《机械工程材料》PPT课件.ppt
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1、机械工程材料,金属材料黑色金属有色金属非金属材料复合材料,第一章 金属材料基础知识,第一节 钢材生产概述第二节 金属材料的力学性能第三节 金属的物理、化学性能及工艺性能复习思考题,第一节钢材生产概述(第一章),一、钢与生铁二、钢的分类三、钢铁材料的生产过程四、钢材品种,一、钢与生铁(第一节钢材生产概述),钢和生铁都是铁碳合金。固态下可以形变的铁碳合金称为钢(一般含碳量低于2.11%;固态下几乎不发生形变的铁碳合金称为生铁(含碳量高于2),二、钢的分类(第一节钢材生产概述),(一)按钢的化学成分分类按钢的化学成分,钢可分为: 1碳素钢-碳素钢是含碳量低于2.11%的铁碳合金。 2合金钢-合金钢是
2、加入了某些合金元素的碳素钢(二)按钢的质量分类钢的质量是以钢中有害杂质元素硫、磷含量的多少来衡量的。硫、磷含量多的钢质量劣,少则优。按钢的质量可分为: 1普通钢S0.050%,P0.045% 2优质钢S0.035%P0.035% 3高级优质钢S0.020,P0.030%(三)按钢的用途分类 1结构钢是用于制造各种结构构件的钢。主要用于制造桥梁、船舶、建筑结构的工程构件和制造齿轮、。轴、连杆、弹簧、螺钉、螺母等机器零件。2工具钢 是用于制造刃具、量具和模具的钢。3特殊用途钢、是用于有耐热、耐蚀、耐磨等特殊性能要求的钢。其他 按钢的冶炼方法、脱氧程度等进行分类(四)钢材的涂色标志,三、钢铁材料的生
3、产过程(第一节钢材生产概述),钢铁材料通常经过下列三个阶段获得。先由铁矿石生铁生铁钢钢锭钢材,如图11所示。,三、钢铁材料的生产过程(第一节钢材生产概述),(一)生铁冶炼生铁冶炼是将炼铁原料铁矿石、燃料焦炭、熔剂石灰石等炉料,按一定比例装入高炉进行冶炼。高炉生铁可分为炼钢用生铁和铸造用生铁(二)炼钢炼钢的过程就是将生铁进行精炼将生铁中的碳和硅、锰、磷、硫等元素含量降低到规定范围。如果炼制合金钢,还需加入所要求的合金元素。获得所需要的合金钢。大量使用的钢其含碳量一般均低于1.4%。炼好的钢除小部分浇注成铸钢件外,绝大部分浇注或钢锭,经压力加工制成各种钢材。镇静钢:质量好,组织致密,气泡少,力学性
4、能好。绝大部分优质钢和合金钢都是镇静钢,需经热处理的受力零件都选用镇静钢。沸腾钢:成本低,表面质量好,具有良好的塑性、冲压性能和焊接性能,多用于低碳钢轧成薄板使用。不宜用于制造需经热处理的重要零件半镇静钢:其性能介于镇静钢与沸腾钢之间。,三、钢铁材料的生产过程(第一节钢材生产概述),炼钢用炉,主要有转炉、平炉和电炉。它们所炼制的铜分别称为转炉钢、平炉钢和电炉钢。转炉利用鼓入的氧气或空气进行吹炼。主要生产普通碳素结构钢、部分低合金结构钢和优质钢。平炉炼钢主要用煤气作燃料进行燃烧,使炉料熔化、升温,靠炉气中的氧和加入的铁矿石使铁水中的杂质氧化。主要用于生产优质碳素结构钢。电炉炼钢利用电能作热源,炉
5、料主要是废钢。电炉炼钢质量最高,主要生产各种优质合金钢,如不锈钢、高速钢、耐热合金钢等。,三、钢铁材料的生产过程(第一节钢材生产概述),(三)钢的成材轧制、挤压、拉拔、锻造等都是常用压力加工的几种主要方法,如图12所示。主要通过压力加工轧制热轧和冷轧拉拔,四、钢材品种(第一节钢材生产概述),四、钢材品种 (一)钢板薄板(厚度4mm)厚板(厚度4mm)。成张钢板的规格以厚度宽度长度表示;成卷供应的钢板规格以厚度宽度表示。 (二)型钢常用的型钢有圆钢、方钢、扁钢、六角钢、角钢、槽钢和工字钢等。直径在69mm的圆钢常称为线材。各种型钢都有具体的规格,通常以其断面形状的主要尺寸来表示。常用的型钢断面形
