工程材料及热处理(模具)ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,工程技术系,*,工程材料及热处理（模具）,1,工程材料及热处理（模具）1,绪 论,世界四大材料,：,钢铁、木材、塑料、水泥,材料分：金属材料、非金属材料、复合材料,金属材料,指钢铁、有色金属等材料,非金属材料,无机,高分子材料（陶瓷、水泥、,木材等），,有机,高分子材料（如塑料、橡胶），,复合材料,-,玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材料,。,现在新材料,-,-,纳米材料、智能材料,2,工程技术系,绪 论材料分：金属材料、非金属材料、复合材料金,材料按,物质结构,不同分,：,金属材料、非金属材料（有机高分子材料和陶瓷料,),、复合材料,材料按,用途,不同分,：,机械工程材料、土木工程材料、电工材料、电子材料,材料按,功能,不同分,：,结构材料、功能材料、磁性材料等,3,工程技术系,材料按物质结构不同分：3 工程技术系,材料分类,复合材料,金属材料,陶瓷材料,高分子材料,4,工程技术系,材料分类复合材料金属材料陶瓷材料高分子材料4,材料发展概括,石器时代,铜器时代：,司母戊鼎,（公元前,1116,世纪）,11307801100,战国编钟（,前,475221,年）,65,个 总重,2500Kg,天然石，兽骨，树枝,泥巴（日晒原始陶器；火烧瓷器用具,）,铁器时代,沧州大狮,（,公元,953,年）重,50T,长,5.3m,宽,3m,人工复合材 料,塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等,陶器时代,5,工程技术系,材料发展概括 石器时代铜器时代：司母戊鼎（公元前1116,本课程的性质和目的,是机械类专业必修的一门专业技术基础课,2,、目的：,a,获得有关金属热处理、金属材料的基本知识。,b,熟悉常见金属材料的牌号、性能特点及应用；了解它,们之间成分、组织、性能、热处理的关系。,c,具有选择零件材料的能力，确定加工工艺路线的能力。,d,为后续课程和从事技术工作打下基础。,1,、性质：,本教材的重点,：常见的材料牌号及应用，钢的热处理,6,工程技术系,本课程的性质和目的是机械类专业必修的一门专业技术基础课2、目,第一章 工程材料的性能,金属材料的性能,使用性能,力学、物理、化学,力学性能,：,受外力作用下所表现出的性能,。,不能说：机械性能,判据 如：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等,第一节 金属的力学性能,工艺性能,铸造、锻压、焊接、切削加工,一、基本概念,1,、弹性：指物体在外力作用下改变基本形状和尺寸，当外力卸除后物体又恢复到其原始形状和尺寸的特性。,研究力学性能意义,：是选择和使用金属材料的重要依据,7,工程技术系,第一章 工程材料的性能金属材料的性能使用性能力学、物,2,、内力：金属受到外力时为保其不变形，在材料内部作用者与外力相对抗的力称为内力。,3,、应力：单位面积上的内力。,4,、应变：指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化；通常以百分比（,%,）表示,5,、载荷：金属材料在加工及使用过程中所受的外力。,按作用性质分：,静载荷：指大小不变或变化过程缓慢的载荷。,。,8,工程技术系,2、内力：金属受到外力时为保其不变形，在材料内部作用者与外力,冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。,循环载荷：指大小、方向随时间发生周期性变化的载荷,9,工程技术系,冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。9,按作用形式不同分：,10,工程技术系,按作用形式不同分：10 工程技术系,6,、变形：,材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，,称为变形。,分为弹性变形与塑性变形,外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。,外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。