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1、1,推车昆山分部QC培训 金属材料,2,金属材料历史,黄金时代:大约在5000多年前,古埃及开罗有名的旅行家里希尔在尼罗河的沙发现了金子,后来在篝火堆发现了白银。(篝火灼烧银矿石而得到银,最早的冶炼。),青铜时代:在伊朗西部,发现大约公元前7000年使用的小型铜器件,如小针、小珠和小锥等等。大英博物馆里收藏有5000年前苏美尔人铸造的铜牛头和3500年前埃及人制作的铜镜和铜制工具。由于纯铜硬度低,并不太适合于制作生产工具,后来,人们就有意识地在炼制铜矿石时掺入其他矿石,以制成铜的合金来提高工具的硬度。中国商代(3500年前),就开始较大范围的使用青铜器了!,铁器时代:大约在公元前2200 年,
2、西亚的赫梯人已经会冶炼和使用铁器了。公元前1290年,埃及国王致信赫梯国王要求提供一些铁,赫梯国王回信答应给他提供一把钢剑,但要求用黄金来交换,可见当时铁还是一种贵重的金属。赫梯国王还在信中炫耀说:“在我们的国土上,铁和尘土一样平凡。”春秋晚期起中国就有炼钢生产了,炼钢生产在中国已有2500多年的历史。,铝:1825年丹麦化学家奥斯德发表实验制取铝的经过。1827年,德国化学家武勒重复了奥斯德的实验,并不断改进制取铝的方法。1854年,德国化学家德维尔利用钠代替钾还原氯化铝,制得成锭的金属铝。,3,4,推车材料分类,1,一般推车所用到的材料:,1.布套:布料类2.车架:钢材(表面涂塑)、铝材(
3、表面阳极)3.联接紧固件:钢材、铝材、锌合金等4.塑胶件部件:PP、PA、ABS等5.轮胎:EVA发泡、橡胶,金属材料,推车上使用的金属材料:主要为钢材、铝材和其他少量的合金。,5,推车材料分类,1,金属材料:以金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。金属材料通常分为黑色金属和有色金属材料。,小知识:金属的定义 具有良好的导电性和导热性,有一定的强度和塑性,并具有光泽的物质!,6,推车材料分类,有色金属:是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金,通常分为轻金属、重金属(密度大于5)、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高,并且电阻大、电阻温度系数
4、小。比如:我们使用的铝合金挤型管子、铝合金零件压铸、镁合金压铸、锌合金压铸零件、铜气嘴、铜套等。,黑色金属:又称钢铁材料,包括含铁99以上的工业纯铁,含碳 24的铸铁,含碳小于 2的碳钢,以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。比如:我们使用的焊管、冷板、普通螺钉、模具材料等都属于黑色金属,包括不锈钢。,7,推车材料分类,8,2,讨论题:假如,我们要做一把厨房用的菜刀,我们应该用具有什么特性的材料?,9,材料性能说明,2,金属材料的性能决定着材料的适用范围及应用的合理性。金属材料的性能主要分为四个方面,即:力学性能、化学性能、物理性能、工
5、艺性能。,定义:金属材料的力学性能是指金属材料在不同环境(温度、介质)下,承受各种外加载荷(拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等)时所表现出的力学特征。指标:强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。,10,材料性能说明,强度:金属抵抗塑性变形或者断裂的能力。可分为抗拉强度极限(b)、抗弯强度极限(bb)、抗压强度极限(bc)等。由于金属材料在外力作用下从变形到破坏有一定的规律可循,所以一般情况下以抗拉强度作为金属强度高低的指标。,11,材料性能说明,(1)弹性极限:材料在外力作用下将产生变形,但是去除外力后仍能恢复原状的能力称为弹性变形。金属材料能保持弹性变形的最大应力即为弹性极限,相应于
6、拉伸试验曲线图中的e点,以e表示,单位为兆帕(MPa):,12,材料性能说明,(2)屈服强度极限:金属材料试样承受的外力超过材料的弹性极限时,虽然应力不再增加或者增加很小,但是试样仍发生明显的塑性变形,这种现象称为屈服,即材料承受外力到一定程度时,其变形不再与外力成正比而产生明显的塑性变形。产生屈服时的应力称为屈服强度极限,用s表示,相应于拉伸试验曲线图中的S点称为屈服点。对于塑性高的材料,在拉伸曲线上会出现明显的屈服点,而对于低塑性材料则没有明显的屈服点!,13,材料性能说明,(3)强度极限:材料在外力作用下能抵抗断裂的最大应力(Fb),一般指拉力作用下的抗拉强度极限,以b表示,如拉伸试验曲
