金属工艺学-上册.docx

1、高 等 学 校 教 材金 属 工 艺 学上 册(第 四 版 )邓 文 英 主 编 郭 晓 鹏 副 主 编高 等 教 育 出 版 社责 任 编 辑 杨 宪 玲封 面 设 计 王 雎 责 任 绘 图 吴 文 信 版 式 设 计 周 顺 银 责 任 校 对 殷 然 责 任 印 制 张 小 强内 容 提 要本 书 是在 邓 文 英 主 编 金 属 工 艺 学 第 三 版 (1991 年 )基 础 上 , 依 据 原 国 家 教 委 高 等 教育 司 颁 发 的 “高 等 工 业 学 校 工程 材 料 及 机 械 制 造 基 础 课 程教 学 基 本 要 求 ”, 并 吸 取 兄 弟 院 校 教 学 改

2、 革 经 验 修 订 而 成 的 。本 书 分 上 下两 册 出 版 。 上 册 包 括 四 篇 : 金 属 材 料 导 论 、 铸 造 、 金 属 压 力 加 工、焊 接 ; 下 册 一 篇 : 切 削 加 工 。 本 次 修 订 仍 坚 持 “少 而 精 ”的 原 则 , 突 出 重 点 , 调 整 了 部 分 篇 章 的 结 构 和 内 容 , 充 实 了 新 工 艺 、 新 技 术 。本书 经 教 育 部“工 程 材 料 及 机 械 制 造 基础 课 程 教 学 指 导 小 组 ”审 订 通 过 , 可 作 为 高 等 学 校 机 械 类 专 业 课 程 教 材 , 也 可 供 有 关

3、 工 程 技 术 人 员 参 考 。图 书 在 版 编 目 (CI P)数 据金 属 工 艺 学 上 册 / 邓 文 英 主 编 .4 版 .北 京 : 高 等 教 育 出 版 社 , 2001高 等 学 校 教 材ISB N 7- 04- 008762- 6 . 金 . . 邓 . . 金 属 加 工 - 工 艺 - 高 等 学 校 - 教 材 .T G中 国 版 本 图 书 馆 C IP 数 据 核 字 (2000)第 64955 号金 属 工 艺 学 上 册 (第 四 版 ) 邓 文 英 主 编出 版 发 行 高 等 教 育 出 版 社社 址 北 京 市 东 城 区 沙 滩 后 街 55

4、 号 邮 政 编 码 100009电 话 010- 64054588 传 真 010- 64014048网 址 http: w w w . hep. edu. cn经 销 新 华 书 店 北 京 发 行 所印 刷开 本 78 1092 1/ 16 版 次 1964 年 10 月 第 1 版印 张 11.25 2 0 0 0 年 9 月 第 4 版字 数 260 000 印 次 年 月 第 次 印 刷定 价 10.10 元本 书 如 有 缺 页 、 倒 页 、 脱 页 等 质 量 问 题 , 请 到 所 购 图 书 销 售 部 门 联 系 调 换 。版 权 所 有 侵 权 必 究第 四 版 序本

5、 次 修 订 是 在 本 书 第 三 版 (1991 年 )基 础 上 进 行 的 , 修 订 工 作 被 列 入 原 国 家 教 委 “九 五 ”教 材建 设 规 划 。 修 订 的 依 据 是 1995 年 原 国 家 教 委 高 等 教 育 司 颁 发 的 “高 等 工 业 学 校 工 程 材 料 及 机 械 制 造 基 础 课 程 教 学 基 本 要 求 ”, 并 吸 取 了 各 校 教 学 改 革 的 经 验 及 广 大 读 者 对 金 属 工 艺 学 (第 三 版 )的 意 见 和 建 议 。此 次 修 订 工 作 的 主 要 方 面 如 下 :(1) 全 面 贯 彻 国 家 有

6、关 的 最 新 标 准 , 包 括 名 词 术 语 、 符 号 、 单 位 等 。(2) 坚 持 “少 而 精 ”的 原 则 , 突 出 重 点 。 如 删 除 了 C 曲 线 、 合 金 吸 气 性 、 铸 铁 的 熔 炼 、 高 合 金 钢 的 锻 造 特 点 、 焊 接 检 验 等 ; 简 化 了 自 由 锻 和 胎 模 锻 等 。(3) 调 整 了 部 分 篇 章 的 体 系 和 内 容 。 如 将 第 三 版 第 一 篇 的 第 一 、 二 章 合 为 一 章 ; 第 三 篇 中 自 由 锻 和 模 型 锻 合 为 一 章 ; 第 四 篇 中 电 弧 焊 的 基 础 知 识 集 中

