項(xiàng)目一 常用金屬材料

1、項(xiàng)目一 常用金屬材料,課題一 碳鋼,鋼鐵材料是鋼和鑄鐵的統(tǒng)稱。鋼是以鐵為主要元素，含碳量一般在2.11%以下，并含有其他元素的材料。鑄鐵是碳含量大于2.11%的鐵碳合金。含碳量2.11%通常是鋼和鑄鐵的分界線。根據(jù)化學(xué)成分，鋼分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼。,一、碳鋼的分類,二、碳素結(jié)構(gòu)鋼　　牌號表示方法：由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號四部分順序組成?！　≠|(zhì)量等級有：A、B、C、D　　脫氧

2、方法有：F（沸騰鋼）、b（半鎮(zhèn)靜鋼）、Z（鎮(zhèn)靜鋼）、TZ（特殊鎮(zhèn)靜鋼）。通常Z和TZ可省略?！　±纾篞235－AF,1.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼　　碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號、性能特點(diǎn)及用途見下表,2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,牌號表示法：　　用兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，如40鋼?！　『i量較高（WMn=0.7％～1.2％）的鋼，在兩位數(shù)字后面寫“Mn”，如 60Mn鋼?！　∶撗醴椒ū硎痉ㄍ妓亟Y(jié)構(gòu)鋼?！　「呒墐?yōu)質(zhì)鋼，在牌號后

3、面加“A”；特級優(yōu)質(zhì)鋼，在牌號后面加“E”。,2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號、性能特點(diǎn)及用途見表（每種牌號的具體數(shù)值可查資料，這里僅按性能、用途類似的歸納作介紹）,3、碳素工具鋼,牌號表示法：用“碳”的漢語拼音字首“T’加數(shù)字（表示鋼的平均Wc的千分?jǐn)?shù)）表示，例如，T8A?！　∵@類鋼Wc＝0.65％～1.35％，一般均需熱處理后使用，主要制作低速切削刃具,以及對熱處理變形要求低的一般模具、低精度量具等。 碳素工

4、具鋼牌號、性能特點(diǎn)及用途見表,二、碳鋼的性能,材料是機(jī)器的物質(zhì)基礎(chǔ)。金屬材料的性能是選擇材料的主要依據(jù)。金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能。工藝性能是指金屬材料從冶煉到成品的生產(chǎn)過程中，在各種加工條件下表現(xiàn)出來的性能；使用性能是指金屬零件在使用條件下金屬材料表現(xiàn)出來的性能。金屬材料的使用性能決定了它的使用范圍。使用性能包括物理性能、化學(xué)性能和力學(xué)性能。,1.物理性能,(1) 密度 金屬的密度即是單位體積金屬的質(zhì)量，其

5、單位為ｋｇ／ｍ3。 根據(jù)密度的大小，金屬材料可分為輕金屬和重金屬。密度小于4.5ｇ／ｃｍ3 的金屬叫做輕金屬， 如鋁，鈦等。,(2)熔點(diǎn)金屬從固體狀態(tài)向液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度稱為熔點(diǎn)。熔點(diǎn)一般用攝氏溫度（℃）表示。各種金屬都有 其固定熔點(diǎn)。如鉛的熔點(diǎn)為323 ℃，鋼的熔點(diǎn)為１５３８　℃。熔點(diǎn)對于冶煉、鑄造、焊接和配制合 金等都很重要。 熔點(diǎn)低于 １０００　℃的金屬稱為低熔點(diǎn)金屬，熔點(diǎn)在１０００～２０００　℃的金屬稱為中熔

6、點(diǎn)金屬，熔點(diǎn) 高于２０００　℃的金屬稱為高熔點(diǎn)金屬。,(3)導(dǎo)熱性金屬材料傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性。一般用熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）λ表示金屬材料導(dǎo)熱性能的優(yōu)劣。 熱導(dǎo)率大的金屬材料的導(dǎo)熱性好。在一般情況下，金屬材料的導(dǎo)熱性比非金屬材料好。金屬的導(dǎo)熱性 以銀為最好，銅、鋁次之。導(dǎo)熱性好的金屬散熱也好，可用來制造散熱器零件，如冰箱、空調(diào)的散熱片。,(4)熱膨脹性 金屬材料在受熱時(shí)體積會增大，冷卻時(shí)則收縮，這種現(xiàn)象稱為熱膨脹性。各種金

