金属工艺学第一章剖析
金属工艺学第一章
洛氏硬度标尺选用原则：
A 标尺采用金刚石压头，60kg的载荷，测量范围为20~88HRA。适 用于测定坚硬或薄硬材料的硬度。如硬质合金、渗碳后淬硬钢、经硬化处 理的薄钢带、薄钢板等。 C 标尺采用金刚石压头，150kg的载荷，测量范围为20～70HRC。当试 样硬度低于20HRC时，金刚石压头压入试样过深，由于压头几何形状所 造成的误差增大，测量结果不准确，一般要选用B标尺；当试样硬度大于 70HRC时，压头尖端产生的压力过大，金刚石容易损坏，一般采用检测 力较小，压入很深度较小的A标尺。适应于炭钢、工具钢及合金钢等经过 淬火及回火处理的试样的硬度试验。 B 标尺采用钢球压头，100kg的载荷，硬度范围为20～100HRB，当试 样硬度小于20HRB时，多数情况下金属开始蛹变，变形延续很长时间， 测量结果不容易准确；当试样硬度大于100HRB时，由于钢球压头可能变 形，以及压入深度太小．影响精确测量，均可能造成误差。用来测量有色 金属、合金及退火钢等低硬度零件的硬度。
疲劳
5.疲劳 材料在循环应力的应变作用下,在一处或几处 产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数后产 生裂纹或突然发生完全断裂的过程,称为疲劳.
金属疲劳的判据是疲劳强度。
疲劳
据统计，机械零件 断裂中有80%是由 于疲劳引起。
对称循环交变应力
疲劳曲线与疲劳极限
试验证明，金属材料所受最大交变应力 σmax 愈大，则断裂前所受的循环周次N （定义为疲劳寿命）愈少，这种交变应力 σmax 与疲劳寿命N的关系曲线称疲劳曲线 或S—N曲线 工程上规定，材料经受相当循环周次不发 生断裂的最大应力称为疲劳极限，以符号 σ-1表示。
σ b=Fb/S0
式中：
(MPa)
Fb—最大外力 （N） S0—试样横截面积 （mm2） 上述两指标是按照GB/T228-1987标准将待测试材料制成标准拉伸试 样，在拉伸试验机上通过拉伸试验法测得。
《金属工艺学》,邓文英版
3 .金属工艺学的课程特点 金属工艺学的课程特点 （1）是一门综合技术基础课，它除了包括传统 ）是一门综合技术基础课， 的加工工艺，还包括了其它学科的诸多内容。 的加工工艺，还包括了其它学科的诸多内容。 （2）传统机械制造工艺的发展和改变，出现了 ）传统机械制造工艺的发展和改变， 数字化、专业化、柔性化综合发展的新局面。 数字化、专业化、柔性化综合发展的新局面。 （3）金属工艺学是机械（电）类各专业必修的 ）金属工艺学是机械（ 技术基础课。在学习中，要完成传授知识、 技术基础课。在学习中，要完成传授知识、训 练技能和培养能力三个方面的任务。 练技能和培养能力三个方面的任务。
拉伸试验的方法是将图1—1(a)所示的标 准试样安装在拉伸试验机上，并对试样 施加一个缓慢增加的轴向拉力．随着拉 力增加，试样产生变形，直到断裂，如 图l—1(b)、(c)所示。用绝对伸长量L为 横坐标，外力p为纵坐标绘制出外力与伸 长量的关系曲线。图l—2为普通低碳钢的 拉伸曲线。
变形特点分析： ① OE段，变形与外力成正比，试样只产生弹性变形， 即当外力去除后，试样就恢复到原始长度。材料在弹 性范围内所能承受的最大应力称为弹性极限，用σe 表 示
六、疲劳强度 许多机械零件，如曲轴、齿轮、连杆、弹簧等，是在 交变载荷下的作用下工作的。虽然零件所受的应力远 低于材料的抗拉强度，甚至远低于屈服点，但在使用 中往往会发生突然断裂，这种现象称为疲劳破坏。据 统计，约有80％的机械零件的失效是属于疲劳造成的 。金属材料在无数次重复交变载荷作用下不致引起断 裂的最大应力称为疲劳强度。应力愈高，则断裂前所 承受的循环次数愈低，应力愈低，则断裂前所承受的 循环次数愈高，如图1—8所示。
式中：δ-一试样的伸长率，％； L0——试样的原始标距长度，mm； Lk——试样拉断后的标距长度，mm
金属工艺学