7、介 绍 ; 第 五 篇 中 刀 具 角 度 的 内 容 集 中 叙 述 等 。(4) 重 视 和 充 实 了 新 工 艺 、 新 技 术 的 内 容 。 如 在 第 四 篇 中 新 编 入 了 药 芯 焊 丝 ; 第 五 篇 中 增 加 了 计 算 机 集 成 制 造 系 统 、 高 能 束 加 工 等 。(5) 新 增 、 更 换 和 改 正 了 部 分 插 图 。本 书 由 邓 文 英 主 编 。 此 次 修 订 由 郭 晓 鹏 和 宋 力 宏 分 别 担 任 上 、 下 册 的 副 主 编 , 主 持 修 订 工 作 。 参 加 修 订 工 作 的 有 郭 晓 鹏 (绪 论 ,第 一 、

8、 二 篇 )、 裴 兴 华 和 陈 洪 勋 (第 三 篇 )、 邢 忠 文 (第 四 篇 )、 宋 力 宏 和 张 力 真 (第 五 篇 )。 李 严 参 与 了 第 四 篇 的 修 订 工 作 。本 书 上 册 由 清 华 大 学 李 家 枢 教 授 主 审 , 下 册 由 中 国 农 业 大 学 张 政 兴 教 授 主 审 , 并 于 1998 年 11 月 在 湛 江 召 开 的 教 育 部 “工 程 材 料 及 机 械 制 造 基 础 课 程 教 学 指 导 小 组 ”扩 大 会 议 上 审 订 通 过 。此 次 修 订 工 作 得 到 课 程 指 导 小 组 的 指 导 和 帮 助

9、; 担 任 主 审 的 两 位 教 授 认 真 负 责 地 审 订 了 书 稿 ; 参 加 课 程 指 导 小 组 扩 大 会 议 的 代 表 提 出 了 宝 贵 意 见 和 建 议 。 在 此 一 并 表 示 衷 心 感 谢 。由 于 编 者 水 平 所 限 , 难 免 存 有 谬 误 与 不 妥 之 处 , 敬 请 读 者 批 评 指 正 。编 者1999 年 11 月第 三 版 序本 书 是 以 1987 年 获 国 家 教 委 优 秀 教 材 二 等 奖 的 金 属 工 艺 学 上 、 下 册 (邓 文 英 主 编 1981 年修 订 版 )为 基 础 , 根 据 教 育 改 革 的

10、要 求 和 本 课 程 在 教 学 中 存 在 的 问 题 , 参 考 各 校 课 程 改 革 的 有 益 经 验 , 修 订 、 改 编 而 成 的 。 本 书 可 作 为 高 等 工 业 学 校 机 械 类 专 业 用 的 教 材 。本 书 经 修 订 、 改 编 后 , 在 教 学 内 容 和 方 法 上 突 出 了 下 列 三 点 :(一 ) 确 立 了 本 课 程 在 学 科 上 属 于 工 艺 学 范 畴 的 体 系 。 在 工 业 先 进 国 家 的 高 等 工 科 学 校 中 , 本 课 程 一 般 叫 做 机 械 制 造 方 法 、 机 械 工 作 法 或 生 产 工 艺 学

11、 等 , 顾 名 思 义 , 都 是 属 于 工 艺 学 范 畴 的 。 所 以 本 书 内 容 以 论 述 生 产 工 艺 为 主 , 至 于 材 料 部 分 , 结 合 我 国 国 情 , 以 目 前 使 用 最 广 、 在 我 国 仍 要 大 力 发 展 的 钢 铁 和 一 些 有 色 金 属 为 引 子 , 主 要 讲 清 制 造 工 艺 原 理 及 应 用 , 但 不 是 讲 授 金 属 材 料 学 。(二 ) 本 书 修 订 时 对 教 学 进 程 作 了 灵 活 安 排 的 考 虑 。 由 于 我 国 专 业 较 多 , 各 专 业 对 本 课 程 教 学 内 容 的 要 求 有

12、 差 别 , 有 的 甚 至 相 差 很 大 。 编 者 建 议 可 采 用 有 选 择 的 方 式 进 行 教 学 , 例 如 某 专 业 对 铸 造 工 艺 知 识 要 求 不 高 , 则 该 部 分 内 容 可 不 进 行 课 堂 讲 授 , 只 在 实 习 中 讲 一 些 基 本 知 识 就 可 以 了 。 又 如 金 属 材 料 部 分 在 本 书 只 作 为 讲 授 工 艺 学 的 引 子 , 如 某 些 专 业 需 要 非 金 属 材 料 知 识 , 可 以 适 当 削 减 本 书 第 一 篇 的 内 容 , 由 讲 课 教 师 适 当 补 充 非 金 属 材 料 的 工 艺 学

