金属材料的工艺性能
金属材料的加工工艺性能
7 难切削材料 0.15～0.5
8 很难切削材料 ＜0.15 不同级织，不同硬度对不同切削加工操作（如车，铣，刨，镗，拉等）切削加工性是不同的。 如回火索氏体的中碳钢，车削加工性较好，钻削加工性中等，拉，拨加工性较差。 14.4.3. 热处理工艺性能 机床主轴 在选用机床主轴的材料和热处理工艺时，必须考虑以下几点： （1） 受力的大小。不同类型的机床，工作条件有很大差别，如高速机床和精密机床主轴的工作条件与重型机床主轴的要作条件相比，无论在弯曲或扭转疲劳特性方面差别都很大。 （2） 轴承类型。如在滑动轴承上工作时，轴颈需要有高的耐磨性。 （3） 主轴的形状及其可能引起的热处理缺陷。结构形状复杂的主轴在热处理时易变形甚至开裂，因此在选材上应给予重视。 主轴是机床中主要零件之一，其质量好坏直接影响机床的精度和寿命。因此必须根据主轴的工作条件和性能要求，选择用钢和制定合理的冷热加工工艺。 1、 机床主轴的工作条件和性能要求。该主轴的工作条件如下： （1） 承受交变的弯曲应力与扭转应力，有时受到冲击载荷的作用； （2） 主轴大端内锥孔和锥度外圆，经常与卡盘、顶针有磨擦； （3） 花键部分经常有碰撞或相对滑动。 由此定出技术条件： （1） 整体调质后硬度应为HB200～230，金相组织为回火索氏体； （2） 内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC45～50，表面3～5mm内金相组织为回火屈氏体和少量回火马氏体； （3） 花键部分的硬度为HRC48～53，金相组织同上。 2、 选择用钢 C515车床属于中速，中负荷，在滚动轴承中工作的机床，因此选用45钢。 3、 主轴工艺路线 下料——锻造——正火——粗加工（外圆余留4～5mm）——调质——半精车外圆（余留2.5～3.5mm），钻中心孔，精车外圆（余留0.6～0.7mm，锥孔留余0.6～0.7mm），铣键槽——局部淬火（锥孔及外锥体）——车定刀槽，粗磨外圆（余留0.4～0.5mm），滚铣花键——花键淬火——精磨。 4、 热处理工序作用 正火处理是为了得到合适的硬度（HB170～230），以便机加工，改善锻造组织，为调质作准备。 调质处理是为了主轴的综合机械性能和疲劳强度，调质后硬度为HB200～230，组织为回火索氏体。 内锥孔和外圆锥面部分经盐浴局部淬火和回火后得到所要求的硬度，以保证装配精度和耐磨性。 5、 热处理工艺 调质中淬火时由于主轴各部分的直径不同，应注意变形问题。调质后变形虽可用校直来修正，但校直时的附加应力对主轴精加工后的尺寸稳定性是不利的。为减小变形，应注意淬火操作方法。可采取预冷淬火和控制水中冷却时间来减小变形。 花键部分高频淬火以减小变形和达到硬度要求。 经淬火后的内锥孔和外圆锥面部分需经260～300℃回火，花键部分需经240～250℃回火，以消除淬火应力并达到规定的硬度值。
金属材料的分类及性能
金属材料的分类及性能一、金属材料定义：是金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料。
二、金属材料分类：①黑色金属：纯铁、铸铁、钢铁、铬、锰。
②有色金属：有色轻金属、有色重金属、半金属、贵金属、稀有金属三、金属材料性能：①工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等②使用性能：机械性能、物理性能、化学性能等1. 工艺性能金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主要有以下五个方面：（1）铸造性能：反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的均匀性、致密性，以及冷缩率等。
铸造性能通常指流动性，收缩性，铸造应力，偏析，吸气倾向和裂纹敏感性。
（2）锻造性能：反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度，例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。
可锻性：塑性和变形抗力（3）焊接性能：反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一起而成为整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。
（4）切削加工性能：反映用切削工具（例如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料进行切削加工的难易程度。
（5）热处理性能：热处理是机械制造中的重要过程之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。
其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的，所以，它是机械制造中的特殊工艺过程，也是质量管理的重要环节。
2. 机械性能：金属在一定温度条件下承受外力（载荷）作用时，抵抗变形和断裂的能力称为金属材料的机械性能（也称为力学性能）。
金属材料的性能 重点概括
1、金属材料的性能包括：使用性能和工艺性能。
