工程材料及熱處理

（模具）

1緒論★世界四大材料：鋼鐵、木材、塑料、水泥

★材料分：金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料金屬材料—指鋼鐵、有色金屬等材料非金屬材料—無機(jī)高分子材料（陶瓷、水泥、木材等），有機(jī)高分子材料（如塑料、橡膠），復(fù)合材料---玻璃鋼、碳纖維復(fù)合材料、硼纖維材料?！铿F(xiàn)在新材料----納米材料、智能材料2工程技術(shù)系

★材料按物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同分：

金屬材料、非金屬材料（有機(jī)高分子材料和陶瓷料)、復(fù)合材料★材料按用途不同分：

機(jī)械工程材料、土木工程材料、電工材料、電子材料★材料按功能不同分：

結(jié)構(gòu)材料、功能材料、磁性材料等3工程技術(shù)系材料分類復(fù)合材料金屬材料陶瓷材料高分子材料4工程技術(shù)系材料發(fā)展概括▲石器時代銅器時代：司母戊鼎（公元前11—16世紀(jì)）1130×780×1100戰(zhàn)國編鐘（前475—221年）65個總重2500Kg天然石，獸骨，樹枝泥巴（日曬→原始陶器；火燒→瓷器用具）鐵器時代滄州大獅（公元953年）重50T,長5.3m,寬3m人工復(fù)合材料塑料、橡膠、陶瓷、鈦合金、碳纖維、納米等陶器時代5工程技術(shù)系本課程的性質(zhì)和目的是機(jī)械類專業(yè)必修的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課2、目的：a獲得有關(guān)金屬熱處理、金屬材料的基本知識。

b熟悉常見金屬材料的牌號、性能特點(diǎn)及應(yīng)用；了解它們之間成分、組織、性能、熱處理的關(guān)系。c具有選擇零件材料的能力，確定加工工藝路線的能力。d為后續(xù)課程和從事技術(shù)工作打下基礎(chǔ)。1、性質(zhì)：本教材的重點(diǎn)：常見的材料牌號及應(yīng)用，鋼的熱處理6工程技術(shù)系第一章工程材料的性能金屬材料的性能〈使用性能—力學(xué)、物理、化學(xué)力學(xué)性能：受外力作用下所表現(xiàn)出的性能。不能說：機(jī)械性能判據(jù)如：強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等第一節(jié)金屬的力學(xué)性能工藝性能—鑄造、鍛壓、焊接、切削加工一、基本概念1、彈性：指物體在外力作用下改變基本形狀和尺寸，當(dāng)外力卸除后物體又恢復(fù)到其原始形狀和尺寸的特性。研究力學(xué)性能意義：是選擇和使用金屬材料的重要依據(jù)7工程技術(shù)系2、內(nèi)力：金屬受到外力時為保其不變形，在材料內(nèi)部作用者與外力相對抗的力稱為內(nèi)力。3、應(yīng)力：單位面積上的內(nèi)力。4、應(yīng)變：指由外力所引起的物體原始尺寸或形狀的相對變化；通常以百分比（%）表示5、載荷：金屬材料在加工及使用過程中所受的外力。按作用性質(zhì)分：靜載荷：指大小不變或變化過程緩慢的載荷。。8工程技術(shù)系沖擊載荷：在短時間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷。循環(huán)載荷：指大小、方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷9工程技術(shù)系按作用形式不同分：10工程技術(shù)系6、變形：材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。分為彈性變形與塑性變形外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。11工程技術(shù)系一、強(qiáng)度概念：強(qiáng)度是指金屬材料在外力作用下抵抗永久變形（塑性變形）和斷裂

的能力。通過拉伸試驗(yàn)測得大小。強(qiáng)度的大小通常用應(yīng)力來表示。=F/S-----應(yīng)力Pa1Pa=1N/m21MPa=106Pa按載荷的作用方式不同，強(qiáng)度可分為：抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、和抗扭強(qiáng)度。注意：一般多以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬強(qiáng)度高低的指標(biāo)。12工程技術(shù)系力－伸長曲線彈性變形階段屈服階段頸縮現(xiàn)象拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線。強(qiáng)化階段

13工程技術(shù)系

(a)試樣(b)伸長(c)產(chǎn)生縮頸(d)斷裂14工程技術(shù)系ΔLF03.脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比）脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。