13、 内 容 , 或 增 设 非 金 属 材 料 工 艺 学 选 修 课 程 。(三 ) 本 课 程 既 属 工 艺 学 范 畴 , 讲 授 时 与 生 产 实 践 密 切 结 合 最 为 重 要 , 这 也 是 培 养 现 代 工 业 优 秀 工 程 师 的 重 要 方 法 之 一 。 编 者 认 为 在 进 行 本 课 程 的 教 学 时 , 为 了 与 实 际 生 产 密 切 结 合 既 可 以 在 课 堂 进 行 , 也 可 以 在 车 间 进 行 , 不 必 拘 泥 于 课 堂 讲 授 与 车 间 实 习 之 别 。本 书 由 邓 文 英 (第 一 篇 及 绪 论 )、 郭 晓 鹏 (第

14、 二 篇 )、 裴 兴 华 (第 三 篇 )、 高 广 安 (第 四 篇 )、 张 力 真 和 宋 力 宏 (第 五 篇 )等 执 笔 改 编 , 由 邓 文 英 担 任 主 编 。 本 书 上 册 四 篇 分 别 由 浙 江 大 学 黄 振 源 (第 一 、 二 篇 )和 杭 州 电 子 工 业 学 院 何 发 昌 (第 三 、 四 篇 )两 同 志 审 阅 ; 下 册 第 五 篇 则 由 北 京 科 技 大 学 陈 端 树 和 上 海 交 通 大 学 孙 以 安 两 同 志 审 阅 。 并 在 北 京 召 开 的 本 课 程 教 学 指 导 小 组 审 稿 会 上 定 稿 。由 于 编 者

15、 理 论 水 平 和 教 学 经 验 所 限 , 本 书 难 免 有 谬 误 或 欠 妥 之 处 , 敬 希 读 者 和 各 校 教 师 同 行 提 出 批 评 建 议 , 共 同 搞 好 本 门 课 程 的 教 材 建 设 工 作 , 不 胜 企 盼 !编 者1989 年 7 月目 录绪 论 1第 一 篇 金 属 材 料 导 论第 一 章 金 属 材 料 的 主 要 性 能 4第 一 节 金 属 材 料 的 力 学 性 能 4第 二 节 金 属 材 料 的 物 理 、 化 学 及工 艺 性 能 8复 习 题 9第 二 章 铁 碳 合 金 10第 一 节 纯 铁 的 晶 体 结 构 及 其 同

16、 素异 晶 转 变 10第 二 节 铁 碳 合 金 的 基 本 组 织 12第 三 节 铁 碳 合 金 状 态 图 15第 四 节 工 业 用 钢 简 介 21第 五 节 零 件 选 材 的 一 般 原 则 25复 习 题 26第 三 章 钢 的 热 处 理 27第 一 节 概 述 27第 二 节 退 火 和 正 火 28第 三 节 淬 火 和 回 火 30第 四 节 表 面 淬火 和 化 学 热 处 理 31复 习 题 32第 二 篇 铸 造第 一 章 铸 造 工 艺 基 础 34第 一 节 液 态 合 金 的 充 型 34第 二 节 铸 件 的 凝 固 与 收 缩 36第 三 节 铸 造

17、内 应 力 、 变 形 和 裂 纹 39第 四 节 铸 件 的 质 量 控 制 42复 习 题 43第 二 章 常 用 合 金 铸 件 的 生 产 44第 一 节 铸 铁 件 生 产 44第 二 节 铸 钢 件 生 产 50第 三 节 铜 、 铝 合 金 铸 件 生 产 52复 习 题 54第 三 章 砂 型 铸 造 55第 一 节 造 型 方 法 的 选 择 55第 二 节 浇 注 位 置 和 分 型 面 的 选 择 59第 三 节 工 艺 参 数 的 选 择 63第 四 节 综 合 分 析 举 例 64复 习 题 67第 四 章 特 种 铸 造 70第 一 节 熔 模 铸 造 70第 二

18、节 金 属 型 铸 造 72第 三 节 压 力 铸 造 73第 四 节 低 压 铸 造 75第 五 节 离 心 铸 造 76第 六 节 其 它 特 种 铸 造 方 法 77第 七 节 常 用 铸 造 方 法 的 比 较 80复 习 题 80第 五 章 铸 件 结 构 设 计 82第 一 节 铸 件 结 构 与 铸 造 工 艺 的 关 系 82第 二 节 铸 件 结 构 与 合 金 铸 造 性 能 的 关 系 84复 习 题 88第 三 篇 金 属 压 力 加 工第 一 章 金 属 的 塑 性 变 形 91第 一 节 金 属 塑 性 变 形 的 实 质 91第 二 节 塑 性 变 形 对 金 属

