力(C钢铸铁耐蚀性较差Ti合
    金锈钢AlCu合金耐蚀性较)七工艺性
    ➢金属材料适应加工工艺求力
    ➢铸性——流动性收缩性偏析
    ➢锻性——塑性变形抗力
    ➢焊性——碳量
    ➢切削性——表面粗糙度刀具寿命
    ➢热处理性——淬透性重点难点分析:
    ➢低碳钢单静载拉伸应力应变曲线
    ➢金属力学性指标
    ➢衡量强度塑性硬度指标
    ➢强度刚度区材料刚度零件刚度

    ➢名词解释:疲劳强度蠕变复合材料……金属材料力学性
    影响素?思考
    Eg 1室温铁铜镁谁硬度高?
    2钢铁谁硬度高?
    ……

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