金属工艺学绪论金属工艺学是一门传授有关制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课，主要讲述各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系，金属零件的加工工艺过程和机构工艺性。
第一篇 金属材料的基本知识第一章 金属材料的主要性能第一节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能是金属材料在力的作用下所表现出来的性能。
一、强度与塑性1.强度金属材料的抗变形能力（永久变形）和断裂能力称之为强度。
抵抗能力越大，则强度越高。
2.塑性塑性是指金属材料受力后在断裂之前产生不可逆永久变形的能力。
断面收缩率是指试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始横截面积比值的百分率。
⨯-=0l s s ψ100% 二、硬度 硬度是指金属材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力。
（1）布氏硬度 102.O SF H B W ⨯=（2）洛氏硬度（3）维氏硬度三、韧性冲击韧性是指金属材料在断裂前吸收变形能量的能力。
韧性主要反映了金属抵抗冲击力而不断裂的能力。
韧性好的金属抗冲击的能力强。
S A k k =α 四、疲劳强度 金属材料在无数次交变载荷的作用下而不发生断裂的最大应力称为疲劳强度，用1-σ表示。
提高疲劳强度的措施：通过改善零件的结构形状，避免应力集中，改善表面粗糙度，进行表面热处理和表面强化处理等可以提高材料的疲劳强度。
第二节 金属材料的物理、化学及工艺性能一、物理性能金属材料的物理性能主要有密度、熔点、热胀冷缩、导热性、导电性和磁性等。
二、化学性能金属材料的化学性能主要是指在常温或高温时，抵抗各种介质侵蚀的能力。
三、工艺性能工艺性能是指是否易于进行冷、热加工的性能。
第二章 铁碳合金第一节 纯铁的晶体结构及其同素异形体转变一、纯铁晶体结构及同素异晶转变晶体：原子在空间呈规律性排列。
结晶：金属的结晶就是金属液态转变为晶体的结构。
过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度。
晶核：液态中先出现一些极小晶体，称为晶核。
晶粒：每个晶核长成的晶体称为晶粒。
金属工艺学_课后习题参考答案
⾦属⼯艺学_课后习题参考答案第⼀章（p11）1、什么就是应⼒？什么就是应变？答：应⼒就是试样单位横截⾯得拉⼒；应变就是试样在应⼒作⽤下单位长度得伸长量2．缩颈现象在拉伸实验中当载荷超过拉断前所承受得最⼤载荷时,试样上有部分开始变细，出现了“缩颈".缩颈发⽣在拉伸曲线上bk段。
不就是，塑性变形在产⽣缩颈现象前就已经发⽣,如果没有出现缩颈现象也不表⽰没有出现塑性变形。
4、布⽒硬度法与洛⽒硬度法各有什么优缺点?下列材料或零件通常采⽤哪种⽅法检查其硬度?库存钢材硬质合⾦⼑头锻件台虎钳钳⼝洛⽒硬度法测试简便,缺点就是测量费时,且压痕较⼤,不适于成品检验。
布⽒硬度法测试值较稳定,准确度较洛⽒法⾼。
;迅速，因压痕⼩，不损伤零件,可⽤于成品检验.其缺点就是测得得硬度值重复性较差,需在不同部位测量数次. 硬质合⾦⼑头,台虎钳钳⼝⽤洛⽒硬度法检验。
库存钢材与锻件⽤布⽒硬度法检验。
5、下列符号所表⽰得⼒学性能指标名称与含义就是什么？抗拉强度它就是指⾦属材料在拉断前所能承受得最⼤应⼒、屈服点它就是指拉伸试样产⽣屈服时得应⼒。
规定残余拉伸强度疲劳强度它就是指⾦属材料在应⼒可经受⽆数次应⼒循环不发⽣疲劳断裂,此应⼒称为材料得疲劳强度. 应⼒它指试样单位横截⾯得拉⼒。
冲击韧度它就是指⾦属材料断裂前吸收得变形能量得能⼒韧性。
ＨRC 洛⽒硬度它就是指将⾦刚⽯圆锥体施以１0０Ｎ得初始压⼒，使得压头与试样始终保持紧密接触,然后，向压头施加主载荷，保持数秒后卸除主载荷。
