金屬材料與熱處理基礎(chǔ)
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金屬材料與熱處理基礎(chǔ),第一節(jié)金屬的力學(xué)性能,材料的力學(xué)性能是指材料在外力作用下所表現(xiàn)出來(lái)的特性。力學(xué)性能包括強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度及疲勞強(qiáng)度等。一、強(qiáng)度強(qiáng)度是指金屬材料在載荷作用下抵抗變形和破壞的能力。強(qiáng)度指標(biāo)一般可以通過(guò)金屬拉伸試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。把標(biāo)準(zhǔn)試樣裝夾在試驗(yàn)機(jī)上,然后對(duì)試樣緩慢施加拉力,使之不斷變形直到拉斷為止。在此過(guò)程中,試驗(yàn)機(jī)能自動(dòng)繪制出載荷F和試樣變形量AL的關(guān)系曲線。此曲線叫做拉伸曲線。1拉伸曲線圖2-1為低碳鋼的拉伸曲線,圖中縱坐標(biāo)表示載荷單位為N;橫坐標(biāo)表示絕對(duì)伸長(zhǎng)量L,單位為mm。,從圖2-1中可以看出下面幾個(gè)變形階段:(1)Oe彈性變形階段 (2)es屈服階段 (3)sb強(qiáng)化階段 (4)bk縮頸階段,2強(qiáng)度指標(biāo)材料受到外力作用會(huì)發(fā)生變形,同時(shí)在材料內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)抵抗變形的力稱為內(nèi)力。單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力,單位為Pa(帕),即N/m2工程上常用MPa(兆帕),1MPa=106pa,或1Pa=1N/m2,或1MPa=1N/mm2。(1)屈服點(diǎn)s材料產(chǎn)生屈服時(shí)的最小應(yīng)力。單位為MPa。s= Fs/AO (2-1)式中,F(xiàn)s是屈服時(shí)的最小載荷(N);A0是試樣原始截面積。對(duì)于無(wú)明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料(如高碳鋼、鑄鐵),測(cè)量屈服點(diǎn)很困難,工程上經(jīng)常采用殘余伸長(zhǎng)為0.2原長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力0.2作為屈服強(qiáng)度指標(biāo),稱為規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力。0.2= F0.2/AO (2-2)(2)抗拉強(qiáng)度b材料在拉斷前所承受的最大應(yīng)力,單位為MPa??估瓘?qiáng)度表示材料抵抗均勻塑性變形的最大能力,也是設(shè)計(jì)機(jī)械零件和選材的主要依據(jù)。b= Fb/AO (2-3)式中,F(xiàn)b是試樣斷裂前所承受的最大載荷(N)。,二、塑性金屬材料在載荷的作用下,產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力稱為塑性。通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè)得 的常用塑性指標(biāo)有:斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。1斷后伸長(zhǎng)率試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量和原始標(biāo)距之比 =(L1L0)/L0100 (2-4) 式中,L1試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度。L0試樣拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度。2斷面收縮率試樣拉斷處=100橫截面積的縮減量與原始橫截面積之比= =(A0A1)/AO 100(2-5)式中,Ao是試樣的原始橫截面積;A是試樣斷口處的橫截面積。,三、硬度硬度是指材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或劃痕的能力。常用來(lái)測(cè)定硬度的方法有布氏硬度試驗(yàn)法和洛氏硬度試驗(yàn)法。1布氏硬度試驗(yàn)法如圖2-2所示采用直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球,在規(guī)定載荷F的作用下,壓入被測(cè)金屬表面,保持一定時(shí)間后卸除載荷,測(cè)定壓痕直徑,求出壓痕球形的表面積,壓痕單位表面積上所承受的平均壓力(F/A)即為布氏硬度值,壓頭為淬火鋼球時(shí)用HBS表示,壓頭為硬質(zhì)合金球用時(shí)HBW表示。例如120HBS,450HBW。,2洛氏硬度試驗(yàn)法采用頂角為120的金剛石圓錐體或直徑為1.588mm的淬火鋼球作為壓頭如圖2-3所示。試驗(yàn)時(shí)先施加初載荷,使壓頭與試樣表面接觸良好,保證測(cè)量準(zhǔn)確,再施加主載荷,保持到規(guī)定的時(shí)間后再卸除主載荷,依據(jù)壓痕的深度來(lái)確定材料的硬度值。,四、沖擊韌度 對(duì)于承受沖擊載荷的材料,如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞,不僅要求具有高的強(qiáng)度和一定的塑性,還必須具備足夠的沖擊韌度。金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌度。沖擊韌度的測(cè)定方法,如圖2-4所示。是將被測(cè)材料制成標(biāo)準(zhǔn)缺口試樣,在沖擊試驗(yàn)機(jī)上由置于一定高度的重錘自由落下而一次沖斷。