金屬工藝學(xué)緒論

1、任課教師信息任課教師信息姓姓 名：張建新名：張建新電電 話：話信 箱：箱：研究種類：金屬研究種類：金屬（金屬、非金屬、高分子材料）（金屬、非金屬、高分子材料）研究范圍：工藝研究范圍：工藝（加工、熱處理、熔煉、鑄造等）（加工、熱處理、熔煉、鑄造等）金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)緒論緒論一一 問題的提出問題的提出1.1.科技博覽科技博覽指出：指出：7272C C的鐵和的鐵和600600C C的的木頭摸上去的感覺是一木頭摸上去的感覺是一樣的，為什么？樣的，為什么？2.2.兩滴相同的水珠分別落在兩滴相同的水珠分別落在120和和400的的鐵板上，哪一滴先汽化掉？鐵板上，哪一滴先汽化掉？

2、落在落在 120 鐵板上的鐵板上的水珠先汽化掉，因?yàn)檫@種水珠先汽化掉，因?yàn)檫@種沸騰換熱屬沸騰換熱屬核態(tài)沸騰核態(tài)沸騰，換，換熱強(qiáng)烈。而在熱強(qiáng)烈。而在 400 鐵板鐵板上的換熱屬上的換熱屬膜態(tài)沸騰膜態(tài)沸騰，換，換熱速度較弱。熱速度較弱。 3.普通金屬制品易普通金屬制品易生銹、易腐蝕，而金生銹、易腐蝕，而金銀制品不易生銹、不銀制品不易生銹、不易腐蝕。易腐蝕。 原因：金屬的成分、組原因：金屬的成分、組織、結(jié)構(gòu)不同，決定了其性織、結(jié)構(gòu)不同，決定了其性能各異（電極電位、電負(fù)性能各異（電極電位、電負(fù)性等），所以材料的穩(wěn)定性不等），所以材料的穩(wěn)定性不盡一樣。盡一樣。1 船體保護(hù)原理（船體保護(hù)原理（加分加分1）

3、：犧牲陽極的陰極保護(hù)法。）：犧牲陽極的陰極保護(hù)法。 船體一般為鋼鐵框架，在海水里不耐腐蝕，如不船體一般為鋼鐵框架，在海水里不耐腐蝕，如不進(jìn)行保護(hù)，很難達(dá)到服役進(jìn)行保護(hù)，很難達(dá)到服役50年的標(biāo)準(zhǔn)。年的標(biāo)準(zhǔn)。 措施：在船體周圍系上活潑金屬。措施：在船體周圍系上活潑金屬。電負(fù)性電負(fù)性 思考思考1：為什么不放鎳、銅等金屬？：為什么不放鎳、銅等金屬？ 思考思考2：為什么一般使用鋅塊，而不使用鋁？：為什么一般使用鋅塊，而不使用鋁？二二 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例2 2 金屬的導(dǎo)電性金屬的導(dǎo)電性輸電線（地上）輸電線（地上）電纜線（地下）電纜線（地下）消除電?。ㄣy箔）消除電?。ㄣy箔）銀銀銅銅鋁（導(dǎo)電性）鋁（導(dǎo)電性）3

4、金屬的導(dǎo)熱性金屬的導(dǎo)熱性電腦散熱系統(tǒng)，用鋁合金；電腦散熱系統(tǒng)，用鋁合金；暖氣片（金屬）；暖氣片（金屬）；空調(diào)（紫銅管）；空調(diào)（紫銅管）；4 各種金屬鍋各種金屬鍋鐵鍋，鋁鍋，銅鍋，陶粒鍋，復(fù)合鍋，不銹鐵鍋，鋁鍋，銅鍋，陶粒鍋，復(fù)合鍋，不銹鋼鍋鋼鍋(Mn超標(biāo)超標(biāo))等；等；5 彈殼黃銅彈殼黃銅去應(yīng)力退火的重要性去應(yīng)力退火的重要性 連接連接6 坦克裝甲材料坦克裝甲材料含有鎢鉬元素，增加強(qiáng)度。含有鎢鉬元素，增加強(qiáng)度。7 水管及水閥門材料水管及水閥門材料鑄鐵、鋅合金、銅合金；鑄鐵、鋅合金、銅合金；第一章第一章 金屬材料的主要性能金屬材料的主要性能一一 、力學(xué)性能、力學(xué)性能1 定義：又稱機(jī)械性能，是在力的作

