第四章金属材料的性能金属的工艺性能
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）。
金属材料学第四、五章 合金元素对工艺性能的影响
第四章 合金元素对钢强韧性和工材艺性料能学的—影西响安理工大学材料学院
一、 钢的强化机制
➢ 屈服强度是金属材料的重要性能指标，钢的强化机制就 是提高其屈服强度。
➢ 屈服强度就是使塑性变形开始时，滑移系上的临界切应 力，也就是使位错开动，增殖并在金属中传播所需要的 应力。
第四章 合金元素对钢强韧性和工材艺性料能学的—影西响安理工大学材料学院
二、低碳马氏体具有较高韧性的原因（与中碳马氏体相比）
• ①、板条马氏体的亚结构为位错，且分布均匀，不 含或少含孪晶亚结构，而中碳马氏体的亚结构为孪 晶，其可用的形变系统少；
• ②、板条马氏体是平行生长的，造成显微裂纹的机 会少，孪晶马氏体为非平行生长而相互冲突，易造 成显微裂纹；
Ci－－第i种固溶原子的固溶量 （不是钢中的含量）（重量百分 浓度）；
第四章 合金元素对钢强韧性和工材艺性料能学的—影西响安理工大学材料学院
2、固溶强化的韧化效果
• 固溶强化对塑性、韧 性的影响较大。
• 一般而言：合金元素 含量越多，强化效果 越大，其损害韧性亦 越严重。
• 但是唯一例外的元素 是Ni：在所有浓度的 情况下，均增加钢的 韧性。
注意：细晶强化是利用材料晶界强度高于晶内 强度的原理来实现材料的强化。一旦材料的晶界 强度低于晶内强化，细晶将不是强化材料的方法， 反而是弱化材料的途径。
第四章 合金元素对钢强韧性和工材艺性料能学的—影西响安理工大学材料学院
细化晶粒对韧性的影响
细化晶粒同时也可增加钢的 韧性
晶粒越细，造成裂纹所需 的应力集中越难，裂纹扩 展所消耗的能量越高，而 且晶界越多，阻碍位错运 动的作用越大，韧性越高。 可用韧脆转化温度Tc衡量。 Tc越低，韧性越好。
金属材料的性能
金属材料的性能一、金属材料的力学性能任何机械零件工作时都会受到外力的作用，如行车吊运重物，钢丝绳会受到重物拉力的作用；柴油机连杆会受到拉力、压力、甚至交变外力和冲击力的作用等。
在这些外力作用下，材料所表现出来的一系列特性和抵抗的能力称力学性能。
按作用形式不同，外力常分为静载荷、冲击载荷和交变载荷等。
材料的力学性能也分为强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
1．强度和塑性强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。
强度用应力表示，其符号为σ，单位为MPa，1MPa=1N/mm2。
常用来衡量金属材料强度的指标有屈服点（σs）和抗拉强度（σb）等。
金属材料的屈服点和抗拉强度是通过把材料做成标准试样，在材料试验机上进行拉伸试验测得的。
常用的拉伸试样如图4-1所示。
图中l0为试样的标距长度，d0为试样截面的直径。
按国家标准规第四章金属材料与热处理定，试样可以分为长试样和短试样两种，长试样l0=10 d0，而短试样l0=5 d0。
试验时，随着拉力的缓慢增加，试样的长度也逐渐增长，即产生变形。
在整个试验中，把拉力与试样的相应变形，画在以伸长量∆l为横坐标、拉力F为纵坐标的图上，所连成的曲线即为力—变形曲线，如图4-2所示。
图4-l 拉仲试样图4-2 低碳钢力—变形曲线图a）拉伸前b）拉伸后由图4-2可知，在开始的Oe阶段，试样在拉力作用下均匀伸长，伸长量与拉力保持正比关系。
这时若去掉拉力，试样将恢复原状，此时材料处于弹性变形阶段，弹性变形在e 点处达到最大极限。
因此，在e点处试样所承受的拉力与试样横截面积之比称为弹性极限，用σe表示。
当超过e点后，材料除弹性变形外，开始产生塑性变形，拉力与伸长量之间的正比关系不再保持。
当拉力增大到F s时，即使拉力不再增加，材料仍会继续伸长一定距离，这种现象称为“屈服”。
在s点处，试样承受的拉力与试样原始横截面积之比称为屈服点，用σs表示σs=F s/A0式中F s r——试样屈服时的拉力（N）；A0——试样原始截面积（mm2）。