2、使用性能：是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能，包括①物理性能（如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等）。
②化学性能（如抗腐蚀性、抗氧化性等）。
③力学性能（如强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等）。
④工艺性能。
力学性能的概念：力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。
3、力学性能包括：强度、硬度、塑性、冲击韧性a)金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。
强度的大小用应力来表示。
b)根据载荷作用方式不同，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等。
一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。
4、金属材料受到载荷作用而产生的几何形式和尺寸的变化称为变形。
变形分为：弹性变形和塑性变形两种5、不能随载荷的去除而消失的变形称为塑形变形。
在载荷不增加或略有减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫做屈服。
屈服后，材料开始出现明显的塑性变形。
Fs称为屈服载荷6、sb：强化阶段：7、随塑性变形增大，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化（或称加工硬化）。
Fb：试样拉伸的最大载荷。
8、在拉伸试验过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力称为屈服点。
用符号σs表示，计算公式：σs=Fs/So对于无明显屈服现象的金属材料可用规定残余伸长应力表示，计算公式：σ0.2=F0.2/So9、（2）抗拉强度材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σb表示。
计算公式为：σb=Fb/So10、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。
塑性由拉伸试验测得的。
常用伸长率和断面收率表示。
11、伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。
用δ表示：计算公式：δ=(l1-l0)/l0×100%断面收缩率：试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。
用ψ表示12、材料抵抗局部变形特别是塑性变形压痕或划痕的能力称为硬度。
第一章2金属材料的性能特点
四、切削加工性能 用切削后的表面粗糙度 和刀具寿命来表示。
切削加工
金属材料具有适当的硬度(170 HBS～230 HBS) 和足够的脆性时切削性良好。 改变钢的化学成分(加少量铅、磷)和进行适当 的热处理(低碳钢正火，高碳钢球化退火)可提高钢 的切削加工性能。 铜有良好的切削加工性能。
五、热处理工艺性能 钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性, 即钢接受淬火的能力。 含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金钢淬透 性比较好, 碳钢的淬透性较差。
断后伸长率
A
A
11.3
δ5 δ10
ψ
%
%
断面收缩率
Z
三、硬度 硬度：材料抵抗另一硬物体压入其内的能力。 即材料受压时抵抗局部塑性变形的能力。 1、布氏硬度 一定直径的硬质合金球（或钢球）在一定载 荷作用下压入试样表面。测量压痕直径, 计算硬 度值。 用钢球压头时硬度 用HBS表示 用硬质合金球时硬 度用HBW表示
布氏硬度计
布氏硬度计的使用
2、洛氏硬度 采用金刚石压头(或硬质合金球压头)， 加预载荷F0 ，压入深度h0 。再加主载荷F1 。 卸去主载荷F1，测量其残余压入深度h。 用h与h0之差△h来计算洛氏硬度值。 硬度直接从硬度计表盘上读得。 根据压头的种类和 总载荷的大小洛氏硬度常 用表示方式有: HRA、HRB、HRC
金属材料的强度与其化学成分和工艺有 密切关系。 纯金属的抗拉强度较低； 合金的抗拉强度较高。 纯铜抗拉强度： 60MPa 铜合金抗拉强度：600MPa～700MPa 纯铝抗拉强度： 40MPa 铝合金抗拉强度：400MPa～600MPa
退火状态的三种铁碳合金： 碳质量分数0.2%，抗拉强度为350MPa 碳质量分数0.4%，抗拉强度为500MPa 碳质量分数0.6%，抗拉强度为700MPa
第六章 材料工艺学(参考答案)
1307
1308
1309
32．工程上规定将产生
残余变形的应力值作为钢的屈服强度。
3
A. 0.02% 1310
B. 0.05%
C. 0.2%
D. 0.5% 。
33．有色金属的疲劳极限的循环周数为 B. 106 C. 107 D. 108 A. 105 34.影响钢低温脆性转变温度的元素是 A. S B. P C. N D. O 35. 下列材料中，可锻性最好的是 A. 低碳钢 B. 中碳钢 。
