金屬材料與熱處理 教學(xué)PPT課件

金屬材料與熱處理 教學(xué)PPT課件,金屬材料與熱處理,教學(xué)PPT課件,金屬材料,熱處理,教學(xué),PPT,課件 金屬材料與熱處理金屬材料與熱處理第八章第八章 有色金屬有色金屬項目導(dǎo)入項目導(dǎo)入 我們把鐵及其合金稱為黑色金屬，把黑色金屬以外的金屬稱為有色金屬。有色金屬中密度小于3.5 g/cm3的（鋁、鎂等）稱輕有色金屬，密度大于3.5 g/cm3的稱重有色金屬。它的產(chǎn)量比黑色金屬少，但它具有許多特殊的性能，如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好，密度和熔點低，力學(xué)性 能和工藝性能好，是現(xiàn)代化工業(yè)、國防工業(yè)不可缺少的材料。01目錄CONTENT銅及銅合金銅及銅合金鋁及鋁合金鋁及鋁合金滑動軸承合金滑動軸承合金020403鈦及鈦合金鈦及鈦合金CONTENT硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金05任務(wù)一銅及銅合金銅及銅合金 銅及銅合金具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、抗腐蝕性能，易加工成形。在電氣、化工、機械、動力、交通等工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)會識別純銅和銅合金。能看懂銅合金牌號。會應(yīng)用銅合金。任務(wù)描述任務(wù)描述純銅的性能。銅合金的分類及應(yīng)用。銅合金的熱處理。一、純銅 純銅是玫瑰紅色金屬，表面形成氧化銅膜后呈紫色，故工業(yè)純銅常稱紫銅或電解銅。密度為8.9 g/cm3，熔點1083。純銅導(dǎo)電性很好，大量用于制造電線、電纜、電刷等;無磁性好，常用來制造防磁性干擾的磁學(xué)儀器、儀表。如羅盤、航空儀表，塑性極好，易于熱壓和冷壓力加工，可制成管、棒、線、條、帶、板等銅材。工業(yè)純銅分冶煉品及加工品兩種，銅錠按雜質(zhì)含量分為一號銅、二號銅、三號銅、四號銅。二、銅合金的分類及應(yīng)用 銅合金是以銅為基體，加入合金元素形成的合金，銅合金與純銅比較，不僅強度高，而且具有優(yōu)良的物理性能和化學(xué)性能，因此工業(yè)中廣泛使用的是銅合金。根據(jù)化學(xué)成分，銅合金分為黃銅、白銅、青銅;按主加元素（如Sn、Al、Be等）命名為錫青銅、鋁青銅、鈹青銅。根據(jù)加工方法可分為壓力加工銅合金和鑄造銅合金。二、銅合金的分類及應(yīng)用 1.黃銅 黃銅是以鋅為主要添加元素的銅合金。按化學(xué)成分的不同分為普通黃銅和特殊黃銅。（1）普通黃銅 普通黃銅又分為單相黃銅和雙相黃銅兩種。單相黃銅:當(dāng)鋅含量小于39%時，鋅全部溶于銅中形成固溶體稱為單相黃銅。雙相黃銅:當(dāng)鋅含量大于等于39%時，除了有固溶體外，組織中還出現(xiàn)化合物CnZn為基體的固溶體，即+的雙相黃銅。二、銅合金的分類及應(yīng)用 鋅含量在32%以下時，隨鋅含量的增加，黃銅的強度和塑性不斷提高，當(dāng)鋅含量達(dá)到30%32%時，黃銅的塑性最好;當(dāng)鋅含量超過39%以后，出現(xiàn)了相，強度繼續(xù)升高，但塑性迅速下降;當(dāng)鋅含量大于45%以后，強度急劇下降，無實用價值。單相黃銅塑性很好，適于冷、熱變形加工。雙相黃銅強度高，熱狀態(tài)下塑性良好，適于熱變形加工。普通黃銅的牌號由“H+數(shù)字”表示。如H90表示平均銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%的普通黃銅。鑄造黃銅的牌號表示方法:ZCu+主加元素的元素符號+主加元素的含量+其他加 入元素的元素符號及含量組成。如:ZCuZn38表示主加元素為Zn，含量為38%的鑄造 黃銅。二、銅合金的分類及應(yīng)用（2）特殊黃銅 在普通黃銅中加入其他合金元素所組成的合金，稱特殊黃銅。特殊黃銅的牌號由H+主加元素的元素符號+銅含量的百分?jǐn)?shù)+主加元素含量的百分?jǐn)?shù)組成。如:HPb591表示銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59%，鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的鉛黃銅。常用的合金元素有硅、鋁、錫、鉛、錳、鐵與鎳等。在黃銅中加鋁能提高黃銅的屈服強度和抗腐蝕性，稍降低塑性。含鋁小于4%的黃銅具有良好的加工、鑄造等綜合性能。在黃銅中加1%的錫能顯著改善黃銅的抗海水和海洋大氣腐蝕的能力，因此稱為“海軍黃銅”。錫還能改善黃銅的切削加工性能。黃銅加鉛的主要目的是改善切削加工性和提高耐磨性，鉛對黃銅的強度影響不大。錳黃銅具有良好的機械性能、熱穩(wěn)定性和抗蝕性;在錳黃銅中加鋁，還可以改善它的性能，得到表面光潔的鑄件。黃銅可分為鑄造和壓力加工兩類產(chǎn)品。二、銅合金的分類及應(yīng)用 2.青銅 青銅是歷史上應(yīng)用最早的一種合金，原指銅錫合金，因顏色呈青灰色，故稱青銅。為了改善合金的工藝性能和力學(xué)性能，大部分青銅內(nèi)還加入其他合金元素，如鉛、鋅、磷等。由于錫是一種稀缺元素，所以工業(yè)上還使用許多不含錫的無錫青銅，它們不僅價格便宜，還具有所需要的特種性能。無錫青銅主要有鋁青銅、鈹青銅、錳青銅、硅青銅等。此外還有成份較為復(fù)雜的三元或四元青銅?，F(xiàn)在除黃銅和白銅（銅鎳合金）以外的銅合金均稱為青銅。青銅牌號由Q+主加元素的符號及含量+其他加入元素的含量組成，如:QSn43:表示錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%，鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，其余為銅的錫青銅。QAl7:表示鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%，其余為銅的鋁青銅。按主要添加元素種類的不同，青銅可分為錫青銅、鋁青銅、硅青銅和鈹青銅。二、銅合金的分類及應(yīng)用（1）錫青銅 錫能溶于銅形成固溶體，但比鋅在銅中的溶解度小。錫青銅有較高的力學(xué)性能，較好的耐蝕性、減摩性和好的鑄造性能;對過熱氣體的敏感性小，焊接性能好，無鐵磁性，收縮系數(shù)小。錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中的抗蝕性都比黃銅高，廣泛用于制造耐蝕零件。錫對鑄態(tài)青銅的影響有:錫質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時，隨著錫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，青銅的強度和塑性增加，錫質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過5%6%時，塑性急劇下降，強度仍然高。錫質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%時，塑性顯著降低。錫質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20%時，強度顯著降低，合金變得硬而脆，無使用價值。工業(yè)用的錫青銅，錫質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在3%14%。二、銅合金的分類及應(yīng)用（2）鋁青銅 鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%12%。