金属加工实训教学课件作者史朝辉第三章.ppt

第3章 热处理 3. 1 常用工程材料 3. 2钢的热处理设备与方法 3.3 技能训练项目 3. 1常用工程材料 3.1.1常用工程材料的分类 翻开人类进化史，我们不难发现，材料的开发、使用和完善贯穿其始终。从天然材料的使用到陶器和青铜器的制造，从钢铁冶炼到材料合成，人类成功地生产出满足自身需求的材料，进而使自身走出深山、洞穴，奔向茫茫平原和辽阔海洋，飞向广裹的太空。人类社会的发展历史证明，材料是人类生产与生活的物质基础，是社会进步与发展的前提。当今社会，材料、信息和能源技术已构成了人类现代社会大厦的二大支柱，而且能源和信息的发展都离不开材料，所以世界各国都把研究、开发新材料放在突出的地位。材料是人类社会可接受、能经济地制造有用器件(或物品)的固体物质。工程材料是在各工程领域中使用的材料。工程上使用的材料种类繁多，有许多不同的分类方法。 3. 1常用工程材料 按化学成分、结合键的特点，可将工程材料分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类，见表3-1 金属材料可分为黑色金属材料和有色金属材料。黑色金属材料主要是铁基金属合金，包括碳素钢、合金钢、铸铁等;有色金属材料包括轻金属及其合金、重金属及其合金等。而非金属材料可分为无机非金属材料和有机高分子材料。无机非金属材料包括水泥、陶瓷、玻璃等，有机高分子材料包括塑料、橡胶及合成纤维等。上述两种或两种以上材料经人工合成后，获得优于组成材料特性的材料称为复合材料。 工程材料按照用途可分为两大类，即结构材料和功能材料。结构材料通常指工程上对硬度、强度、塑性及耐磨性等力学性能有一定要求的材料，主要包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料等。 3. 1常用工程材料 功能材料是指具有光、电、磁、热、声等功能和效应的材料，包括半导体材料、磁性材料、光学材料、电介质材料、超导体材料、非晶和微晶材料、形状记忆合金等。 工程材料按照应用领域还可分为信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料和航空材料等多种类别。 . 3. 1常用工程材料 3.1.2 金属材料的性能 工程材料具有许多良好的性能，因此被广泛地应用于制造各种构件、机械零件、工具和日常生活用具等。为了正确地使用工程材料，应充分了解和掌握材料的性能。通常所说工程材料的性能有两个方面的意义:一是材料的使用性能，指材料在使用条件下表现出的性能，如强度、塑性、韧性等力学性能，耐蚀性、耐热性等化学性能以及声、光、电、磁等物理性能;二是材料的工艺陛能，指材料在加工过程中表现出的性能，如冷热加工、压力加工性能，焊接性能、铸造性能、切削性能等等。工程材料是材料科学的应用部分，主要讨论结构材料的力学性能，阐述结构材料的组织、成分和性能的相互影响规律，解答工程应用问题。 3. 1常用工程材料 工程材料的力学性能也称为机械性能，是指材料抵抗各种外加载荷的能力，包括刚度、强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。常见的各种外载荷形式如图3-1所示。 1.金属材料的拉伸性能 在材料拉伸试验机上对一截面为圆形的低碳钢拉伸试样(图3-2)进行拉伸试验，可得到应力与应变的关系图，即拉伸图。图中的纵坐标为应力。(单位为MPa)，计算公式为 横坐标为应变ξ，计算公式为 3. 1常用工程材料 式中，P为所加载荷;A0为试样原始截面积;L0为试样的原始标距长度;L1为试样变形后的标距长度; △l为伸长量。 材料在外力作用下抵抗变形与断裂的能力称为强度。根据外力作用方式的不同，强度有多种指标，如抗拉强度、屈服强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪切强度和抗扭强度等。其中抗拉强度和屈服强度指标应用最为广泛。 1)静载时的强度 结合图3-2 (a)说明，拉伸变形有如下几个阶段: oe:弹性变形阶段。试样的变形量与外加载荷成正比，载荷卸掉后，试样恢复到原来的尺寸.es:屈服阶段。此阶段不仅有弹性变形，还发生了塑性变形。即载荷卸掉后，一部分形变恢复，还有一部分形变 3. 1常用工程材料 不能恢复，形变不能恢复的变形称为塑性变形。sb:强化阶段。为使试样继续变形，载荷必须不断增加，随着塑性变形增大，材料变形抗力也逐渐增加。hz:缩颈阶段。当载荷达到最大值时，试样的直径发生局部收缩，称为“缩颈”。此时变形所需的载荷逐渐降低。z点:试样断裂。试样在此点发生断裂。 (1)弹性与刚度。在应力一应变曲线上,oe段为弹性变形阶段，即卸载后试样恢复原状，这种变形称为弹性变形。e点的应力。称为弹性极限。弹性极限值表示材料保持弹性变形，不产生永久变形的最大应力，是弹性零件的设计依据。 (2)屈服强度бs。如图3-2所示，当应力超过бe点时，卸载后试样的伸长只能部分恢复。这种不随外力去除而消失的变形称为塑性变形。当应力增加到бs点时，图上出现了平台。这种外力不增加而试样