5、用下所定義：又稱機(jī)械性能，是在力的作用下所 表現(xiàn)出來的性能。表現(xiàn)出來的性能。2 分類：按受力情況分分類：按受力情況分 強(qiáng)度、塑性和硬度（用于強(qiáng)度、塑性和硬度（用于衡量靜載荷作用下的力學(xué)性能，如鋼筋）；沖衡量靜載荷作用下的力學(xué)性能，如鋼筋）；沖擊韌性（動(dòng)載荷作用，如火車掛鉤等）；疲勞擊韌性（動(dòng)載荷作用，如火車掛鉤等）；疲勞強(qiáng)度（周期性的交變載荷，如曲軸、連桿等）。強(qiáng)度（周期性的交變載荷，如曲軸、連桿等）。3 強(qiáng)度和塑性強(qiáng)度和塑性 材料的強(qiáng)度與塑性是兩個(gè)重要的力學(xué)參數(shù)，它們材料的強(qiáng)度與塑性是兩個(gè)重要的力學(xué)參數(shù)，它們與材料的組織和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，材料受力后要發(fā)生與材料的組織和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，材料受力

6、后要發(fā)生變形與斷裂，掌握其規(guī)律，研究其微觀機(jī)制，分析影變形與斷裂，掌握其規(guī)律，研究其微觀機(jī)制，分析影響塑性變形的各種因素，設(shè)法阻止或延緩塑變的發(fā)生響塑性變形的各種因素，設(shè)法阻止或延緩塑變的發(fā)生是強(qiáng)化材料的重要途徑，這對(duì)生產(chǎn)實(shí)際很重要。是強(qiáng)化材料的重要途徑，這對(duì)生產(chǎn)實(shí)際很重要。拉伸動(dòng)畫拉伸動(dòng)畫顯示顯示從圖知道，金屬有三個(gè)變形階段：從圖知道，金屬有三個(gè)變形階段：彈性變形彈性變形彈塑彈塑性變形性變形斷裂。斷裂。 視頻視頻拉伸模擬拉伸模擬補(bǔ)充：彈塑性變形階段材料強(qiáng)度為什么增加？補(bǔ)充：彈塑性變形階段材料強(qiáng)度為什么增加？ 原因：材料隨變形量的增加發(fā)生了加工硬化或形變?cè)颍翰牧想S變形量的增加發(fā)生了加工硬化或

7、形變強(qiáng)化。強(qiáng)化。（加工硬化：隨著塑性變形的增大，變形抗力（加工硬化：隨著塑性變形的增大，變形抗力不斷增加的現(xiàn)象。）不斷增加的現(xiàn)象。）拉伸強(qiáng)度：拉伸強(qiáng)度：b= Fb / A0強(qiáng)度強(qiáng)度單位是單位是MPa（106Pa）面積面積A單位單位mm2，F(xiàn)拉力單位拉力單位N（牛）。（牛）。 設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，屈服強(qiáng)度s和抗拉強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度b意意義重大：零件義重大：零件(韌性韌性)不允許變形，用不允許變形，用s為依據(jù)；為依據(jù)；對(duì)于脆性材料，沒有屈服點(diǎn)，計(jì)算強(qiáng)度時(shí)用對(duì)于脆性材料，沒有屈服點(diǎn)，計(jì)算強(qiáng)度時(shí)用b為依據(jù)。為依據(jù)。塑性：是在力的作用下，產(chǎn)生不可逆永久變塑性：是在力的作用下，產(chǎn)生不可逆永