鋁青銅有比錫青銅高的力學(xué)性能和耐磨、耐蝕、耐寒、耐熱、無鐵磁性，有良好的流動性，無偏析傾向，可得到致密的鑄件，常用來鑄造承受重載、耐蝕和耐磨的零件。在鋁青銅中加入鐵、鎳和錳等元素，可進一步改善合金的各種性能。二、銅合金的分類及應(yīng)用（3）鈹青銅 常用鈹青銅的鈹質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.7%2.5%。淬火時效強度高，R m達(dá)12501500 MPa，硬度350400 HB。彈性極限高（700780 MPa），彈性穩(wěn)定性好，彈性滯后小，耐蝕、耐磨、耐寒、耐疲勞，無磁性，沖擊不發(fā)生火花，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好，所以，鈹青銅的綜合性能優(yōu)良。鈹青銅用作高級彈性元件（如彈簧、膜片，手表的游絲），特殊要求的耐磨元件，高速，高壓下工作的軸承、襯套、齒輪等。主要用于彈性零件和有耐磨性要求的零件。二、銅合金的分類及應(yīng)用（4）硅青銅 具有很高的力學(xué)性能和耐蝕性能。并具有良好的鑄造性能和冷、熱變形加工性能，常用來制造耐蝕和耐磨性零件。二、銅合金的分類及應(yīng)用 3.白銅 以鎳為主要添加元素的銅基合金呈銀白色，稱為白銅。銅鎳二元合金稱普通白銅，加錳、鐵、鋅和鋁等元素的銅鎳合金稱為復(fù)雜白銅，純銅加鎳能顯著提高強度、耐蝕性、電阻和熱電性。工業(yè)用白銅根據(jù)性能特點和用途不同，分為結(jié)構(gòu)用白銅和電工用白銅兩種，分別滿足各種耐蝕和特殊的電、熱性能。白銅牌號由B+主加元素的符號及含量+其他加入元素的含量組成。如:QMn3-12表示鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%，其余為銅的錳白銅。任務(wù)二鋁及鋁合金鋁及鋁合金 鋁合金是僅次于鋼鐵材料用量的金屬材料，是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中 已大量應(yīng)用，尤其在航空工業(yè)中，鋁合金的用量有著絕對優(yōu)勢。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)會識別鋁合金牌號。會選用鋁合金。任務(wù)描述任務(wù)描述鋁的特點。鋁合金的分類及應(yīng)用。鋁合金的熱處理。一、純鋁及鋁合金的性能特點 1.鋁 純鋁是一種輕金屬，具有銀白色的金屬光澤，密度?。?.72g/cm3），熔點低（660），強度低（Rm=80 MPa），塑性高（Z=80%），鋁合金的密度也很小，熱處理后強度高（Rm=490588 MPa），因此鋁合金是重要的航空結(jié)構(gòu)材料。鋁及鋁合金具有如下優(yōu)良性能:（1）密度?。?.72 g/cm3），僅為鐵的1/3，是一種輕金屬。（2）導(dǎo)電、導(dǎo)熱性良好，僅次于銀、銅。（3）具有較好的抗大氣腐蝕能力。（4）具有較好的加工性，它的塑性好，可以冷、熱變形加工，還可通過熱處理強化，提高鋁的強度。（5）強度和硬度低，不能用來制造承載的機械零件。鋁中常見的雜質(zhì)是鐵和硅，雜質(zhì)越多，鋁的導(dǎo)電性、耐蝕性及塑性越低。工業(yè)純鋁按雜質(zhì)的含量分為一號鋁、二號鋁二、鋁合金 1.鋁合金牌號的編制 牌號第一位數(shù)字表示鋁及鋁合金的組別，1、2、3、9，1表示純鋁、2表示以Cu為主要合金元素的鋁合金，3表示以Mn為主要合金元素的鋁合金，4表示以Si為主要合金元素的鋁合金，5表示以Mg為主要合金元素的鋁合金，6表示以Mn和Si主要合金元素的鋁合金，7表示以Zn為主要合金元素的鋁合金，兩種編號方法的第二位表示原始合金的改型情況。其中，國標(biāo)四位數(shù)字體系牌號的第二位為阿拉伯?dāng)?shù)字，0表示原始合金;四位字符牌號的第二位為英文大寫字母，A表示原始合金。兩種編號方法的最后兩位為阿拉伯?dāng)?shù)字，無特殊意義，僅用于區(qū)別同一組中的不同鋁合金。如5A06表示6號Al-Mg系變形鋁合金;2A14表示14號Al-Cu系變形鋁合金。二、鋁合金 2.鋁合金的分類 根據(jù)鋁合金的成分和工藝特點，將鋁合金分類大致如下:變形鋁合金不可熱處理強化鋁合金 防銹鋁不可熱處理強化鋁合金硬鋁超硬鋁鍛鋁簡單硅鋁合金特殊硅鋁合金鋁鎂鑄造合金鋁銅鑄造合金鑄造鋁合金鋁鋅鑄造合金鋁合金三、變形鋁合金 變形鋁合金是指需經(jīng)過不同的壓力加工方式生產(chǎn)成材的鋁合金。這些變形鋁合金是機械工業(yè)和航空工業(yè)中重要的結(jié)構(gòu)材料。由于體積質(zhì)量輕，比強度高，在航空工業(yè)中占有特殊的地位。三、變形鋁合金變形鋁合金分為兩大類，一類是非熱處理強化變形鋁合金，另一類是熱處理強化變形鋁合金。1.非熱處理強化鋁合金 防銹鋁合金（LF），它耐腐蝕，易加工成形和好焊接，強度較低，適宜制作耐腐蝕和受力不大的零部件及裝飾材料。這類合金牌號用LF加序號表示，如LF21、LF3等。三、變形鋁合金2.熱處理強化鋁合金 熱處理強化鋁合金通過固溶處理和時效處理，大體可分為三種:（1）硬鋁合金（LY）以Al-Cu-Mg系合金為主，應(yīng)用廣泛，有強烈的時效強化能力，可制作飛機受力構(gòu)件，牌號用LY加序號表示，如LY12、LY6等;（2）鍛鋁合金（LD）以Al-Mg-Si系合金為主，冷熱加工性好，耐磨蝕，低溫性能好，適合制作飛機上的鍛件，其牌號用LD加序號表示，如LD12、LD6等;（3）超硬鋁合金（LC）以Al-Zn-Mg-Cu系合金為主，是強度最高的鋁合金，其牌號用LC加序號表示，如LC4、LC6等。此外，還有新發(fā)展的鋁合金，如鋁鋰合金、快速凝固鋁合金等。四、鑄造鋁合金 鑄造鋁合金應(yīng)具有高的流動性，較小的收縮性，熱裂、縮孔和疏松傾向小等良好的鑄造性能。共晶合金或合金中有一定量共晶組織就具有優(yōu)良的鑄造性能。常用的鑄造鋁合金有鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系、鋁稀土系和鋁鋅系合金。鑄造鋁合金的代號:用“鑄鋁”的漢語拼音字首“ZL”及三位數(shù)字表示。第一位數(shù)字表示鋁合金的類別，“1”表示鋁硅系，“2”表示鋁銅系，“3”表示鋁鎂系，“4”表示鋁鋅系，后兩位數(shù)字表示合金順序號四、鑄造鋁合金 1.鋁硅合金 硅系鑄造合金用途很廣，其最基本的合金為ZL102二元鑄造合金，具有共晶組織。含硅的共晶能提高強度和耐磨性，液態(tài)有良好的流動性，是鑄造鋁合金中流動性最好的。由于其共晶中硅晶體含量不高，不會使塑性降低太多。這種合金的比重輕，焊接性良好。共晶組織中硅晶體呈粗針狀或片狀，過共晶合金中還有少量初生硅，呈塊狀。這種共晶組織塑性較低，達(dá)不到實用要求，需要細(xì)化組織。ZL102合金的強度不算高，但流動性好，可生產(chǎn)形狀復(fù)雜薄壁、受力不大的精密鑄件。ZL105可制作在250 以下工作的耐熱零件。ZL111可鑄造形狀復(fù)雜的內(nèi)燃機汽缸等。四、鑄造鋁合金 2.鋁銅合金 鋁銅鑄造合金的主要強化相是CuAl2，所以有較高的強度和熱穩(wěn)定性，適于鑄造耐熱鑄件。但銅含量高了使合金的質(zhì)量密度增大，耐蝕性降低，鑄造性能變差。主要用來制造要求較高強度或高溫下不受沖擊的零件，常用代號有ZL201、ZL202、ZL203等。3.鋁鎂合金 鋁鎂鑄造合金的優(yōu)點是比重輕，強度和韌性較高，并具有優(yōu)良的耐蝕性、切削性和拋光性。主要用于制造在腐蝕性介質(zhì)中工作的零件，適用于造船、食品及化學(xué)工業(yè)。常用代號有ZL301和ZL302等。4.鋁鋅合金 這類合金鑄造性能良好，經(jīng)變質(zhì)處理和時效處理后強度較高，價格便宜，但腐蝕性、耐熱性差，主要用于制造結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的汽車、儀表、飛機零件等，常用代號有ZL401和ZL402等。