5
1328
1329
1330 1331 1332 1333
1334
A.20Mn B.20Cr C.20g D.20R 57．关于碳素工具钢，不正确的叙述是 。 A.高碳钢 B. 分为普通、优质和高级优质钢 C.可生产工具或量具 D. 含碳量大于 0.6％ 58．碳素工具钢的热硬性较差，一般刀具刃部温度达 以上时，硬 度和耐磨性迅速下降。 A.100ºC B. 150ºC C. 250ºC D. 300ºC 59．合金钢中加入合金元素后，不仅可以提高钢的机械性能，而且可以改 善钢的 。 A.物理性能 B. 化学性能 C.工艺性能 D.表面性能 60．合金钢除有较高的强度、比强度、热硬性和特殊的物理性能外，还有 。 较高的 A. 淬硬性 B. 淬透性 C. 回火脆性 D. 变形抗力 61．合金渗碳钢零件表面渗碳后可使零件表面形成 A. F B. F+P C. P D. P+Fe3C 组织。
B. 摩擦系数大
C.耐磨性好
D.硬度高
22．下列金属材料中，焊接性最差的是 。 B. 中碳钢 C.高碳钢 A. 低碳钢
D.铸铁
1300
23．铸造性好的金属材料除具有流动性好，收缩小的特性外，还应具有 小的性能。 A. 气孔 B.残余应力 C.疏松 D.偏析 。 D.冷变形加工性 。
金属材料的主要性能
金属材料的主要性能金属材料性能一般分为工艺性能和使用性能两类。
所谓工艺性能是指机械零件加工制造过程中，金属材料所定冷、热加工条件下表现出来性能。
金属材料工艺性能好坏，决定了它制造过程中加工成形适应能力。
加工条件不同，要求工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。
所谓使用性能是指机械零件使用条件下，金属材料表现出来性能，它包括机械性能、物理性能、化学性能等。
金属材料使用性能好坏，决定了它使用范围与使用寿命。
机械制造业中，一般机械零件都是常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用，且使用过程中各机械零件都将承受不同载荷作用。
金属材料载荷作用下抵抗破坏性能，称为机械性能（或称为力学性能）。
金属材料机械性能是零件设计和选材时主要依据。
外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求机械性能也将不同。
常用机械性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。
下面将分别讨论各种机械性能。
1．强度强度是指金属材料静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）性能。
载荷作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。
各种强度间常有一定联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本强度指针。
2．塑性塑性是指金属材料载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏能力。
3．硬度硬度是衡量金属材料软硬程度指针。
目前生产中测定硬度方法最常用是压入硬度法，它是用一定几何形状压头一定载荷下压入被测试金属材料表面，被压入程度来测定其硬度值。
常用方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等方法。
4．疲劳前面所讨论强度、塑性、硬度都是金属静载荷作用下机械性能指针。
实际上，许多机器零件都是循环载荷下工作，这种条件下零件会产生疲劳。
5．冲击韧性以很大速度作用于机件上载荷称为冲击载荷，金属冲击载荷作用下抵抗破坏能力叫做冲击韧性。
《金属的工艺性能》课件
抗力性是金属在受到外力作用时，抵抗变形和断裂的能力。它与金属的强度、塑性和韧性等机械性能有关。
VS
金属在锻压过程中卸载后恢复原始形状的能力。
详细描述
回弹性能是金属在锻压过程中，卸载后恢复原始形状的能力。它与金属的弹性模量、温度和应变历史等因素有关。回弹性能对于保证金属零件的尺寸精度和完整性具有重要意义。
切削加工性与工件质量的关系
03
切削加工性的好坏直接影响到工件的质量。在切削加工过程中，需要控制切削力、切削热和切削振动等因素，以确保工件的尺寸精度、表面粗糙度和加工稳定性。
切削力的来源与作用
切削力是切削加工过程中的主要作用力，来源于工件材料对刀具的阻力。切削力的大小直接影响切削效率和加工质量，因此需要合理选择切削参数和刀具材料。
切削热产生与影响
切削热是由于切削过程中工件材料与刀具之间的摩擦产生的热量。切削热会导致刀具磨损、工件热变形和表面质量下降等问题。因此，需要选择合适的冷却方法来控制切削温度。
切削力与切削热的关系
切削力与切削热之间存在相互影响的关系。在切削过程中，切削力的大小和分布会影响切削热的产生和分布，而切削热也会影响刀具的磨损和工件的表面质量。因此，需要综合考虑切削力和切削热的影响，选择合适的加工参数和方法。
切削液的应用注意事项
在使用切削液时，需要注意液体的清洁度、浓度和流量等参数，以及正确的使用方法和维护措施。同时，还需要注意环保和安全问题，避免对人体和环境造成危害。