金属材料的性能
金属材料的性能金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。
●使用性能是指金属材料为保证机械零件或工具正常工作应具备的性能，即在使用过程中所表现出的特性。
金属材料的使用性能包括力学性能、物理性能和化学性能等；●工艺性能是指金属材料在制造机械零件和工具的过程中，适应各种冷加工和热加工的性能。
工艺性能也是金属材料采用某种加工方法制成成品的难易程度，它包括铸造性能、锻一、金属材料的力学性能●金属材料的力学性能是指金属材料在力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力──应变关系的性能，如强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。
●物体受外力作用后导致物体内部之间相互作用的力，称为内力。
●单位面积上的内力，称为应力σ(N/mm2)。
●应变є是指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化(%)金属材料的力学性能主要有：强度、刚度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
●金属材料在力的作用下，抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。
●塑性是指金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。
金属材料的强度和塑性指标1●拉伸试验是指用静拉伸力对试样进行轴向拉伸，测量拉伸力和相应的伸长，并测其力（1）拉伸试样。
拉伸试样通常采用圆柱形拉伸试样，分为短试样和长试样两种。
长试样L0=10d0；短试样L0=5d0。
a）拉断前 b）拉断后图1-5 圆形拉伸试样（2）试验方法。
2．力伸长曲线●在进行拉伸试验时，拉伸力F和试样伸长量△L之间的关系曲线，称为力伸长曲线。
试样从开始拉伸到断裂要经过弹性变形阶段、屈服阶段、变形强化阶段、缩颈与断裂四个阶段。
图1-7 退火低碳钢力伸长曲线3．金属材料的强度指标主要有:屈服点σs、规定残余伸长应力σ0.2、抗拉强度σb等。
（1）屈服点和规定残余延伸应力。
●屈服点是指试样在拉伸试验过程中力不增加(保持恒定)仍然能继续伸长(变形)时的应力。
屈服点用符号σs表示。
单位为N/mm2或MPa●规定残余延伸应力是指试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长与原始标距的百分比达到规定值时的应力，用应力符号σ并加角标“r和规定残余伸长率”表示，如σr0.2表示规定残余伸长率为0.2%（2）抗拉强度。
金属材料的性能
2.抗氧化性 金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮的能力 。
3.化学稳定性 化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。
三1 金属材料的力学性能
1.力学性能:
金属材料在外力作用下所表现出来的性能称为力学性能。
2.载荷：
拉伸过程
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
拉伸试验机
②塑性 δδ
金属材料在静载荷作用下，产生永久变形 而不破坏的能力称为塑性。
常用的塑性指标： 延伸率（δ）和断面收缩率（ψ）。
塑性 ：材料在载荷作用下，产生塑形变形而不被破坏的能力。
1.断后伸长率
断后伸长率是指试样拉断后，标距的伸长量与原标距长
度的百分比，用符号δ表示。
δ=
L1-L0 L0
L0—试样的原始标距（mm）
2.断面收缩率
L1—试样拉断后的标距（mm）
断面收缩率是指试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩
减量与原始横截面积的百分比，用符号ψ表示。
ψ=