五、鋁合金的熱處理 1.固溶強化 無限互溶合金系的組元間具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)，原子尺寸差異小，固溶體晶格畸變程度較低，因而固溶強化效果不大。如鋁鋅、鋁銀合金系，固溶強化作用差，因此，Al-Zn、Al-Ag簡單二元合金沒有實用價值。固溶強化效果主要取決于基體金屬與合金元素原子半徑差別的大小，原子半徑差別越大，強化效果越明顯，采用溶解度超過1%的其他幾個元素，如Al-Mg、Al-Cu、Al-Mn、Al-Si合金系有比較大的實用價值。用多元少量合金化來形成新的強化相或改變沉淀硬化特性，使固溶強化效果更大，如Al-Cu-Mg系，可形成CuAl2（相）、Al、CuMg（S相）等強化相，從而使合金獲得顯著強化。五、鋁合金的熱處理 2.時效處理 鋁合金固溶強化效果有限，要想獲得高強度，必須配以時效強化處理。淬火后的鋁合金強度和硬度隨時效時間增長而發(fā)生顯著升高的現(xiàn)象，稱為時效硬化現(xiàn)象。時效處理分為自然時效和人工時效。在室溫下進行的時效，稱為自然時效;在加熱條件下進行的時效，稱為人工時效。合金元素在鋁中要有較大的極限溶解度，其溶解度隨溫度的降低而急劇減小，時效過程中形成均勻、彌散分布的共格或半共格過渡相，這種相在基體中能造成較強烈的應(yīng)變場，提高對位錯運動的阻力，從而提高合金的強度。可熱處理強化鋁合金:Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si和Al-Zn-Mg系。任務(wù)三鈦及鈦合金鈦及鈦合金鈦實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)只有50多年，但是憑借著其密度小、比強度高、耐蝕性強等優(yōu)點，發(fā)展非常迅速，短時間內(nèi)已經(jīng)顯示出它強大的應(yīng)用前景，成了航空航天工業(yè)、能源工業(yè)、海上運輸業(yè)、化學(xué)工業(yè)等不可缺少的材料。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)知道鈦及鈦合金的應(yīng)用。任務(wù)描述任務(wù)描述純鈦的性能。鈦合金的分類及應(yīng)用。一、鈦 鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，它抗蝕性優(yōu)異，比強度較高，疲勞極限較好，鍛造性好，可用普通方法鍛造、成形和焊接?？芍瞥砂?、棒、絲材。應(yīng)用于航空、醫(yī)療、化工等方面，如排氣管，防火墻以及要求塑性好、能抗蝕的零件。二、鈦合金 鈦合金是以鈦為基加入其他合金元素組成的合金。鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域，世界上許多國家都認(rèn)識到鈦合金材料的重要性，相繼對其進行研究開發(fā)，并得到了實際應(yīng)用。二、鈦合金 1.性能特點 （1）比強度高（抗拉強度/密度）一些高強度鈦合金的抗拉強度超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼，而密度僅為鋼的60%，因此鈦合金的比強度遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，可制出單位強度高、剛性好、質(zhì)輕的零部件。（2）中溫強度好 使用溫度比鋁合金高幾百度，在中等溫度下仍能保持所要求的強度，可在450500 的溫度下長期工作。鈦合金的工作溫度可達(dá)500 ，鋁合金則在200 以下。（3）耐蝕性好 在大氣中鈦表面立即形成一層均勻致密的氧化膜，有抵抗多種介質(zhì)侵蝕的能力。通常鈦合金在氧化性和中性介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，在海水、濕氯氣和氯化物溶液中的耐蝕性能更為優(yōu)異。但在還原性介質(zhì)，如鹽酸等溶液中，鈦的耐蝕性能較差。二、鈦合金 （4）低溫性能好 鈦合金在低溫和超低溫下，仍能保持其力學(xué)性能。間隙元素極低的鈦合金，如TA7在-253 下還能保持一定的塑性。（5）彈性模量低 鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2，故其剛性差、易變形，不宜制作細(xì)長桿和薄壁件，切削加工時表面的回彈量很大，約為不銹鋼的23倍，造成刀具后刀面的劇烈摩擦、粘附、粘結(jié)磨損。（6）熱導(dǎo)率小 鈦的導(dǎo)熱系數(shù)約為鎳的1/4，鐵的1/5，鋁的1/14，而各種鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)比鈦的導(dǎo)熱系數(shù)約下降50%。（7）無鐵磁性二、鈦合金 2.分類 鈦是同素異構(gòu)體，熔點為1668，在低于882 時呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱為鈦;在882 以上呈體心立方晶格結(jié)構(gòu)，稱為鈦。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點，添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪兀蛊湎嘧儨囟燃跋嗪恐饾u改變而得到不同組織的鈦合金。鈦合金根據(jù)相的組成可分為三類:鈦合金，+鈦合金和鈦合金。我國分別以TA、TC、TB表示。二、鈦合金 （1）鈦合金 鈦合金含一定量的穩(wěn)定相的元素，平衡狀態(tài)下主要由相組成。合金比重小，熱強性好、具有良好的焊接性和優(yōu)異的耐蝕性，缺點是室溫強度低，通常用作耐熱材料和耐蝕材料。（2）+鈦合金 +鈦合金含一定量的穩(wěn)定相和相的元素，平衡狀態(tài)下合金的組織為相和相。+鈦合金具有良好的綜合性能，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進行熱壓力加工，并可熱處理強化，但是焊接性能較差。（3）鈦合金 鈦合金含有大量穩(wěn)定相的元素，可將高溫相全部保留到室溫。合金的塑性加工性能好，合金濃度適當(dāng)時，通過熱處理可得到常溫下的力學(xué)性能，是發(fā)展高強度鈦合金的基礎(chǔ)。缺點是組織性能不夠穩(wěn)定，冶煉工藝復(fù)雜。鈦合金主要有TB1和TB2兩個牌號。二、鈦合金 3.熱處理 常用的熱處理方法有退火、固溶和時效處理。消除應(yīng)力退火的目的是為消除或減少加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。防止在一些腐蝕環(huán)境中的化學(xué)侵蝕和減少變形。完全退火的目的是為了獲得好的韌性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和組織的穩(wěn)定性。固溶處理和時效的目的是為了提高其強度，鈦合金和穩(wěn)定的鈦合金不能進行強化熱處理，在生產(chǎn)中只進行退火。+鈦合金和含有少量相的亞穩(wěn)鈦合金可以通過固溶處理和時效使合金進一步強化。此外，為了滿足工件的特殊要求，工業(yè)上還采用雙重退火、等溫退火、熱處理、形變熱處理等金屬熱處理工藝。二、鈦合金 4.應(yīng)用 鈦合金的強度高、密度小，力學(xué)性能好，韌性和抗蝕性能很好。另外，鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫、氧、氮、碳等雜質(zhì)。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開始的。航空工業(yè)發(fā)展的需要，使鈦工業(yè)以平均每年約8%的增長速度發(fā)展。