以残余压痕深度计算其硬度值. HBS布⽒硬度它就是指⽤钢球直径为10ｍｍ,载荷为300０Ｎ为压头测试出得⾦属得布⽒硬度。
HＢW 布⽒硬度它就是指以硬质合⾦球为压头得新型布⽒度计。
第⼆章(p23)(1)什么就是“过冷现象"?过冷度指什么?答:实际结晶温度低于理论结晶温度（平衡结晶温度),这种线性称为“过冷”。
理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度.(2)⾦属得晶粒粗细对其⼒学性能有什么影响?细化晶粒得途径有哪些？答：⾦属得晶粒粗细对其⼒学性能有很⼤影响。
金属工艺学习题及部分解答
69、实际生产中哪些典型零件适用于液态模锻方法成形？液态模锻与压力铸造有哪些异同？
70、高能率成形的各种方法中有哪些共同特点？说明电液成形和电磁成形的基本原理。
71、充液拉深与传统拉深相比它具有哪些特点？
72、什么是聚氨酯成形？常用的聚氨酯成形工艺有哪几种？
10、有四个材料、外形完全一样的齿轮，但制作方法不同，试比较它们中哪种使用效果最好？哪种最差？为什么？
（1）铸出毛坯，然后切削加工成形；
（2）从热轧厚钢板上取料，然后切削加工成形；
（3）从热轧圆钢上取料，然后切削加工成形；
（4）从热轧圆钢上取料后锻造成毛坯，然后切削加工成形。
11、金属经冷变形后，组织和性能发生了哪些变化？分析加工硬化存在的利与弊。有何办法来消除加工硬化？
46、锻造比对锻件质量有何影响？锻造比越大，是否锻件质量就越好？锻造汽轮机转子轴一类重要锻件时，为什么要进行中间镦粗工序？
47、如图所示的两种砧铁上拔长时，效果有何不同？
48、预锻模膛和终锻模膛的作用有何不同？什么情况下需要预锻模膛？飞边槽的作用是什么？
49、各类模膛在同一块锻模上应如何布置？为什么？
81、叙述摩擦焊的基本原理并画出原理示意图，用基本原理解释摩擦焊是否可以焊非金属？
82、等离子弧焊的带电粒子流在运动过程中受到哪几种“压缩效应”的作用？详细解释这几种“压缩效应”。
83、铸铁、铜及铜合金、铝及铝合金在焊接时，各容易出现哪几种缺陷？如何预防？
84、在点焊2mm厚的结构钢板，焊点之间的距离选为10mm，该焊接工艺合理吗？为什么？
96、如下图所示用埋弧焊焊大直径环缝时，为什么焊丝和焊件中心线要偏离一定距离a？如果焊丝在焊件中心线的右侧偏离而不是左侧，焊接效果相同吗？为什么？
《金属工艺学》第一章钢铁材料及热处理
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《金属工艺学》第一章钢铁材料及热 处理
III. S处水平段——称作“屈服点”。 即当载荷增加到Fs时，拉力无 需再增大，试样仍可继续伸长。
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《金属工艺学》第一章钢铁材料及热 处理
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《金属工艺学》第一章钢铁材料及热 处理
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。
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。
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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度 的方法。
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《金属工艺学》第一章钢铁材料及热 处理
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。
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《金属工艺学》第一章钢铁材料及热 处理