19、 组 织 和 性 能的 影 响 921第 三 节 金 属 的 可 锻 性 94 第 二 节 变 形 工 序 116复 习 题 96 第 三 节 冲 模 简 介 120第 二 章 锻 造 97第 一 节 锻 造 方 法 97第 二 节 锻 造 工 艺 规 程 的 制 订 105第 三 节 锻 件 结 构 的 工 艺 性 109复 习 题 111第 四 节 冲 压 件 的 结 构 工 艺 性 121复 习 题 124第 四 章 特 种 压 力 加 工 方 法 简 介 125第 一 节 精 密 模 锻 125第 二 节 零 件 挤 压 125第 三 章 板 料 冲 压 114 第 三 节 零 件 轧

20、 制 127第 一 节 分 离 工 序 114 复 习 题 129第 四 篇 焊 接第 一 章 电 弧 焊 131第 一 节 焊 接 电 弧 131第 二 节 焊 接 接 头 的 组 织 与 性 能 132第 三 节 焊 接 应 力 与 变 形 134第 四 节 焊 条 电 弧 焊 136第 五 节 埋 弧 焊 139第 六 节 气 体 保 护 焊 141第 七 节 等 离 子 弧 焊 接 与 切 割 144第 八 节 微 型 计 算 机 在 电 弧 焊 中 的 应 用 145复 习 题 146第 二 章 其 它 常 用 焊 接 方 法 148第 一 节 电 阻 焊 148第 二 节 摩 擦

21、焊 151第 三 节 钎 焊 151第 四 节 电 渣 焊 153第 五 节 真 空 电 子 束 焊 接 154第 六 节 激 光 焊 接 155复 习 题 155第 三 章 常 用 金 属 材 料 的 焊 接 157第 一 节 金 属 材 料 的 焊 接 性 157第 二 节 碳 钢 的 焊 接 158第 三 节 合 金 结 构 钢 的 焊 接 159第 四 节 铸 铁 的 补 焊 160第 五 节 非 铁 金 属 及 其 合 金 的 焊 接 161复 习 题 162第 四 章 焊 接 结 构 设 计 163第 一 节 焊 接 结构 件 材 料 的 选 择 163第 二 节 焊 接 接 头

22、的 工 艺 设 计 164复 习 题 1692绪 论金 属 工 艺 学 是 一 门 传 授 有 关 制 造 金 属 零 件 工 艺 方 法 的 综 合 性 技 术 基 础 课 。 它 主 要 传 授 各 种 工 艺 方 法 本 身 的 规 律 性 及 其 在 机 械 制 造 中 的 应 用 和 相 互 联 系 ; 金 属 零 件 的 加 工 工 艺 过 程 和 结 构 工 艺 性 ; 常 用 金 属 材 料 性 能 对 加 工 工 艺 的 影 响 ; 工 艺 方 法 的 综 合 比 较 等 。制 造 金 属 零 件 的 基 本 工 艺 方 法 有 下 列 几 种 : 铸 造 、 压 力 加 工

23、 、 焊 接 、 切 削 加 工 和 热 处 理 等 。 在 机 械 制 造 过 程 中 , 通 常 是 先 用 铸 造 、 压 力 加 工 或 焊 接 等 方 法 制 成 毛 坯 , 再 进 行 切 削 加 工 , 然 后 得 到 所 需 的 零 件 。 当 然 , 铸 造 、 压 力 加 工 、焊 接 等 工 艺 方 法 有 时 也 可 直 接 生 产 出 零 件 。 此 外 ,为 了 改 善 零 件 的 某 些 性 能 , 常 要 经 过 热 处 理 或 其 它 处 理 , 最 后 将 制 成 的 零 件 经 过 装 配 、 调 试 , 合格 后 才 成 为 机 器 或 其 它 产 品

24、。金 属 工 艺 学 是 一 门 综 合 性 技 术 基 础 课 , 它 指 明 了 本 学 科 的 特 点 和 发 展 趋 势 。 任 何 学 科 要 发 展 , 就 要 吸 收 和 运 用 其 它 学 科 的 成 果 、 技 术 方 法 或 新 的 研 究 工 具 , 也 就 是 说 , 要 进 行 某 种 程 度 的 综 合 。 从 传 统 的 学 科 分 类 来 看 , 本 学 科 包 括 冷 热 加 工 的 各 种 工 艺 , 本 身 的 综 合 性 已 较 强 , 这 就 更 有 利 于 把 各 有 关 学 科 的 最 新 成 就 加 以 应 用 。 “综 合 就 是 创 造 ”。

25、 例 如 , 全 自 动 机 床 , 它 包 含 普 通 机 床 及 微 机 自 控 机 床 的 某 些 组 成 部 分 , 以 及 机 械 手 系 统 、 刀 具 磨 损 补 偿 和 自 动 换 刀 系 统 、 机 械 故 障 报 警 及 维 修 诊 断 系 统 等 , 这 就 是 机 和 电 综 合 所 形 成 的 新 产 品 。 没 有 综 合 就 不 可 能 制 造 出 这 样 高 质 量 的 新 机 器 。现 代 科 学 技 术 的 发 展 更 新 了 机 械 制 造 的 观 念 , 传 统 的 机 械 制 造 过 程 有 了 改 变 , 生 产 中 的 工 艺 也 不 同 了 。

