第一讲材料基本知识

1金属工艺学主讲：马中全MetalWorkingTechnology讲课学时：32山东建筑大学工程训练中心电话：[phone]工业工程专业（学制：四年；授予学位：管理学学士）工业工程是研究如何对制造业生产管理系统及制造业生产服务系统进行规划、设计、评价和创新的学科，是管理学、自然科学、社会学、工程学等多学科交叉的复合型学科。通过工程技术与管理学科的结合，采用系统化、专业化的科学方法，对人员、物料、设备、能源和信息等系统要进行定量分析、设计、与优化，达到保证质量、降低成本、提高系统生产效率和维护等方面的技术工作。培养目标：工业工程专业培养具有现代工业技术与管理科学基本知识，掌握现代工业工程管理基本理论、方法和手段，熟悉信息化环境下生产运作管理方式，具备从事现代工业企业生产、服务和管理系统的规划、设计、评价、创新及决策咨询等基本能力的复合型专业管理人才。毕业去向：毕业后可去外资企业、大中型企业及民营企业等单位的规划部、生产部、制造部（工业工程部）、采供部、人力资源部等部门从事生产计划、物料设备采购、质量管理等运营管理工作。也有的到工业设计院、咨询公司等单位从事管理工作。5绪论★世界四大材料：钢铁、木材、塑料、水泥(如生产一根“轴”)★材料分：金属材料、非金属材料、复合材料金属材料—指钢铁、有色金属等材料非金属材料—无机高分子材料（陶瓷、水泥、木材等），有机高分子材料（如塑料、橡胶），复合材料---玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材料。★现在新材料----纳米材料、智能材料6★金属材料、非金属材料、复合材料是按物质结构不同分类的。★材料按用途不同分：机械工程材料、土木工程材料、电工材料、电子材料★材料按功能不同分：结构材料、功能材料、磁性材料等7本课程的性质和目的1、性质：《金属工艺学》课程是研究用金属材料及金属零件加工工艺的一门技术基础课，是近机类学生的必修课之一。《金属工艺学》课程主要研究零件毛坯的生产方法、零件的加工工艺过程和结构工艺性。特点：杂，多，广，逻辑性差。82、目的：※获得有关金属材料及零件加工工艺的基本知识。※熟悉常见金属材料的牌号、性能特点及应用。※了解毛坯件的生产过程，零件的加工过程以及所用相关设备。※为后续课程和从事技术工作打下基础。本课学习方法是：预习、笔记、复习、讨论问题本教材的重点：金属毛坯的成形方法，机械加工方法9第一讲金属材料的基础知识金属材料的性能〈使用性能—力学、物理、化学工艺性能—铸造、锻压、焊接、切削加工力学性能：受外力作用下所表现出的性能。不能说：机械性能判据如：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等第一节强度与塑性一、强度strength概念：强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂的能力。通过拉伸试验测得大小。强度判据：屈服点（屈服强度）、抗拉强度BaseknowledgeoftheMetallicmaterical10L0LKd0拉断前试样拉断后试样试样按GB6397—86制取，分长试样L0=10d0短试样L0=5d0说明：请记下以下公式bkse拉伸力FO伸长量△LFsFbFe低碳钢的力—伸长曲线FF11二、塑性plasticity概念：在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。判据：断后伸长率、断后断面收缩率◆断后伸长率Percentageelongationafterfracture概念：试样断后标准的伸长量与标准的百分比。用符号A表示，其中：Lk—断后试样长度Lo—试样原始长度说明：伸长率在实际应用中，一般是表示塑性大小。A越大，材料的塑性越好。通常认为A5%脆性材料。12第二节硬度Hardness硬度—是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是衡量材料软硬程度的判据。一、布氏硬度BrinellHardness用符号：HB表示N/mm2(Kgf/mm2)。说明：1、压头为淬火钢球用HBS表示，2、压头为硬质合金用HBW表示，生产中一般用HBW来测量材料的硬度。3、表示法：数字在前、字母在后。如300HBWI50HBS～175HBS；标注时不要写成HBS=200，或HBS=150～175，不要出现单位；数值差不要超过30。4、不宜测量薄件、成品件。因压痕大。S—steel（钢）W-wolfam（钨）凹AFFD工件压头：钢球或硬质合金dHB=13二、洛氏硬度RockwellHardness原理是用120°的金刚石圆锥或尺寸很小的淬火钢球作为压头，在一定的压力作用下，压入材料表面，在指示盘上显示出硬度值大小。常用的是用符号HRC表示。没有单位。注：GB/T230.1—2009规定有11种表示硬度方法，常见的有A、B、C三种，如HRA、HRB、HRC、HRD、HRE等，因施加压力和压头材料不同而出现了不同的标尺A、B、C、D、E等说明：1、数字在前、字母在后，如45HRC；35HRC～38HRC2、HRC适用范围数值20～70；小于或大于这个范围均为标注错误！如17HRC；75HRC；HRC=15～19等。3、在图纸标注时注意数值差应≯5，否则为标注错误。4、适用于测量硬度较高的材料，如淬火钢件；测量成品件或半成品件。因压痕较小。