沖斷試樣所消耗的能量稱為沖擊功,其數(shù)值為重錘沖斷試樣的勢(shì)能差。沖擊韌度值aKV就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功,這個(gè)值越大,則韌性越好,受沖擊時(shí),越不容易斷裂。,五、疲勞強(qiáng)度在汽車上的許多零件中,比如各種軸、齒輪、彈簧、連桿等,要受到大小和方向呈周期性變化的載荷作用。這種交變載荷雖然小于材料的強(qiáng)度極限,甚至小于其彈性極限,但經(jīng)多次循環(huán)后,在沒(méi)有明顯的外觀變形時(shí)也會(huì)發(fā)生斷裂,這種破壞稱作疲勞破壞或疲勞斷裂。這種破壞都是突然發(fā)生的,具有很大的危險(xiǎn)性。疲勞強(qiáng)度-1是表示材料以周期性交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力,其大小與應(yīng)力變化的次數(shù)有關(guān)。對(duì)于黑色金屬規(guī)定循環(huán)次數(shù)為107次,有色金屬循環(huán)次數(shù)為108次。為了提高金屬的疲勞強(qiáng)度,可以通過(guò)改善零件的結(jié)構(gòu)形狀,避免應(yīng)力集中,減小表面粗糙度值,進(jìn)行表面熱處理和強(qiáng)化處理等方法。,一、鋼的熱處理原理1概述熱處理是將固態(tài)金屬或合金采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。根據(jù)熱處理的目的和工藝方法的不同,熱處理可分為:,第二節(jié)鋼的熱處理常識(shí),熱處理方法雖然很多,但任何一種熱處理工藝都是由加熱、保溫、和冷卻三個(gè)階段所組成的。熱處理工藝過(guò)程可用在溫度一時(shí)間坐標(biāo)系中的曲線圖表示,這種曲線稱為熱處理工藝曲線,見(jiàn)圖2-5。,2鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變?cè)跓崽幚砉に囍校摰募訜崮康氖菫榱双@得奧氏體,奧氏體是鋼在高溫狀態(tài)時(shí)的組織,其強(qiáng)度及硬度高,塑性良好,晶粒的大小、成分及其均勻化程度,對(duì)鋼冷卻后的組織和性能有重要影響。因此,鋼在加熱時(shí),為了得到細(xì)小均勻的奧氏體晶粒,必須嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間,以求在冷卻后獲得高性能的組織。3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變冷卻是熱處理的關(guān)鍵工序,成分相同的鋼經(jīng)加熱獲得奧氏體組織后,以不同的速度冷卻時(shí),將獲得不同的力學(xué)性能,見(jiàn)表2-1。,二、退火與正火1退火退火是將鋼加熱到適當(dāng)溫度,保持一定時(shí)間,然后緩慢冷卻(一般隨爐冷卻)的熱處理工藝。2正火正火是指把鋼加熱到組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以上保溫,使其完全奧氏體化,在空氣中冷卻的熱處理工藝。三、淬火與回火1淬火淬火是將鋼的組織加熱到轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以上,保溫一定時(shí)間,以大于臨界冷卻速度快速冷卻的熱處理工藝。2回火鋼的回火是指將淬火后的鋼,在組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以下加熱,保溫一定時(shí)間,然后冷卻到室溫的熱處理工藝。,四、表面熱處理常用的表面熱處理方法有表面淬火及化學(xué)熱處理兩種。1表面淬火(1)火焰加熱表面淬火(如圖2-8所示) (2)感應(yīng)加熱表面淬火(如圖2-9所示),2化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是指將鋼件放入一定溫度的活性介質(zhì)中保溫,使一種或幾種元素滲入它的表層,以改變其表層化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。化學(xué)熱處理種類很多,最常用的是滲碳和滲氮。(1)鋼的滲碳將工件置于滲碳介質(zhì)中加熱并保溫,使碳原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝,如圖2-10所示。(2)鋼的滲氮是指在一定溫度下,使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝。,第三節(jié)常用金屬材料,金屬材料可分為鋼鐵材料和非鐵材料(有色金屬材料)兩大類,而鋼又可分為碳素鋼和合金鋼,鋼鐵以外的其他金屬稱為非鐵金屬材料或有色金屬材料。一、鋼鋼的分類方法很多,常用的是按鋼的用途分類,可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼。二、鑄鐵鑄鐵中的碳主要以滲碳體和石墨兩種形式存在,根據(jù)碳的存在形式不同,鑄鐵可以分為下列幾種:(1)白口鑄鐵 (2)灰鑄鐵碳(3)麻口鑄鐵根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)不同,鑄鐵又可分為:灰鑄鐵中的石墨呈片狀;可鍛鑄鐵中的石墨呈團(tuán)絮狀;球墨鑄鐵中的石墨呈球狀,蠕墨鑄鐵中的石墨呈蠕蟲(chóng)狀。,三、有色金屬及其合金有色金屬是指鋼鐵以外的其他金屬。有色金屬種類很多,又具有某些獨(dú)特的性能,是工業(yè)上不可缺少的金屬材料,有色金屬應(yīng)用較廣的是鋁、銅、鈦及其合金和滑動(dòng)軸承合金。1鋁及鋁合金2銅及銅合金3滑動(dòng)軸承合金,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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