第一章_金屬材料的力學性能

1、本課程包括三部分內(nèi)容：工程材料、毛坯成形方法和切削加工。本課程包括三部分內(nèi)容：工程材料、毛坯成形方法和切削加工。工程材料部分的學習，使同學們獲得常用工程材料的成分、組織、性能與應(yīng)用的基本工程材料部分的學習，使同學們獲得常用工程材料的成分、組織、性能與應(yīng)用的基本知識，了解熱處理對組織與性能的影響，初步掌握常用工程材料的分類、牌號、基本知識，了解熱處理對組織與性能的影響，初步掌握常用工程材料的分類、牌號、基本性能和應(yīng)用范圍，從而具備選擇零件材料及制定熱處理技術(shù)的初步能力。同時使同學性能和應(yīng)用范圍，從而具備選擇零件材料及制定熱處理技術(shù)的初步能力。同時使同學們在學習的過程中熟悉材料的成分們在學習的過程

2、中熟悉材料的成分工藝工藝組織組織性能之間的關(guān)系及變化規(guī)律，性能之間的關(guān)系及變化規(guī)律，使同學們初步具備遵循這種規(guī)律進一步學習新材料的能力。使同學們初步具備遵循這種規(guī)律進一步學習新材料的能力。毛坯成形方法部分包括鑄造、塑性加工、焊接等內(nèi)容，使同學們了解有關(guān)熱加工工藝的毛坯成形方法部分包括鑄造、塑性加工、焊接等內(nèi)容，使同學們了解有關(guān)熱加工工藝的基本知識，掌握鑄造、塑性加工和焊接等熱加工方法的實質(zhì)、基本原理和工藝特點，具基本知識，掌握鑄造、塑性加工和焊接等熱加工方法的實質(zhì)、基本原理和工藝特點，具有初步選擇毛坯（或零件）成形方法的能力，以及合理設(shè)計毛坯（或零件）結(jié)構(gòu)的能力。有初步選擇毛坯（或零件）成形方

3、法的能力，以及合理設(shè)計毛坯（或零件）結(jié)構(gòu)的能力。切削加工部分包括切削加工原理及加工方法等內(nèi)容，使同學們了解有關(guān)冷加工工藝的基切削加工部分包括切削加工原理及加工方法等內(nèi)容，使同學們了解有關(guān)冷加工工藝的基本知識，掌握切削加工原理及一般加工方法和特殊加工方法，具有初步選擇零件加工方本知識，掌握切削加工原理及一般加工方法和特殊加工方法，具有初步選擇零件加工方法的能力，以及合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu)的能力，為學習后續(xù)課程，畢業(yè)設(shè)計及今后從事機械法的能力，以及合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu)的能力，為學習后續(xù)課程，畢業(yè)設(shè)計及今后從事機械設(shè)計與制造工作奠定必要的基礎(chǔ)。設(shè)計與制造工作奠定必要的基礎(chǔ)。 工程材料金屬材料黑色金屬有色金屬非

4、金屬材料高分子材料陶瓷材料復(fù)合材料工程塑料合成纖維橡膠膠黏劑涂料陶瓷玻璃非金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料 據(jù)統(tǒng)計,汽車上的零部件采用了四千余種不同的材料加工制造。全世界鋼材產(chǎn)量的1/4，橡膠產(chǎn)量的1/2以上都用于汽車的生產(chǎn)。以現(xiàn)代轎車為例，鋼材占汽車自重的55%60%，鑄鐵占5%12%，有色金屬占6%10%，塑料占8%12%，橡膠占4%，玻璃占3%，其他材料（油漆、各種液體等），占6%12%，可見金屬材料在汽車制造中占絕對主流地位。1-水泵帶輪（低碳鋼）2-曲軸帶輪（低碳鋼）3-汽缸體（合金鑄鐵）4-汽缸蓋（鋁合金）5-齒形輪（粉末冶金）6-齒形帶護罩（工程塑料）7-正式齒形帶（橡膠）8-化油器

5、殼體（鋅合金）9-凸輪軸（合金鑄鐵）10-挺?。ê辖痄摚?1-火花塞（陶瓷）12-氣門（耐熱鋼）13-分電器蓋（塑料）14-活塞（硅鋁合金）15-連桿（中碳鋼）16-飛輪（灰口鑄鐵）17-曲軸（中碳鋼或鑄鐵）18-油底殼（低碳鋼） 引言：引言：1 1、金屬材料的性能、金屬材料的性能使用性能：使用性能： 指材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能，主要包括力學性指材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能，主要包括力學性能、物理性能和化學性能能、物理性能和化學性能（耐腐蝕性和抗氧化性等）（耐腐蝕性和抗氧化性等）。工藝性能：工藝性能： 指在制造機械零件的過程中，材料適應(yīng)各種冷、熱加指在制造機械零件的過程中，材料適應(yīng)各種冷、

