金屬材料與熱處理(更新版)

　　

【正文】 預(yù)習(xí) 、筆記 、復(fù)習(xí)、討論問題 本教材的 重點(diǎn) ：常見的材料牌號(hào)及應(yīng)用，鋼的熱處理 基礎(chǔ)課。 ★ 現(xiàn)在新材料 納米材料、智能材料 ★ 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 材料分類 復(fù)合材料 金屬材料 陶瓷材料 高分子材料 材料發(fā)展概括 ▲ 石器時(shí)代 銅器時(shí)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(gè) 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(shí)代 滄州大獅 （ 公元 953年 ）重 50T ,長 ,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(shí)代 滄州鐵獅 鑄造于公 元 953年。 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) 內(nèi)力：金屬受到外力時(shí)為保其不變形，在材料內(nèi)部作用者與外力相對(duì)抗的力稱為內(nèi)力。 外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。 應(yīng)力 ? = P/F0 應(yīng)變 ? = (ll0)/l0 三、強(qiáng)度 ——金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的能力 工程上 常用 的金屬材料的 強(qiáng)度指標(biāo) ： ?屈服點(diǎn)（ ζs ）或規(guī)定殘余伸長應(yīng)力（ ζr） ?抗拉強(qiáng)度 (ζb) ?屈服點(diǎn) （ ζs ） :指材料產(chǎn)生屈服時(shí)的應(yīng)力 :r?規(guī)定殘余伸長率為 %時(shí)的應(yīng)力 0ssFS? ?材料屈服時(shí)的拉力（ N） 屈服點(diǎn) （屈服極限） ?原標(biāo)準(zhǔn)（ GB22876）： 屈服強(qiáng)度 很重要，大多數(shù)零件不允許有塑性變形 ?規(guī)定殘余伸長應(yīng)力 : 對(duì)有明顯屈服現(xiàn)象的材料 對(duì)無明顯屈服現(xiàn)象的材料 ?抗拉強(qiáng)度 :材料在拉伸條件下所能承受最大力的應(yīng)力值 0bbFS? ?拉伸過程中最大的拉力（ N） ?若零件在使用時(shí)不允許產(chǎn)生過量塑性變形，應(yīng)以材料的 ζs或。如 : δ10——試樣 L0=10d0 δ5 ——試樣 L0=5d0 10100%oLLL????試樣拉斷后的標(biāo)距（ mm） 1L ?oL ?試樣原始標(biāo)距（ mm） 斷面收縮率 010100%SSL????試樣斷裂后縮頸處的最小橫截面積（ mm2） 1S ?oS ?試樣原始截面積（ mm2） ?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。 由于超塑性狀態(tài)具有異常高的塑性 ， 極小的流動(dòng)應(yīng)力 ， 極大的活性及擴(kuò)散能力 ， 在壓力加工 、 熱處理 、 焊接 、 鑄造 、 甚至切削加工等很多領(lǐng)域被中應(yīng)用 。 三、維氏硬度 測(cè)定原理 用一定的試驗(yàn)力 F，將頂角為1360的金剛石四棱錐壓入金屬表面，保持一定時(shí)間后卸去試驗(yàn)力，然后測(cè)出壓痕對(duì)角線長度 d d2（ mm），并求出壓痕對(duì)角線的平均值 d。 材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，稱為沖擊韌性。 ? 根據(jù)試樣缺口的不同，沖擊吸收功用 AKV和AKU表示，單位為焦耳，數(shù)值可從試驗(yàn)機(jī)的刻度盤上讀出。 新標(biāo)準(zhǔn) GB/T229－ 2022 舊標(biāo)準(zhǔn) GB/T229－ 1994 名稱 符號(hào) 名稱 符號(hào) 沖擊吸收能量 K 沖擊吸收功 AK U型缺口試樣在 2mm錘刃下的沖擊吸收能量 KU 2 U型缺口沖擊吸收功 (2mm錘刃 ) AKU U型缺口試樣在 8mm錘刃下的沖擊吸收能量 KU 8 V型缺口試樣在 2mm錘刃下的沖擊吸收能量 KV 2 V型缺口沖擊吸收功 (2mm錘刃 ) AKV V型缺口試樣在 2mm錘刃下的沖擊吸收能量 KV 8 轉(zhuǎn)變溫度 Tt 韌脆轉(zhuǎn)變溫度 TC ? 缺口沖擊試驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)就是測(cè)量迅速簡便 ? 用于控制材料的冶金質(zhì)量和鑄造、鍛造、焊接及熱處理等熱加工工藝的質(zhì)量。 體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬?zèng)]有。由于 Titanic 號(hào)采用了含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。 ? ? ——引起疲勞破壞的外力，指載荷大小、甚至方向均隨時(shí)間變化的載荷，其在單位面積上的平均值即為 變動(dòng)應(yīng)力 。 ? 對(duì)一般低、中強(qiáng)度鋼： 107周次 ? 對(duì)高強(qiáng)度鋼： 108周次 ? 對(duì)鋁合金，不銹鋼： 108周次 ? 對(duì)鈦合金： 107周次 ? 在工程中，有時(shí)根據(jù)零件壽命的要求，在規(guī)定的某一循環(huán)周次下，測(cè)出 σmax，并稱之為 疲勞強(qiáng)度 ，實(shí)際上就是條件疲勞極限。) Sk 二、沖擊吸收功和沖擊韌度 就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。 疲勞曲線： 實(shí)驗(yàn)證明，一般鋼鐵材料所受交變應(yīng)力最大值 ζmax與其失效前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（疲勞壽命） N的曲線關(guān)系。這里用試樣承受的載荷除以試樣的原始橫截面積 S 0表示 : F ζ= —— ( M pa ) S 0 應(yīng)變 ε： 單位長度的伸長量。如 : δ10——試樣 L0=10d0 δ5 ——試樣 L0=5d0 10100%oLLL????試樣拉斷后的標(biāo)距（ mm） 1L ?oL ?試樣原始標(biāo)距（ mm） 斷面收縮率 010100%SSL????試樣斷裂后縮頸處的最小橫截面積（ mm2） 1S ?oS ?試樣原始截面積（ mm2） ?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。 – 能夠靈敏地顯示材料的宏觀缺陷和組織微小變化，因此在生產(chǎn)中可用來檢驗(yàn)材料的冶金質(zhì)量 ,熱加工質(zhì)量 沖擊韌度對(duì)材料的意義 : 來越低 → 冷脆現(xiàn)象 – 在韌脆轉(zhuǎn)變溫度以下，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。 ，材料硬度越高。 ，而仍能繼續(xù)伸長（變形）時(shí)的應(yīng)力。問買回的材料合格嗎？ （ 2）下列硬度要求或?qū)懛ㄊ欠裾_？為什么？ 12HRC～ 15HRC， 550HBS～ 600HBS， 70HRC～ 75HRC， HBS30～ HBS40， HRC50kgf/mm2～ HRC60kgf/mm2