鈦合金主要用于制作飛機發(fā)動機壓氣機部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機的結(jié)構(gòu)件。上世紀(jì)60年代中期，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用，用于制作電解工業(yè)的電極，發(fā)電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及鈦合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等。任務(wù)四滑動軸承合金滑動軸承合金滑動軸承與滾動軸承不同，滑動軸承由軸承體和軸瓦構(gòu)成，具有更大的承壓面積、工作平穩(wěn)、無噪聲以及裝拆方便等優(yōu)點?；瑒虞S承廣泛應(yīng)用于動力設(shè)備之上。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)會合理使用軸承合金。任務(wù)描述任務(wù)描述軸承合金的特點。軸承合金應(yīng)用。一、對軸承合金性能的要求 軸承合金是用來制造滑動軸承的材料?；瑒虞S承由軸承體和軸瓦構(gòu)成，軸瓦直接支撐著轉(zhuǎn)動軸。與滾動軸承比較，具有更大的承壓面積、工作平穩(wěn)、無噪聲以及裝拆方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于磨床、汽車發(fā)動機、拖拉機等。軸承支撐著軸，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，軸瓦和軸發(fā)生強烈的摩擦，并承受軸頸傳給的周期性載荷。因此軸承合金應(yīng)具有以下性能:（1）足夠的強度和硬度，以承受軸頸較大的壓力。（2）高的耐磨性和小的摩擦系數(shù)，以減小軸頸的磨損。（3）足夠的塑性和韌性，較高的抗疲勞強度，以承受軸頸的交變載荷，抵抗沖擊和振動。（4）良好的導(dǎo)熱性和耐蝕性。以利于熱量的散失和抵抗?jié)櫥偷母g。（5）良好的磨合性，使其與軸頸能較快地緊密配合。（6）制造簡便，價格低廉。二、軸承合金的組織 1.在軟的基體上分布著硬質(zhì)點 這類軸承合金中，顆粒狀的硬質(zhì)點一般為化合物，其體積約占15%30%分布在軟的基體上。當(dāng)軸承工作時，軟的組織磨凹后，硬的質(zhì)點突出于表面以承受載荷，并抵抗自身的磨損。凹下去后，利于潤滑油的儲存，除可減少軸頸與軸承的摩擦外，還使軸 和軸承間形成一層連續(xù)的油膜，保證有低的摩擦系數(shù)。同時軟的基體有較好的磨合性與抗沖擊和震動的能力，能夠保證機構(gòu)的安全運行。但這類組織難以承受高的載荷。屬于這類組織的有鉛基和錫基軸承合金，一般稱之為巴氏合金。二、軸承合金的組織 2.在硬的基體上分布著軟質(zhì)點 當(dāng)軸承處于高轉(zhuǎn)速，高載荷的工作條件下，通常采用硬基體上分布著軟質(zhì)點的組織，也具有低的摩擦系數(shù)，但其磨合性較差。屬于這類組織的軸承合金有鋁基軸承合金和銅基軸承合金。三、常用軸承合金 常用軸承合金有錫基、鉛基、銅基、鋁基等。1.錫基軸承合金 錫基軸承合金是以錫為基，加入銻、銅等元素組成的合金，最常用的錫基軸承合金為ZSnSb11Cu6，顯微組織中暗色基體為銻溶入錫的固溶體，硬度大約為2430 HBS，是軟基體;白色方塊為硬質(zhì)點，它是以化合物SnSb為基的固溶體，硬度約為110 HBS，以及白色針及星狀的Cu3Sn、Cu6Sn5等化合物。三、常用軸承合金 錫基軸承合金具有適中的硬度、小的摩擦系數(shù)，較好的塑性及韌性、優(yōu)良的導(dǎo)熱性和耐蝕性等，這種合金常用于重要的軸承，如高速蒸汽機、汽輪機、汽車等的高 速軸上。缺點是抗疲勞強度較差，同時錫的熔點較低，工作溫度也較低，一般不超過150。錫基軸承合金的編號方法為Zch+基體元素和主加元素的元素符號+主加元素與輔加元素元素的含量。如ZchSnSb11-6為錫基軸承合金，主加元素銻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%，輔加元素銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%，其余為錫。三、常用軸承合金 2.鉛基軸承合金 鉛基軸承合金是以鉛銻為基礎(chǔ)，加入錫、銅等元素組成的軸承合金。合金組織由銻溶于鉛的固溶體和鉛溶入SnSb化合物的固溶體所組成的共晶體，硬度為78 HBS;硬質(zhì)點是加入鉛溶入SnSb化合物的相以及加入銅形成的Cu2Sb。鉛基軸承合金的強度、硬度、韌性均低于錫基軸承合金，且摩擦系數(shù)較大，但價格便宜，只用于中等負(fù)荷的軸承，如汽車、拖拉機的曲軸、連桿軸承及電動機上的軸承等。通常將制成雙金屬軸承。鉛基軸承合金的牌號與錫基軸承合金相同。如ZPbSb16-16-2鉛為基體元素，銻為主加元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%，輔加元素錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%，銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，其余為鉛。三、常用軸承合金 3.鋁基軸承合金 鋁基軸承合金是上世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型減磨材料，它的優(yōu)點是比重小，導(dǎo)熱性好，疲勞強度高，耐蝕性好以及化學(xué)穩(wěn)定性好，并且資源豐富，價格低廉，缺點是它的膨脹系數(shù)大，運轉(zhuǎn)時容易與軸咬合。目前采用的鋁基軸承合金有鋁銻鎂軸承合金和高錫鋁基軸承合金。鋁銻鎂軸承合金以鋁為基，加入銻和鎂元素。這種合金用08鋼作襯背，一起軋制成雙合金帶，因此改變了軸瓦的整個澆注工藝，并提高了軸瓦的承載能力。它具有較高的抗疲勞性能和耐磨性，但是承載能力不大，滑動速度還不夠大，主要大量應(yīng)用在低速柴油機的軸承上。高錫鋁基軸承合金以鋁為基，加入錫和銅。這種合金也用08鋼為襯背，軋制成雙合金帶，就良好的耐熱性、耐磨性、及高的疲勞強度，可替代巴氏合金，銅基軸承合金和鋁銻鎂合金，目前已在汽車、拖拉機、內(nèi)燃機車上廣泛使用。三、常用軸承合金 4.銅基軸承合金 以銅為基體，加入適量的錫、鉛、鋅等元素組成的合金。銅基軸承合金有錫青銅、鉛青銅等。（1）錫青銅 ZCuSn10P1的組織是由軟的基體（固溶體）及硬質(zhì)點（相及化合物）所構(gòu)成。它的組織中有較多的分散的縮孔，有利于儲存潤滑油。這種合金能承受較大的載荷，廣泛用于中等速度及重載荷的軸承，例如電動機、泵、金屬切削機床及汽車轉(zhuǎn)向等的軸承。錫青銅軸承合金可直接制成軸瓦。常用的有ZCuSn10P1與ZCuSn5Pb5Zn5等。三、常用軸承合金（2）鉛青銅 銅與鉛在固態(tài)下互不溶解。鉛青銅的顯微組織是由硬的基體（銅）上均布著大量軟的質(zhì)點（鉛）所構(gòu)成。該合金與巴氏合金相比，具有高的疲勞強度和承載能力，良好的耐磨性、高的導(dǎo)熱性（約為錫基巴氏合金的6倍）和低的摩擦系數(shù)，能在較高溫度（如250）下工作，故適宜制造高速、高壓下工作的軸承，如航空發(fā)動機、高速柴油機及其他高速機器的主軸承。鉛青銅本身強度較低（Rm=60 MPa），因此常澆注在鋼管或薄鋼板上制成所謂雙金屬軸承。常用的是ZCuPb30。任務(wù)五硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金制造刀具的不僅僅只有高速工具鋼，硬質(zhì)合金憑借良好的性能同樣成為制造刀具的上佳選擇。