課題二 機器零件材料及強度

1、石靜石靜上海信息技術(shù)學(xué)校課題二課題二 機器零件材料及強度機器零件材料及強度n材料是機器的物質(zhì)基礎(chǔ)材料是機器的物質(zhì)基礎(chǔ)n金屬材料的性能是選擇材料的主要依據(jù)金屬材料的性能是選擇材料的主要依據(jù)n掌握各種金屬材料制成的零、構(gòu)件在正常工作掌握各種金屬材料制成的零、構(gòu)件在正常工作情況下應(yīng)具備的性能，才能更合理地使用金屬材情況下應(yīng)具備的性能，才能更合理地使用金屬材料，充分發(fā)揮其作用。料，充分發(fā)揮其作用。1.1.物理性能：物理性能：2.2.化學(xué)性能：化學(xué)性能：3.3.力學(xué)性能：力學(xué)性能：4.4.工藝性能：工藝性能：任務(wù)一任務(wù)一 金屬材料的性能金屬材料的性能1.金屬材料的物理性能金屬材料的物理性能（1）密度）密

2、度:（2）熔點）熔點:（3）導(dǎo)電性）導(dǎo)電性:（4）導(dǎo)熱性）導(dǎo)熱性:（5）熱膨脹性）熱膨脹性:（6）磁性）磁性: （1）抗氧化性）抗氧化性: （2）耐腐蝕性）耐腐蝕性: （3）化學(xué)穩(wěn)定性）化學(xué)穩(wěn)定性 : 2.金屬材料的化學(xué)性能金屬材料的化學(xué)性能3.金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能（1）強度）強度n強度：材料在靜載荷作用下抵抗變形和破壞的能力。強度：材料在靜載荷作用下抵抗變形和破壞的能力。n載荷：機械零件在使用和制造過程中受到的外界作載荷：機械零件在使用和制造過程中受到的外界作用力。用力。從性質(zhì)上載荷可分為從性質(zhì)上載荷可分為3種。種。 靜載荷：指大小、方向不變或變化緩慢的載荷 沖擊載荷：指突然

3、增加的載荷，如錘擊時鐵片所受的載荷 交變載荷:指大小、方向周期性變化的載荷，如汽車行駛時受阻，板簧就受到交變載荷。 載荷的作用方式載荷的作用方式：拉伸、壓縮、彎曲、剪切：拉伸、壓縮、彎曲、剪切 強度可分為：強度可分為：抗拉強度抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度、剪強度、（2）塑性：金屬材料在靜載荷作用下，產(chǎn)生塑性變）塑性：金屬材料在靜載荷作用下，產(chǎn)生塑性變形（永久變形）而不破壞的能力。形（永久變形）而不破壞的能力。指標(biāo)為：指標(biāo)為： 伸長率：伸長率：%100001 lll %100010 FFF 斷面收縮率：斷面收縮率：斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象五五

4、硬硬 度度布氏硬度布氏硬度HB 洛氏硬度洛氏硬度HR 維氏硬度維氏硬度HV（3）硬度）硬度:是指材料抵抗是指材料抵抗其它硬物體壓入其表面的其它硬物體壓入其表面的能力。能力。常用測量硬度的方法常用測量硬度的方法布氏硬度布氏硬度HBHB布氏硬度用試驗力除以壓痕表面積的布氏硬度用試驗力除以壓痕表面積的商來計算。商來計算。 )(2102. 022dDDDPHB 布氏硬度計布氏硬度計 n壓頭為鋼球時壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號，布氏硬度用符號HBS表示，適用于表示，適用于布氏硬度值在布氏硬度值在450以下的材料。以下的材料。n壓頭為硬質(zhì)合金球時壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號，用符號HBW表示，適用于布表示，

5、適用于布氏硬度在氏硬度在650以下的材料。以下的材料。l符號符號HBS或或HBW之前的數(shù)字表示之前的數(shù)字表示硬度值硬度值, 符號后面的數(shù)字按順序分符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑別表示球體直徑、載荷及載荷保載荷及載荷保持時間。持時間。如如 120HBS10/1000/30 表表 示直徑為示直徑為10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷）載荷作用下保持作用下保持30s測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為120。布氏硬度壓痕布氏硬度壓痕洛氏硬度洛氏硬度l洛氏硬度是以頂角為洛氏硬度是以頂角為120120的金剛石圓錐體的金剛石圓錐體 或直徑為或直徑為1.5881.588的淬火鋼

6、球作壓頭，的淬火鋼球作壓頭， 以規(guī)定的試驗力使其壓入試樣表面。以規(guī)定的試驗力使其壓入試樣表面。l試驗時，先加初試驗力，然后加主試驗力。試驗時，先加初試驗力，然后加主試驗力。l壓入試樣表面之后卸除主試驗力，壓入試樣表面之后卸除主試驗力， 在保留初試驗力的情況下，根據(jù)試樣表面壓痕深在保留初試驗力的情況下，根據(jù)試樣表面壓痕深 度，確定被測金屬材料的洛氏硬度值。度，確定被測金屬材料的洛氏硬度值。洛氏硬度洛氏硬度h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度計n洛氏硬度用符號洛氏硬度用符號HR表示，表示，HR=k-(h1-h0)/0.002n根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標(biāo)尺，常用