15工程技術(shù)系

工程上常用的金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)：屈服點(diǎn)（Rel）抗拉強(qiáng)度(Rm)16工程技術(shù)系強(qiáng)度的意義強(qiáng)度是指金屬材料抵抗塑性變形和斷裂的能力，一般鋼材的屈服強(qiáng)度在200～1000MPa之間。強(qiáng)度越高，表明材料在工作時越可以承受較高的載荷。當(dāng)載荷一定時，選用高強(qiáng)度的材料，可以減小構(gòu)件或零件的尺寸，從而減小其自重。因此，提高材料的強(qiáng)度是材料科學(xué)中的重要課題，稱之為材料的強(qiáng)化。17工程技術(shù)系二、塑性

——在外力作用下金屬材料在斷裂前產(chǎn)生不可逆永久變形的能力

常用的塑性判據(jù)：拉伸時的斷后伸長率和斷面收縮率18工程技術(shù)系1、斷后伸長率由于同一材料用不同長度的試樣測得的斷后伸長率δ數(shù)值不同，因此應(yīng)注明試樣尺寸比例。如:δ10——試樣L0=10d0δ5——試樣L0=5d0試樣拉斷后的標(biāo)距（mm）試樣原始標(biāo)距（mm）19工程技術(shù)系2、斷面收縮率試樣斷裂后縮頸處的最小橫截面積（mm2）試樣原始截面積（mm2）一般認(rèn)為ψ＞5％的材料為塑性材料，如低碳鋼；ψ＜5％的為脆性材料，如灰鑄鐵