8、久變 形的能力。常用伸長(zhǎng)率和斷面收縮率形的能力。常用伸長(zhǎng)率和斷面收縮率 表示。表示。 = = 在一定范圍內(nèi)在一定范圍內(nèi)和和越大，表示材料的塑性越大，表示材料的塑性越好，加工性越強(qiáng)。越好，加工性越強(qiáng)。%100001LLL%100010AAA4 硬度硬度定義：材料表面抵抗局部變形（壓痕、劃痕等）的定義：材料表面抵抗局部變形（壓痕、劃痕等）的 能力稱為硬度。衡量金屬軟硬的指標(biāo)能力稱為硬度。衡量金屬軟硬的指標(biāo)，影響影響 金屬材料的耐磨性金屬材料的耐磨性，一般加工刀具要有足夠一般加工刀具要有足夠 的硬度。的硬度。 布氏硬度（布氏硬度（HB）：鋼球測(cè)試（）：鋼球測(cè)試（視頻視頻） 洛氏硬度（洛氏硬度（HR）

9、：金剛石錐體或鋼球測(cè)試）：金剛石錐體或鋼球測(cè)試 維氏硬度（維氏硬度（HV）：金剛石菱形錐體測(cè)試）：金剛石菱形錐體測(cè)試（維氏硬度主要測(cè)試（維氏硬度主要測(cè)試尺寸很小或很薄零件的硬度尺寸很小或很薄零件的硬度 ） 洛氏硬度洛氏硬度視頻視頻5 韌性韌性定義：材料斷裂前吸收變形能量的能力稱為韌性。定義：材料斷裂前吸收變形能量的能力稱為韌性。 常用指標(biāo)是沖擊韌度常用指標(biāo)是沖擊韌度k 數(shù)學(xué)表達(dá)式：數(shù)學(xué)表達(dá)式： k = Ak / S Ak是沖擊功（表盤讀出），是沖擊功（表盤讀出），J S是沖擊橫截面積，是沖擊橫截面積，cm2 沖擊值的大小受形狀、表面粗糙度、內(nèi)部組織沖擊值的大小受形狀、表面粗糙度、內(nèi)部組織的影響

10、較大，還與沖擊時(shí)的環(huán)境溫度有關(guān)，一般作的影響較大，還與沖擊時(shí)的環(huán)境溫度有關(guān)，一般作為參考，不直接參與強(qiáng)度計(jì)算。為參考，不直接參與強(qiáng)度計(jì)算。6 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度承受循環(huán)應(yīng)力或交變應(yīng)力的零件發(fā)生的斷裂，稱之承受循環(huán)應(yīng)力或交變應(yīng)力的零件發(fā)生的斷裂，稱之為疲勞斷裂。用疲勞強(qiáng)度表示。為疲勞斷裂。用疲勞強(qiáng)度表示。疲勞強(qiáng)度定義：在某一循環(huán)應(yīng)力的作用下，疲勞曲疲勞強(qiáng)度定義：在某一循環(huán)應(yīng)力的作用下，疲勞曲線呈水平線，此時(shí)材料可經(jīng)受無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不線呈水平線，此時(shí)材料可經(jīng)受無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂，我們稱此應(yīng)力值為疲勞強(qiáng)度。發(fā)生疲勞斷裂，我們稱此應(yīng)力值為疲勞強(qiáng)度。 疲勞強(qiáng)度用符號(hào)疲勞強(qiáng)度用符號(hào)-1表示。表

11、示。 一般產(chǎn)生疲勞斷裂的原因：內(nèi)部缺陷（熔煉一般產(chǎn)生疲勞斷裂的原因：內(nèi)部缺陷（熔煉金屬時(shí)控制）、應(yīng)力集中（熱處理控制）、表面磨金屬時(shí)控制）、應(yīng)力集中（熱處理控制）、表面磨損（增加硬度或采取潤(rùn)滑）。損（增加硬度或采取潤(rùn)滑）。 注意：汽車輪胎要定期更換，防止疲勞爆胎。注意：汽車輪胎要定期更換，防止疲勞爆胎。二二 材料的物理化學(xué)及工藝性能材料的物理化學(xué)及工藝性能1 物理性能：密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、放射性導(dǎo)熱物理性能：密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、放射性導(dǎo)熱 導(dǎo)電及導(dǎo)磁性等。導(dǎo)電及導(dǎo)磁性等。 航天航空上用密度小的鋁、鎂、鈦合金；電機(jī)航天航空上用密度小的鋁、鎂、鈦合金；電機(jī)電器等考慮金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性；培育農(nóng)