7、屬的熱膨脹性能不同。 在實(shí)際工作中有時(shí)必須考慮熱膨脹的影響。例如，一些精密測量工具就要選用膨脹系數(shù)較小的金屬材料來制造；鋪設(shè)鐵軌、架設(shè)橋梁、金屬工件加工過程中測量尺寸等都要考慮到熱膨脹的因素。,(5)導(dǎo)電性金屬材料傳導(dǎo)電流的性能稱為導(dǎo)電性。但各種金屬材料的導(dǎo)電性各不相同，其中以銀為最好，銅、鋁次之，工業(yè)上用銅、鋁做導(dǎo)電的材料。導(dǎo)電性差的高電阻金屬材料，如鐵鉻合金、鎳鉻鋁、康銅和錳銅等用于制造儀表零件或電熱元件，如電爐絲。,

8、(6)磁性 金屬導(dǎo)磁的性能稱為磁性。具有導(dǎo)磁能力的金屬材料都能被磁鐵吸引。鐵、鈷等為鐵磁性材料，錳、鉻、銅、鋅為無磁性或順磁性材料。但對某些金屬來說，磁性也不是固定不變的，如鐵在７６８　℃以上就表現(xiàn)為沒有磁性或順磁性。 鐵磁性材料可用于制作變壓器、電機(jī)的鐵心和測量儀表零件等；無（順）磁性材料可用做要求避免磁場干擾的零件。,2.化學(xué)性能,金屬材料的化學(xué)性能是指金屬在化學(xué)作用下所表現(xiàn)的性能。1耐腐蝕性金屬材

9、料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕作用的能力，稱為耐腐蝕 性。常見的鋼鐵生銹，就是腐蝕現(xiàn)象。2抗氧化性金屬材料抵抗氧化作用的能力，稱為抗氧化性。金屬材料在加熱時(shí)，氧化作用加速，如鋼材在鍛造、熱處理、焊接等加熱作業(yè)時(shí)，會 發(fā)生氧化和脫碳，造成材料的損耗和各種缺陷。因此，在加熱坯件或材料時(shí)，常在其 周圍形成一種還原氣體或保護(hù)氣體，以避免金屬材料的氧化。3化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。金屬材料

10、在高溫下的化學(xué) 穩(wěn)定性叫做熱穩(wěn)定性。用于制造在高溫下工作的零件的金屬材料，要有良好的熱穩(wěn)定性。,3.力學(xué)性能,力學(xué)性能又稱為機(jī)械性能，是指材料在力作用下所顯示的性能，主要有強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等?！　?1)強(qiáng)度　　強(qiáng)度是指金屬抵抗永久變形（塑性變形）和斷裂的能力。常用的強(qiáng)度判據(jù)是屈服點(diǎn)（舊稱屈服強(qiáng)度、屈服極限）和抗拉強(qiáng)度?！　y定強(qiáng)度判據(jù)的方法是拉伸試驗(yàn)。,拉伸曲線：拉伸力（F）和伸長量（l-lo）的關(guān)系曲線。,材料受

11、外力作用后，導(dǎo)致材料內(nèi)部之間產(chǎn)生的相互作用力稱為內(nèi)力，其大小和外力相等、方向相反?！　挝幻娣e上的內(nèi)力稱為應(yīng)力，用符號σ表示?！　?）彈性極限　　試樣產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。,式中Fe —試樣產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)所能承受的最大拉伸力，單位N?！　?Ao—試樣原始橫截面積，單位mm2,MPa,2）屈服點(diǎn)　　定義：是指試樣在試驗(yàn)過程中力不增加還能繼續(xù)伸長時(shí)的應(yīng)力。,式中 Fs —試樣產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的拉伸力，單位N。　

12、　Ao—試樣原始橫截面積，單位mm2　　條件屈服強(qiáng)度,MPa,MPa,3）抗拉強(qiáng)度　　定義：是指試樣拉斷前所能承受的最大拉應(yīng)力。,式中 Fb —試樣拉斷前所能承受的最大拉伸力，單位N?！　o—試樣原始橫截面積，單位mm2　　屈強(qiáng)比（σs/σb）　　工程上用的材料，除要求有較高的抗拉強(qiáng)度，還希望有一定的屈強(qiáng)比（σs/σb） 。屈強(qiáng)比越小，零件可靠性越高，使用中超載不會立即斷裂。但屈強(qiáng)比太小，則材料強(qiáng)度的有效利用率降低。,MPa

13、,2、塑性　　指斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力。塑性判據(jù)是斷后伸長率和斷面收縮率?！　?）斷后伸長率　　斷后伸長率是指試樣拉斷后的伸長與原始標(biāo)距的百分比。,2、塑性　　指斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力。塑性判據(jù)是斷后伸長率和斷面收縮率?！　?）斷后收縮率　　斷后收縮率是指試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。,3、 硬度,硬度是材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力它衡量材料軟硬

