第一章_金属材料的力学性能

1、本课程包括三部分内容：工程材料、毛坯成形方法和切削加工。本课程包括三部分内容：工程材料、毛坯成形方法和切削加工。工程材料部分的学习，使同学们获得常用工程材料的成分、组织、性能与应用的基本工程材料部分的学习，使同学们获得常用工程材料的成分、组织、性能与应用的基本知识，了解热处理对组织与性能的影响，初步掌握常用工程材料的分类、牌号、基本知识，了解热处理对组织与性能的影响，初步掌握常用工程材料的分类、牌号、基本性能和应用范围，从而具备选择零件材料及制定热处理技术的初步能力。同时使同学性能和应用范围，从而具备选择零件材料及制定热处理技术的初步能力。同时使同学们在学习的过程中熟悉材料的成分们在学习的过程

2、中熟悉材料的成分工艺工艺组织组织性能之间的关系及变化规律，性能之间的关系及变化规律，使同学们初步具备遵循这种规律进一步学习新材料的能力。使同学们初步具备遵循这种规律进一步学习新材料的能力。毛坯成形方法部分包括铸造、塑性加工、焊接等内容，使同学们了解有关热加工工艺的毛坯成形方法部分包括铸造、塑性加工、焊接等内容，使同学们了解有关热加工工艺的基本知识，掌握铸造、塑性加工和焊接等热加工方法的实质、基本原理和工艺特点，具基本知识，掌握铸造、塑性加工和焊接等热加工方法的实质、基本原理和工艺特点，具有初步选择毛坯（或零件）成形方法的能力，以及合理设计毛坯（或零件）结构的能力。有初步选择毛坯（或零件）成形方

3、法的能力，以及合理设计毛坯（或零件）结构的能力。切削加工部分包括切削加工原理及加工方法等内容，使同学们了解有关冷加工工艺的基切削加工部分包括切削加工原理及加工方法等内容，使同学们了解有关冷加工工艺的基本知识，掌握切削加工原理及一般加工方法和特殊加工方法，具有初步选择零件加工方本知识，掌握切削加工原理及一般加工方法和特殊加工方法，具有初步选择零件加工方法的能力，以及合理设计零件结构的能力，为学习后续课程，毕业设计及今后从事机械法的能力，以及合理设计零件结构的能力，为学习后续课程，毕业设计及今后从事机械设计与制造工作奠定必要的基础。设计与制造工作奠定必要的基础。 工程材料金属材料黑色金属有色金属非

4、金属材料高分子材料陶瓷材料复合材料工程塑料合成纤维橡胶胶黏剂涂料陶瓷玻璃非金属基复合材料金属基复合材料 据统计,汽车上的零部件采用了四千余种不同的材料加工制造。全世界钢材产量的1/4，橡胶产量的1/2以上都用于汽车的生产。以现代轿车为例，钢材占汽车自重的55%60%，铸铁占5%12%，有色金属占6%10%，塑料占8%12%，橡胶占4%，玻璃占3%，其他材料（油漆、各种液体等），占6%12%，可见金属材料在汽车制造中占绝对主流地位。1-水泵带轮（低碳钢）2-曲轴带轮（低碳钢）3-汽缸体（合金铸铁）4-汽缸盖（铝合金）5-齿形轮（粉末冶金）6-齿形带护罩（工程塑料）7-正式齿形带（橡胶）8-化油器

5、壳体（锌合金）9-凸轮轴（合金铸铁）10-挺住（合金钢）11-火花塞（陶瓷）12-气门（耐热钢）13-分电器盖（塑料）14-活塞（硅铝合金）15-连杆（中碳钢）16-飞轮（灰口铸铁）17-曲轴（中碳钢或铸铁）18-油底壳（低碳钢） 引言：引言：1 1、金属材料的性能、金属材料的性能使用性能：使用性能： 指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能能、物理性能和化学性能（耐腐蚀性和抗氧化性等）（耐腐蚀性和抗氧化性等）。工艺性能：工艺性能： 指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、

6、热加工和热处理的性能。工和热处理的性能。2 2、金属材料金属材料力学性能力学性能 包括包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和热处理工艺性能加工性能和热处理工艺性能等。等。 指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、强度、塑性、硬度、冲击韧度硬度、冲击韧度和和疲劳强度疲劳强度等。等。密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性（一）材料的拉伸试验及拉伸曲线（一）材料的拉伸试验及拉伸曲线1 1、oeoe段：直线、弹性变性段：直线、弹性变性2 2、eses段：曲线、弹性变形段：曲线、弹性变

7、形+ +塑性变形塑性变形5 5、b b点：点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。拉伸力达到最大值，试样即将断裂。3 3、s ss s段：水平线（略有波动）明显段：水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。变，试样连续伸长。4 4、sbsb曲线：弹性变形曲线：弹性变形+ +均匀塑性变均匀塑性变形形第一章第一章 金属的力学性能金属的力学性能一、强度一、强度通常多以抗拉强度为基本的强度指标。通常多以抗拉强度为基本的强度指标。强度指

