金属工艺学绪论

任课教师信息姓名：张建新电话：[phone]信箱：[e-mail]研究种类：金属（金属、非金属、高分子材料）研究范围：工艺（加工、热处理、熔炼、铸造等）《金属工艺学》绪论一问题的提出1.《科技博览》指出：72°C的铁和600°C的木头摸上去的感觉是一样的，为什么？2.两滴相同的水珠分别落在120℃和400℃的铁板上，哪一滴先汽化掉？落在120℃铁板上的水珠先汽化掉，因为这种沸腾换热属核态沸腾，换热强烈。而在400℃铁板上的换热属膜态沸腾，换热速度较弱。3.普通金属制品易生锈、易腐蚀，而金银制品不易生锈、不易腐蚀。原因：金属的成分、组织、结构不同，决定了其性能各异（电极电位、电负性等），所以材料的稳定性不尽一样。1船体保护原理（加分1）：牺牲阳极的阴极保护法。船体一般为钢铁框架，在海水里不耐腐蚀，如不进行保护，很难达到服役50年的标准。措施：在船体周围系上活泼金属。电负性思考1：为什么不放镍、铜等金属？思考2：为什么一般使用锌块，而不使用铝？二应用举例2金属的导电性输电线（地上）电缆线（地下）消除电弧（银箔）银→铜→铝（导电性）3金属的导热性电脑散热系统，用铝合金；暖气片（金属）；空调（紫铜管）；4各种金属锅铁锅，铝锅，铜锅，陶粒锅，复合锅，不锈钢锅(Mn超标)等；5弹壳黄铜去应力退火的重要性连接6坦克装甲材料含有钨钼元素，增加强度。7水管及水阀门材料铸铁、锌合金、铜合金；第一章金属材料的主要性能一、力学性能1定义：又称机械性能，是在力的作用下所表现出来的性能。2分类：按受力情况分①强度、塑性和硬度（用于衡量静载荷作用下的力学性能，如钢筋）；②冲击韧性（动载荷作用，如火车挂钩等）；③疲劳强度（周期性的交变载荷，如曲轴、连杆等）。3强度和塑性材料的强度与塑性是两个重要的力学参数，它们与材料的组织和结构有密切关系，材料受力后要发生变形与断裂，掌握其规律，研究其微观机制，分析影响塑性变形的各种因素，设法阻止或延缓塑变的发生是强化材料的重要途径，这对生产实际很重要。拉伸动画显示从图知道，金属有三个变形阶段：弹性变形——弹塑性变形——断裂。视频拉伸模拟补充：弹塑性变形阶段材料强度为什么增加？原因：材料随变形量的增加发生了加工硬化或形变强化。（加工硬化：随着塑性变形的增大，变形抗力不断增加的现象。）拉伸强度：σb=Fb/A0强度σ单位是MPa（106Pa）面积A单位mm2，F拉力单位N（牛）。设计机械零件时，屈服强度σs和抗拉强度σb意义重大：零件(韧性)不允许变形，用σs为依据；对于脆性材料，没有屈服点，计算强度时用σb为依据。塑性：是在力的作用下，产生不可逆永久变形的能力。常用伸长率和断面收缩率表示。δ=ψ=在一定范围内δ和ψ越大，表示材料的塑性越好，加工性越强。%100001LLL%100010AAA4硬度定义：材料表面抵抗局部变形（压痕、划痕等）的能力称为硬度。衡量金属软硬的指标，影响金属材料的耐磨性，一般加工刀具要有足够的硬度。布氏硬度（HB）：钢球测试（视频）洛氏硬度（HR）：金刚石锥体或钢球测试维氏硬度（HV）：金刚石菱形锥体测试（维氏硬度主要测试尺寸很小或很薄零件的硬度）洛氏硬度视频5韧性定义：材料断裂前吸收变形能量的能力称为韧性。常用指标是冲击韧度αk数学表达式：αk=Ak/SAk是冲击功（表盘读出），JS是冲击横截面积，cm2冲击值的大小受形状、表面粗糙度、内部组织的影响较大，还与冲击时的环境温度有关，一般作为参考，不直接参与强度计算。6疲劳强度承受循环应力或交变应力的零件发生的断裂，称之为疲劳断裂。用疲劳强度表示。疲劳强度定义：在某一循环应力的作用下，疲劳曲线呈水平线，此时材料可经受无数次应力循环而不发生疲劳断裂，我们称此应力值为疲劳强度。疲劳强度用符号σ-1表示。一般产生疲劳断裂的原因：内部缺陷（熔炼金属时控制）、应力集中（热处理控制）、表面磨损（增加硬度或采取润滑）。注意：汽车轮胎要定期更换，防止疲劳爆胎。二材料的物理化学及工艺性能1物理性能：密度、熔点、热膨胀性、放射性导热导电及导磁性等。航天航空上用密度小的铝、镁、钛合金；电机电器等考虑金属的导电性、导磁性；培育农产品育苗使用放射性元素对之产生变异（山西忻州的钴60事件教训惨重）（铅罐铅板防辐射）。2化学性能化学性能：主要是指在常温或高温下，抵抗介质腐蚀的能力，如耐酸性、耐碱性、耐盐性及抗氧化性等。常温下金属硬币化学性能稳定，用白铜或黄铜或铝合金做的（第五套硬币：一元钢芯镀镍工艺、五角铜合金、一角铝合金）。船体保护：主要是耐盐腐蚀过剩Si对合金腐蚀性能的影响No.surplusSiWfWaslip10.00%5.31793g5.29342g0.4609%20.03%5.26578g5.24145g0.4621%30.06%5.12597g5.10120g0.4833%40.09%5.09326g5.05992g0.6545%成分及组织的均匀性越高，可降低各部位的电势差，因而可抑制微电池的形成，这就是说组织的晶粒越细小、越均匀，腐蚀中形成微电池的概率越小，材料的耐蚀性越好。3工艺性能工艺性能：铸造性、可锻性、焊接性及切削性等。如铸铁的铸造性能好，可锻性很差，可用来制造各种铸件，而不能进行锻造；陶瓷焊接性能很差，所以陶瓷与金属连接很难；碳钢焊接性优良，可用来焊接各种结构零件。（1）有的铝合金切削性能不好（粘刀），加入适量Cu元素可以改善其切削加工性能。（2）铝、铜、铅合金挤压性能优良，可以生产各种挤压零件，铅在常温下就可以加工(fcc结构)。（3）镁、锌等塑性不佳，加工性不好，因为它们属于hcp结构。铁常温下属于bcc结构。完一战时，经过深冲成型的黄铜弹壳，放置一段时间后自动发生晶间开裂（称为季裂）。其原因是冷加工残余内应力和外界腐蚀性气氛的联合作用而造成的应力腐蚀开裂。要解决这一问题，只需要将深加工后弹壳在260℃进行去应力退火，消除第一类内应力，问题就迎刃而解。弹壳开裂问题返回返回