14、的判據(jù)。 目前最常用的硬度試驗(yàn)法是布氏硬度試驗(yàn)法、洛氏硬度試驗(yàn)法和維氏硬度試驗(yàn)法。,1）布氏硬度,kgf/mm2,式中A壓—壓痕球形表面積，mm2　　　 Ｄ—壓頭直徑，mm2 ｄ—壓痕平均直徑，mm。,kgf/mm2 (試驗(yàn)力F單位用kgf),（可從資源中心下載拉伸試驗(yàn)視頻資料演示）,1）布氏硬度,布氏硬度的表示方法： 140HBS10／10000／30

15、 500HBW5／7500　　一般在零件圖或工藝文件上標(biāo)柱材料要求的布氏硬度值時(shí)，不規(guī)定試驗(yàn)條件，只標(biāo)出要求的硬度范圍和硬度符號，例如200～230HBS。　　HBS用于測試硬度值小于450的材料；HBW用于測量硬度值在450～650范圍的材料?！　〔际嫌捕戎饕脕頊y定鑄鐵、有色金屬、以及退火、正火和調(diào)質(zhì)處理的鋼材的硬度，如半成品和原材料。,2）洛氏硬度,式中，C為常數(shù)，壓頭是金剛石圓錐時(shí)，C＝100；壓頭為淬火鋼球時(shí)

16、,C＝130。,2）洛氏硬度,以淬火、低溫回火GCr15鋼為例，測量HRC值（從資源中心下載）,2）洛氏硬度,洛氏硬度無單位，需標(biāo)明硬度標(biāo)尺符號，在符號前面寫出硬度值，如60HRC、80HRA、90HRB。洛氏硬度各標(biāo)尺之間沒有對應(yīng)關(guān)系，不能直接比較硬度值的高低?！　÷迨嫌捕仍囼?yàn)操作簡單、迅速、壓痕小，主要用于測試熱處理后硬度較高的成品零件及較薄的工件，對于組織和硬度不均勻的材料，硬度值波動(dòng)較大，準(zhǔn)確性不如布氏硬度值。,3）維氏硬度,

17、Kgf/mm2,式中 F—試驗(yàn)力，N　　　　 Ao—壓痕面積，mm2 d—壓痕對角線的算術(shù)平均值，mm。,以淬火、低溫回火T8A鋼為例，測量HV值（從資源中心下載相關(guān)視頻資料）,3）維氏硬度,維氏硬度值一般不標(biāo)單位，在符號HV前寫出硬度值?！　【S氏硬度試驗(yàn)因試驗(yàn)力小（常用49.03N），壓痕淺，輪廓清晰，數(shù)值準(zhǔn)確，試驗(yàn)力選擇范圍大（49.03~980.7N），所以可測量從很軟到很硬材料的硬度，維氏硬度值之間能直接

18、進(jìn)行比較?！　【S氏硬度常用來測試薄片材料、金屬鍍層及零件表面硬化層的硬度，但試驗(yàn)麻煩，不宜用于成批生產(chǎn)的常規(guī)檢驗(yàn)。,特別說明：各種硬度試驗(yàn)法測得的硬度值不能進(jìn)行直接比較，必須通過硬度換算表換算成一種硬度值后，方能比較硬度高低。,4.韌性與疲勞強(qiáng)度,1）韌性,韌性是指金屬在斷裂前吸收變形能量的能力,可用來衡量金屬材料抵抗沖擊載荷能力?！　№g性的判據(jù)通過沖擊試驗(yàn)來測定。,（注：可從資源中心下載相關(guān)視頻資料）,40Cr鋼沖擊吸收功測定試驗(yàn)

19、,5.疲勞強(qiáng)度　　循環(huán)應(yīng)力：應(yīng)力的大小和方向隨時(shí)間作周期性的變化?！　×慵谘h(huán)應(yīng)力作用下，常在遠(yuǎn)小于該材料的σb，甚至小于σS強(qiáng)度的情況下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞，金屬疲勞的判據(jù)是疲勞強(qiáng)度。,試驗(yàn)證明，當(dāng)σ低于某一數(shù)值時(shí)，材料可經(jīng)過無數(shù)次循環(huán)應(yīng)力作用而不斷裂，這一應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度。　　在工程上，疲勞強(qiáng)度是指在一定的循環(huán)次數(shù)下不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。一般規(guī)定，鋼鐵材料的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)取108，有色金屬取107。,合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)、