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。
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《金属工艺学》第一章钢铁材料及热 处理
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。
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《金属工艺学》第一章钢铁材料及热 处理
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。
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《金属工艺学》第一章钢铁材料及热 处理
1. 强度 是金属受外力作用下，抵
《金属工艺学》课程笔记 (2)
《金属工艺学》课程笔记第一章绪论一、金属工艺学概述1. 定义与重要性金属工艺学是研究金属材料的制备、加工、性能、组织与应用的科学。
它对于工程技术的进步和工业发展至关重要，因为金属材料在建筑、机械、交通、电子、航空航天等几乎所有工业领域都有广泛应用。
2. 研究内容（1）金属材料的制备：包括金属的提取、精炼、合金化等过程，以及铸造、粉末冶金等成型技术。
（2）金属材料的加工：涉及金属的冷加工（如轧制、拉伸、切削）、热加工（如锻造、热处理）、特种加工（如激光加工、电化学加工）等。
（3）金属材料的性能：研究金属的物理性能（如导电性、热导性）、化学性能（如耐腐蚀性）、力学性能（如强度、韧性）等。
（4）金属材料的组织与结构：分析金属的晶体结构、相变、微观缺陷、界面行为等。
（5）金属材料的应用：研究金属材料在不同环境下的适用性、可靠性及寿命评估。
3. 学科交叉金属工艺学是一门多学科交叉的领域，它与物理学、化学、材料学、力学、热力学、电化学等学科有着紧密的联系。
二、金属工艺学发展简史1. 古代金属工艺（1）铜器时代：人类最早使用的金属是铜，掌握了简单的铸造技术。
（2）青铜器时代：铜与锡的合金，青铜，使得工具和武器的性能得到提升。
（3）铁器时代：铁的发现和使用，推动了农业和手工业的发展。
2. 中世纪至工业革命（1）炼铁技术的发展：如鼓风炉、熔铁炉的发明，提高了铁的产量。
（2）炼钢技术的进步：如贝塞麦转炉、西门子-马丁炉的出现，实现了钢铁的大规模生产。
3. 近现代金属工艺（1）20世纪初：金属物理和金属学的建立，为金属工艺学提供了理论基础。
（2）第二次世界大战后：金属材料的快速发展，如钛合金、高温合金的出现。
4. 当代金属工艺（1）新材料的开发：如形状记忆合金、超导材料、金属基复合材料等。
（2）新技术的应用：如计算机模拟、3D打印、纳米技术等。
三、金属工艺学在我国的应用与发展1. 古代金属工艺的辉煌（1）商周时期的青铜器：技术水平高超，工艺精美。
(第一章-第六章)金属工艺学-
（一）、布氏硬度
１、布氏硬度的试验原理是用一定直径的淬火钢球或硬质合 金球，以规定的试验力压入试样表面，经规定的保持时间后， 去除试验力，测量试样表面压痕直径d，然后根据压痕直径d计 算其硬度值。布氏硬度值是球面压痕单位表面积上所承受的平 均压力。
２、当压头为淬火钢球时，硬度符号为HBS，适用于布氏硬度 值低于450的金属材料，如灰铸铁、有色金属及经退火、正火和 调质处理的材料；当压头为硬质合金钢时，硬度符号为HBW， 适用于布氏硬度值为450~650的金属材料。
bFb/S0(MPa)
式 中 ： Fb是 试 样 承 受 的 最 大 拉 伸 力 ， N； S0是 试 样 的 原 始 横 截 面 积 ， mm2
（三）、塑性判据 塑性：断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。 常用的塑性判据是材料断裂时最大相对塑性变形，如拉