7、线图中最高点B对应的强度极限,常用单位为兆帕(MPa)。由于屈服阶段以后,要想将试样继续拉长,必须不断的加力,随着拉伸变形越大,试样的变形抗力也增大,这种现象称为形变强化(也称为加工硬化),所以从S点到B点这个阶段,称为强化阶段。,注:抗拉强度表示材料在拉伸载荷下的最大均匀变形的抗力。作为机械零件设计和选材的只要依据之一。,14,材料性能说明,2,(4)缩颈阶段:当拉力达到最大值(Fb)时,试样的直径发生局部的收缩,称为“缩颈”,试样变形所需的力开始变小,直到断裂。这个阶段称为缩颈阶段。,但是:工程上使用的金属材料,多数没有明细的屈服现象。对于低塑性的材料,不仅没有屈服现象,而且也不产生“缩颈
8、”,比如:球墨铸铁等。,15,材料性能说明,2,塑性:材料在断裂前产生永久变形的能力称为塑性。塑性指标也是通过拉伸实验测得的。常用金属材料拉伸时最大的相对塑性变形(伸长率和断面收缩率)来表示。1.伸长率:试样拉断后,标距伸长与原始标距的百分比称为伸长率。用符号表示。=(L1-L0)/L0*100%提示:同一个材料的试样长短不同,测得的伸长率是不同的。长短试样分别用符号10和5表示。2.断面收缩率:试样拉断后,缩颈处截面积的最大缩减量与原始截面积的百分比为断面收缩率,用符号表示。=(S0-S1)/S0*100%总结:金属材料的伸长率和断面收缩率数值越大,表示材料的塑性越好。塑性好的材料可以发生大
9、量的塑性变形而不破坏可以加工成复制的零件。,16,材料性能说明,2,硬度:料在抵抗局部变形,特别是塑性变形、压痕和划痕的能力称为硬度。硬度是各种零件和工具必须具备的性能指标。机械行业用到的刀具、模具、量具,以及设备上的零件等,都应具备足够的硬度,才能保证使用的性能和寿命。与拉伸试验相比,硬度试验简便易行,硬度值可以间接的反应金属的强度以及金属在化学成分、金相组织和热处理工艺的差异,并且和抗拉强度件具有转换关系。因此硬度试验应用十分广泛。常用的硬度指标有:,1.布氏硬度HB 2.洛氏硬度HR 3.维氏硬度HV,17,材料性能说明,2,布氏硬度(HB):用淬硬小钢球压入金属表面,保持一定时间待变形
10、稳定后卸载,以其压痕面积除以加在钢球上的载荷。其中HBS表示钢球,HBW表示硬质合金球:,18,材料性能说明,2,3.维氏硬度(HV):用49.03-980.7N(分为6级)的载荷,将顶角为136度的金刚石四方锥体压入金属的表面,经一定时间后卸载,以其压痕表面积除载荷所得之商。,适用范围:,测量薄板类;,19,材料性能说明,2,洛氏硬度计,洛氏硬度(HR):HRB:是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球,求得的硬度,用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。HRC:是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。HRA:是采用60kg载荷和钻石锥压入器求
11、得的硬度,用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。,20,材料性能说明,韧性:抵抗冲击载荷作用而不被破快的能力称为韧性,符号:ak;通常用一次摆块冲击弯曲试验来测定金属材料的韧性。,冲击试验是利用能量守恒原理:试样被冲断过程中吸收的能量等于摆锤冲击前后的势能差。1.先算出冲击吸收的能量Ak(大写)一般试验机上可以直接读出。Ak=GH1-GH2 单位:焦耳2.冲击吸收功除以试样缺口处的截面积,得到冲击韧度,符号用ak(小写)ak=AK/S0,21,材料性能说明,疲劳强度:在循环应力的作用下,虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点,但经过较长时间的工作而突然产生裂纹或完全断裂的过程称为疲劳,抵抗疲劳的能