硬質(zhì)合金是通過粉末冶金的方法制得，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造的各個領(lǐng)域。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)會合理選擇切削加工中使用的硬質(zhì)合金刀具。任務(wù)描述任務(wù)描述硬質(zhì)合金性能特點。硬質(zhì)合金的分類及應(yīng)用。一、粉末冶金 不經(jīng)過熔煉和鑄造而直接用幾種金屬粉末或金屬與非金屬粉末做原料，通過配料、壓制成形、燒結(jié)而制成的具有一定強度、多孔性的材料，稱為粉末冶金材料。這種工藝過程為粉末冶金法。粉末冶金材料種類較多，應(yīng)用也很廣泛，常用的粉末冶金材料有減摩材料、結(jié)構(gòu)材料、摩 擦材料、硬質(zhì)合金、難熔金屬材料（如鎢絲等）、過濾材料（如水、空氣、液體燃料和潤滑油的過濾等）、磁性材料、耐熱材料等。二、硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC）為主要成分，以鈷（Co）或鎳（Ni）為粘結(jié)劑通過粉末冶金的方法制得的一種冶金制品。主要用于制造高速切削刃具，以及某些不受沖擊、振動的高耐磨零件（如冷作模具、量具等）。二、硬質(zhì)合金 1.性能特點 （1）硬度高、熱硬性高、耐磨性好 常溫下，硬質(zhì)合金的硬度高（8693HRA，相當(dāng)于6981 HRC）;硬質(zhì)合金的熱硬性高（溫度可達(dá)9001000，保持60 HRC）;耐磨 性好，比高速鋼要高1520倍。由于這些特點，硬質(zhì)合金刀具比高速鋼切削速度高 47倍。（2）抗壓強度高 硬質(zhì)合金的抗壓強度可達(dá)6000 MPa，比高速工具鋼的抗壓強度要高;但是硬質(zhì)合金的抗彎強度卻只有高速工具鋼的1/31/2;硬質(zhì)合金的韌性僅為淬火鋼韌 性的30%50%。（3）硬質(zhì)合金在大氣、酸、堿等腐蝕介質(zhì)中具有良好的耐蝕性和抗氧化性。（4）線膨脹系數(shù)小。二、硬質(zhì)合金 2.常用的硬質(zhì)合金 常用的硬質(zhì)合金按照成分和性能可以分為以下三類:（1）鎢鈷類硬質(zhì)合金 鈷類硬質(zhì)合金主要成分是碳化鎢（WC）和粘結(jié)劑鈷（Co）。其牌號是由“YG”（“硬、鈷”兩字漢語拼音字首）和平均含鈷量的百分?jǐn)?shù)組成。例如，YG8，表示平均wCo=8%，其余為碳化鎢的鎢鈷類硬質(zhì)合金。二、硬質(zhì)合金（2）鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金 鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金主要成分是碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）及鈷。其牌號由“YT”（“硬、鈦”兩字漢語拼音字首）和碳化鈦平均含量組成。例如，YT15，表示平均wTiC=15%，其余為碳化鎢和鈷含量的鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金中，碳化物含量越多，鈷含量越少，則合金的硬度、熱硬性及耐磨性越高，合金的強度和韌性越低。含鈷量相同時，YT類硬質(zhì)合金由于碳化鈦的加入，合金具有較高的硬度和耐磨性，同時，合金的表面會形成一層氧化薄膜，切削不易粘刀，具有較高的熱硬性;但其強度和韌性比YG類硬質(zhì)合金低。因此，YG類硬質(zhì)合金刀具適合加工脆性材料（如鑄鐵），而YT類硬質(zhì)合金刀具適合加工塑性材料（如鋼等）。二、硬質(zhì)合金（3）鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金 鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金主要成分是碳化鎢（WC）、（TiC）、碳化鉭（TaC）或碳化鈮（NbC）及鈷。這類硬質(zhì)合金又稱通用硬質(zhì)合金或萬能硬質(zhì)合金。其牌號由“YW”（“硬”、“萬”兩字漢語拼音字首）加順序號組成，如YW1。這類硬質(zhì)合金主要用來切削各種難于加工的鋼材，例如不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼。二、硬質(zhì)合金 3.硬質(zhì)合金的應(yīng)用 （1）切削工具 硬質(zhì)合金廣泛用作刀具材料，如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等，用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材，也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料。（2）地質(zhì)礦山工具 地質(zhì)礦山工具同樣是硬質(zhì)合金的一大用途。我國地礦用硬質(zhì)合金約占硬質(zhì)合金生產(chǎn)總量的25%，主要用于沖擊鑿巖用釬頭，地質(zhì)勘探用鉆頭、礦山油田用潛孔鉆、牙輪鉆以及截煤機截齒、建材工業(yè)沖擊鉆等。二、硬質(zhì)合金（3）模具 用作各類模具的硬質(zhì)合金約占硬質(zhì)合金生產(chǎn)總量的8%，有拉絲模、冷鐓模、冷擠壓模、熱擠壓模、熱鍛模、成形沖模以及拉拔管芯棒，如長芯棒、球狀蕊棒、浮動蕊棒等，近十幾年軋制線材用各類硬質(zhì)合金軋輥用量增速很快，我國軋輥用硬質(zhì)合金已占硬質(zhì)合金生產(chǎn)總量的3%。二、硬質(zhì)合金（4）結(jié)構(gòu)零件 硬質(zhì)合金用來作結(jié)構(gòu)零件的制品很多，如旋轉(zhuǎn)密封環(huán)、壓縮機活塞、車床夾頭、磨床心軸、軸承軸頸等。（5）耐磨零件 用硬質(zhì)合金制成的耐磨零件有噴嘴、導(dǎo)軌、柱塞、球、輪胎防滑釘、鏟雪機板等舉不勝舉。（6）耐高壓高溫用腔體 最重要的用途就是生產(chǎn)合成金剛石用的頂錘、壓缸等制品，頂錘、壓缸用硬質(zhì)合金已占我國硬質(zhì)合金生產(chǎn)總量的9%。（7）其他用途 硬質(zhì)合金用途越來越廣，近幾年已在民用領(lǐng)域不斷擴展，如表鏈、表殼、高級箱包的拉鏈頭、硬質(zhì)合金商標(biāo)等。謝謝金屬材料與熱處理金屬材料與熱處理項目一項目一 金屬材料的性能金屬材料的性能項目導(dǎo)入項目導(dǎo)入金屬材料是現(xiàn)代機械制造業(yè)的基本材料，廣泛應(yīng)用于制造生產(chǎn)和生活用具，金屬材料之所以獲得廣泛的應(yīng)用，是由于它具有許多良好的性能。在機械制造過程中，為了設(shè)計制造具有較強競爭力的產(chǎn)品，必須了解和掌握金屬材料的各種性能，以便使機械產(chǎn)品在設(shè)計、選材和制造等方面體現(xiàn)出最優(yōu)化。01目錄CONTENT認(rèn)識金屬材料認(rèn)識金屬材料畫低碳鋼拉伸曲線圖畫低碳鋼拉伸曲線圖金屬材料的沖擊試驗和疲勞試驗金屬材料的沖擊試驗和疲勞試驗020403測試鋼的硬度測試鋼的硬度CONTENT金屬的其他性能金屬的其他性能05任務(wù)一認(rèn)識金屬材料認(rèn)識金屬材料 金屬材料具有比其他材料優(yōu)越的性能，廣泛的應(yīng)用于機械制造、工程建設(shè)，交通、石 油化工、農(nóng)業(yè)、國防等領(lǐng)域，所以我們認(rèn)識金屬材料具有重要意義。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)具有識別金屬材料的初步能力。結(jié)合實際情況能確定出不同設(shè)備承受的載荷性質(zhì)。任務(wù)描述任務(wù)描述認(rèn)識金屬及金屬材料。初步了解金屬材料的分類。