伸时的断后伸长率和断面收缩率。 １、断后收缩率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距
规定非比例伸长应力是试样标距部分的非比例伸长达到 规定的原始标距百分比时的应力。
2、屈服点和规定残余伸长应力：在拉伸过程中力不增 加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力称为材料的屈 服点（屈服极限），以 s 表示。屈服点是具有屈服现象的材 料特有的强度指标。是工程上极为重要的力学性能指标之一 ，也是大多数机械零件选材和设计的依据。
静载荷拉伸试验是工业上最常用的力学性能试验方
法之一。试验时在试样两端缓慢地施加试验力，使试样的 标距部分受轴向拉力，沿轴向伸长，直至试样拉断为止。
高塑性材料拉伸.swf 脆性拉伸AL.swf
从完整的拉伸试验和力-伸长曲线可以看出，试 样从开始拉伸到断裂要经过弹性变形阶段、屈服阶段 、冷变形强化阶段、缩颈与断裂阶段。
二、硬度：一个小的金属表面或很小的体积内抵抗弹性变形、 塑性变形或抵抗破裂的一种抗力，是一个由材料的弹性、强度 、塑性、韧性等一系列不同力学性能组成的综合性能指标，衡 量金属软硬程序的一种性能指标；硬度所表示的量不仅决定于 材料本身，而且还取决于试验方法和试验条件。
金属工艺学 第一章
• 晶粒大小的控制
（1）增大过冷度 ；（2）变质处理；（3）振动
1）过冷度的影响
• 冷却速度愈大，过冷 度愈大。 • 实线部分，随着Δ T的 增大，形核率和长大 速度都大，且 N 的增加 比 G 增加的快，晶粒愈 细。
2）变质处理
• 在液态金属结晶前，特意加入某些合金，造成大量可以
• 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力叫 做冲击韧度。常用一次摆锤冲击试验来测定金 属材料的冲击韧度(大能量、一次冲断）。 • 试验表明，在冲击载荷不太大的情况下，金属 材料承受多次重复冲击的能力，主要取决于强 度。 • 冲击值对组织缺陷很敏感，因此冲击试验是生 产上用来检验冶炼、热加工、热处理等工艺质 量的有效方法。
洛氏硬度试验原理图
布氏硬度与洛氏硬度的特点比较
• 布氏硬度的特点： • 布氏硬度因压痕面积较大，HB值的代表性较全面， 而且实验数据的重复性也好，但由于淬火钢球本身的变 形问题，不能试验太硬的材料，一般在HB450以上的就 不能使用。 • 由于压痕较大，成品检验也有困难。 • 通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材 料的硬度。
s-屈服点 b-开始发生缩颈现象
强度极限B
颈缩阶段
屈服极限S
强化阶段 屈服阶段 弹性极限P 弹性阶段
强度指标
•1.屈服点 在拉伸试验过程中，外力不增加(保持恒定)，但试样仍 然能继续伸长(变形)，这种现象称屈服。S点称屈服点， S
点对应的应力称屈服点应力。用符号σs表示。屈服点应力σs
可按下式计算： σs = Fs / A0 (MPa)
纯铁的晶格有体心立方和面心立方两种。
体心立方晶体结构
原子数1＋8 ×(1/8)=2 典型金属：-Fe、Cr、Mo、Na、Ba、Nb 性能特点：强度很高，塑性较好 致密度：68％（原子占有晶胞体积的百分数）
金属工艺学1
金属工艺学1顺序凝固：在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过暗访冒口等工艺措施，使铸件远离冒口部位先凝固；然后是靠近冒口部位凝固；最后才是冒口本身凝固。
铸件在凝固之后的继续冷却过程中，其固态收缩若收到阻碍，铸件内部将产生内应力，这些内应力有时是在冷却过程中暂存的，有时则一直保留到室温，后者称为残余内应力。
铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因。
按照内应力的产生原因，可以分成热应力和机械形变。