12、力就时疲劳强度。,疲劳破坏的共同特征:1.断裂时没有明显的宏观塑性变形,没有预兆,突然的破坏。2.引起疲劳的力很低,常常低于材料的屈服点。3.疲劳宏观断口由两部分组成:光滑部分(疲劳裂纹的策源地及扩展区)和毛糙部分(最后断裂区)工程上用的疲劳强度,是指在一定的循环基数下不发生断裂的最大应力,通常规定钢铁材料的循环基数取百万次,有色金属取千万次。实际厂大部分零件的损坏均是由疲劳造成的!材料存在气孔、微裂纹、夹杂物等缺陷,材料表面划痕、局部应力集中等因素,均可加快疲劳断裂。减小表面粗糙度值和进行表面淬火、喷丸处理、表面滚压等方法均可提高材料的疲劳强度。,22,材料性能说明,物理性能:,(1)密度(
13、比重):在实际应用中,除了根据密度计算金属零件的重量外,很重要的一点是考虑金属的比强度(强度b与密度之比)来帮助选材,以及与无损检测相关的声学检测中的声阻抗(密度与声速C的乘积)和射线检测中密度不同的物质对射线能量有不同的吸收能力等等。(2)熔点:金属由固态转变成液态时的温度,对金属材料的熔炼、热加工有直接影响,并与材料的高温性能有很大关系。(3)热膨胀性:随着温度变化,材料的体积也发生变化(膨胀或收缩)的现象称为热膨胀,多用线膨胀系数衡量,亦即温度变化1时,材料长度的增减量与其0时的长度之比。热膨胀性与材料的比热有关。在实际应用中还要考虑比容(材料受温度等外界影响时,单位重量的材料其容积的增
14、减,即容积与质量之比),特别是对于在高温环境下工作,或者在冷、热交替环境中工作的金属零件,必须考虑其膨胀性能的影响。(4)磁性:能吸引铁磁性物体的性质即为磁性,它反映在导磁率、磁滞损耗、剩余磁感应强度、矫顽磁力等参数上,从而可以把金属材料分成顺磁与逆磁、软磁与硬磁材料。(5)电学性能:主要考虑其电导率,在电磁无损检测中对其电阻率和涡流损耗等都有影响。,23,材料性能说明,金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能,主要有以下四个方面:(1)切削加工性能:反映用切削工具(例如车削、铣削、刨削、磨削等)对金属材料进行切削加工的难易程度。(2)可锻性:反映金属材料在压力加工过程中成型的难易
15、程度,例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低(表现为塑性变形抗力的大小),允许热压力加工的温度范围大小,热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。(3)可铸性:反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度,表现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点,铸件显微组织的均匀性、致密性,以及冷缩率等。(4)可焊性:反映金属材料在局部快速加热,使结合部位迅速熔化或半熔化(需加压),从而使结合部位牢固地结合在一起而成为整体的难易程度,表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。(
16、)热处理工艺性能:反应金属材料热处理工艺的难易程度,主要表现为:淬透性、淬火变形或开裂趋势、氧化及脱碳趋势、过热及过烧敏感趋势等。,24,材料性能说明,2,化学性能:金属与其他物质引起化学反应的特性称为金属的化学性能。(1)耐腐蚀性:在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏的能力;(2)抗氧化性:在加热时抵抗氧化作用的能力;化学稳定性:以上两种性能的总称!,25,黑色金属:,钢和铁都是主要由铁和碳两种元素组成的合金,其区别只是含碳量的多少,理论上将含碳量2.11%以下的合金称为钢,以上称为生铁。冶炼流程:1.铁矿石+焦炭+熔剂,经过高炉熔炼(铁还原、去除杂质和溶碳)得到生铁水,冷却得到铁锭
17、;成为炼钢和铸造的原材料。,2.将高炉中炼出的铁水,或者铁锭与废钢进行切割后,投入钢炉中,进行融化,然后向炉内吹氧或加入脱氧剂,比如硅铁和锰铁,将铁水中多余的碳氧化掉,产生二氧化碳。对脱氧后的钢水进行成分控制后,这就是普通的碳素钢,经过连铸,就形成了钢锭。合金钢的生产还要在钢水中加入合金元素,并且要在保护气氛中进行熔炼,防止过分氧化。,1.根据炼钢钢炉的不同,可以分为:1.转炉钢、2.平炉钢、3.电炉钢。按浇注前脱氧程度分:1 沸腾钢、2 镇静钢、3 半镇静钢。按化学成分分为:1 碳素钢 2合金钢,26,黑色金属:,碳素钢:含碳量小于2.11%而不含有特意加入合金元素的钢铁,称为碳素钢,简称碳
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