機(jī)械制造基礎(chǔ) 課件 1.1 金屬材料常用力學(xué)性能指標(biāo)

主要內(nèi)容及要求：掌握常用力學(xué)性能指標(biāo)、符號含義、應(yīng)用及測定方法；熟悉鐵碳合金相圖及其應(yīng)用；掌握鋼的熱處理的基本概念、工藝及其應(yīng)用熟悉常用金屬材料的熱處理工藝、性能特點(diǎn)及應(yīng)用；重點(diǎn)、難點(diǎn)：

1.強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性等力學(xué)性能指標(biāo)；

2.鐵碳合金的分類、組織和性能特點(diǎn)；

3.普通熱處理工藝、表面淬火、滲碳、滲氮及應(yīng)用；

4.常用鋼鐵材料的熱處理工藝、性能特點(diǎn)及應(yīng)用。第1章金屬材料及熱處理主要內(nèi)容及要求：理解常用力學(xué)性能的含義；掌握主要的力學(xué)性能指標(biāo)，熟悉有關(guān)術(shù)語、符號含義及應(yīng)用場合，了解其測定方法.重點(diǎn)：材料的強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、等。1.1金屬材料常用力學(xué)性能指標(biāo)第1章金屬材料及熱處理材料的性能定義:材料在使用和加工過程中表現(xiàn)出來的特性。分類:材料的性能疲勞性能使用性能工藝性能物理化學(xué)性能力學(xué)性能強(qiáng)度塑性硬度韌性耐磨性鑄造性能鍛造性能焊接性能切削加工性能熱處理性能

在靜載荷下強(qiáng)度、塑性硬度：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、顯微硬度在沖擊載荷下沖擊韌性在交變載荷下疲勞強(qiáng)度材料的力學(xué)性能：指材料在外力的作用下所表現(xiàn)出來的特性。載荷材料在外力作用下的變形與失效?。?？1.1金屬材料常用力學(xué)性能指標(biāo)一、剛度、強(qiáng)度和塑性

強(qiáng)度

指材料在外力的作用下，抵抗變形和斷裂的能力。

塑性指材料在外力作用下產(chǎn)生永久塑性變形而不破斷的能力。剛度：工程上，常把零件或構(gòu)件抵抗彈性變形的能力稱

為剛度，其大小與材料的彈性模量E有關(guān)。E值越大，

剛度越大，合金化或熱處理強(qiáng)化對材料的彈性模量E值

影響不大。因此，對同一種類材料，提高零件或構(gòu)件

剛度的有效途徑是改變其截面形狀或尺寸。（舉例）標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣長試樣：短試樣：測試方法－靜載拉伸試驗(yàn)力—伸長曲線FesbkLFsFbO屈服彈性變形頸縮斷裂開始塑性變形縮頸現(xiàn)象1.強(qiáng)度指標(biāo)屈服強(qiáng)度：材料在屈服時(shí)(發(fā)生微量塑性變形）的應(yīng)力值。

抗拉強(qiáng)度Rm：材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力值。

彈性極限Re：試樣保持純彈性變形的最大應(yīng)力值。

力—伸長曲線FesbkLFsLFbO下屈服強(qiáng)度：物理意義：表征材料在每個(gè)變形階段的應(yīng)力極限值。1.強(qiáng)度指標(biāo)低碳鋼的應(yīng)力-延伸率曲線圖（R-e曲線圖）ReH－上屈服強(qiáng)度ReL－下屈服強(qiáng)度強(qiáng)度是零件

設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)

當(dāng)零件所受的工作應(yīng)力：R<Re

時(shí)，材料只產(chǎn)生彈性變形；Re

<R<ReL時(shí)，材料除發(fā)生彈性變形外，還發(fā)生微量塑性變形；ReL

<R<Rm

時(shí)，材料將產(chǎn)生明顯塑性變形；

R>Rm

時(shí)，零件將產(chǎn)生裂紋，最終斷裂。2.塑性指標(biāo)斷面收縮率：指試樣被拉斷后，橫截面積的相對收縮量，用Z（舊標(biāo)準(zhǔn)用Ψ）表示

。斷后伸長率：指試樣拉斷后的相對伸長量，用A（舊標(biāo)準(zhǔn)用δ）表示。生產(chǎn)中，為了提高安全性，都要求零件具有一定的塑性。一般，伸長率達(dá)5％或斷面收縮率達(dá)10％的材料，即可滿足大多數(shù)零件的使用要求。