6、状及其规格如表1-1所示。,四、钢材品种(第一节钢材生产概述),(三)钢管钢管有无缝钢管和有缝钢管(焊接钢管)两类。断面形状一般为圆形中空,也有方形,三角形等异型断面钢管。1无缝钢管 它是钢坯经穿孔、轧制、拉拔等多种工序制成的。规格以外径x壁厚来表示。外径小于5mm的钢管称为毛细钢管。2有缝钢管 它是以钢带或钢板为坯料经卷压成形、焊接、精整等工序制成。规格用公称口径来表示,单位为英寸。公称口径是其内径的近似尺寸值,一般都略小于其实际内径尺寸。焊接钢管有18“6”共l4种口径;镀锌焊接钢管有12”2 1/2”共7种口径。(四)钢丝直径小于6mm的小型圆钢称为钢丝。其规格以直径的毫米数表示,第二节
7、金属材料的力学性能,金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能,是指机器零件在正常工作情况下材料所应具备的性能,如力学性能和物理、化学性能。工艺性能则是指在制造机器零件和工具过程中,材料能够接受各种冷、热加工的能力,如材料的铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能及切削加工性能。金属材料在承受外力作用时所表现出来的性能通称为力学性能。主要力学性能有;强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。一、强度二、塑性三、硬度四、冲击韧度五、疲劳强度,一、强度(第二节金属材料的力学性能),强度是指金属材料在载荷作用下,抵抗产生塑性变形和破坏的能力。根据载荷作用方式不同,强度有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度
8、和抗剪切强度抗拉强度-最基本的强度指标。抗拉强度指标是通过拉伸试验测定的。图14为低碳钢的拉伸曲线。,一、强度(第二节金属材料的力学性能),应力单位截面积上所承受的内力。= F/A式中应力(Nmm2或MPa);F载荷(N);A试棒横截面积(mm2)金属材料强度指标主要有屈服点和抗拉强度。 (一) 屈服点 屈服点是指金属材料开始产生显著塑性变形时的最低应力,即s点的应力。 s= Fs/A0 A0试棒原始横截面积(mm2)。 条件屈服点-有些金属材料,如高碳钢、铸铁、淬火钢等,屈服现象极不明显。工程上规定。以试棒原始标距长度(l0)部分产生0.2塑性变形时的应力值作为其屈服点,以0.2表示抗拉强度
9、是指金属材料在断裂前所能承受的最大标称拉应力,即b点的应力,也称强度极限。以符号b表示。 b= Fb/A0式中b抗拉强度(Nmm2或MPa); Fb试棒被拉断前所承受的最大载荷(N);,二、塑性(第二节金属材料的力学性能),二、塑性 是指金属材料在载荷作用下,产生塑性变形而不被破坏的能力。塑性也是通过拉伸试验测定的。表示塑性的指标是:伸长率伸长率是指试样拉断后标距伸长量与原始标距长度之比,即式中 l0试棒原始标距长度(mm); l1。一试棒拉断后的标距长度(mm)。试棒原始标距长度l0。为试棒原始直径d0的5倍(l0=5d0)时,称短试棒,其伸长率以5表示试棒原始标距长度l0。为试棒原始直径d
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