金属工艺学课件

硬度测定方法有压入法、划痕法、回 弹高度法等。
金属材料的硬度可用专门仪器来测试， 常用的有布氏硬度机、洛氏硬度机等。
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布氏硬度
HBS(HBW ) 0.102
2F
N mm2
D(D D 2 d 2 )
式中：F—试验力，N D—压头的直径,mm
布氏硬度试验原理图
单位面积所受的 力值即为硬度
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缩孔
缩松
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⑵偏析：合金中各部分化 学成分不均匀的现象称为 偏析。铸锭(件)在结晶时, 由于各部位结晶先后顺序 不同，合金中的低熔点元 素偏聚于最终结晶区，造 成宏观上的成分不均匀， 称宏观偏析。适当控制浇 注温度和结晶速度可减轻 宏观偏析。
硫在钢锭中偏析的模拟结果
以得到补缩所致。
逐层凝固合金易产生缩孔（如纯金属、共晶合金），糊状
凝固合金易产生缩松，（如锡青铜）。
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２、缩孔和缩松的防止： １）、适当地降低浇注温度和浇注速度。 ２）、采用顺序凝固、冒口补缩(顺序凝固原则)。 ３）、按冷铁、采用金属型。 缩孔部位的确定：常用“凝固等温线法”、“内切圆法”37。
布氏硬度与洛氏硬度的特点比较
布氏硬度的特点：
布氏硬度因压痕面积较大，HB值的 代表性较全面，而且实验数据的重复性 也好，但由于淬火钢球本身的变形问题 ，不能试验太硬的材料，一般在HB450 以上的就不能使用。
由于压痕较大，成品检验也有困难 。
通常用于测定铸铁、有色金属、低 合金结构钢等材料的硬度。
HBS表示用淬火钢球作为压头 测出的硬度值。
HBW表示用硬质合金球作为 压头测出的硬度值。
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洛氏硬度
洛氏硬度试验原理图
试验时，先加初试验 力，然后加主试验力， 压入试样表面之后， 去除主试验力，在保 留初试验力的情况下， 根据试样残余压痕深 度增量来衡量试样的 硬度大小。
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金属熔化
液态金属浇入铸型
落砂清理后成为铸件
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二、铸造的特点：
１、能制成形状复杂，特别是具 有复杂内腔的毛坯；
２、铸件重量及所用合金几乎不 受限制；
３、铸件的切削加工余量较小、 成本低。因此，得到了广泛的 应用。
但是：
1、抗拉强度和冲击韧性不如锻、 焊件。
2、工艺复杂，故废品率高。
➢有些机件在工作时要受到高速作用的载荷 冲击，如锻压机的锤杆、冲床的冲头、汽车 变速齿轮、飞机的起落架等。 ➢瞬时冲击引起的应力和应变要比静载荷引 起的应力和应变大得多，因此在选择制造该 类机件的材料时，必须考虑材料的抗冲击能 力，即冲击韧度。
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金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力叫 做冲击韧度。常用一次摆锤冲击试验来测定金 属材料的冲击韧度(大能量、一次冲断）。
退火低碳钢力-伸长曲线
oe——弹性变形阶段；es——屈服阶段； sb——强化阶段；bk——缩颈阶段
s-屈服点 b-开始发生缩颈现象
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强度极限B
颈缩阶段
屈服极限S 屈服阶段 弹性极限P 弹性阶段
强化阶段
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强度指标
1.屈服点
在拉伸试验过程中，外力不增加(保持恒定)，但试样
螺旋形试样
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1)、合金流动性的测定：用“螺旋形
试样”的长度来衡量。在相同浇注
条件下，试样愈长，流动性愈好。
2)、影响合金流动性的因素：主要是
合金的化学成分。液相线与固相线
间的距离（T液－T固）称为结晶间隔。
Fe-C合金流动性与含碳量关系
结晶间隔越大流动性越差，反之越好，因此共晶成分合金流动性
仍然能继续伸长(变形)，这种现象称屈服。S点称屈服点，
S点对应的应力称屈服点应力。用符号σs表示。屈服点应力 σs可按下式计算：
σs = Fs / A0
(MPa)
式中：Fs—试样屈服时的载荷，N
A0—试样原始横截面积，mm2。
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2．
抗拉强度是指试样拉断前承受的最大应力
值，用符号σb表示，单位为Mpa，
试验表明，在冲击载荷不太大的情况下，金属 材料承受多次重复冲击的能力，主要取决于强 度。
冲击值对组织缺陷很敏感，因此冲击试验是生 产上用来检验冶炼、热加工、热处理等工艺质 量的有效方法。
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夏比冲击试验 试验原理
冲击韧度：
ak = AK/A （J·cm-2）
式中：Ak—折断试样所消耗的冲击功（J） A—试样断口处的原始截面积（mm2）
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洛氏硬度的特点： 洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料
，而且压痕很小，几乎不损伤工件表面， 故在钢件热处理质量检查中应用最多。
但洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表 性就差些，如果材料中有偏析或组织不均 的情况，则所测硬度值的重复性也差。
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三、冲击韧度（ak）
