nullnull 金属材料与热处理基础第一节 金属的力学性能第一节 金属的力学性能 材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出来的特性。力学
性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧度及疲劳强度等。
一、强度
强度是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。
强度指标一般可以通过金属拉伸试验来测定。把
标准
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试样装夹在
试验机上,然后对试样缓慢施加拉力,使之不断变形直到拉断为止。
在此过程中,试验机能自动绘制出载荷F和试样变形量AL的关系曲线。
此曲线叫做拉伸曲线。
1.拉伸曲线
图2-1为低碳钢的拉伸曲线,图中纵坐标表示载荷单位为N;横坐
标表示绝对伸长量△L,单位为mm。null从图2-1中可以看出下面几个变形阶段:
(1)Oe———弹性变形阶段
(2)es———屈服阶段
(3)sb———强化阶段
(4)bk———缩颈阶段 null 2.强度指标
材料受到外力作用会发生变形,同时在材料内部产生一个抵抗变形的力称为内力。单位面积上的内力称为应力,单位为Pa(帕),即N/m2工程上常用MPa(兆帕),1MPa=106pa,或1Pa=1N/m2,或1MPa=1N/mm2。
(1)屈服点σs材料产生屈服时的最小应力。单位为MPa。
σs= Fs/AO (2-1)
式中,Fs是屈服时的最小载荷(N);A0是试样原始截面积。
对于无明显屈服现象的金属材料(如高碳钢、铸铁),测量屈服点很困难,工程上经常采用残余伸长为0.2%原长时的应力σ0.2作为屈服强度指标,称为规定残余伸长应力。
σ0.2= F0.2/AO (2-2)
(2)抗拉强度σb材料在拉断前所承受的最大应力,单位为MPa。抗拉强度表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力,也是
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
机械零件和选材的主要依据。
σb= Fb/AO (2-3)
式中,Fb是试样断裂前所承受的最大载荷(N)。null 二、塑性
金属材料在载荷的作用下,产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。通过拉伸试验测得 的常用塑性指标有:断后伸长率和断面收缩率。
1.断后伸长率δ
试样拉断后的标距伸长量和原始标距之比
δ=(L1—L0)/L0×100% (2-4)
式中,L1试样原始标距长度。L0试样拉断后的标距长度。
2.断面收缩率ψ
试样拉断处ψ=×100%横截面积的缩减量与原始横截面积之比
ψ= =(A0—A1)/AO ×100% (2-5)
式中,Ao是试样的原始横截面积;A.是试样断口处的横截面积。null 三、硬度
硬度是指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。
常用来测定硬度的方法有布氏硬度试验法和洛氏硬度试验法。
1.布氏硬度试验法
如图2-2所示采用
直径为D的淬火钢球或
硬质合金球,在规定载
荷F的作用下,压入被
测金属表面,保持一
定时间后卸除载荷,测
定压痕直径,求出压痕
球形的表面积,压痕单
位表面积上所承受的平
均压力(F/A)即为布
氏硬度值,压头为淬火
钢球时用HBS表示,压
头为硬质合金球用时
HBW表示。例如120HBS,
450HBW。null 2.洛氏硬度试验法
采用顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球作为压头.如图2-3所示。试验时先施加初载荷,使压头与试样表面接触良好,保证测量准确,再施加主载荷,保持到规定的时间后再卸除主载荷,依据压痕的深度来确定材料的硬度值。null 四、冲击韧度
对于承受冲击载荷的材料,如汽车发动机中的活塞,不仅要求具有高的强度和一定的塑性,还必须具备足够的冲击韧度。金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧度。
