汽車材料與金屬加工課件第一章

汽車材料

掌握金屬材料的剛度、強(qiáng)度和塑性的概念；掌握金屬材料的疲勞強(qiáng)度的概念；掌握掌握金屬材料沖擊韌性的概念；掌握材料硬度的概念和三種硬度表示方法；了解材料性能的表示方法。教學(xué)目的和要求剛度、強(qiáng)度、塑性；疲勞強(qiáng)度；沖擊韌性；硬度。教學(xué)內(nèi)容摘要利用剛度、強(qiáng)度、硬度和塑性等指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)材料。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)方法和使用教具講授、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、課件。4學(xué)時(shí)。教學(xué)時(shí)間材料的基本知識(shí)金屬材料金屬合金具有金屬光澤。具有較好的延展性，容易加工成型。易導(dǎo)電、傳熱，是熱和電的良導(dǎo)體。

常見的鋼、鑄鐵、銅、銅合金、鋁、鋁合金等都是金屬材料。金屬材料的特點(diǎn)金屬材料性能工藝性能使用性能是指金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來(lái)的力學(xué)性能（指剛度、強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等）、物理性能（指熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性等）和化學(xué)性能（指抗氧化性、跟其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的性能等）等。工藝性能是指金屬材料在制造加工過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的各種性能。優(yōu)良的使用性能可以滿足生產(chǎn)和生活上的各種需要；而優(yōu)良的工藝性能則可使金屬材料易于采用各種加工方法，制成各種形狀、尺寸的零件和工具。力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能使用性能1.1剛度、強(qiáng)度、塑性

靜載荷是指外力的大小和方向不變或變化很緩慢的載荷；沖擊載荷是指突然增加的載荷；疲勞載荷則是指大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的載荷。根據(jù)載荷作用性質(zhì)不同靜載荷沖擊載荷疲勞載荷工件在不同載荷形式下產(chǎn)生的變形

剛度、強(qiáng)度、塑性的概念剛度是指金屬材料抵抗彈性變形的能力，金屬材料在一定應(yīng)力作用下產(chǎn)生的彈性變形越小，則其剛度越大。強(qiáng)度是指金屬材料抵抗塑性變形和斷裂的能力，強(qiáng)度愈高的材料，所承受的載荷愈大。塑性是指金屬材料產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力。試樣的形狀

試樣標(biāo)距試樣直徑拉伸前拉伸后1.1.1拉伸試樣與拉伸試驗(yàn)試樣的標(biāo)距試樣的標(biāo)距拉伸試驗(yàn)過(guò)程中用以測(cè)量試樣伸長(zhǎng)的兩標(biāo)記之間的長(zhǎng)度，稱為標(biāo)距。試樣的分類長(zhǎng)試樣(L0=10d0)，100mm和200mm短試樣(L0=5d0)，50mm和80mm拉伸試驗(yàn)曲線

1）OE——彈性變形階段試樣的伸長(zhǎng)量與載荷成正比例增加，F(xiàn)e為能恢復(fù)原狀的最大拉力。2）ES——屈服階段當(dāng)拉力增大到Fs時(shí)，試樣會(huì)繼續(xù)伸長(zhǎng)，材料喪失了抵抗變形的能力，這種現(xiàn)象稱為屈服，F(xiàn)s稱為屈服載荷。3）SB——均勻塑性變形階段載荷超過(guò)Fs時(shí)，試樣開始產(chǎn)生明顯塑性變形，伸長(zhǎng)量隨載荷增加而增大。Fb為試樣拉伸試驗(yàn)中的最大載荷。4）BK——斷裂載荷達(dá)到最大值Fb之后，試樣直徑局部開始急劇縮小，出現(xiàn)“縮頸”現(xiàn)象，當(dāng)變形達(dá)到一定程度時(shí)試樣斷裂。