6、熱加工和熱處理的性能。工和熱處理的性能。2 2、金屬材料金屬材料力學性能力學性能 包括包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、沖壓性能、切削鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、沖壓性能、切削加工性能和熱處理工藝性能加工性能和熱處理工藝性能等。等。 指材料在外力作用下表現(xiàn)出來的性能，主要有指材料在外力作用下表現(xiàn)出來的性能，主要有強度、塑性、強度、塑性、硬度、沖擊韌度硬度、沖擊韌度和和疲勞強度疲勞強度等。等。密度、熔點、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁性（一）材料的拉伸試驗及拉伸曲線（一）材料的拉伸試驗及拉伸曲線1 1、oeoe段：直線、彈性變性段：直線、彈性變性2 2、eses段：曲線、彈性變形段：曲線、彈性變

7、形+ +塑性變形塑性變形5 5、b b點：點：出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即試樣局部截面明顯縮小試樣承載能力降低，出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即試樣局部截面明顯縮小試樣承載能力降低，拉伸力達到最大值，試樣即將斷裂。拉伸力達到最大值，試樣即將斷裂。3 3、s ss s段：水平線（略有波動）明顯段：水平線（略有波動）明顯的塑性變形屈服現(xiàn)象，作用的力基本不的塑性變形屈服現(xiàn)象，作用的力基本不變，試樣連續(xù)伸長。變，試樣連續(xù)伸長。4 4、sbsb曲線：彈性變形曲線：彈性變形+ +均勻塑性變均勻塑性變形形第一章第一章 金屬的力學性能金屬的力學性能一、強度一、強度通常多以抗拉強度為基本的強度指標。通常多以抗拉強度為基本的強度指標。強度指

8、材料抵抗塑性變形和斷裂的能力。常用的指標有：彈性極限、強度指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力。常用的指標有：彈性極限、屈服強度和抗拉強度。屈服強度和抗拉強度。（一）強度的指標（一）強度的指標1-1 1-1 強度與塑性強度與塑性1、彈性極限、彈性極限e e = = F Fe e/S/S0 0 Fe：彈性變形范圍內(nèi)的最大載荷，（彈性變形范圍內(nèi)的最大載荷，（N） S0 ：試樣原始橫截面積（：試樣原始橫截面積（mm2） 符號：符號： e ：材料能保持彈性變形的最大應(yīng)力值。：材料能保持彈性變形的最大應(yīng)力值。設(shè)計彈簧和彈性零件時，材料的許用應(yīng)力不應(yīng)超過其彈性極限，設(shè)計彈簧和彈性零件時，材料的許用應(yīng)力不應(yīng)超過其

9、彈性極限，即即許許 e 。3 3、抗拉強度、抗拉強度指試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力。指試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力。其物理意義是在于它反映了最大均勻變形的抗力其物理意義是在于它反映了最大均勻變形的抗力。2 2、屈服強度、屈服強度b = F Fb b/S/S0 0 當材料的內(nèi)應(yīng)力當材料的內(nèi)應(yīng)力b b時，材料將產(chǎn)生斷裂。時，材料將產(chǎn)生斷裂。b b常用作脆性材料的選材和設(shè)計的依據(jù)。常用作脆性材料的選材和設(shè)計的依據(jù)。 符號：符號： s 材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最小應(yīng)力材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最小應(yīng)力s s = = F Fs s/S/S0 0 Fs：試樣屈服時所承受的拉伸力（試樣屈服時所承受的拉伸力（N） S0

10、 ：試樣原始橫截面積（：試樣原始橫截面積（mm2）1-1 1-1 強度與塑性強度與塑性采用韌性材料制造零件時，材料的許用應(yīng)力不應(yīng)超過其屈服采用韌性材料制造零件時，材料的許用應(yīng)力不應(yīng)超過其屈服點，即點，即許許 s 。二、塑性指標二、塑性指標 塑性是材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。評定指標是塑性是材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。評定指標是斷后伸長率和斷面收縮率。斷后伸長率和斷面收縮率。1 1、斷后伸長率、斷后伸長率2 2、斷面收縮率、斷面收縮率指試樣拉斷后標距的伸長量與原標距長度的百分比。指試樣拉斷后標距的伸長量與原標距長度的百分比。指試樣拉斷后縮項處橫截面積的最大縮減

11、量與原始橫截面積的百分比。指試樣拉斷后縮項處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。=(L=(L1 1-L-L0 0)/L)/L0 0 x 100% x 100%L L0 0: :標距（本實驗標距（本實驗L=100L=100）L L1 1: :拉斷后的試件標距。將斷口密合在一起，用卡尺直接量出。拉斷后的試件標距。將斷口密合在一起，用卡尺直接量出。=(S=(S0 0-S-S1 1)/S)/S0 0 x 100%x 100%S S0 0: :試件原橫截面積。試件原橫截面積。S S1 1: :斷裂后頸縮處的橫截面積，用卡尺直接量出。斷裂后頸縮處的橫截面積，用卡尺直接量出。 1-1 1-1 強度與