S1-S0 S0
S0—试样的原始横截面积（mm2） S1—试样拉断后的横截面积（mm2）
裂纹扩展的基本形式
1943年美国T-2油轮发生
北
断裂
极 星
导
弹
⑤疲劳强度
• 材料在低于s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。
材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的 最大应力称为疲劳极限。用-1表示。
钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。
疲劳应力示意图
疲劳曲线示意图
疲劳断口
式中：HBS(HBW) ——淬火钢球（硬质合金球）试验的布氏硬度值 Ｆ —— 试验力（N）； d —— 压痕平均直径（mm）； Ｄ —— 淬火钢球（硬质合金球）直径（mm）。
金属材料学(戴起勋版)第4章整理答案
4-1 在使用性能和工艺性能的要求上，工具钢和机器零件用钢有什么不同？工具钢使用性能：（1）硬度。
工具钢制成工具经热处理后具有足够高的硬度。
工具在高的切削速度和加工硬材料所产生高温的受热条件下，仍能保持高的硬度和良好的红硬性。
（2）耐磨性。
工具钢具有良好的耐磨性，即抵抗磨损的能力。
工具在承受相当大的压力和摩擦力的条件下，仍能保持其形状和尺寸不变。
（3）强度和韧性。
工具钢具有一定的强度和韧性，使工具在工作中能够承受负荷、冲击、震动和弯曲等复杂的应力，以保证工具的正常使用。
（4）其他性能。
由于各种工具的工作条件不同，工具用钢还具有一些其他性能，如模具用钢还应具有一定的高温力学性能、热疲劳性、导热性和耐磨腐蚀性能等。
工艺性能:（1）加工性.工具钢应具有良好的热压力加工性能和机械加工性能，才能保证工具的制造和使用。
钢的加工性取决于化学成分、组织的质量。
（2）淬火温度范围.工具钢的淬火温度应足够宽，以减少过热的可能性。
（3）淬硬性和淬透性. 淬硬性是钢在淬火后所能达到最高硬度的性能。
淬硬性主要与钢的化学成分特别是碳含量有关，碳含量越高，则钢的淬硬性越高。
淬透性表示钢在淬火后从表面到内部的硬度分布状况。
淬透性的高低与钢的化学成分、纯洁度、晶粒度有关。
根据用于制造不同的工具，对这两种性能各有一定的要求。
（4）脱碳敏感性. 工具表面发生脱碳，将使表面层硬度降低，因此要求工具钢的脱碳敏感性低。
在相同的加条件下，钢的脱碳敏感性取决于其化学成分。
（5）热处理变形性. 工具在热处理时，要求其尺寸和外形稳定。
（6）耐削性.对很制造刀具和量具用钢。
要求具有良好的磨削性。
钢的磨削性与其化学成分有关，特别是钒含量，如果钒质量分数不小于0.50%则磨削性变坏。
机器零件用钢使用性能：（1）较高的疲劳强度和耐久强度。
（2）高的屈服强、抗拉强度以及较高的断裂抗力。
（3）良好的耐磨性和接触疲劳强度。
（4）较高的韧性，以降低缺口敏感性。
工艺性能：通常机器零件的生产工艺：型材→改锻→毛坯热处理→切削加工→最终热处理→磨削以切削加工性能和热处理工艺性能为机器零件用钢的主要工艺性能。
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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第四章金属材料的性能
第二节金属的工艺性能
下列指标中属于金属材料的工艺性能的是________。
A．热膨胀性
B．铸造性
C．冲击韧性
D．耐腐蚀性
常用金属材料中铸造性优良的材料是________，可锻性好的是________，焊接性能好的是________。
A．低碳钢/高碳钢/合金钢
B．灰铸铁/中、低碳钢/低碳钢
C．中、低碳钢/灰铸铁/低碳钢
D．高碳钢/低碳钢/灰铸铁
下列关于金属材料的工艺性能的描述不正确的是________。
A．低碳钢具有良好的可焊性，而铝合金的可焊性很差
B．金属材料的热处理性主要用淬透性、淬硬性、晶粒长大倾向及回火脆性等来衡量
C．金属材料的可锻性是其承受压力加工的能力
D．可锻性的好坏取决于材料的强度和变形抗力