采用同时凝固原则可减少内应力；优点：防止铸件的变形和裂纹缺陷，又可免设冒口而省工省料；缺点：铸件心部容易出现缩孔或缩松。
同时凝固原则主要用于灰铸铁、锡青铜等。
灰口铸铁分后四大类：1）灰铸铁石墨成片状2）可锻铸铁石墨成团絮状3）球墨铸铁石墨成球状4）蠕墨铸铁等石墨成蠕虫状影响铸铁石墨化后的主要因素：化学成分、加热速度。
浇注位置选择原则：1）铸件关键的加工面朝下。
如果这些表面难以朝下，则应当尽量坐落于侧面2）铸件的大平面应朝下3）将面积很大的薄壁部分放在铸型下部或使其处在横向或弯曲边线4）若铸件圆周表面质量要求高，应进行立铸，以便于补缩。
应将厚的部分放在铸型上部，以便安置冒口，实现顺序凝固分型面挑选原则：1)应尽量使分型面平直、数量少2)防止不必要的型心和活块，以精简造型工艺3)尽量使铸件全部或大部分置于下箱熔模铸造的工艺过程及特点（优点）单个蜡模→蜡模组熔点：60°c左右软化点：30~35°c泡涂料由耐火材料+粘结剂共同组成撒沙目的：加厚型壳硬化提升强度和硬度→→反复多次，使型壳5~12mm厚3）重熔泡在100°c热水中1)适合尺寸小而复杂件2)适宜熔点低的铸件3)工件表面质量好2）工序多，周期长金属型铸造的优缺点和适用范围1）“一型多铸成”高效率2）不用砂或少用砂，劳动条件好缺点：透气性、屈服性差，极易产生气孔、淋严重不足等使用范围：一般用于铜、铝、镁合金的大批生产（熔点低的有色金属）热变形加强或硬化加工：在热变形时，随着变形程度的减少，金属材料的所有强度指标（弹性音速、比例音速、屈服音速、屈服点和强度极限）和硬度都有所提高，但塑性和韧性有所上升。
金属工艺学知识点总结DOC
第一篇金属材料的基本知识第一章金属材料的主要性能金属材料的力学性能又称机械性能，是金属材料在力的作用所表现出来的性能。
零件的受力情况有静载荷，动载荷和交变载荷之分。
用于衡量在静载荷作用下的力学性能指标有强度，塑性和硬度等；在动载荷和作用下的力学性能指标有冲击韧度等；在交变载荷作用下的力学性能指标有疲劳强度等。
金属材料的强度和塑性是通过拉伸试验测定的。
P6低碳钢的拉伸曲线图1，强度强度是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。
强度有多种指标，工程上以屈服点和强度最为常用。
屈服点：δs是拉伸产生屈服时的应力。
产生屈服时的应力=屈服时所承受的最大载荷/原始截面积对于没有明显屈服现象的金属材料，工程上规定以席位产生0.2%变形时的应力，作为该材料的屈服点。
抗拉强度：δb是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力。
拉断前所能承受的最大应力=拉断前所承受的最大载荷/原始截面积2，塑性塑性是金属材料在力的作用下，产生不可逆永久变形的能力。
常用的塑性指标是伸长率和断面收缩率。
伸长率：δ试样拉断后，其标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。
伸长率=（原始标距长度－拉断后的标距长度）÷拉断后的标距长度×100%伸长率的数值与试样尺寸有关，因而试验时应对所选定的试样尺寸作出规定，以便进行比较。
同一种材料的δ5 比δ10要大一些。
断面收缩率：试样拉断后，缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率，以ψ表示。
收缩率=（原始横截面积－断口处横截面积）÷原始横截面积×100%伸长率和断面收缩率的数值愈大，表示材料的塑性愈好。
3，硬度金属材料表面抵抗局部变形（特别是塑性变形、压痕、划痕）的能力称为硬度。
金属材料的硬度是在硬度计上测出的。
常用的有布氏硬度法和洛氏硬度法。
1，布氏硬度（HB）是以直径为D的淬火钢球HBS或硬质合金球HBW为压头，在载荷的静压力下，将压头压入被测材料的表面，停留若干秒后卸去载荷，然后采用带刻度的专用放大镜测出压痕直径d，并依据d的数值从专门的表格中查出相应的HB值。