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课程的性质、任务和要求
性质：
➢ 研究常用工程材料及其成形方法的综合性课程 ➢ 体现理论教学与实践环节密切结合的技术基础课程
任务和要求：
➢了解产品的制造过程 ➢掌握常用工程材料的种类与性能，能初步选用 ➢掌握材料成形的基本原理和工艺特点，能初步运用
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第一篇 金属材料的基础知识
一、铸件的凝固 逐层凝固（充型能力好，便于补缩）
１、凝固方式 糊状凝固(易形成缩孔、难以获得结晶紧实的铸件） 中间凝固（介于上两者间）
铸件的凝固方式
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合金的结晶温度范围
２、影响凝固方式的主要因素
合金性质
铸件的温度梯度 铸型的蓄热能力
浇注温度
二、铸造合金的收缩
铸造合金在浇注、凝固、直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸
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⑶气孔: 是指液态金属中溶解的气体或反应生成的 气体在结晶时未逸出而存留于铸锭(件)中的气泡.铸 锭中的封闭的气孔可在热加工时焊合，张开的气 孔需要切除。铸件中出现气 孔则只能报废。
铸件中的气孔
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第三节 铸造内应力 变形和裂纹
内力：构件内部相互作用并达平衡的力。 与内应力、变形、裂纹相关的是固态收缩。 一、内应力的形成：因固态收缩受阻。 按内应力产生的原因分为：机械应力、热应力。 １、机械应力（受机械阻碍而形成的） 原因：铸件固态收缩时，受到铸型或型芯等的机械阻碍
式中：A0—试样的原始截面积（mm2）
A1—试样断面处的最小截面积（mm2）
δ和φ愈大，则塑性愈好。良好的塑性是金
属材料进行塑性加工的必要条件。
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二、硬度
固体材料抵抗塑性变形、压入或压痕 的能力。
硬度是衡量金属材料软硬程度的一种 性能指标。它直接影响到材料的耐磨 性及切削加工性。
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第一节 金属材料的力学性能
力学性能是指金属材料在受外力作用时所 反映出来的固有性能。
金属材料的力学性能主要有：强度、塑性、 硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
力学性能指标，是选择、使用金属材料的 重要依据。
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一、强度与塑性
强度:材料抵抗由外力载荷所引起的应变或 断裂的能力。
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三、铸件中的缩孔与缩松： １、缩孔和缩松的形成： 液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得 不到补足，则在铸件最后凝固部位形成一些孔洞，按孔洞的大小和 分布，分为缩孔和缩松。 1）、缩孔：集中在铸件上部或最后凝固的部位容积较大的孔洞。 特征：多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常隐藏在铸件内层，有时暴 露于表面。
最好.(图2-3）。
２、浇注条件(浇注温度和充型压力）：浇注温度越高，充型压力
越大则充型能力越好。
３、铸型填充条件（铸型的蓄热能力，铸型温度和铸型中的气
体）：铸型的蓄热能力低，铸型温度较高，铸型排气能力较好时
则充型能力较好。
由于充型能力低而引起的缺陷有：冷隔、浇不足。
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第二节 铸件的凝固与收缩
σb= Fb / A0
(Mpa )
式中：Fb—试样承受的最大载荷，N
A0—试样原始横截面积，mm2。
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屈服点应力（屈服强度）和抗拉强度在设 计机械和选择、评定金属材料时有重要意 义 。 机械零件多以σs作为强度设计的依 据。
对于脆性材料，在强度计算时，则以σb为 依据。
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疲劳曲线
在循环载荷作用下， 材料承受一定的循环 应力σ和断裂时相应的 循环次数N之间的关 系可以用曲线来描述 ，即σ－Ｎ之间的关系 曲线，称疲劳曲线
σ-N 曲线
▪ 当零件所受的应力按正弦曲线对称循环时，疲劳强
度以符号σ-1表示，即当应力低于σ-1值，既使循环周 次无穷多也不发生断裂 。
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σ-N 曲线
无数次应力循环： • 对于钢材为107， • 有色金属和某些超高强度钢常取108。
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第二篇 铸造
铸件
GM-KD5025数控龙门磨床床身 （41T）
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第一章 铸造的工艺基础 一、铸造：将液态合金浇注 到与零件的形状、尺寸相适 应的铸型空腔中，待其冷却 凝固，以获得毛坯或零件的 生产方法，叫做铸造。
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标准冲击试样有两种，一种是夏比Ｕ形缺口试样， 另一种是夏比Ｖ形缺口试样
同一条件下同一材料制作的两种试样，其Ｕ形试样 的a k值明显大于Ｖ形试样的a k，所以这两种试样的 值a k不能相互比较。对于脆性材料试样一般不开缺口。