,11,工程技术系,6、变形：材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，11,一、强度,概念：,强度是指金属材料在外力作用下抵抗永久变形（塑性变形,）,和断裂,的能力,。通过拉伸试验测得大小。强度的大小通常用应力来表示。,=F/S,-,应力,Pa 1 Pa=1N/m,2,1M Pa=10,6,Pa,按载荷的作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、和抗扭强度。,注意：一般多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。,12,工程技术系,一、强度12 工程技术系,力伸长曲线,弹性变形阶段,屈服阶段,颈缩现象,拉伸试验,中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。,强化阶段,13,工程技术系,力伸长曲线弹性变形阶段屈服阶段颈缩现象拉伸试验中得出的拉伸,(a),试样,(b),伸长,(c),产生缩颈,(d),断裂,14,工程技术系,14 工程技术系,L,F,0,3.,脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）,脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。,15,工程技术系,LF03.脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）脆性材,工程上常用的金属材料的强度指标：,屈服点（,R,el,）,抗拉强度,(R,m,),16,工程技术系,工程上常用的金属材料的强度指标：16,强度的意义,强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，一般钢材的屈服强度在,200,1000MPa,之间。,强度越高，表明材料在工作时越可以承受较高的载荷。当载荷一定时，选用高强度的材料，可以减小构件或零件的尺寸，从而减小其自重。,因此，提高材料的强度是材料科学中的重要课题，称之为材料的强化。,17,工程技术系,强度的意义17 工程技术系,二、塑性,在外力作用下金属材料在断裂前产生不可逆永久变形的能力,常用的塑性判据：,拉伸时的,断后伸长率,和,断面收缩率,18,工程技术系,二、塑性 在外力作用下金属材料在断裂前产生不可逆,1、断后伸长率,由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率,数值不同，因此应注明试样尺寸比例。如,:,10,试样,L,0,=10d,0,5,试样,L,0,=5d,0,试样拉断后的标距（,mm）,试样原始标距（,mm）,19,工程技术系,1、断后伸长率由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率,2、断面收缩率,试样断裂后缩颈处的最小横截面积（,mm,2,）,试样原始截面积（,mm,2,）,一般认为,5,的材料为塑性材料，如低碳钢；,5,的为脆性材料，如灰铸铁,.,和,是用来判断材料在断裂前所能产生的最大塑性变形量大小。,20,2、断面收缩率试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）试样原,强度与塑性是一对相互矛盾的性能指标。在金属材料的工程应用中，要提高强度，就要牺牲一部分塑性。反之，要改善塑性，就必须牺牲一部分强度。,正所谓“鱼和熊掌二者不能兼得”。但通过细化金属材料的显微组织，可以同时提高材料的强度和塑性。,21,工程技术系,21 工程技术系,三、硬 度,硬度,:,硬度试验方法,:,压入法,它是材料性能的一个综合的物理量。,(,表示金属材料在一个小的体积范围内金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力）,硬度是各种零件和工具必须具备的力学性能指标。