《金属工艺学(第2版)》教学讲义 0绪论、第1章钢铁生产
课题名称：绪论钢铁生产授课时数：2教学目的、要求：1．明确课程任务、性质、基本要求、学习目的、学习方法2．了解炼铁、炼钢的过程教学重点：课程基本要求、学习目的；教学难点：炼铁、炼钢的过程教学过程：（一）授新课绪论课程性质：金属工艺学是机械类专业一门专业基础理论课。
它为学习其他课程打基础，如机械制造工艺学、车工工艺学、金属切削刀具、机械设计基础、数控加工技术等。
课程任务：金属工艺学是一门研究机械制造生产全过程，涉及金属材料的性能、金属零件的毛坯成形和机械加工以及整机装配的综合性技术科学。
机器制造的过程如下图所示：本课程的基本要求如下：(1) 掌握常用金属材料的成分、组织、种类、牌号、性能及应用，了解非金属材料类别、特性和用途。
(2) 熟悉金属热处理的基本原理，掌握常用热处理方法及其适用范围。
(3) 掌握铸造、锻压、焊接、粉末冶金和切削加工的基本原理，熟悉其工艺特点、工艺设计基本知识和应用范围。
(4) 了解零件结构工艺性的基本知识，具有分析零件结构工艺性的初步能力。
(5) 具有选择材料、毛坯、加工方法和制定加工工艺路线的能力。
学习方法：要注意理论与实践的联系第1章钢铁生产钢铁材料已成为应用最广泛的金属材料，是现代工业尤其是机械制造业的支柱。
这是由于钢铁具有良好的性能，铁又是地壳内蕴藏量最丰富的资源之一，且具有价格低廉、容易加工成形等优点。
钢铁材料是通过炼铁和炼钢的过程来获得的。
1.1 炼铁炼铁的就是从铁矿石中提取铁及其他有用元素的过程。
一、炼铁原料主要原料：铁矿石、焦炭和熔剂。
铁矿石——主要原料。
常用的铁矿石有赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)等。
铁矿石中除了铁的氧化物之外还含有硅、锰、硫、磷等非铁氧化物杂质，统称为脉石。
炼铁的目的：从铁矿石中还原出铁，并与脉石分离，从而获得一定成分的生铁，其实质是还原过程。
焦炭——主要燃料。
在燃烧时放出大量的热，以保证炼铁所需要的高温，同时在不完全燃烧时产生还原剂(CO等)。
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HRA-C＝（k - h）/0.002
特点 实验数据的重复性好； 不能测量成品件。
实验数据的重复性差； 直接测量成品件。
铸铁、有色金属、低合 高硬度的材料。
金结构钢等材料。
金
属
工
艺
学
16
四、冲击韧性
抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力。 夏比冲击试验来测定。
金
H2
属
工
艺
学
H1
17
冲击韧性
• K = F（H1－H2）
F/N
时间s
>6
140~450 6~3
钢及铸
<3
铁
>6
<140
6~3
<3
>6
>130
6~3
<3
金 铜及其
>6
属 工
合金 35~130
6~3 <3
艺
>6
学
<35
6~3
<3
≈300 ≈100 ≈300 ≈100 ≈50
10.0 29420.0
5.0
7355.0 10~15
2.5
1838.7
10.0
9806.7
二、化学性能
1、概念： 指在室温或高温时抵抗各种化学作用的能
力，主要是指抵抗活泼介质的化学侵蚀能力。 2、化学性能：
1）耐腐蚀性：
2）抗氧化性：
三、金属材料的工艺性能
金 铸造性能、可锻性、焊接性、热处理工艺性
属 工
和切削加工性等。
艺
学
22
1372.9 3
882.63
1471.0 980.7
硬度范围 20~88HRA 20~100HRB 20~70HRC
40~77HRD
适用的材料
硬质合金、表面淬火的 钢等
软钢、退火钢，铜合金 等 淬火钢、调质钢等
薄钢板、中等厚度的表 面硬化零件
金
属
工
艺
学
14
金
属
工
艺
学
15
布氏硬度
洛氏硬度
公式 HBS (HBW)＝0.102F/ S