了解各種載荷的含義。一、金屬材料的基本概念金屬是指具有特殊的光澤、良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，一定的強度和塑性的物質(zhì)，如鐵、錳、鋁、銅等。金屬元素是指具有金屬特性的元素稱金屬元素。在化學(xué)元素周期表中，約四分之三是 屬于金屬元素。金屬材料是由金屬元素或以金屬元素為主而形成的，并具有一般金屬特性的材料通稱為金屬材料。二、金屬材料的分類金屬材料黑色金屬材料碳素鋼合金鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼鑄造碳鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼黑色金屬材料黑色金屬材料黑色金屬材料黑色金屬材料銅及銅合金鋁及鋁合金鈦及鈦合金軸承合金鑄鐵有色金屬材料硬質(zhì)合金三、金屬材料的性能金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能兩方面。使用性能是指金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來的性能。包括:物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能等。工藝性能是指金屬在制造加工過程中反映出來的各種性能。包括:鑄造性能、鍛造性、焊接性能、熱處理性和切削加工性。四、金屬材料的載荷金屬材料在加工及使用過程中所受的外力稱為載荷。根據(jù)載荷作用性質(zhì)的不同，它可以分為靜載荷、沖擊載荷及交變載荷三種。（1）靜載荷是指大小不變或變化過程緩慢的載荷。（2）沖擊載荷是指在短時間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷。（3）交變載荷是指大小、方向或大小和方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷。根據(jù)作用形式不同，載荷又可分為拉伸載荷、壓縮載荷、彎曲載荷、剪切載荷和扭轉(zhuǎn)載荷等。四、金屬材料的載荷任務(wù)二畫低碳鋼拉伸曲線圖畫低碳鋼拉伸曲線圖在建筑工地、港口碼頭、工廠車間等地方，同學(xué)們經(jīng)常會看到用一根或幾根鋼絲繩就可以提起幾噸甚至上百噸的貨物。由此可見，鋼絲繩能承受由這些貨物所產(chǎn)生的力即拉力，這說明金屬材料應(yīng)具有一定的抗拉強度才會具有使用價值。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)在老師的監(jiān)護下會做拉伸試驗。會畫低碳鋼的拉伸曲線圖。任務(wù)描述任務(wù)描述強度的含義和計算。塑性的含義和計算。理解拉伸曲線各階段含義。一、認(rèn)識低碳鋼低碳鋼是生活中常見的一種優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均小于0.25%。塑性、韌性較高，冷擠壓性能和焊接性能好、抗拉強度為253500 MPa，伸長率 A14%。低碳鋼一般軋成角鋼、槽鋼、工字鋼、鋼管、鋼板，用于制作各種建筑構(gòu)件、容器、箱體、爐 體和農(nóng)用機具等。優(yōu)質(zhì)低碳鋼軋成薄板，制作汽車駕駛室、發(fā)動機罩等深沖制品;制成棒材，制作強度要求不高的機械零件。二、低碳鋼的拉伸實驗拉伸實驗是用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定制成的金屬試樣，把試樣裝夾在拉伸試驗機上，在軸向靜拉伸力的作用下使它不斷產(chǎn)生變形，直到斷裂為止。利用拉伸試驗得到的數(shù)據(jù)可以確定材料的彈性極限、伸長率、彈性模量、比例極限、拉伸強度、屈服點、屈服強度和其他拉伸性能指標(biāo)。（1）測定拉伸曲線的試樣和設(shè)備（2）認(rèn)識低碳鋼拉伸曲線二、低碳鋼的拉伸實驗拉伸試驗常用的標(biāo)準(zhǔn)試樣截面為圓形。根據(jù)GB/T 2282010要求制成圓柱形拉伸試樣。根據(jù)標(biāo)距長度和直徑之間的關(guān)系，試樣可分為長試樣和短試樣兩種，長試樣l0 =10d0，短試樣l0=5d0。拉伸試驗機也叫材料拉伸試驗機、萬能拉伸強度試驗機。主要用于各種金屬、非金屬及復(fù)合材料進行力學(xué)性能指標(biāo)的測試。如檢測金屬材料的最大承載拉力、抗拉強度、伸長變形、延伸率等技術(shù)指標(biāo)。在拉伸試驗機上，試樣從變形到拉斷，可以通過自動記錄設(shè)備把拉力與伸長量的關(guān)系用曲線表示出來，該曲線即為拉伸曲線。二、低碳鋼的拉伸實驗由拉伸曲線可以看出，低碳鋼在外力作用下所引起的變形和失效的過程大致可以分為彈性變形階段、屈服階段、強化階段、縮頸階段四個階段。（1）oe彈性變形階段 隨著載荷增加，拉力在e點以下，試樣變形完全是彈性的，此時如卸載，試樣即恢復(fù)原狀。隨載荷的存在而產(chǎn)生，隨載荷的去除而消失的變形稱為彈性變形。Fe為能恢復(fù)原始形狀和尺寸的最大拉伸力。二、低碳鋼的拉伸實驗（2）es屈服階段 當(dāng)載荷超過Fe時，若卸載的話，試樣的伸長只能部分恢復(fù)，而保留部分殘余變形。這種不能隨載荷的去除而消失的變形稱為塑性變形。當(dāng)載荷增加到Fs時,鑄鐵的力伸長曲線圖上出現(xiàn)平臺或鋸齒狀，這種在載荷不增加或略有減少的情況下，試樣繼續(xù)發(fā)生變形的現(xiàn)象叫做屈服，F(xiàn)s稱為屈服載荷，屈服后，材料將殘留較大的塑性變形。二、低碳鋼的拉伸實驗（3）sb強化階段 在屈服階段以后，欲使試樣繼續(xù)伸長，必須不斷加載。隨著塑性變形的增加，試樣變形抗力也逐漸增加，這種現(xiàn)象稱為形變強化（或稱為冷作硬化）。Fb為試樣拉伸試驗時的最大載荷。（4）bz縮頸階段 當(dāng)載荷達(dá)到最大值Fb后，試樣的直徑發(fā)生局部收縮，稱為“縮頸”。試樣所需要的載荷也隨之降低，這時伸長主要集中在縮頸部位，直至斷裂。三、彈性和剛度三、彈性和剛度四、強度四、強度四、強度五、塑性五、塑性任務(wù)三 測試鋼的硬度測試鋼的硬度在日常生活中，我們用手錘錘擊鉛塊和鋼塊，或用劃針在鉛塊和鋼塊劃線，就會發(fā)現(xiàn)在鉛塊上留下的痕跡比在鋼塊上留下的痕跡要深，這是為什么呢?這是因為鋼比鉛塊硬，那么，如何知道材料的硬度呢?這就需要通過硬度試驗測定。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)在老師的監(jiān)護下會做硬度試驗。知道各種硬度值符號含義。任務(wù)描述任務(wù)描述硬度的含義。理解硬度的相關(guān)公式。熟悉不同硬度測試方法的特點和應(yīng)用。一、布氏硬度 一、布氏硬度 2.布氏硬度值的表示方法 布氏硬度值的表示方法為:硬度值+HBW+球直徑+試驗力+規(guī)定時間。試驗力保持時間1015 s時不標(biāo)注。例如:530HBW 5/750表示用直徑5 mm的硬質(zhì)合金球在7355 N（750 kgf）的試驗力作用下，保持101 5s時測得的布氏硬度值為530。又如:170 HBS 10/1000/30表示用直徑10 mm的鋼球在9807 N（1000 kgf）的試驗力作用下保持30s測得的布氏硬度值為170。做布氏硬度試驗時，壓頭球體的直徑（D）、試驗力（F）及試驗力保持時間（t），應(yīng)根據(jù)被測金屬材料的種類、硬度值的范圍及金屬的厚度進行選擇。常用的壓頭直徑（D）有1、2、2.5、5和10 mm五種，試驗力（F）在9807 N29.42 kN范圍內(nèi)。試驗力保持時間，一般黑色金屬為1015 s;有色金屬為30 s;布氏硬度值小于35時為60s。二、洛氏硬度1.洛氏硬度試驗原理 洛氏硬度試驗采用以錐角為120的金剛石錐體或直徑為1.588 mm的淬火鋼球壓頭，壓入試樣表面，保持規(guī)定時間后卸除主試驗力，以測量壓痕深度來計算洛氏硬度值。