26、从 当 前 工 业 发 达 国 家 的 情 况 来 看 , 机 械 制 造 工 艺 具 有 如 下 的 发 展 趋 势 :首 先 是 生 产 的 工 艺 基 础 变 了 。 最 主 要 的 变 化 是 在 直 接 生 产 的 环 节 中 , 采 用 物 化 知 识 的 职 能 来 代 替 人 , 使 人 从 直 接 参 加 生 产 劳 动 变 为 主 要 负 责 控 制 生 产 。其 次 是 在 采 用 先 进 工 艺 和 高 效 专 用 设 备 的 条 件 下 , 使 工 艺 专 业 化 。 如 日 本 铸 造 专 业 化 生 产 的 铸 件 已 占 全 国 产 量 的 95% , 其 它

27、工 业 发 达 国 家 最 低 也 占 60% 以 上 。第 三 是 机 械 加 工 技 术 柔 性 化 。 要 完 成 多 品 种 、 小 批 量 零 件 的 加 工 , 工 艺 人 员 为 了 获 得 最 佳 组 合 , 不 仅 要 掌 握 工 艺 技 术 和 管 理 技 术 , 还 要 掌 握 大 量 的 信 息 和 计 算 机 技 术 。随 着 科 学 技 术 和 生 产 力 的 不 断 发 展 , 金 属 工 艺 学 的 内 容 构 成 也 有 所 发 展 。 应 当 指 出 , 本 课 程 的 发 展 必 然 是 有 关 学 科 的 相 互 渗 透 和 综 合 , 而 不 是 兼

28、收 并 蓄 、 包 罗 万 象 、 内 容 越 来 越 庞 杂 。 它 仍 属 工 艺 学 范 畴 。金 属 工 艺 学 是 机 械 类 各 专 业 必 修 的 技 术 基 础 课 。 在 教 学 过 程 中 , 和 其 它 课 程 一 样 , 都 要 完 成 传 授 知 识 、 训 练 技 能 和 培 养 能 力 这 三 方 面 的 任 务 。 但 要 指 出 , 知 识 、 技 能 和 能 力 是 三 个 不 同 的 概 念 , 而 且 从 掌 握 知 识 到 形 成 能 力 不 是 直 接 的 , 要 以 技 能 为 中 介 。 譬 如 , 领 会 了 球 墨 铸 铁 的 熔 炼 和 球

29、 化 原 理 , 只 是 属 于 知 识 范 畴 , 唯 有 通 过 实 践 , 顺 利 地 生 产 出 各 种 合 格 的 球 墨 铸 铁 件 , 才 有 可 能 形 成 生 产 球 墨 铸 铁 的 能 力 。金 属 工 艺 学 是 实 践 性 很 强 的 技 术 基 础 课 , 它 有 利 于 对 学 生 进 行 技 能 训 练 , 有 利 于 培 养 学 生 具 有 更 高 的 实 际 能 力 和 开 拓 精 神 。1有 人 把 技 能 仅 仅 理 解 为 能 动 手 操 作 工 具 和 设 备 , 或 者 能 够 进 行 实 验 , 这 样 的 理 解 是 不 够 的 。 其 实 ,

30、技 能 训 练 除 操 作 技 能 外 , 还 有 工 程 实 践 和 工 程 意 识 训 练 。 应 该 把 书 本 学 习 和 实 践 学 习 结 合 起 来 , 明 确 地 把 技 能 训 练 作 为 教 学 计 划 的 有 机 组 成 部 分 , 这 样 才 符 合 我 国 培 养 高 质 量 人 才 的 需 要 。2第 一 篇 金 属 材 料 导 论金 属 材 料 是 现 代 制 造 机 械 最 主 要 材 料 。 在 各 种 机 床 、 矿 山 机 械 、 冶 金 设 备 、 动 力 设 备 、 农 业 机 械 、 石 油 化 工 和 交 通 运 输 机 械 中 , 金 属 制 品

31、 占 80% 90% 。 金 属 材 料 之 所 以 获 得 如 此 广 泛 的 应 用 , 主 要 是 由 于 它 具 有 制 造 机 器 所 需 要 的 物 理 、 化 学 和 力 学 性 能 ; 并 且 可 用 较 简 便 的 工 艺 方 法 加 工 成 适 用 的 机 械 零 件 , 亦 即 具 有 所 需 的 工 艺 性 能 。机 械 制 造 中 所 用 的 金 属 材 料 以 合 金 为 主 , 很 少 使 用 纯 金 属 , 原 因 是 合 金 比 纯 金 属 具 有 更 好 的 力 学 性 能 和 工 艺 性 能 , 且 价 格 低 廉 。 合 金 是 以 一 种 金 属 为