12、產(chǎn)品育電器等考慮金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性；培育農(nóng)產(chǎn)品育苗使用放射性元素對(duì)之產(chǎn)生變異（苗使用放射性元素對(duì)之產(chǎn)生變異（山西忻州的鈷山西忻州的鈷60事件教訓(xùn)慘重事件教訓(xùn)慘重）（鉛罐鉛板防輻射）。）（鉛罐鉛板防輻射）。2 化學(xué)性能化學(xué)性能化學(xué)性能：主要是指在常溫或高溫下，抵抗介質(zhì)化學(xué)性能：主要是指在常溫或高溫下，抵抗介質(zhì) 腐蝕的能力，如耐酸性、耐堿性、耐腐蝕的能力，如耐酸性、耐堿性、耐 鹽性及抗氧化性等。鹽性及抗氧化性等。 常溫下金屬硬幣化學(xué)性能穩(wěn)定，用白銅或黃常溫下金屬硬幣化學(xué)性能穩(wěn)定，用白銅或黃銅或鋁合金做的（第五套硬幣：一元鋼芯鍍鎳工銅或鋁合金做的（第五套硬幣：一元鋼芯鍍鎳工藝、五角銅合金、一角鋁合

13、金）。藝、五角銅合金、一角鋁合金）。船體保護(hù)：主船體保護(hù)：主要是耐鹽腐蝕要是耐鹽腐蝕過剩過剩Si對(duì)合金腐蝕性能的影響對(duì)合金腐蝕性能的影響 No. surplus Si Wf Wa slip 1 0.00% 5.31793g 5.29342g 0.4609% 2 0.03% 5.26578g 5.24145g 0.4621% 3 0.06% 5.12597g 5.10120g 0.4833% 4 0.09% 5.09326g 5.05992g 0.6545% 成分及組織的均勻性越高，可降低各部位成分及組織的均勻性越高，可降低各部位的電勢(shì)差，因而可抑制微電池的形成，這就是的電勢(shì)差，因而可抑制微電池

14、的形成，這就是說組織的晶粒越細(xì)小、越均勻，腐蝕中形成微說組織的晶粒越細(xì)小、越均勻，腐蝕中形成微電池的概率越小，材料的耐蝕性越好。電池的概率越小，材料的耐蝕性越好。 3 3 工藝性能工藝性能工藝性能：鑄造性、可鍛性、焊接性及切削性等。工藝性能：鑄造性、可鍛性、焊接性及切削性等。 如鑄鐵的鑄造性能好，可鍛性很差，可用來制造各如鑄鐵的鑄造性能好，可鍛性很差，可用來制造各種鑄件，而不能進(jìn)行鍛造；陶瓷焊接性能很差，所種鑄件，而不能進(jìn)行鍛造；陶瓷焊接性能很差，所以陶瓷與金屬連接很難；碳鋼焊接性優(yōu)良，可用來以陶瓷與金屬連接很難；碳鋼焊接性優(yōu)良，可用來焊接各種結(jié)構(gòu)零件。焊接各種結(jié)構(gòu)零件。 （1）有的鋁合金切削性能不好（粘刀），加入）有的鋁合金切削性能不好（粘刀），加入適量適量Cu元素可以改善其切削加工性能。元素可以改善其切削加工性能。 （2）鋁、銅、鉛合金擠壓性能優(yōu)良，可以生產(chǎn)）鋁、銅、鉛合金擠壓性能優(yōu)良，可以生產(chǎn)各種擠壓零件，鉛在常溫下就可以加工各種擠壓零件，鉛在常溫下就可以加工(fcc結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu))。 （3）鎂、鋅等塑性不佳，加工性不好，因?yàn)樗╂V、鋅等塑性不佳，加工性不好，因?yàn)樗鼈儗儆趥儗儆趆cp結(jié)構(gòu)。鐵常溫下屬于結(jié)構(gòu)。鐵常溫下屬于bcc結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。完完一戰(zhàn)時(shí)，經(jīng)過深沖成型的黃銅彈殼，放一戰(zhàn)時(shí)，經(jīng)過深沖成型的黃銅