7、的根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為標(biāo)尺為A、B、C。 n符號符號HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。lHRA用于測量高硬度材料用于測量高硬度材料, 如硬質(zhì)如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。合金、表淬層和滲碳層。lHRB用于測量低硬度材料用于測量低硬度材料, 如有色如有色金屬和退火、正火鋼等。金屬和退火、正火鋼等。lHRC用于測量中等硬度材料，如調(diào)用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。質(zhì)鋼、淬火鋼等。l洛氏硬度的優(yōu)點：洛氏硬度的優(yōu)點：操作簡便，壓痕操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。小，適用范圍廣。l缺點：缺點：測量結(jié)果分散度大。測量結(jié)果分散

8、度大。鋼球壓頭與鋼球壓頭與金剛石壓頭金剛石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕（4）韌性）韌性n是指材料在沖擊載荷作用下是指材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。抵抗破壞的能力。l指標(biāo)為沖擊指標(biāo)為沖擊韌性值韌性值ak(通通過沖擊實驗過沖擊實驗測得測得)。TITANIC建造中的建造中的Titanic 號號TITANIC的沉沒的沉沒與船體材料的質(zhì)量與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)直接有關(guān)Titanic 號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗結(jié)果的沖擊試驗結(jié)果Titanic近代船用鋼板近代船用鋼板（5）疲勞強度）疲勞強度n疲勞是材料在低于許用應(yīng)力疲勞是材料在低于許用應(yīng)力的重

9、復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。生斷裂的現(xiàn)象。n金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞強度。應(yīng)力稱為疲勞強度。n當(dāng)施加的交變載荷為對稱循環(huán)載荷時，所得疲勞強度當(dāng)施加的交變載荷為對稱循環(huán)載荷時，所得疲勞強度用用 -1表示。表示。n承受交變載荷的機器或零件需選擇疲勞強度較好的材承受交變載荷的機器或零件需選擇疲勞強度較好的材料，如：料，如：軸、齒輪、彈簧。軸、齒輪、彈簧。4.金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能是指金屬材料是否易于加工成優(yōu)良的機械零件或零件毛是指金屬材料是否易于加工成優(yōu)良的機械零件或零件毛坯的性能

10、。坯的性能。（1）鑄造性：）鑄造性：金屬材料能否用鑄造的方法獲得合格鑄金屬材料能否用鑄造的方法獲得合格鑄件的功能。件的功能。 短片短片 （2）鍛壓性：）鍛壓性：金屬材料在壓力加工時，能改變形狀而金屬材料在壓力加工時，能改變形狀而不產(chǎn)生裂紋的功能。不產(chǎn)生裂紋的功能。（3）切削加工性：）切削加工性：指金屬材料被刀具切削加工后而稱指金屬材料被刀具切削加工后而稱為合格工件的難易程度。為合格工件的難易程度。（4）焊接性：）焊接性：金屬材料是否易于用焊接方法生產(chǎn)出優(yōu)金屬材料是否易于用焊接方法生產(chǎn)出優(yōu)良焊件的性能。良焊件的性能。舉例說明金屬材料的工藝性能和使用性能舉例說明金屬材料的工藝性能和使用性能n舉例一

11、：低碳鋼焊接性好，但其強度、硬度卻沒有高碳鋼好n舉例二：灰鑄鐵最適合鑄造，大多數(shù)機床、設(shè)備的機座、立柱等，都是灰鑄鐵材料的。n舉例三:低碳鋼、中碳鋼（包括其合金鋼）材料最適合鍛造，大多數(shù)的批量生產(chǎn)的齒輪、軸等重要零件，都是用這種材料鍛造毛坯的。n 舉例四:低碳鋼材料焊接性能最好。中碳鋼焊接性就開始變差了，汽車車身等焊接件均為低碳鋼及其合金鋼。任務(wù)二任務(wù)二 機械零件的強度機械零件的強度n強度是零件應(yīng)滿足的基本要求。強度是零件應(yīng)滿足的基本要求。n零件強度是指零件受載后抵抗斷裂、塑性變形和表面零件強度是指零件受載后抵抗斷裂、塑性變形和表面失效的能力。失效的能力。n為了滿足零件要有足夠的強度，必須使零件在受載后為了滿足零件要有足夠的強度，必須使零件在受載后的工作應(yīng)力的工作應(yīng)力不超過零件的許用應(yīng)力不超過零件的許用應(yīng)力 。其表達(dá)式為。其表達(dá)式為 或或 =F/A 式中式中F是載荷，是載荷，A是截面積，是截