32、基 础 , 加 入 其 它 金 属 或 非 金 属 , 经 过 熔 炼 或 烧 结 制 成 的 具 有 金 属 特 性 的 材 料 。 最 常 用 的 合 金 是 以 铁 为 基 础 的 铁 碳 合 金 , 如 碳 素 钢 、合 金 钢 、 灰 铸 铁 等 ; 还 有 以 铜 或 铝 为 基 础 的 黄 铜 、 青 铜 、 硅 铝 明 等 。用 来 制 造 机 械 设 备 的 金 属 及 合 金 , 应 具 有 优 良 的 力 学 性 能 和 工 艺 性 能 、 较 好 的 化 学 稳 定 性 和 所 需 的 物 理 性 能 。 因 此 , 在 设 计 零 件 时 , 必 须 首 先 熟 悉

33、金 属 及 合 金 的 各 种 主 要 性 能 , 方 能 依 据 零 件 的 技 术 要 求 合 理 地 选 用 所 需 的 金 属 材 料 。本 篇 主 要 介 绍 金 属 材 料 的 基 础 知 识 , 为 学 习 本 课 程 中 铸 造 、 压 力 加 工 和 焊 接 等 加 工 工 艺 奠 定 必 要 的 基 础 。30第 一 章 金 属 材 料 的 主 要 性 能第 一 节 金 属 材 料 的 力 学 性 能金 属 材 料 的 力 学 性 能 又 称 机 械 性 能 , 是 材 料 在 力 的 作 用 下 所 表 现 出 来 的 性 能 。 力 学 性 能 对 金 属 材 料 的

34、使 用 性 能 和 工 艺 性 能 有 着 非 常 重 要 的 影 响 。 金 属 材 料 的 主 要 力 学 性 能 有 : 强 度 、 塑 性 、 硬 度 、 韧 性 、 疲 劳 强 度 等 。一 、 强 度 与 塑 性金 属 材 料 的 强 度 和 塑 性 是 通 过 拉 伸 试 验 测 定 出 来 的 。拉 伸 试 验 是 在 拉 伸 试 验 机 上 进 行 的 。 试 验 之 前 , 先 将 被 测 金 属 材 料 制 成 图 1- 1 所 示 的 标 准 试 样 (参 见 G B 63978 金 属 拉 伸 试 样 ), 图 中 d 0 为 试 样 直 径 , l0 为 测 定 塑

35、 性 用 的 标 距 长 度 。 试 验 时 , 在 试 样 两 端 缓 慢 地 施 加 轴 向 拉 伸 载 荷 , 使 试 样 承 受 轴 向 静 拉 力 。 随 着 载 荷 不 断 增 加 , 试样 被 逐 步 拉 长 , 直 到 拉 断 。 在 拉 伸 过 程 中 , 试 验 机 将 自 动 记 录 每 一 瞬 间 的 载 荷 F 和 伸 长 量 l, 并 绘 出 拉 伸 曲 线 。图 1- 1 拉 伸 试 样 图 1- 2 低 碳 钢 的 拉 伸 曲 线图 1- 2 所 示 为 低 碳 钢 的 拉 伸 曲 线 。 由 图 可 见 , 在 开 始 的 Oe 阶 段 , 载 荷 F 与 伸

36、 长 量 l 为 线 性 关 系 , 并 且 , 去 除 载 荷 , 试 样 将 恢 复 到 原 始 长 度 。 在 此 阶 段 试 样 的 变 形 称 为 弹 性 变 形 。 载 荷 超 过 F e 之 后 , 试 样 除 发 生 弹 性 变 形 外 还 将 发 生 塑 性 变 形 。 此 时 , 载 荷 去 除 后 试 样 不 能 恢 复 到 原 始 长 度 , 这 是 由 于 其 中 的 塑 性 变 形 已 不 能 恢 复 , 形 成 了 永 久 变 形 的 缘 故 。 当 载 荷 增 大 到 F s 之 后 , 拉 伸 图 上 出 现 了 水 平 线 段 , 这 表 示 载 荷 虽 未

37、 增 加 , 但 试 样 继 续 发 生 塑 性 变 形 而 伸 长 , 这 种 现 象 称 为 “屈 服 ”, s 点 称 为 屈 服 点 。 当 载 荷 超 过 F b 以 后 , 试 样上某 部分开始变细 , 出现了 “缩颈” , 由 于 其 截 面 缩 小 , 使 继 续 变 形 所 需 载 荷 下 降 。 载 荷 到 达 F k 时, 试 样 在 缩 颈 处 断 裂 。为 使 曲 线 能 够 直 接 反 映 出 材 料 的 力 学 性 能 , 可用应力 试 样 单 位 横 截 面 上 的 拉 力 , 4F d 2 代 替 载4F = 1 0 = 0 1AA2荷 , 以 应 变 试 样