n0
n
20
第二节 材料的物理、化学及工艺性能
一、金属材料的物理性能
1、概念： 指在重力、电磁场、热力等物理因素作用 下，材料所表现的性能或固有属性。
2、物理性能：
1）密度：
2）熔点：由合金的成分决定。
金
3）热膨胀性：
属
4）导电性：用电导率表示，Ag>Cu>Al。
工 艺
5）导热性：用热导率表示，
学
纯金属>合金，Ag，Cu>Al 21
工
艺
学
10
三、硬度
材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划伤的能力。
常用的硬度指标有：
F
DD
a) 布氏硬度(HBS/HBW)
d
金
属
工
艺 学
HBS(HBW)
0.102
压入载荷（ N） 压痕的表面积（ mm
）
11
表1-1 布氏硬度试验规范
布氏硬度 试样厚度
材料 值HBS
mm
F/D
D/ m m
载荷保持
第一章 金属材料的性能
金
属
工
艺
学
1
第一章 金属材料的性能
本章重点： 金属材料的力学性能指标
本章难点： 各性能指标的物理意义和测定方法
金
属
工
艺
学
2
第一节 金属材料的力学性能
强度
塑性
硬度
冲击韧性
金
疲劳强度
属
工
艺
学
3
一、强度
金属材料在外力作用，抵抗塑性变形和断裂的能力
金
属
工
艺
学
4
塑性材料的拉伸曲线
艺
0.002
学
13
表1-2 洛氏硬度试验规范
标尺 A
B
符号 HRA HRB
压头
120°金刚 石圆锥 Φ1.588mm 钢球
C HRC 120°金刚 石圆锥
D HRD 120°金刚 石圆锥
初载 荷/N
98.07
主载荷 /N
490.33
总载荷 /N
588.4
98.07 882.63 980.7
98.07 98.07
金 属 工 艺 学
K值越大， 材料的韧 性越好， 受到冲击 时不易断 裂。
18
五、疲劳强度
材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起 破坏的最大应力。在疲劳试验机上测定；
据统计，约80%的机件失效为疲劳破坏。
金
属
工
艺
学
19
n0 — 循环基数
钢： n0 107
1
有色金属： n0 108
金 属 工 艺 学
金
属
图1-2 Q345钢材的拉伸曲线
工
艺
学
oa 段-------弹性变形; ab 段-------滞弹性变形; bc 段-------屈服前微塑性变形; cde 段-------较大的塑性变形; ef 段-------应变强化（加工硬化); fg 段------缩颈现象
5
脆性材料的拉伸曲线
金
属
工
艺
学
图1-3 常规平行线法测FP
6
1、屈服强度
上屈服强度(ReH)：
ReH ＝ FeH ／S0
下屈服强度(ReL)：
有明显屈服
ReL ＝ FeL ／S0
• 规定非比例延伸强度（Rp0.2）：
Rp0.2＝ FP ／S0
无明显屈服
金
规定材料产生0.2％塑性变形时的应力。
属
工
艺
学
7
2、抗拉强度：
拉断前试样单位面积上所承受的最大载荷 Rm＝ Fm／ S0
5.0
2451.7 10~15
2.5
612.9
10.0 29420.0
5.0
7355.0
30
2.5
1838.7
10.0
9806.7
5.0
2451.7
30
2.5
612.9
10.0
4903.3
5.0
1225.8
2.5
306.5
60 12
b) 洛氏硬度 (HR)
F F F
120
0
h
金
属
工
HR K h
屈强比＝ Re／Rm ≈0.65--0.75
金
属
工
艺
学
8
二、塑性• 材料在外力作用下产来自永久变形而不破坏的性能。金
属
工
艺
学
9
塑性指标：
1、断面收缩率Z：
Z＝（S0 - Su）／S0×100%
2、断后伸长率A：
A＝（Lu - Lo）／L0 ×100%
金
良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。
属