金屬工藝學(xué)第二章鑄造(已修改)

　

【正文】 金屬工藝學(xué) 緒 論 ? 什么叫金屬工藝學(xué)？ 是一門研究有關(guān)制造金屬零件工藝方法的綜合 性 技術(shù)基礎(chǔ)課。 ? 它主要研究： （ 1）各種工藝方法本身的規(guī)律性及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用和相互聯(lián)系； （ 2）金屬機(jī)件的加工工藝過程和結(jié)構(gòu)工藝性； （ 3）常用金屬材料性能對(duì)加工工藝的影響等。 ? 金屬工藝學(xué)中涉及到的知識(shí)點(diǎn)在機(jī)械制造工程中的地位。 課程的性質(zhì)、任務(wù)和要求 性質(zhì)： ? 研究常用工程材料及其成形方法的綜合性課程 ? 體現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)密切結(jié)合的技術(shù)基礎(chǔ)課程 任務(wù)和要求： ?了解產(chǎn)品的制造過程 ?掌握常用工程材料的種類與性能，能初步選用 ?掌握材料成形的基本原理和工藝特點(diǎn)，能初步運(yùn)用 第一篇 金屬材料的基礎(chǔ)知識(shí) 第一節(jié) 金屬材料的力學(xué)性能 ? 力學(xué)性能是指金屬材料在受外力作用時(shí)所反映出來的固有性能。 ? 金屬材料的力學(xué)性能主要有：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等。 ? 力學(xué)性能指標(biāo)，是選擇、使用金屬材料的重要依據(jù)。 一、強(qiáng)度與塑性 ? 強(qiáng)度 :材料抵抗由外力載荷所引起的應(yīng)變或斷裂的能力 。 ? 塑性 :材料在外力作用下產(chǎn)生不可逆永久變形而不破壞的能力。 ? 拉伸試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)試件 低碳鋼拉伸曲線 鑄鐵拉伸曲線 F—— Δl：載荷伸長量拉伸曲線 σ—— ε：應(yīng)力應(yīng)變曲線 σ= F/Ao ε= △ L / L0 分別以 σ和 ε為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo) ， 繪出應(yīng)力 應(yīng)變曲線 。 應(yīng)力 應(yīng)變曲線的形狀與拉伸曲線完全相似 ， 只是坐標(biāo)與數(shù)值不同 。 oe—— 彈性變形階段； es—— 屈服階段； sb—— 強(qiáng)化階段； bk—— 縮頸階段 s屈服點(diǎn) b開始發(fā)生縮頸現(xiàn)象 退火低碳鋼力 伸長曲線 屈服極限 ?S 強(qiáng)化階段 彈性極限 ?P 屈服階段 強(qiáng)度極限 ?B 頸縮階段 彈性階段 強(qiáng)度指標(biāo) ? 在拉伸試驗(yàn)過程中 ， 外力不增加 (保持恒定 )， 但試樣仍然能繼續(xù)伸長 (變形 )， 這種現(xiàn)象稱屈服 。 S點(diǎn)稱屈服點(diǎn) ， S點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱屈服點(diǎn)應(yīng)力 。 用符號(hào) σs表示 。 屈服點(diǎn)應(yīng)力σs可按下式計(jì)算： σs = Fs / A0 (MPa) 式中： Fs— 試樣屈服時(shí)的載荷 ， N A0— 試樣原始橫截面積 ， mm2。 ? 2． ? 抗拉強(qiáng)度是指試樣拉斷前承受的最大應(yīng)力值 ， 用符號(hào) σb表示 ， 單位為 Mpa， ? σb= Fb / A0 (Mpa ) ? 式中： Fb— 試樣承受的最大載荷 ， N ? A0— 試樣原始橫截面積， mm2。 ? 屈服點(diǎn)應(yīng)力（屈服強(qiáng)度）和抗拉強(qiáng)度在設(shè)計(jì)機(jī)械和選擇、評(píng)定金屬材料時(shí)有重要意義 。 機(jī)械零件多以 σs作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)。 ? 對(duì)于脆性材料，在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，則以 σb為依據(jù)。 塑性指標(biāo) (1)伸長率 δ δ= （ L1L0） /L0 100% 式中： L0— 試樣原標(biāo)距的長度（ mm） L1— 試樣拉斷后的標(biāo)距長度（ mm） ? (2) 斷面收縮率 φ ? 