課題二 機(jī)器零件材料及強(qiáng)度

模塊一機(jī)械概述石靜上海信息技術(shù)學(xué)校課題二機(jī)器零件材料及強(qiáng)度材料是機(jī)器的物質(zhì)基礎(chǔ)金屬材料的性能是選擇材料的主要依據(jù)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料，充分發(fā)揮其作用。1.物理性能：2.化學(xué)性能：3.力學(xué)性能：4.工藝性能：任務(wù)一金屬材料的性能你知道機(jī)器零件是用什么材料做成的么？怎么評價它們的性能呢？1.金屬材料的物理性能（1）密度:單位體積金屬的質(zhì)量（2）熔點:金屬從固體狀態(tài)向液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變時的溫度稱為熔點。（3）導(dǎo)電性:金屬材料傳導(dǎo)電流的性能稱為導(dǎo)電性。（4）導(dǎo)熱性:金屬材料傳導(dǎo)熱量的能力（5）熱膨脹性:金屬材料在受熱時體積會增大，冷卻時則收縮，這種現(xiàn)象稱為熱膨脹性。（6）磁性:

金屬導(dǎo)磁的性能稱為磁性。

（1）抗氧化性:金屬材料抵抗氧化作用的能力（2）耐腐蝕性:金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕作用的能力，稱為耐腐蝕性（3）化學(xué)穩(wěn)定性:金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。

2.金屬材料的化學(xué)性能1、不銹鋼鍋：物理特性：強(qiáng)度大，耐磨，導(dǎo)熱快等；化學(xué)特性：其含有鉻或鎳等非活潑金屬，使其不易與其他物質(zhì)反應(yīng)而耐腐蝕；2、保險絲：物理特性：金屬的導(dǎo)電性，熔點低等；化學(xué)特性：常溫下不易與空氣等反應(yīng)氧化而腐蝕；生活中的一些金屬材料的應(yīng)用實例你能舉例說明一些關(guān)于金屬材料在生活中的應(yīng)用實例么？3.金屬材料的力學(xué)性能

定義：材料在外力（靜載荷、沖擊載荷、交變載荷）作用下所表現(xiàn)出的特性。

主要指標(biāo)：強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度。（1）強(qiáng)度強(qiáng)度：材料在靜載荷作用下抵抗變形和破壞的能力。載荷：機(jī)械零件在使用和制造過程中受到的外界作用力。從性質(zhì)上載荷可分為3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：拉伸、壓縮、彎曲、剪切強(qiáng)度可分為：抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、（2）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。指標(biāo)為：

伸長率：斷面收縮率：斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象五硬度布氏硬度HB洛氏硬度HR維氏硬度HV（3）硬度:是指材料抵抗其它硬物體壓入其表面的能力。常用測量硬度的方法①布氏硬度HB布氏硬度用試驗力除以壓痕表面積的商來計算。

布氏硬度計

壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值,符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。如120HBS10/1000/30表

示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。布氏硬度壓痕②洛氏硬度洛氏硬度是以頂角為120°的金剛石圓錐體或直徑為Φ1.588㎜的淬火鋼球作壓頭，以規(guī)定的試驗力使其壓入試樣表面。試驗時，先加初試驗力，然后加主試驗力。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)試樣表面壓痕深度，確定被測金屬材料的洛氏硬度值。洛氏硬度h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度用符號HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002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A、B、C。

符號HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。HRA用于測量高硬度材料,如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。HRB用于測量低硬度材料,如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。洛氏硬度的優(yōu)點：操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。缺點：測量結(jié)果分散度大。鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕（4）韌性是指材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。指標(biāo)為沖擊韌性值ak(通過沖擊實驗測得)。TITANIC建造中的Titanic號TITANIC的沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)Titanic號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗結(jié)果Titanic近代船用鋼板（5）疲勞強(qiáng)度疲勞是材料在低于許用應(yīng)力的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。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(qiáng)度。當(dāng)施加的交變載荷為對稱循環(huán)載荷時，所得疲勞強(qiáng)度用-1表示。承受交變載荷的機(jī)器或零件需選擇疲勞強(qiáng)度較好的材料，如：軸、齒輪、彈簧。4.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(jī)械零件或零件毛坯的性能。（1）鑄造性：金屬材料能否用鑄造的方法獲得合格鑄件的功能。短片

（2）鍛壓性：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。（3）切削加工性：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。（4）焊接性：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。舉例說明金屬材料的工藝性能和使用性能舉例一：低碳鋼焊接性好，但其強(qiáng)度、硬度卻沒有高碳鋼好舉例二：灰鑄鐵最適合鑄造，大多數(shù)機(jī)床、設(shè)備的機(jī)座、立柱等，都是灰鑄鐵材料的。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。

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)二機(jī)械零件的強(qiáng)度強(qiáng)度是零件應(yīng)滿足的基本要求。零件強(qiáng)度是指零件受載后抵抗斷裂、塑性變形和表面失效的能力。為了滿足零件要有足夠的強(qiáng)度，必須使零件在受載后的工作應(yīng)力σ不超過零件的許用應(yīng)力[σ]。其表達(dá)式為

σ≤[σ]或σ=F/A≤[σ]——式中F是載荷，A是截面積，[σ]是零件材料的許用應(yīng)力

【作業(yè)】1.機(jī)器有