压头直径1.587mm。14补充标准：国家标准工程建设（GBJ）；国家计量技术法规（JJG）；山东省企业标准（Q/）；城建行标（CJ、CJJ）；建材行标（JC）；建工行标（JG、JGJ）；山东省地方标准（DB37）；冶金行标（YB、YBJ）；国际标准化组织标准（ISO）；InternationalStandardsOrganization120°Fh工件压头15主要参考书目：1．《现代工程材料成形与制造工艺基础》孙康宁主编，机械工业出版社2．《工程材料及成形工艺基础》杨惠智主编，机械工业出版社3．《金属工艺学》邓文英主编，高教出版社《金工实习》第三节：常见金属材料牌号一、碳素钢（简称：碳钢）carbon-steelGB/T13304—1991规定：钢按化学成分分：非合金钢（碳钢）、低合金钢、合金钢三类。非合金钢——是指WC2.11%，并含有少量Si、Mn、P、S等元素的铁碳合金。（一）、碳钢分类、牌号、用途（掌握内容）1、分类（1）按钢中碳含量多少分Wc0.25%Wc=0.25%—0.6%Wc0.6%低碳钢中碳钢高碳钢2、按钢的质量（品质）分：（S、P含量多少）普通碳素钢:优质钢:高级优质钢:S、P较高；Ws≤0.05%,Wp≤0.045%Ws≤0.035%,Wp≤0.035%;Ws≤0.02%.Wp≤0.03%;3、按钢的用途不同分（共55种）（1）碳素结构钢structuralsteel（2）碳素工具钢toolsteel（3）特殊性能钢specialsteel（4）铸钢castingsteel——适用于各种机器零件、工程结构件——制造量具、刀具、模具、手锤、钳子等——用于特殊要求，酸、碱、盐腐蚀环境。——形状复杂，难用锻造方法成形的铸钢件。（三）碳钢的牌号、用途1、碳素结构钢GB700—1988牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法四部分组成。其中质量等级分别用A、B、C、D表示。A的S、P量高，D的S、P量最低，且质量最好。如：Q235—A.FQ——“屈”字汉语拼音字首235——σs≥235MPaA——质量等级A级F——脱氧方法，指“沸腾钢”制造的钢材，一般不标出。牌号有：Q195；Q215；Q235；Q255；Q275五类。2、优质碳素结构钢——S、P含量较低，用于重要零件GB699—88规定：牌号用两位数字表示。其中两位数字表示含碳量万分之几。如：08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75。如:45钢是WC=0.45%20Mn、65Mn等称含锰量较高的优质碳素结构钢。3、碳素工具钢GB1298—88规定：牌号用“碳”字汉语拼音字首“T”+数字表示。数字表示WC的千分之几。如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。如T10钢WC=1%；T10A中的“A”表示为高级优质碳素工具钢。（四）铸钢GB/T5613—1995牌号：用“铸钢”汉语拼音字首ZG表示。如：ZG200—400用变速箱体、壳等，焊接性好。200——σs≥200MPa400——σb≥400MPa还有：ZG230—450；用力不大的阀体、轴承盖。ZG270—500热轧曲轴、连杆等二、合金钢alloy---steel（一）、分类1、按含合金元素量多少：（1）低合金钢（2）中合金钢（3）高合金钢W含量5%W含量10%W含量=5%—10%2、按用途分：（1）合金结构钢（2）合金工具钢（3）特殊性能钢——轴、齿轮、钢筋、型钢等——刀具、模具、手用工具等——不锈钢、耐热钢、耐蚀钢等（二）、合金元素在钢中的作用（了解）1、与铁作用：固溶于铁素体中，固溶强化，↑力学性能。2、与碳作用：①固溶于铁素体；②形成碳化物，↑↑HB、σb.总的看来：在碳钢的基础上，加入些合金元素，提高淬透性，提高综合力学性能，满足使用要求。（三）合金结构钢1、低合金高强度钢：GB/T1591—1994（原：低合金钢）牌号：标出化学元素和含量，含碳量WC两位数字+元素符号+数字含元素量的%1.5%不标出1.5—2.5%用2表示2.5—3.5%用3表示主加元素WC的万分之几例如：40Cr、60Si2Mn、20CrMnTi合金元素总量5%，主要用于桥梁、井架、电视塔架、船舶等。成分：WC0.2%；合金元素强化铁素体。性能：良好的δ、ak，较高的σb、σs；钢号Q295；Q345；Q390；Q420；Q460常用的是：Q345代替旧标准16Mn主要用于：桥梁、锅炉、压力容器、船舶等构件（四）、合金渗碳钢GB3077—99性能：目的保证心部有良好的塑性、韧性耐磨性↑，抗疲劳↑，良好的塑性、韧性，抗冲击。钢号、用途牌号：20Cr；20CrMnTi用于：小精密轴，汽车齿轮。（五）、合金调质钢GB/T3077—99性能：具有良好的综合力学性能。钢号、用途：40Cr精密机床主轴、齿轮(六）、合金弹簧钢GB1222—84钢号、用途：60Si2Mn如：汽车、拖拉机减震板簧；汽缸安全阀簧。（七）、合金工具钢GB1299——85Alloytool—steel要求高的硬度、耐磨性，保证一定的寿命。如量具、刀具、模具钢等作业：说出下列材料20、45、65Mn、Q235B、Q235A、T7、T10、T10A、T12、ZG200—400、40Cr、60Si2Mn、Q345、20CrMnTi属哪类钢，数字和字母的意义，有何性能特点，用途举例。