,布氏硬度（,HB）,洛氏硬度（,HR）,维氏硬度（,HV）,22,三、硬 度 硬度:硬度试验方法:压入法 它是材料性能的一,布氏硬度试验原理图,23,工程技术系,23 工程技术系,2、计算公式,HBS：,淬火钢球作压头；适用于,450HBS,HBW：,硬质合金作压头；适用于,650HBW,24,工程技术系,2、计算公式HBS：淬火钢球作压头；适用于450HBS24,试验时，根据被测的材料不同，球直径、试验力及试验力保持时间按表,1-1,选择,材料种类,布氏硬度范围,HBS（HBW）,试样厚度/,mm,0.102,球的直径/,mm,试验力,F/KN（k g f),试验力保持时间/,s,钢、铸铁,140-450,63,42,2,30,10.0,5.0,2.5,29.42(3000),7.355(750),1.839(187.5),12,6,63,10,10.0,5.0,9.807(1000),2.452(250),12,非铁金属,130,63,42,6,2.5,10.0,2.452(250),60,表1-1 布氏硬度试验规范,25,工程技术系,试验时，根据被测的材料不同，球直径、试验力及试验力保持时间按,3、表示方法,XXX HBS(W)XX/XXX/XX,硬度值,压头直径（,mm）,试验力保持,时间,（s）,500HBW5/750/15,例：,表示用直径5,mm,硬质合金球在7355,N,试验力作用下保持1015,s,测得的布氏硬度值为500,120HBS10/1000/30,表示用直径10,mm,钢球压头在9807,N,试验力作用下保持30,s,测得的布氏硬度值为120,习惯上布氏硬度值不标出试验规范，如,170HBS,。,26,3、表示方法XXX HBS(W)XX/XXX/XX,二、洛氏硬度,27,工程技术系,二、洛氏硬度27 工程技术系,硬度,符号,压头类型,总实验力,F/N,硬度值有效范围,应用范围,HRA,金刚石圆锥体,588,7,085,适用于测量硬质合金、表面淬硬层或渗碳层,HRB,直径为1.588,mm,钢球,980,25,100,适用于测量非铁金属,退火、,正,火钢等,HRC,金刚石圆锥体,1470,20,67,适用于调质钢、淬火钢等,试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验力及按表,1-2,选择，对应的洛氏硬度标尺为,HRA、HRB、HRC,三种,表1-2 常用的三种洛氏硬度的试验条件及应用范围,2、符号,28,工程技术系,硬度符号压头类型总实验力F/N 硬度值有效范围应用范围HRA,3、表示方法,硬度值+,HR,52HRC,70,HRA,例：,洛氏硬度,HRC,可以用于硬度很高的材料，在钢件热处理质量检查中应用最多。,4、适用范围,优点：测量迅速简便，压痕小，可在成品零件上检测。,29,3、表示方法硬度值+HR52HRC例：洛氏硬度HRC可以用于,三、,维氏硬度,1、测定原理,用一定的试验力,F,，将顶角为,136,0,的金刚石四棱锥压入金属表面，保持一定时间后卸去试验力，然后测出压痕对角线长度,d,1,、,d,2,（,mm,），并求出压痕对角线的平均值,d,。,30,工程技术系,三、维氏硬度1、测定原理用一定的试验力F，将顶角为1360的,2、计算公式,3,、表示方法,硬度值+,HV+,试验力,/,保持时间,如：,640HV30/20,4、适用范围,适用于测量零件薄的表面硬化层的硬度。,31,工程技术系,2、计算公式3、表示方法硬度值+HV+试验力/保持时间4、,四、冲击韧性,强度、硬度、塑性等力学性能指标都是材料在静载荷作用下的表现。材料在工作时还经常受到动载荷的作用，冲击载荷就是常见的一种。,在设计和制造受冲击载荷的零件和工具（如锻锤、冲床、铆钉枪等）时，必须考虑所用材料除具有足够的静载荷作用下得力学性能指标外，还必须具有足够的抵抗冲击载荷的能力。,32,工程技术系,四、冲击韧性 强度、硬度、塑性等力学性能指标都,原理,冲击韧性可以通过一次摆锤冲击试验来测定，试验时将带有,U,型或,V,型缺口的冲击试样放在试验机架的支座上，将摆锤升至高度,H,1,，使其具有势能,mgH,1,；然后使摆锤由此高度自由下落将试样冲断，并向另一方向升高至,H,2,，这时摆锤的势能为,mgH,2,。,所以，摆锤用于冲断试样的能量,A,K,=mg,（,H,1,-H,2,），即为冲击功（焦耳,/J,）。,33,工程技术系,原理冲击韧性可以通过一次摆锤冲击试验来测定，,34,工程技术系,34 工程技术系,1、试样冲断时所消耗的,冲击功,A,k,为:,A,k,=m g H m g h(J),2、,冲击韧度,a,k,A,K,a,k,=(J/cm,),S,k,二、冲击吸收功和冲击韧度,就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。,冲击吸收功,A,k,作为材料韧性判据，与温度、试样形状、尺寸、表面粗糙度、内部组织和缺陷有关。,35,工程技术系,1、试样冲断时所消耗的冲击功A k为:,1.,冲击韧度对材料内部缺陷反映很敏感,能够灵敏地显示材料的宏观缺