金属材料的工艺性能包括________。
Ⅰ．热硬性；Ⅱ．铸造性；Ⅲ．可焊性；Ⅳ．疲劳强度；Ⅴ．锻造性；Ⅵ．蠕变。
A．Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ
B．Ⅰ+Ⅱ+Ⅴ
C．Ⅱ+Ⅴ+Ⅵ
D．Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ
下列说法正确的是________。
A．差不多所有的金属材料和塑料都可以铸造
B．压力加工性主要取决于材料的塑性
C．焊接性能的好坏取决于焊缝产生的裂纹、气孔等倾向
D．钢比铸铁的切削性好
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
铸造性好的金属材料应具有________性能小或好的特点。
Ⅰ．膨胀；Ⅱ．收缩；Ⅲ．偏析；Ⅳ．应力；Ⅴ．流动性；Ⅵ．晶粒。
A．Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ
B．Ⅰ+Ⅱ+Ⅴ
C．Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ
D．Ⅱ+Ⅴ+Ⅵ
液态金属凝固后化学成分不均匀的现象称________。
A．气孔
B．残余应力
C．疏松
D．偏析
金属材料的可锻性好坏取决于材料的塑性和________。
A．硬度
B．强度
C．弹性
D．刚性
下列材料中的可锻性最好的是________。
A．低碳钢
B．中碳钢
C．高碳钢
D．铸铁
可锻性好坏取决于材料的________。
A．塑性与变形抗力
B．硬度与强度
C．塑性与硬度
D．硬度与刚度
金属材料承受压力加工的能力称为________。
A．塑性
B．可锻性
C．冷变形工艺性
D．韧性
金属材料的可锻性取决于材料的________。
Ⅰ．强度；Ⅱ．塑性；Ⅲ．韧性；Ⅳ．变形抗力；Ⅴ．刚性；Ⅵ．弹性。
A．Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ
B．Ⅰ+Ⅱ+Ⅳ
C．Ⅰ+Ⅱ+Ⅴ
D．Ⅱ+Ⅳ
下列金属材料中，焊接性最差的是________。
A．低碳钢
B．中碳钢
C．高碳钢
D．铸铁
下列金属材料中，焊接性良好的是________。
Ⅰ．低碳钢；Ⅱ．中碳钢；Ⅲ．高碳钢；Ⅳ．普通低合金钢；Ⅴ．灰铸铁；Ⅵ．铝合金。
A．Ⅰ+Ⅱ+Ⅳ
B．Ⅰ+Ⅳ+Ⅵ
C．Ⅰ+Ⅱ+Ⅵ
D．Ⅰ+Ⅳ
热处理工艺性包括________。
A．淬透性+回火脆性
B．淬透性+淬硬性
C．淬硬性+回火脆性
D．淬透性+淬硬性+回火脆性
金属材料的热处理性能主要用________等来衡量。
Ⅰ．淬透性；Ⅱ．加热温度；Ⅲ．淬硬性；Ⅳ．晶粒长大倾向；Ⅴ．回火脆性；Ⅵ．疲劳强度。
A．Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ＋Ⅵ
B．Ⅰ+Ⅲ+Ⅳ+Ⅵ
C．Ⅰ+Ⅲ++Ⅳ+Ⅴ
D．Ⅰ+Ⅱ+Ⅳ
金属材料的切削加工性与其硬度有关，一般容易切削加工的硬度为________。
A．HB＜100
B．HB160～230
C．HRC40
D．HRC＜60
金属材料的切削加工性能好，说明在切削时________。
A．消耗动力少、刀具寿命长、切屑不易断和加工表面光洁
B．消耗动力少、刀具寿命长、切屑易断和加工表面不光洁
C．消耗动力少、刀具寿命长、切屑易断和加工表面光洁
D．消耗动力多、刀具寿命短、切屑易断和加工表面光洁
切削加工性与材料的________等有关。
Ⅰ．种类；Ⅱ．成分；Ⅲ．硬度；Ⅳ．塑性；Ⅴ．组织。
A．Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ＋Ⅴ
B．Ⅰ+Ⅲ+Ⅳ
C．Ⅰ+Ⅲ++Ⅳ+Ⅴ
D．Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ
对船用钢管依规范进行扩口、卷边、压扁和弯曲试验。
对型材依规范进行________冷弯试验。
A．90°
B．120°
C．180°
D．270°。