冲击韧度的测定方法,如图2-4所示。是将被测材料制成标准缺口试样,在冲击试验机上由置于一定高度的重锤自由落下而一次冲断。冲断试样所消耗的能量称为冲击功,其数值为重锤冲断试样的势能差。冲击韧度值aKV就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功,这个值越大,则韧性越好,受冲击时,越不容易断裂。null 五、疲劳强度
在汽车上的许多零件中,比如各种轴、齿轮、弹簧、连杆等,要受到大小和方向呈周期性变化的载荷作用。这种交变载荷虽然小于材料的强度极限,甚至小于其弹性极限,但经多次循环后,在没有明显的外观变形时也会发生断裂,这种破坏称作疲劳破坏或疲劳断裂。这种破坏都是突然发生的,具有很大的危险性。
疲劳强度σ-1是表示材料以周期性交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力,其大小与应力变化的次数有关。对于黑色金属规定循环次数为107次,有色金属循环次数为108次。
为了提高金属的疲劳强度,可以通过改善零件的结构形状,避免应力集中,减小表面粗糙度值,进行表面热处理和强化处理等方法。第二节 钢的热处理常识第二节 钢的热处理常识 一、钢的热处理原理
1.概述
热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。
根据热处理的目的和工艺方法的不同,热处理可分为:null 热处理方法虽然很多,但任何一种热处理工艺都是由加热、保温、和冷却三个阶段所组成的。热处理工艺过程可用在温度一时间坐标系中的曲线图表示,这种曲线称为热处理工艺曲线,见图2-5。null 2.钢在加热时的转变
在热处理工艺中,钢的加热目的是为了获得奥氏体,奥氏体是钢在高温状态时的组织,其强度及硬度高,塑性良好,晶粒的大小、成分及其均匀化程度,对钢冷却后的组织和性能有重要影响。因此,钢在加热时,为了得到细小均匀的奥氏体晶粒,必须严格控制加热温度和保温时间,以求在冷却后获得高性能的组织。
3.钢在冷却时的转变
冷却是热处理的关键工序,成分相同的钢经加热获得奥氏体组织后,以不同的速度冷却时,将获得不同的力学性能,见表2-1。null 二、退火与正火
1.退火
退火是将钢加热到适当温度,保持一定时间,然后缓慢冷却(一般随炉冷却)的热处理工艺。
2.正火
正火是指把钢加热到组织转变为奥氏体的临界温度以上保温,使其完全奥氏体化,在空气中冷却的热处理工艺。
三、淬火与回火
1.淬火
淬火是将钢的组织加热到转变为奥氏体的临界温度以上,保温一定时间,以大于临界冷却速度快速冷却的热处理工艺。
2.回火
钢的回火是指将淬火后的钢,在组织转变为奥氏体的临界温度以下加热,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺。null 四、表面热处理
常用的表面热处理方法有表面淬火及化学热处理两种。
1.表面淬火
(1)火焰加热表面淬火 (如图2-8所示)
(2)感应加热表面淬火 (如图2-9所示)null 2.化学热处理
化学热处理是指将钢件放入一定温度的活性介质中保温,使一种或几种元素渗入它的表层,以改变其表层化学成分、组织和性能的热处理工艺。
化学热处理种类很多,最常用的是渗碳和渗氮。
(1)钢的渗碳 将工件置于渗碳介质中加热并保温,使碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺,如图2-10所示。
(2)钢的渗氮 是指在一定温度下,使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。第三节 常用金属材料第三节 常用金属材料 金属材料可分为钢铁材料和非铁材料(有色金属材料)两大类,而钢又可分为碳素钢和合金钢,钢铁以外的其他金属称为非铁金属材料或有色金属材料。
一、钢
钢的分类方法很多,常用的是按钢的用途分类,可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。
二、铸铁
铸铁中的碳主要以渗碳体和石墨两种形式存在,根据碳的存在形式不同,铸铁可以分为下列几种:(1)白口铸铁 (2)灰铸铁碳(3)麻口铸铁
根据铸铁中石墨形态不同,铸铁又可分为:灰铸铁中的石墨呈片状;可锻铸铁中的石墨呈团絮状;球墨铸铁中的石墨呈球状,蠕墨铸铁中的石墨呈蠕虫状。null 三、有色金属及其合金
有色金属是指钢铁以外的其他金属。有色金属种类很多,又具有某些独特的性能,是工业上不可缺少的金属材料,有色金属应用较广的是铝、铜、钛及其合金和滑动轴承合金。
1.铝及铝合金
2.铜及铜合金
3.滑动轴承合金