斷面收縮率是指試樣拉斷后斷面處橫截面積的相對(duì)收縮值。 ? φ= （ A0A1） /A0 100% ? 式中： A0— 試樣的原始截面積（ mm2） ? A1— 試樣斷面處的最小截面積（ mm2） ? δ和 φ愈大，則塑性愈好。良好的塑性是金屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。 二、硬度 ? 固體材料抵抗塑性變形 、 壓入或壓痕的能力 。 ? 硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo) 。 它直接影響到材料的耐磨性及切削加工性 。 ? 硬度測定方法有壓入法、劃痕法、回彈高度法等。 ? 金屬材料的硬度可用專門儀器來測試，常用的有 布氏硬度 機(jī)、 洛氏硬度 機(jī)等。 布氏硬度 布氏硬度試驗(yàn)原理圖 式中： F— 試驗(yàn)力 ， N D— 壓頭的直徑 ,mm HBS表示用 淬火鋼球 作為壓頭測出的硬度值。 HBW表示用 硬質(zhì)合金球 作為壓頭測出的硬度值。 單位面積所受的力值即為硬度 洛氏硬度 洛氏硬度試驗(yàn)原理圖 試驗(yàn)時(shí)，先加初試驗(yàn)力，然后加主試驗(yàn)力，壓入試樣表面之后，去除主試驗(yàn)力，在保留初試驗(yàn)力的情況下，根據(jù)試樣殘余壓痕深度增量來衡量試樣的硬度大小。 布氏硬度與 洛氏硬度 的特點(diǎn)比較 ? 布氏硬度的特點(diǎn)： ? 布氏硬度因壓痕面積較大， HB值的代表性較全面，而且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性也好，但由于淬火鋼球本身的變形問題，不能試驗(yàn)太硬的材料，一般在 HB450以上的就不能使用。 ? 由于壓痕較大，成品檢驗(yàn)也有困難。 ? 通常用于測定鑄鐵、有色金屬、低合金結(jié)構(gòu)鋼等材料的硬度。 ? 洛氏硬度的特點(diǎn)： 洛氏硬度 HR可以用于硬度很高的材料，而且壓痕很小，幾乎不損傷工件表面，故在鋼件熱處理質(zhì)量檢查中應(yīng)用最多。 但洛氏硬度由于壓痕較小，硬度代表性就差些，如果材料中有偏析或組織不均的情況，則所測硬度值的重復(fù)性也差。 三、沖擊韌度（ ak） ?有些機(jī)件在工作時(shí)要受到高速作用的載荷沖擊，如鍛壓機(jī)的錘桿、沖床的沖頭、汽車變速齒輪、飛機(jī)的起落架等。 ?瞬時(shí)沖擊引起的應(yīng)力和應(yīng)變要比靜載荷引起的應(yīng)力和應(yīng)變大得多，因此在選擇制造該類機(jī)件的材料時(shí)，必須考慮材料的抗沖擊能力，即沖擊韌度。 ? 金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力叫做沖擊韌度。 常用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來測定金屬材料的沖擊韌度 (大能量、一次沖斷） 。 ? 試驗(yàn)表明，在沖擊載荷不太大的情況下，金屬材料承受多次重復(fù)沖擊的能力，主要取決于強(qiáng)度。 ? 沖擊值對(duì)組織缺陷很敏感，因此沖擊試驗(yàn)是生產(chǎn)上用來檢驗(yàn)冶煉、熱加工、熱處理等工藝質(zhì)量的有效方法。 ? 夏比沖擊試驗(yàn) 試驗(yàn)原理 ak = AK/A （ Jcm2） 式中： Ak— 折斷試樣所消耗的沖擊功（ J） A— 試樣斷口處的原始截面積（ mm2） 沖擊韌度： ? 標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣有兩種，一種是夏比Ｕ形缺口試樣，另一種是夏比Ｖ形缺口試樣 ? 同一條件下同一材料制作的兩種試樣，其Ｕ形試樣的 a k值明顯大于Ｖ形試樣的 a k，所以這兩種試樣的值 a k不能相互比較。 對(duì)于脆性材料試樣一般不開缺口。 四、疲勞強(qiáng)度 ? 工程上一些機(jī)件工作時(shí)受交變應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)力作用，即使工作應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過一定循環(huán)周次后仍會(huì)發(fā)生斷裂，這樣的斷裂現(xiàn)象稱之為 疲勞 。 ? 零件的疲勞斷裂過程可分為裂紋產(chǎn)生、裂紋擴(kuò)展和瞬間斷裂三個(gè)階段 。 疲勞 的概念 : ? 金屬材料在 無數(shù)次重復(fù) 或交變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，叫做 疲