8、材料抵抗塑性变形和断裂的能力。常用的指标有：弹性极限、强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。常用的指标有：弹性极限、屈服强度和抗拉强度。屈服强度和抗拉强度。（一）强度的指标（一）强度的指标1-1 1-1 强度与塑性强度与塑性1、弹性极限、弹性极限e e = = F Fe e/S/S0 0 Fe：弹性变形范围内的最大载荷，（弹性变形范围内的最大载荷，（N） S0 ：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（mm2） 符号：符号： e ：材料能保持弹性变形的最大应力值。：材料能保持弹性变形的最大应力值。设计弹簧和弹性零件时，材料的许用应力不应超过其弹性极限，设计弹簧和弹性零件时，材料的许用应力不应超过其

9、弹性极限，即即许许 e 。3 3、抗拉强度、抗拉强度指试样拉断前所承受的最大拉应力。指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。2 2、屈服强度、屈服强度b = F Fb b/S/S0 0 当材料的内应力当材料的内应力b b时，材料将产生断裂。时，材料将产生断裂。b b常用作脆性材料的选材和设计的依据。常用作脆性材料的选材和设计的依据。 符号：符号： s 材料产生屈服现象时的最小应力材料产生屈服现象时的最小应力s s = = F Fs s/S/S0 0 Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0

10、 ：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（mm2）1-1 1-1 强度与塑性强度与塑性采用韧性材料制造零件时，材料的许用应力不应超过其屈服采用韧性材料制造零件时，材料的许用应力不应超过其屈服点，即点，即许许 s 。二、塑性指标二、塑性指标 塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。断后伸长率和断面收缩率。1 1、断后伸长率、断后伸长率2 2、断面收缩率、断面收缩率指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减

11、量与原始横截面积的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。=(L=(L1 1-L-L0 0)/L)/L0 0 x 100% x 100%L L0 0: :标距（本实验标距（本实验L=100L=100）L L1 1: :拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。=(S=(S0 0-S-S1 1)/S)/S0 0 x 100%x 100%S S0 0: :试件原横截面积。试件原横截面积。S S1 1: :断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。 1-1 1-1 强度与

12、塑性强度与塑性和和 是材料的重要性能指标。数值越大，材料是材料的重要性能指标。数值越大，材料 塑性越好。塑性越好。引言：引言：1 1、定义：、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。有关。2 2、硬度的测试方法、硬度的测试方法 （1 1）布氏硬度）布氏硬度 （2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 （3 3）维氏硬度）维氏硬度 （4 4）肖氏硬度）肖氏硬度第一章第一章 金属的力学性能金属的力学性能1 1、布氏硬度试验、布氏硬度试验（布氏硬度计） 原理原理: :

13、用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面材料表面压痕直径压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。2 2、布氏硬度值、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。表示。 如：120HBS 500HBW4 4、测量范围、测量范围 用于测量用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材

14、料等. .3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2 2）可测的硬度值不高可测的硬度值不高（3 3）不测试成品与薄件不测试成品与薄件（4 4）测量费时，效率低测量费时，效率低1-2 1-2 硬度硬度2221020dDDDF.AFHBS(HBW)凹F F：试验力（：试验力（N N）d d 压痕平均直径（压痕平均直径（ mm mm ）D D：钢球直径（：钢球直径（ mm mm ）硬度值只与压痕直径有关，硬度值只与压痕直径有关，d越大，越大，HBS（HBW）越小，表明材料越）越小，表明材料越软，反之。软，反

15、之。1 1、洛氏硬度试验、洛氏硬度试验（洛氏硬度计） 原理原理: : 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。种压痕硬度试验。 2 2、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。出。如：如：50HRC50HRC 4 4、测量范围、测量范围 用于测量用于测量淬火钢、硬质合金淬火钢、硬质合金等材料等材料. .3 3、优缺点、

16、优缺点（1 1）试验简单、方便、迅速试验简单、方便、迅速（2 2）压痕小，可测成品，薄件压痕小，可测成品，薄件（3 3）数据数据不够准确，应测三点取平均值不够准确，应测三点取平均值（4 4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。不应测组织不均匀材料，如铸铁。1-2 1-2 硬度硬度标尺 压头类型总试验力 kgf 硬度值有效范围 应用 HRA 120金刚石圆锥体(1/16) ” ( 1.588)钢球 600 7088 硬质合金、表面淬火层或渗碳层等 HRB 1000 20100 有色金属、退火、正火钢等 HRC 1500 2070 淬火钢、调质钢等 1 1、维氏硬度试验、维氏硬度试验 原理原理: :用夹角为用夹角为136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度）压入试样表面，测出压痕对角线长度d d。2 2、维氏硬度值、维氏硬度值 用压痕对角线长度表示。用压痕对角线长度表示。如：如：640HV640HV。 4 4、测量范围、测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）测量准确，应用范围广（硬度从