二、洛氏硬度洛氏硬度試驗時，先在樣品表面施加100 N的預(yù)載荷，其壓入深度為h0，此時表盤上的指針指向零點。然后再加上主載荷（500 N、900 N、1400 N），壓頭壓入表面的深度為h1，表盤上的指針逆時針方向轉(zhuǎn)到相應(yīng)的刻度。在主載荷的作用下，樣品表面的變形包括彈性變形和塑性變形兩部分，卸除主載荷后，表面變形中的彈性部分將回復(fù)，壓頭將回升一段距離，即（h1-e），表盤上的指針將相應(yīng)地回轉(zhuǎn)。最后，在試件表面留下的殘余壓痕深度為e。e值越大，被測金屬的硬度越低。為了符合數(shù)字越大，硬度越高的習(xí)慣，將一個常數(shù)K減去e來表示硬度的大小，并用0.002 mm壓痕深度作為一個硬度單位，由此獲得洛氏硬度值，用符號HR表示。二、洛氏硬度二、洛氏硬度2.常用洛氏硬度標(biāo)尺及適用范圍 為了用一臺硬度計測定不同硬度的金屬材料，可根據(jù)所加的載荷和壓頭不同組成不同的洛氏硬度標(biāo)尺，每一種標(biāo)尺用一個字母在洛氏硬度符號HR后面注明。常用的洛氏硬度標(biāo)尺有HRA、HRB、HRC三種。HRA主要用于高硬度表面、硬質(zhì)合金的硬度測試，HRB主要用于退火鋼、鑄鐵、非鐵金屬的硬度測試，HRC主要用于淬火鋼的硬度測試。三、維氏硬度 三、維氏硬度維氏硬度的表示方法為:硬度值+HV+試驗力數(shù)值+規(guī)定時間，試驗力保持時間在 10 s15 s時不標(biāo)注。如640 HV 30/20表示在294 N作用下保持20 s后測得的維氏硬度值為640。維氏硬度的優(yōu)點是試驗時加載小，壓痕深度淺，可測量較薄的材料，也可測量零件表面淬硬層的硬度，其測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。缺點是生產(chǎn)率比洛氏硬度試驗低，不宜于成批生產(chǎn)檢驗，故在生產(chǎn)中直接使用較少。任務(wù)四金屬材料的沖擊試驗和疲勞試驗金屬材料的沖擊試驗和疲勞試驗生產(chǎn)中許多機器零件，是在沖擊載荷下工作的，如沖床的沖頭、鍛錘的錘桿、沖模和鍛模等，因此，制造這類零件所用的材料，不能用靜載荷下的性能指標(biāo)來衡量，而必須考慮材料抵抗沖擊載荷的能力。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)在老師的監(jiān)護下做沖擊試驗。根據(jù)疲勞特征，討論如何減少疲勞源。討論哪些措施可以提高零件的疲勞強度。任務(wù)描述任務(wù)描述沖擊韌度的含義。理解沖擊韌度公式。理解疲勞的含義及危害性。一、沖擊韌性金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌性。目前，常用一次擺錘沖擊彎曲試驗來測定金屬材料的沖擊韌性。1.沖擊試樣 為使試驗結(jié)果有可比性，必須采用標(biāo)準(zhǔn)試樣。常用的試樣有10 mm10 mm55 mm的U形缺口和V形缺口試樣。一、沖擊韌性2.沖擊試驗的原理及方法 沖擊試驗是利用能量守恒定律原理:試樣被沖斷過程中吸收的能量等于擺錘沖擊試樣前后的勢能差。試驗步驟:（1）將待測的金屬材料加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣。（2）把標(biāo)準(zhǔn)試樣放在試驗機的支座上，放置時試樣缺口應(yīng)背向擺錘的沖擊方向。（3）將具有一定重量 G 的擺錘升至一定的高度H1，使其獲得一定的勢能（GH1）。（4）使擺錘自由落下，將試件沖斷。一、沖擊韌性一、沖擊韌性一、沖擊韌性3.小能量多次沖擊試驗 在實際工作中，承受沖擊載荷的機械零件，很少因一次大能量沖擊而遭破壞，絕大多數(shù)金屬材料或零件是在小能量多次沖擊作用下而破壞的。如沖模的沖頭、鑿巖機風(fēng)鎬上的活塞等。它們的破壞是由于多次沖擊損傷的積累。對于這樣的零件，用沖擊韌度來做為設(shè)計依據(jù)是不符合實際的。小能量多次沖擊試驗采用PC 150型落錘式多次沖擊試驗機。其試驗原理如圖所示，試件在沖頭多次沖擊下斷裂時，經(jīng)受的沖擊次數(shù)（N），代表金屬的抗沖擊能力。二、疲勞強度 1.疲勞現(xiàn)象 許多機械零件，如:軸、齒輪、軸承、彈簧等，在工作中各點的應(yīng)力隨時間作周期性變化，這種隨時間作周期性變化的應(yīng)力稱交變應(yīng)力。在交變應(yīng)力的作用下。雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點，但經(jīng)過長時間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。疲勞破壞是機械零件失效的主要原因之一，并且在疲勞破壞前沒有明顯的塑性變形，斷裂是突然發(fā)生的，因此，具有很大的危險性，造成的事故大多數(shù)是災(zāi)難性的。據(jù)統(tǒng)計，在機械零件失效中大約80%以上屬于疲勞破壞。二、疲勞強度 2.疲勞破壞的特征 盡管交變載荷有不同的類型，但疲勞破壞有以下共同特點:（1）疲勞斷裂時并沒有明顯的宏觀塑性變形，斷裂前沒有預(yù)兆，而是突然破壞。（2）引起疲勞斷裂的應(yīng)力常常低于材料的屈服點。（3）疲勞斷裂的宏觀斷口由三部分組成，即:疲勞源區(qū)、疲勞擴展區(qū)和瞬時斷裂區(qū)。對于韌性材料，一般三個區(qū)均可較明顯;脆性材料，整個斷口齊平光亮，三個區(qū)用肉眼難以觀察到。二、疲勞強度 3.疲勞強度 金屬材料在循環(huán)應(yīng)力的作用下能經(jīng)受無限多次的循環(huán)，而不斷裂的最大應(yīng)力稱為金屬材料的疲勞強度。即循環(huán)次數(shù)值 N 無窮大時，所對應(yīng)的最大應(yīng)力值稱疲勞強度，用符號 Rr 表示。對于金屬材料，常用旋轉(zhuǎn)彎曲試驗方法測定在對稱應(yīng)力循環(huán)條件下材料的疲勞極限 R-1。試驗時用多組試件，在不同的交變應(yīng)力測定試件發(fā)生斷裂的周次（N），繪制 R-N 曲線。對于金屬材料，當(dāng)應(yīng)力降到某值后，R-N曲線趨于水平直線，此直線對應(yīng)的應(yīng)力為疲勞極限。二、疲勞強度 一般鋼鐵材料取循環(huán)周次為107次時，能承受的最大循環(huán)應(yīng)力為疲勞極限，有色金屬、不銹鋼取108周次。影響金屬的疲勞強度的因素很多，比如工作條件、表面質(zhì)量、材料成分、組織和殘余應(yīng)力等。提高零件疲勞強度的措施:（1）在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計中盡量避免尖角、缺口和截面突變，以免產(chǎn)生應(yīng)力集中而出現(xiàn)疲勞裂紋。（2）改善零件表面粗糙度，減少缺口效應(yīng)，提高疲勞強度。（3）采用表面處理，如高頻淬火、表面形變強化（噴丸、滾壓等）、化學(xué)熱處理（滲碳、滲氮等）。（4）改善材料表層的殘余應(yīng)力狀態(tài)。（5）提高零件表面加工質(zhì)量，盡量減少表面缺陷（夾雜、氧化、脫碳等）和表面加工損傷（刀痕、擦傷、磨痕等），減少疲勞源。任務(wù)五金屬的其他性能金屬的其他性能前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了金屬材料的力學(xué)性能，金屬材料僅有良好的力學(xué)性能是不夠的，還必須具有良好的工藝性能，了解金屬材料的其他性能，是為了得到生產(chǎn)工藝簡單、質(zhì)量良好、成本低廉的工件。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)熟悉材料的物理和化學(xué)性能。理解金屬材料的工藝性能含義。