金属工艺学 第一章 金属材料主要性能

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复习思考题
1、将弹簧拉直是塑性变形还是弹性变 形？怎样判别它的变形性质？
2、布氏和洛氏硬度法各有什么优缺 点？
3、金属材料在拉伸试验时，如果没有 出现缩颈现象，是否表示该试件没有发 生塑性变形？
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钢材：107 次 有色金属：108 次
疲劳破坏原因： 材料内部杂质、缺陷及表面划痕等
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第二节 金属材料的其他性能
包括
物理性能 化学性能 工艺性能
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一、 物理性能
金属的固有属性
比重
熔点
包括
导热性 导电性
热膨胀性
磁性
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不同物理属性的金属适 合制造不同的金属零件
铝、钛、镁等轻金属适合制造： 飞机、航天飞行器零件等
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1、强度 屈服强度
抗拉强度
σ = Fs (Pa)
A0
σ0.2
σb
=
Fb A0
(Pa)
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2、塑性
延伸率
δ = l1 − l0 ×100%
l0
断面收缩率 ψ = A0 − A1 ×100%
A0
δ 、ψ值越大，则材料的塑性越好！
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例题
一直径d0=10mm, l0=100mm 低碳钢试样，拉伸时测得 Fs=21KN, Fb=29KN, d=5.65mm, l=138mm
求：σs、 σb 、δ、ψ
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解
： A0
= πd02
4
=
78.5mm2
πd 2
A1 = 4 = 25.1mm2
σs
=
Fs A0
=
267.5N/mm2
σs
=
Fb A0
=
369.4N/mm2
δ = l − l0 = 38%
l0
ψ = A0 − A =68%
A0
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二、 硬度
金属材料抵抗局部变形的能力
用量最大
工程上以合金为主！
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合金
基础金属 金属 熔炼烧结 → 合金 或非金属
铁碳合金
常用合金
铜合金 铝合金
钛合金
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合金应具有
力学性能 物理性能 化学性能 工艺性能
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第一章 金属材料主要性能
第一节 金属材料的力学性能
金属材料受外力作用时所反映出来的性能
力学性能包括
弹性、塑性 刚度强度、硬度 冲击韧性、疲劳强度 断裂韧性
钨、钼、钒等难熔金属适合制造： 火箭、导弹及喷气飞机外壳、灯丝等
铅、锡、锌基合金等易熔金属适合制造： 保险丝、电焊丝、安全阀及铅字等
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二、 化学性能
金属材料抵抗各种 介质侵蚀的能力
包括
耐腐蚀性 抗氧化性 热稳定性
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三、工艺性能
金属材料适应常规冷 热加工方法的能力
包括
铸造性能 锻造性能 焊接性能 切削加工性能
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三、 冲击韧性
金属材料抵抗冲击载荷作用而不断裂的能力
用摆锤冲击试验来测定冲击韧性
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夏比冲击试验
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冲击韧性计算
αK
=
AK F
(J
/ m2)
式中：αk — 折断试样所消耗的冲击功（J）
F — 试样缺口处原始面积
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四、疲劳强度
金属材料在交变载荷 作用下所能承受的不 引起断裂的最大应力
试验循环次 数：
式中：F D d
压力载荷 N 压头直径 mm 压痕直径 mm
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测试过程
特点
测量精度高 不能测太硬材料 （钢球易变形）
不能测成品及薄件 （压痕大）
适合测试：灰铸铁、非铁合金、低碳钢等材料
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2、洛氏硬度
洛氏硬度用金刚石圆锥作压头来测试
洛氏硬度
HRA，金刚石圆锥压头，600N HRB，1.588mm淬火钢球，1000N HRC，金刚石圆锥压头，1500N
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金属工艺学
1
金属工艺学分为
第一篇 第二篇 第三篇 第四篇 第五篇
金属材料导论 铸造 金属压力加工 焊接 切削加工
热加工 冷加工
2
第一篇 金属材料导论
金属材料
性能最好 应用范围最广
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一、 强度与塑性 标准拉伸实验！
拉 伸 试 样
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强度： 金属材料在受力时抵抗塑性变形和断裂的能力 塑性： 金属材料产生塑性变形而不被破坏的性能
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拉 伸 试 验 曲 线
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应力 ：单位面积所受的拉力
σ
=
ห้องสมุดไป่ตู้
F
πR 2
应变：单位长度上的伸长量
ε = Δl
l
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σe 弹性极限 σs 屈服极限 σb 抗拉强度 σk 断裂极限
布氏硬度(HB) 洛氏硬度 维（氏HR硬）度 （HV）
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1、布氏硬度
布氏硬度用圆球作压头来测试
圆球种类
淬火钢球（HBS） 硬质合金球（HBW）
圆球直径
2.5mm 5mm 10mm
载荷大小
1870N 7500N 30000N
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布氏硬度测试过程
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计算公
式：
HBS = 0.102 ×
2F
πD(D − D 2 − d 2 )
测试过程
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计算公式： 金刚石圆锥压头： HR=100-e 淬火钢球压头： HR=130-e
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能测硬度很高的材料 直接读数，操作简单 硬度值代表性差，可重复性差
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3、维氏硬度
维氏硬度用金刚石正四 棱锥体作压头来测试
测出对角线长度d，计算出维氏硬度HV
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压痕小，测极薄试样 生产率低，不宜成批检验