38、 单 位 长 度 上 的 伸 长 量 , ll 取 代 伸 长 量 l。 由 此 绘 成 的 曲 线 , 称 作 应 力 - 应变 曲 线 。 - 曲 线 和 F - l 曲 线 形 状 相 同 , 仅 是 坐 标 的 含 义 不 同 。1. 强 度强 度 是 金 属 材 料 在 力 的 作 用 下 , 抵 抗 塑 性 变 形 和 断 裂 的 能 力 。 强 度 有 多 种 判 据 , 工 程 上 以 屈 服 点 和 抗 拉 强 度 最 为 常 用 。(1) 屈 服 点 它 是 指 拉 伸 试 样 产 生 屈 服 现 象 时 的 应 力 。 它 可 按 下 式 计 算 :F s s =0(M

39、P a)式 中 : F s 试 样 发 生 屈 服 时 所 承 受 的 最 大 载 荷 , N ;A 0 试 样 原 始 截 面 积 , m m 2 。对 于 许 多 没 有 明 显 屈 服 现 象 的 金 属 材 料 , 工 程 上 规 定 以 试 样 产 生 0.2% 塑 性 变 形 时 的 应 力 , 作 为 该 材 料 的 屈 服 点 , 用 r0. 2 表 示 。(2) 抗 拉 强 度 指 金 属 材 料 在 拉 断 前 所 能 承 受 的 最 大 应 力 , 以 b 表 示 。 它 可 按 下 式 计 算 :F b b =0(M P a)式 中 : F b 试 样 在 拉 断 前

40、所 承 受 的 最 大 载 荷 , N ;A 0 试 样 原 始 截 面 积 , m m 2 。屈 服 点 s 和 抗 拉 强 度 b 在 选 择 、 评 定 金 属 材 料 及 设 计 机 械 零 件 时 具 有 重 要 意 义 。 由 于 机 器 零 件 或 构 件 工 作 时 , 通 常 不 允 许 发 生 塑 性 变 形 , 因 此 多 以 s 作 为 强 度 设 计 的 依 据 。对 于 脆 性 材 料 , 因 断 裂 前 基 本 不 发 生 塑 性 变 形 , 故 无 屈 服 点 可 言 , 在 强 度 计 算 时 , 则 以 b 为 依 据 。2. 塑 性塑 性 是 指 金 属

41、材 料 产 生 塑 性 变 形 而 不 被 破 坏 的 能 力 , 通 常 以 伸 长 率 来 表 示 :l - l 100%l0式 中 : l0 试 样 原 始 标 距 长 度 , m m ;l1 试 样 拉 断 后 的 标 距 长 度 , m m 。必 须 指 出 , 伸 长 率 的 数 值 与 试 样 尺 寸 有 关 , 因 而 试 验 时 应 对 所 选 定 的 试 样 尺 寸 作 出 规 定 , 以 便 进 行 比 较 。 如 l0 = 10d 0 时 , 用 10 或 表 示 ; l0 = 5d 0 时 , 用 5 表 示 。金 属 材 料 的 塑 性 也 可 用 断 面 收 缩

42、率 表 示 :A - A 100%A0式 中 : A 0 试 样 的 原 始 截 面 积 , m m ;2A 1 试 样 拉 断 后 , 断 口 处 截 面 积 , m m 。 和 值 愈 大 , 材 料 的 塑 性 愈 好 。 良 好 的 塑 性 不 仅 是 金 属 材 料 进 行 轧 制 、 锻 造 、 冲 压 、 焊 接 的 必 要 条 件 , 而 且 在 使 用 时 万 一 超 载 , 由 于 产 生 塑 性 变 形 , 能 够 避 免 突 然 断 裂 。二 、 硬 度金 属 材 料 抵 抗 局 部 变 形 , 特 别 是 塑 性 变 形 、 压 痕 的 能 力 , 称 为 硬 度 。

43、 硬 度 是 衡 量 金 属 软 硬5的 判 据 。 硬 度 直 接 影 响 到 材 料 的 耐 磨 性 及 切 削 加 工 性 , 因 为 机 械 制 造 中 的 刃 具 、 量 具 、 模 具 及 工 件 的 耐 磨 表 面 都 应 具 有 足 够 高 的 硬 度 , 才 能 保 证 其 使 用 性 能 和 寿 命 。 若 所 加 工 的 金 属 坯 料 的 硬 度 过 高 时 , 则 给 切 削 加 工 带 来 困 难 。 显 然 , 硬 度 也 是 重 要 的 力 学 性 能 指 标 , 应 用 十 分 广 泛 。金 属 材 料 的 硬 度 是 在 硬 度 计 上 测 定 的 。 常