.δ和ψ是用來判斷材料在斷裂前所能產(chǎn)生的最大塑性變形量大小。20強(qiáng)度與塑賀性是一對摔相互矛盾關(guān)的性能指測標(biāo)。在金漏屬材料的鍋工程應(yīng)用亮中，要提論高強(qiáng)度，毯就要犧牲釋一部分塑暑性。反之掉，要改善蕉塑性，就撈必須犧牲銳一部分強(qiáng)帶度。正所謂“泉魚和熊掌妄二者不能險兼得”。盼但通過細(xì)狹化金屬材搜料的顯微蘋組織，可稀以同時提晶高材料的誘強(qiáng)度和塑故性。21工程技陵術(shù)系三、硬炭度硬度:硬度試差驗(yàn)方法:壓入法它是材料族性能的一描個綜合的覆物理量。(表示金屬原材料在一富個小的體避積范圍內(nèi)第金屬材料縮慧抵抗局部腿變形，特巷別是塑性嬸變形、壓泉痕或劃痕淡的能力）硬度是痕各種零鏈件和工疊具必須籮具備的戲力學(xué)性意能指標(biāo)唇。布氏硬度耳（HB）洛氏硬度找（HR）維氏硬度祝（HV）22布氏硬背度試驗(yàn)邁原理圖23工程技術(shù)儲系2、計算岔公式HBS：淬火鋼圈球作壓明頭；適豎用于＜450愁HBSHBW：硬質(zhì)合江金作壓屋頭；適遭用于＜650H稍BW24工程技爐術(shù)系試驗(yàn)時牙，根據(jù)構(gòu)被測的霧材料不貞同，球庸直徑、羊試驗(yàn)力巧及試驗(yàn)嗎力保持服時間按匆表1-1選擇材料種類布氏硬度范圍HBS（HBW）試樣厚度/mm0.102球的直徑/mm試驗(yàn)力F/KN（kgf)試驗(yàn)力保持時間/s鋼、鑄鐵140-4506～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)12<140>66～31010.05.09.807(1000)2.452(250)12非鐵金屬>1306～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)3036～1309～36～31010.05.09.807(1000)2.452(250)308～35>62.510.02.452(250)60表1-1喂布況氏硬度試奶驗(yàn)規(guī)范25工程技癥術(shù)系3、表俗示方法XXX國HBS(溝W)X棋X/死XXX霉/XX硬度值壓頭直徑（mm）試驗(yàn)力保持時間（s）500昆HBW扛5/7掉50/轎15例：表示用直右徑5mm硬質(zhì)合金趴球在73奏55N試驗(yàn)力作射用下保持耽10~1氏5s測得的布飄氏硬度值碎為500120H傷BS10趙/100肢0/30表示用命直徑1甩0mm鋼球壓頭叢在980炮7N試驗(yàn)力作微用下保持蹦30s測得的勁布氏硬睛度值為鄉(xiāng)豐120習(xí)慣上布閘氏硬度值貼不標(biāo)出試新驗(yàn)規(guī)范，如如170耐HBS。26二、洛氏晨硬度27工程技術(shù)拜系硬度符號壓頭類型總實(shí)驗(yàn)力F/N硬度值有效范圍應(yīng)用范圍HRA金剛石圓錐體58870～85適用于測量硬質(zhì)合金、表面淬硬層或滲碳層HRB直徑為1.588mm鋼球98025～100適用于測量非鐵金屬,退火、正火鋼等HRC金剛石圓錐體147020～67適用于調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等試驗(yàn)時薦，根據(jù)惜被測的忽材料不勿同，壓社頭的類糠型、試筐驗(yàn)力及逆按表1-2選擇，斯對應(yīng)的弓洛氏硬史度標(biāo)尺鵝為HRA體、HR廈B、H呆RC三種表1-內(nèi)2甜常用難的三種版洛氏硬嗽度的試扒驗(yàn)條件液及應(yīng)用朝范圍2、符號28工程技術(shù)小系3、表示廈方法硬度值居+HR52H誼RC70HRA例：洛氏硬度HRC可以用輔于硬度攜很高的豬材料，羽在鋼件窯熱處理部質(zhì)量檢摩查中應(yīng)枯用最多洋。4、適武用范圍優(yōu)點(diǎn)：偽測量迅勝速簡便踐，壓痕萬小，可劃在成品突零件上德檢測居。29三、維氏硬欺度1、測定瞞原理用一定推的試驗(yàn)扮力F，將頂角貢為1360的金剛石減四棱錐壓普入金屬表析面，保持聾一定時間習(xí)后卸去試謹(jǐn)驗(yàn)力，然死后測出壓狀痕對角線屬長度d1、d2（mm），并繡求出壓事痕對角泰線的平埋均值d。30工程技術(shù)徐系2、計算輝公式3、表示方懲法硬度值妥+HV+試驗(yàn)力/保持時疏間如：640糟HV3愛0/2劈燕04、適慘用范圍適用于俊測量零策件薄的傭表面硬口化層的塑硬度。31工程技拆術(shù)系四、沖擊駱韌性強(qiáng)度、硬胡度、塑性隸等力學(xué)性燥能指標(biāo)都暖是材料在怒靜載荷作承用下的表擇現(xiàn)。樣材剝料在工作腿時還經(jīng)?？鲜艿絼虞d膏荷的作用緞，沖擊載消荷就是常華見的一種務(wù)。在設(shè)計和孫制造受沖苦擊載荷的戶零件和工諸具（如鍛帖錘、沖床趴、鉚釘槍您等）時，寒必須考慮偷所用材料果除具有足巧夠的靜載結(jié)荷作用下孩得力學(xué)性坡能指標(biāo)外刷，還必須踐具有足夠穩(wěn)的抵抗沖量擊載荷的涌能力。32工程技艘術(shù)系原理沖擊韌協(xié)性可以窮通過一食次擺錘詳沖擊試的驗(yàn)來測棄定，試哈驗(yàn)時將淋帶有U型或V型缺口的坑沖擊試樣奧放在試驗(yàn)梁機(jī)架的支抓座上，將燙擺錘升至顧高度H1，使其具票有勢能mgH1；然后使英擺錘由此耳高度自由聯(lián)下落將試際樣沖斷，挪并向另一偉方向升高謊至H2，這時緩擺錘的規(guī)勢能為mgH2。所以，異擺錘用泰于沖斷堪試樣的忠能量AK=mg（H1-H2），即為婦沖擊功（伐焦耳/J）。33工程技術(shù)米系34工程技術(shù)敢系1、試樣非沖斷時所隔消耗的沖擊功Ak為:Ak=m襯g稠H–申m搞gh則(J賊)2、沖擊韌跡度ak

AK

ak=(J/cm2)Sk二、沖擊鍬吸收功和霉沖擊韌度就是試欲樣缺口果處單位俊截面積烤上所消踩耗的沖澤擊功。沖擊吸鬼收功Ak作為材料粱韌性判據(jù)鍛，與溫度植、試樣形裕狀、尺寸殼、表面粗級糙度、內(nèi)直部組織和狗缺陷有關(guān)派。35工程技港術(shù)系1.沖擊韌度貍對材料內(nèi)保部缺陷反驗(yàn)映很敏感能夠靈敏績地顯示材向料的宏觀傾缺陷和組卻織微小變躁化，因此