在切削加工过程中，由于工件材料的不均匀性和刀具磨损等原因，可能导致振动和噪声的产生。这些振动和噪声不仅会影响加工精度和表面质量，还会影响操作人员的健康。
切削液的作用与种类
切削液是一种用于减小切削摩擦、降低切削温度和防止刀具磨损的液体。常见的切削液有油基切削液和水基切削液两大类，每种类型都有其特点和适用范围。
金属材料的工艺性能
金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能是指金属材料在加工过程中所具有的性能特点，包括可塑性、可锻性、可切削性、可焊性、可锻性、可热处理性等。
这些性能特点对金属材料的加工、成形、焊接等工艺过程起到重要的影响，决定了材料在各种工艺中的适用性和实际应用价值。
首先，可塑性是金属材料工艺性能中最重要的特点之一。
金属材料的可塑性是指在外力作用下，金属能够发生塑性变形而不导致断裂的能力。
金属材料的可塑性反映了材料内部晶体结构的强度和变形能力。
具有良好可塑性的金属材料，可以通过压延、拉伸、挤压等加工工艺来实现各种复杂的形状和尺寸。
适当的变形条件下，可塑性可以得到提高，但过大的变形会导致晶粒的破坏和拉伸。
其次，可锻性也是金属材料工艺性能的一个重要指标。
金属材料的可锻性是指在一定加热条件下，材料能够经过冷、热锻造等锻造工艺而获得所需形状和性能的能力。
可锻性和可塑性有一定的关联性，但可锻性更关注材料在高温条件下的变形能力。
一般情况下，高熔点金属具有较好的可锻性，而低熔点金属则可塑性更好。
可切削性也是金属材料工艺性能的重要指标之一。
可切削性是指金属材料在切削过程中能够保持良好的切削性能。
切削性能是衡量金属材料切削性能好坏的关键因素，直接影响着金属材料的加工效率和加工质量。
较好的可切削性可以使金属材料在切削过程中实现高速切削，提高加工效率，减少刀具磨损和工件表面质量。
可焊性是金属材料工艺性能中的另一个重要指标。
可焊性是指金属材料在焊接过程中能够保持良好的焊接性能。
具有良好可焊性的金属材料在焊接过程中能够良好地与其他金属进行结合，形成可靠的焊接接头。
可焊性好的金属材料有利于实现先进的焊接技术，如激光焊接、电子束焊接等，提高焊接质量和自动化程度。
此外，可热处理性也是金属材料工艺性能中的一个重要特点。
金属材料的热处理是指通过加热和冷却过程来改变材料的组织结构和性能的过程。
可热处理性决定了金属材料在加工过程中是否能够经历热处理来改善材料的性能。
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金属材料的工艺性能
金属材料的工艺性能是指制造工艺过程中材料适应加工的性能，即指其铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能。
1、铸造性能
金属材料铸造成形获得优良铸件的能力称为铸造性能，用流动性、收缩性和偏析来衡量。
1）流动性熔融金属的流动能力称为流动性。
流动性好的金属容易充满铸型，从而获得外形完整和尺寸精确、轮廓清晰的铸件；
2）收缩性铸件在凝固和冷却的过程中，其体积和尺寸减少的现象称为收缩性。
铸件用金属材料的收视率越小越好；
3）偏析铸锭或铸件化学成分和组织的不均匀现象称为偏析，偏析大会使铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低铸件的质量。
被铸物质多为原为固态，但加热至液态的金属，如铜、铁、锡等，铸模的材料可以是沙，金属甚至陶瓷。
南关菜市场东头前两年有两个人把大量的铝易拉罐盒熔化后倒进模子里铸成大大小小的铝锅、铝盆等
2、锻造性
工业革命前锻造是普遍的金属加工工艺，马蹄铁、冷兵器、铠甲均由各国的铁匠手锻造（俗称打铁），金银首饰加工、金属包装材料是锻造与冲压的总和。
什么是锻造性能？
锻造性能：金属材料用锻压加工方法成形的适应能力称锻造性。
锻造性主要取决于金属材料的塑性和变形抗力。
塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。
高碳钢不易锻造，高速钢更难。
（塑性：断裂前材料产生永久变形的能力。
）
3、焊接性
金属材料对焊接加工的适应性成为焊接性。
也就是在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。
钢材的含碳量高低是焊接性能好坏的主要因素，含碳量和合金元素含量越高，焊接性能越差。
4、切削加工性能
切削加工性能一般用切削后的表面质量（用表面粗糙程度高低衡量）和道具寿命来表示。
金属材料具有适当的硬度和足够的脆性时切削性良好。
改变钢的化学成分（如加入少量铅、磷等元素）和进行适当的热处理（如低碳钢进行正火，高碳钢进行球化退火）可以提高刚的切削加工性能。
（热处理的四把火：正火、退火、淬火、回火等，后面我们将进一步学习。
）铜有良好的切削加工性能。
5、热处理工艺性能
钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性，即钢接受淬火的能力。
（淬火能获得较高的硬度和光洁的表面），含锰、铬、镍等元素的合金钢淬透性比较好，碳钢的淬透性较差。
铝合金的热处理要求较严，铜合金只有几种可以熔热处理强化。
三国时诸葛亮带兵打仗，请当时的著名工匠蒲元为他造了3000把钢刀，蒲元用了（清水淬其锋）的热处理工艺，经过千锤百炼，使钢刀削铁如泥，从而大败敌军.有关方面的成语：趁热打铁、斩钉截铁等。