44、用 的 有 布 氏 硬 度 法 和 洛 氏 硬 度 法 , 有 时 还 采 用 维 氏 硬 度 法 。1. 布 氏 硬 度 (HB)布 氏 硬 度 的 测 试 原 理 如 图 1- 3 所 示 。 以 直 径 为 D 的 淬 火 钢 球 或 硬 质 合 金 球 为 压 头 , 在 载 荷F 的 静 压 力 下 , 将 压 头 压 入 被 测 材 料 的 表 面 (图 1- 3a);停 留 若 干 秒 后 , 卸 去 载 荷 (图 1- 3b )。 然 后 , 采 用 带 刻 度 的 专 用 放 大 镜 测 出 压 痕 直 径 d , 并 依 据 d 的 数 值 从 专 门 的 硬 度 表 格

45、中 查 出 相 应 的 H B 值 。布 氏 硬 度 计 的 压 头 直 径 有 10 m m 、5 m m 、 2.5 m m 三 种 , 而 载 荷 有 30 000 N 、 7 500 N 、1 870 N 等 数 种 , 供 不 同 材 料 和 不 同 厚 度 试 样 测为 30 000 N 。图 1- 3 布 氏 硬 度 法 试 时 选 用 。 其 中 常 用 的 压 头 直 径 为 10 m m ,载 荷布 氏 硬 度 法 因 压 痕 面 积 较 大 、 其 硬 度 值 比 较 稳 定 , 故 测 试 数 据 重 复 性 好 , 准 确 度 较 洛 氏 硬 度 法 高 。 缺 点

46、是 测 量 费 时 , 且 因 压 痕 较 大 , 不 适 于 成 品 检 验 。 由 于 测 试 过 硬 的 材 料 可 导 致 钢 球 的 变 形 , 因 此 布 氏 硬 度 通 常 用 于 H B 值 小 于 450 的 材 料 , 如 灰 铸 铁 、 非 铁 合 金 及 较 软 的 钢 材 。 必 须 看 到 , 新 型 布 氏 硬 度 计 设 计 有 硬 质 合 金 球 压 头 , 从 而 可 用 于 测 试 淬 火 钢 等 较 硬 金 属 的 硬 度 , 使 布 氏 硬 度 法 的 适 用 范 围 扩 大 。为 了 区 别 不 同 压 头 测 出 的 硬 度 值 , 将 钢 球 压

47、 头 测 出 的 硬 度 值 标 以 符 号 H B S , 而 将 硬 质 合 金 球 压 头 测 出 的 硬 度 值 标 以 H B W 。2. 洛 氏 硬 度 (HR )洛 氏 硬 度 的 测 试 原 理 是 以 顶 角 为 120金 刚 石 圆 锥 体 (或 1.588 m m 淬 火 钢 球 )为 压 头 , 在 规 定 的 载 荷 下 , 垂 直 地 压 入 被 测 金 属 表 面 , 卸 载 后 依 据 压 入 深 度 h, 由 刻 度 盘 上 的 指 针 直 接 指 示 出 H R 值 (图 1- 4)。为 使 洛 氏 硬 度 计 能 够 测 试 从 软 到 硬 各 种 材 料

48、 的 硬 度 , 其 压 头 及 载 荷 可 以 变 更 , 而 刻 度 盘 上 也 有 三 个 不 同 的 硬 度 标 尺 。 表1- 1 列 出 了 各 个 硬 度 标 尺 的 压 头 、 总 载 荷 及 其 适 用 材 料 。 其 中 , H R C 在 生 产 中 应 用 最 广 。图 1- 4 洛 氏 硬 度 的 测 定表 1- 1 洛 氏 硬 度 的 测 试 规 范标 尺 压 头 总 载 荷 / N 适 用 测 试 材 料 有 效 值H R A 1 2 0金 刚 石 圆 锥 体 6 00 硬 质 合 金 、 表 面 淬 火 钢 7 0 85H R B 1 . 58 8 m m 淬

49、火 钢 球 1 0 00 退 火 钢 、 非 铁 合 金 2 5 10 0H R C 1 2 0金 刚 石 圆 锥 体 1 5 00 一 般 淬 火 钢 件 2 0 676洛 氏 硬 度 测 试 简 单 、 迅 速 , 因 压 痕 小 , 可 用 于 成 品 检 验 。 它 的 缺 点 是 测 得 的 硬 度 值 重 复 性 较 差 , 这 对 存 有 偏 析 或 组 织 不 均 匀 的 被 测 金 属 尤 为 明 显 , 为 此 , 必 须 在 不 同 部 位 测 量 数 次 。硬 度 试 验 设 备 简 单 , 测 试 迅 速 , 不 损 坏 被 测 零 件 。 同 时 , 硬 度 和 强 度 间 有 一 定 换 算 关 系 (可 参 阅 有 关 手 册 ), 故 在 零 件 图 的 技 术 条 件