12、塑性強度與塑性和和 是材料的重要性能指標。數(shù)值越大，材料是材料的重要性能指標。數(shù)值越大，材料 塑性越好。塑性越好。引言：引言：1 1、定義：、定義：指材料局部表面抵抗塑性變形和破壞的能力。指材料局部表面抵抗塑性變形和破壞的能力。它是衡量材料軟硬程度的指標，其物理含義與試驗方法它是衡量材料軟硬程度的指標，其物理含義與試驗方法有關(guān)。有關(guān)。2 2、硬度的測試方法、硬度的測試方法 （1 1）布氏硬度）布氏硬度 （2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 （3 3）維氏硬度）維氏硬度 （4 4）肖氏硬度）肖氏硬度第一章第一章 金屬的力學性能金屬的力學性能1 1、布氏硬度試驗、布氏硬度試驗（布氏硬度計） 原理原理: :

13、用一定直徑的球體（淬火鋼球或硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試驗力用一定直徑的球體（淬火鋼球或硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試驗力壓入待測材料表面，保持規(guī)定時間并達到穩(wěn)定狀態(tài)后卸除試驗力，測量壓入待測材料表面，保持規(guī)定時間并達到穩(wěn)定狀態(tài)后卸除試驗力，測量材料表面材料表面壓痕直徑壓痕直徑，以計算硬度的一種壓痕硬度試驗方法。，以計算硬度的一種壓痕硬度試驗方法。2 2、布氏硬度值、布氏硬度值 用球面壓痕單位面積上所承受有平均壓力用球面壓痕單位面積上所承受有平均壓力表示。表示。 如：120HBS 500HBW4 4、測量范圍、測量范圍 用于測量用于測量灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼、非鐵金屬及非金屬材料等灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼、非鐵金屬及非金屬材

14、料等. .3 3、優(yōu)缺點、優(yōu)缺點（1 1）測量值較準確，重復(fù)性好，可測組織不均勻材料（鑄鐵）測量值較準確，重復(fù)性好，可測組織不均勻材料（鑄鐵）（2 2）可測的硬度值不高可測的硬度值不高（3 3）不測試成品與薄件不測試成品與薄件（4 4）測量費時，效率低測量費時，效率低1-2 1-2 硬度硬度2221020dDDDF.AFHBS(HBW)凹F F：試驗力（：試驗力（N N）d d 壓痕平均直徑（壓痕平均直徑（ mm mm ）D D：鋼球直徑（：鋼球直徑（ mm mm ）硬度值只與壓痕直徑有關(guān)，硬度值只與壓痕直徑有關(guān)，d越大，越大，HBS（HBW）越小，表明材料越）越小，表明材料越軟，反之。軟，反

15、之。1 1、洛氏硬度試驗、洛氏硬度試驗（洛氏硬度計） 原理原理: : 用金剛石圓錐或淬火鋼球，在試驗力的作用下壓入試樣表面，用金剛石圓錐或淬火鋼球，在試驗力的作用下壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定時間后卸除試驗力，用測量的殘余壓痕深度增量來計算硬度的一經(jīng)規(guī)定時間后卸除試驗力，用測量的殘余壓痕深度增量來計算硬度的一種壓痕硬度試驗。種壓痕硬度試驗。 2 2、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用測量的殘余壓痕深度表示。可從表盤上直接讀用測量的殘余壓痕深度表示?？蓮谋肀P上直接讀出。出。如：如：50HRC50HRC 4 4、測量范圍、測量范圍 用于測量用于測量淬火鋼、硬質(zhì)合金淬火鋼、硬質(zhì)合金等材料等材料. .3 3、優(yōu)缺點、

16、優(yōu)缺點（1 1）試驗簡單、方便、迅速試驗簡單、方便、迅速（2 2）壓痕小，可測成品，薄件壓痕小，可測成品，薄件（3 3）數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)不夠準確，應(yīng)測三點取平均值不夠準確，應(yīng)測三點取平均值（4 4）不應(yīng)測組織不均勻材料，如鑄鐵。不應(yīng)測組織不均勻材料，如鑄鐵。1-2 1-2 硬度硬度標尺 壓頭類型總試驗力 kgf 硬度值有效范圍 應(yīng)用 HRA 120金剛石圓錐體(1/16) ” ( 1.588)鋼球 600 7088 硬質(zhì)合金、表面淬火層或滲碳層等 HRB 1000 20100 有色金屬、退火、正火鋼等 HRC 1500 2070 淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等 1 1、維氏硬度試驗、維氏硬度試驗 原理原理: :用夾角為用夾角為136136的金剛石四棱錐體壓頭，使用很小試驗力的金剛石四棱錐體壓頭，使用很小試驗力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）壓入試樣表面，測出壓痕對角線長度）壓入試樣表面，測出壓痕對角線長度d d。2 2、維氏硬度值、維氏硬度值 用壓痕對角線長度表示。用壓痕對角線長度表示。如：如：640HV640HV。 4 4、測量范圍、測量范圍 常用于測薄件、鍍層、化學熱處理后的表層等。常用于測薄件、鍍層、化學熱處理后的表層等。3 3、優(yōu)缺點、優(yōu)缺點（1 1）測量準確，應(yīng)用范圍廣（硬度從極軟到極硬）測量準確，應(yīng)用范圍廣（硬度從