說明：

A、Z值越大材料的塑性越好

2.塑性指標(biāo)常用測量方法--靜載壓入法定義：指材料表面抵抗局部塑性變形或破壞的能力，是表征材料力學(xué)性能的綜合參量。

一般，硬度強(qiáng)度耐磨性塑性二、硬度1.布氏硬度HB壓頭硬質(zhì)合金球符號

HBW范圍450≤HBＷ≤650應(yīng)用布氏硬度值在450~650HBＷ的材料。例如，退火和正火態(tài)鋼、鑄鐵、有色金屬等軟材料的硬度。

布氏硬度實(shí)驗(yàn)原理用一定直徑的壓頭（球體），以相應(yīng)試驗(yàn)力壓入待測表面，并保持規(guī)定時(shí)間，卸載后，測量材料表面壓痕直徑，以此計(jì)算出硬度值。壓頭工件布氏硬度值的表示方法硬度值放在HBW符號之前；符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷大小和載荷保持時(shí)間。例如:

120HBW10/1000/30保荷時(shí)間30s載荷1000kgf（9807N）鋼球直徑為10mm布氏硬度值為120布氏硬度特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：應(yīng)用：壓痕大，測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。壓痕面積較大，測量費(fèi)時(shí)。不適于測量成品零件或薄件的硬度。常用于測量較軟材料，如灰口鑄鐵、有色金屬、退火和正火態(tài)鋼材的硬度。實(shí)驗(yàn)原理：用錐頂角為120°的金剛石圓錐體或直徑1.588mm的淬火鋼球，以相應(yīng)試驗(yàn)力（預(yù)載荷＋主載荷）壓入待測表面，保持規(guī)定時(shí)間,卸載后（卸除主載荷），測量的殘余壓痕深度增量，計(jì)算出硬度值。2.洛氏硬度HRK為常數(shù)，金剛石壓頭時(shí)，K＝0.2mm淬火鋼球壓頭時(shí)，K＝0.26mm1-1加預(yù)載荷

P0

h12-2加總載P0＋P1

h23-3卸主載荷P1

h3測得殘余壓痕深度增量:

h=h3-h100112332h1h2hh3洛氏硬度的特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，方便，壓痕小，測量范圍大，可用于測量較薄件和成品件。缺點(diǎn)：精度較低，不同標(biāo)度的硬度值不能比較，不適于測量組織不均勻材料。應(yīng)用：洛氏硬度符號壓頭類型總試驗(yàn)力/N應(yīng)用舉例HRC120o金剛石圓錐體1471調(diào)質(zhì)態(tài)鋼、淬火態(tài)鋼等HRBＷ直徑Φ1.5875mm球Ｗ＝碳化鎢合金980.7有色金屬、鑄鐵、退火和正火態(tài)鋼等HRA120o金剛石圓錐體588.4硬質(zhì)合金等洛氏硬度值的表示

70~85HRA25~100HRBＷ20~70HRC例如：50HRB>45HRC〤HRA、HRBＷ、HRC分別測得的硬度，不可直接比較大小。3.維氏硬度HV壓頭：錐面夾角為136o的金剛石正四棱錐體。實(shí)驗(yàn)原理：以一定的試驗(yàn)力，將壓頭壓入試樣表面，保持一定時(shí)間卸載后，在試樣表面留下一個(gè)四方錐形的壓痕，測量壓痕兩對角線長度，以此計(jì)算出硬度值。

維氏硬度表示方法與布氏硬度基本相同，在后面要標(biāo)注試驗(yàn)條件—試驗(yàn)力和保持時(shí)間（10~15秒時(shí)不標(biāo)出）舉例：

580HV30：表示用30kgf(294.2N)試驗(yàn)力保持10~15秒測定的維氏硬度值為580。維氏硬度的特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：測量精確，壓痕小，載荷大小可調(diào)，能測從軟到硬的各種材料以及薄件，并統(tǒng)一比較硬度值。缺點(diǎn)：操作較麻煩，測量效率低。不宜用于成批生產(chǎn)時(shí)的常規(guī)檢驗(yàn)。

應(yīng)用：主要用于測量薄件、表面硬化層和經(jīng)化學(xué)熱處理零件的硬度，如滲碳層、電鍍層等。三、沖擊韌性

定義：在沖擊載荷作用下，材料抵抗破斷的能力。測定方法：一次擺錘沖擊試驗(yàn)法

衡量指標(biāo)：沖擊韌性（ak）

物理意義:

試樣在沖斷時(shí)，單位橫截面積上所消耗的沖擊功AK

，單位為J/cm2

aK值越大，表示材料的沖擊韌性越好。

一次擺錘沖擊試驗(yàn)沖擊韌性：沖擊功：應(yīng)用評價(jià)材料冶金質(zhì)量和鍛造及熱處理的缺陷；與屈服強(qiáng)度結(jié)合用于一般零件抗斷裂設(shè)計(jì)；測量材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。T℃↓