任務(wù)描述任務(wù)描述金屬材料的物理性能和化學(xué)性能。金屬材料的工藝性能。一、金屬的物理性能 金屬材料的物理性能是指物體本身固有的性能。它包括物體的密度、熔點、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。1.密度 金屬材料的密度是指在一定溫度下單位體積金屬材料的質(zhì)量。密度是金屬材料的特性之一，不同的金屬材料密度是不同的，在體積相同的情況下，金屬材料的密度越大，其質(zhì)量也越大，金屬材料的密度大小直接影響到由它所制造設(shè)備的自重。一般將密度小于5103 kg/m3的金屬稱輕金屬，密度大于5103 kg/m3的金屬稱重金屬。一、金屬的物理性能 2.熔點 金屬材料從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時的溫度稱為熔點。純金屬都有它固有的熔點，合金的熔點取決于它的化學(xué)成分，如鋼和鑄鐵雖然都是鐵碳合金，但由于其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不一樣，其熔點也各不相同。熔點是金屬材料和合金在冶煉、鑄造、焊接等工藝的重要參數(shù)。熔點高的金屬材料稱難熔金屬（如鎢、鉬、釩等）可以用來制造耐高溫零件，它們在火箭、導(dǎo)彈燃?xì)廨啓C和噴氣飛機等方面有廣泛的應(yīng)用。熔點低的金屬稱易熔金屬（如錫、鉛、鉍等），它們可以用來制造熔斷器、焊接釬料和防火、高壓安全閥等零件。一、金屬的物理性能 3.導(dǎo)熱性 金屬材料傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性。金屬材料導(dǎo)熱能力的大小常用熱導(dǎo)率表示。金屬材料的熱導(dǎo)率越大，其導(dǎo)熱性越好。一般來說，金屬材料越純，其導(dǎo)熱能力越大，合金的導(dǎo)熱能力比純金屬的差，金屬材料中，導(dǎo)熱能力以銀為最好，銅、鋁次之。導(dǎo)熱性好的金屬材料其散熱性也良好，如在制造散熱器、熱交換器等零件時，就選用散熱好的金屬材料。在制訂焊接、鑄造、鍛造和熱處理工藝時，也必須考慮金屬的導(dǎo)熱性，以防止金屬材料在加熱或冷卻過程中形成較大的內(nèi)應(yīng)力，以避免金屬材料發(fā)生變形和開裂。一、金屬的物理性能 4.導(dǎo)電性 金屬材料能夠傳導(dǎo)電流的性能稱為導(dǎo)電性，金屬是良好的導(dǎo)電體，各種金屬的導(dǎo)電性不同，導(dǎo)電性的好壞，取決于它的電阻率，電阻率越小，導(dǎo)電性越好，金屬的導(dǎo)電能力以銀最好，銅、鋁次之。合金的導(dǎo)電性比純金屬差。導(dǎo)電性好的金屬材料適于做導(dǎo)電材料如電線、電纜、電氣儀表等。導(dǎo)電性差的適于做電熱元件如電熱絲、電熱棒、電熱板等。一、金屬的物理性能 一、金屬的物理性能 6.磁性 金屬材料在磁場中受到磁化的性能稱為磁性。具有導(dǎo)磁能力的金屬都能被磁鐵所吸 引，據(jù)金屬材料在磁場中受的磁化程度不同，分為鐵磁材料（如鐵、鈷等）、順磁材料（如錳、鉻等）、抗磁材料（如銅、鋅等）三類，順磁性和抗磁性材料也稱弱磁性材料。鐵磁性材料的磁性不是固定不變的，鐵磁性物質(zhì)只有在居里溫度以下才具有鐵磁性;在居里溫度以上，由于受到晶體熱運動的干擾，原子磁矩的定向排列被破壞，使得鐵磁性消失，這時物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?。如純鐵當(dāng)溫度高于770 以上就會失去磁性。所以純鐵的居里點是770。鐵磁性材料可用于制造變壓器、電動機、測量儀表等，抗磁性材料可用來制造避免電磁場干擾的零件和結(jié)構(gòu)材料。二、金屬的化學(xué)性能1.耐腐蝕性 金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力，稱耐腐蝕性。腐蝕作用對金屬材料的危害性很大，它不僅使金屬材料本身受到損傷，嚴(yán)重時還會使金屬構(gòu)件遭到破壞，引起重大事故。因此提高金屬材料的耐腐蝕性能，對于節(jié)約金屬、延長金屬材料的使用壽命，具有現(xiàn)實的經(jīng)濟意義。2.抗氧化性 金屬材料在加熱時抵抗氧化作用的能力，稱為抗氧化性。金屬材料的氧化隨溫度升高而加速，如鋼材在鑄造、鍛造、熱處理、焊接等熱加工作業(yè)時，氧化比較嚴(yán)重。這不僅造成材料過量的損耗，也可形成各種缺陷。為此，常在工件的周圍造成一種保護氣氛，避免金屬材料的氧化。二、金屬的化學(xué)性能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。金屬材料在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性稱為熱穩(wěn)定性，在高溫條件下工作的設(shè)備（如工業(yè)用的鍋爐、加熱設(shè)備、汽輪機等）上的部件需要選擇熱穩(wěn)定性好的材料來制造。三、金屬的工藝性能金屬材料僅有良好的力學(xué)性能是不夠的，還必須具有良好的工藝性能，只有這樣才能得到生產(chǎn)工藝簡單、質(zhì)量良好、成本低廉的零件。工藝性能是指金屬材料對不同加工工藝方法的適應(yīng)能力。包括:鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能等。工藝性能直接影響到零件制造工藝和質(zhì)量，是選材和制定零件工藝路線必須考慮的因素之一。三、金屬的工藝性能1.鑄造性能 金屬及合金在鑄造工藝中獲得優(yōu)良鑄件的能力，叫鑄造性能。衡量鑄造性能的指標(biāo)主要有流動性、收縮性和偏析等。三、金屬的工藝性能（1）流動性 金屬熔化后的流動能力稱為流動性。它主要受金屬化學(xué)成分和澆注溫度等的影響。流動性好的金屬容易充滿鑄型，從而獲得外形完整、尺寸精確、輪廓清晰的鑄件。（2）收縮性 金屬在凝固和冷卻過程中，其體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為收縮性。收縮性不僅影響尺寸精度，還會產(chǎn)生縮孔，疏松、內(nèi)應(yīng)力、變形和開裂等缺陷。（3）偏析傾向 金屬凝固后，內(nèi)部化學(xué)成分和組織的不均勻現(xiàn)象。偏析嚴(yán)重會使鑄件各部分的力學(xué)性能有很大差異，降低了鑄件質(zhì)量。三、金屬的工藝性能2.鍛造性能 用鍛壓成形方法獲得優(yōu)良鍛件的難易程度稱為鍛造性能。鍛造性能的好壞同金屬的塑性和變形抗力有關(guān)。塑性越好，變形抗力越小，金屬的鍛造性能越好。如黃銅和鋁合金在室溫下就有良好的鍛造性。碳鋼在加熱狀態(tài)下鍛造性能較好。鑄鐵則不能鍛造。三、金屬的工藝性能3.焊接性能 焊接性能是指金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，也就是在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。焊接性能主要同金屬材料的化學(xué)成分有關(guān)（其中碳的影響最大）。如低碳鋼具有良好的焊接性，高碳鋼、鑄鐵的焊接性能較差。三、金屬的工藝性能4.切削加工性能 金屬材料接受切削加工的難易程度稱為切削加工性能。衡量車削加工性能的指標(biāo)是工件切削后的表面粗糙度及刀具壽命。影響切削加工性的因素主要有工件的化學(xué)成分、組織狀態(tài)、硬度、韌性、導(dǎo)熱性和變形強化等。一般認(rèn)為金屬材料有適當(dāng)?shù)挠捕龋?70230 HBS）和足夠的脆性時易切削。所以鑄鐵比鋼切削加工性好，一般碳鋼比高合金鋼切削加工性好。改變鋼的化學(xué)成分和進行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，是改善鋼切削加工性能的主要途徑。謝謝