在彈性變形階段，即F—△L曲線上的OE段，與曲線的關(guān)系為直線OE，這表示應(yīng)力與應(yīng)變成正比，可寫成，式中的E為與材料有關(guān)的常數(shù)，稱為彈性模量，單位為GPa(109Pa)。彈性模量E表示引起單位變形時(shí)所需的應(yīng)力。工程上常用E作為衡量材料剛度的指標(biāo)，E值越大，在一定應(yīng)力作用下產(chǎn)生的彈性變形越小，則剛度越大。彈性模量主要取決于金屬材料的種類。通常淬火、冷作硬化等強(qiáng)化金屬的方法對(duì)E值影響很小。常用材料的E值，碳鋼為196～216GPa、灰鑄鐵為78～157GPa，銅合金為72～128GPa，鋁合金為70GPa。1.1.2剛度用于表征金屬材料抵抗彈性變形的能力。1.1.3強(qiáng)度用于表征金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的能力?？估瓘?qiáng)度抗壓強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度屈服點(diǎn)屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度根據(jù)所加載荷形式的不同工程上常用的強(qiáng)度衡量指標(biāo)屈服點(diǎn)、屈服強(qiáng)度對(duì)具有明顯屈服現(xiàn)象的材料如低碳鋼，用屈服點(diǎn)來(lái)表征材料對(duì)產(chǎn)生明顯塑性變形的抗力。屈服點(diǎn)就是指材料產(chǎn)生屈服時(shí)的最小應(yīng)力。即式中——應(yīng)力（MPa）；——試樣產(chǎn)生屈服時(shí)的最小屈服力（N）；——試樣原始橫截面積（）。

對(duì)無(wú)明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料如高碳鋼、銅合金、鋁合金等，用屈服強(qiáng)度來(lái)表征材料對(duì)產(chǎn)生明顯塑性變形的抗力?？估瓘?qiáng)度是指試樣在拉斷前所承受的最大應(yīng)力，即式中：——抗拉強(qiáng)度（MPa）；——試樣在拉斷前所受到的最大載荷（N）；——試樣原始橫截面積（）。1.1.4塑性

在外力作用下的金屬材料在斷裂前產(chǎn)生不可逆的永久變形的能力稱為塑性。材料的塑性指標(biāo)通常用斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率來(lái)表征。1.斷后伸長(zhǎng)率是指試樣拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距的百分比，用表示，即

2.斷面收縮率是指試樣拉斷后斷口（縮頸）處截面積的最大縮減量與原始截面積的百分比，用下式表示，即1.2疲勞強(qiáng)度

疲勞破壞

零件、工具等即使在低于材料屈服強(qiáng)度的交變載荷作用下，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)后也會(huì)發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。因此在零件設(shè)計(jì)之初，對(duì)零件所用的金屬材料就應(yīng)該進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，以便合理的估算零件的使用壽命。疲勞破壞材料在對(duì)稱載荷下的應(yīng)力變化規(guī)律。

疲勞強(qiáng)度材料交變應(yīng)力和斷裂前應(yīng)力循環(huán)次數(shù)之間的疲勞曲線。

提高疲勞強(qiáng)度措施

材料方面保證冶煉質(zhì)量，減少夾雜物和熱加工產(chǎn)生的氣孔和疏松等缺陷。設(shè)計(jì)方面盡量使零件避免尖角、缺口和截面突變，以避免應(yīng)力集中及其所引起的疲勞裂紋。工藝方面降低零件表面粗糙度，并避免表面劃痕、碰傷，防止這些地方出現(xiàn)形成疲勞裂紋；采用表面強(qiáng)化方法，如化學(xué)熱處理、表面淬火、噴丸處理和表面涂層等，降低材料表面形成裂紋的可能性。。1.3韌性

1.3.1沖擊韌性是指金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。沖擊韌性的測(cè)定方法擺錘式一次沖擊試驗(yàn)小能量多次沖擊試驗(yàn)擺錘式一次沖擊試驗(yàn)根據(jù)功能原理擺錘擊斷試樣所消耗的功Aku值為

小能量多次沖擊試驗(yàn)

工程實(shí)踐中，在沖擊載荷作用下工作的機(jī)械零件往往都是受多次小能量沖擊而破壞的。很少受大能量沖擊一次而破壞的，如沖模的沖頭、鑿巖機(jī)上的活塞等。所以工程實(shí)際中，常采用小能量多次重復(fù)沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。1.3.2斷裂韌性低應(yīng)力脆斷工程零（構(gòu)）件有時(shí)在應(yīng)力低于許用應(yīng)力的情況下也會(huì)發(fā)生突然斷裂，稱為低應(yīng)力脆斷。低應(yīng)力脆斷的原因由于實(shí)際應(yīng)用的材料中常常存在一些裂紋和本身缺陷，如夾雜物、氣孔等或加工和使用過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷，裂紋在應(yīng)力的作用下失穩(wěn)而擴(kuò)展，最終導(dǎo)致零（構(gòu)）件斷裂。1.4硬度硬度的含義布氏硬度洛氏硬度維氏硬度是材料性能的一個(gè)綜合物理量，對(duì)于金屬材料而言，表示金屬材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形、斷裂或其他物質(zhì)壓入其表面的能力。硬度的表示方法硬度試驗(yàn)的方法大多采用壓