课题二 机器零件材料及强度

1、石静石静上海信息技术学校课题二课题二 机器零件材料及强度机器零件材料及强度n材料是机器的物质基础材料是机器的物质基础n金属材料的性能是选择材料的主要依据金属材料的性能是选择材料的主要依据n掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能，才能更合理地使用金属材情况下应具备的性能，才能更合理地使用金属材料，充分发挥其作用。料，充分发挥其作用。1.1.物理性能：物理性能：2.2.化学性能：化学性能：3.3.力学性能：力学性能：4.4.工艺性能：工艺性能：任务一任务一 金属材料的性能金属材料的性能1.金属材料的物理性能金属材料的物理性能（1）密度）密

2、度:（2）熔点）熔点:（3）导电性）导电性:（4）导热性）导热性:（5）热膨胀性）热膨胀性:（6）磁性）磁性: （1）抗氧化性）抗氧化性: （2）耐腐蚀性）耐腐蚀性: （3）化学稳定性）化学稳定性 : 2.金属材料的化学性能金属材料的化学性能3.金属材料的力学性能金属材料的力学性能（1）强度）强度n强度：材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。强度：材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。n载荷：机械零件在使用和制造过程中受到的外界作载荷：机械零件在使用和制造过程中受到的外界作用力。用力。从性质上载荷可分为从性质上载荷可分为3种。种。 静载荷：指大小、方向不变或变化缓慢的载荷 冲击载荷：指突然

3、增加的载荷，如锤击时铁片所受的载荷 交变载荷:指大小、方向周期性变化的载荷，如汽车行驶时受阻，板簧就受到交变载荷。 载荷的作用方式载荷的作用方式：拉伸、压缩、弯曲、剪切：拉伸、压缩、弯曲、剪切 强度可分为：强度可分为：抗拉强度抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、剪强度、（2）塑性：金属材料在静载荷作用下，产生塑性变）塑性：金属材料在静载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。形（永久变形）而不破坏的能力。指标为：指标为： 伸长率：伸长率：%100001 lll %100010 FFF 断面收缩率：断面收缩率：断裂后拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象五五

4、硬硬 度度布氏硬度布氏硬度HB 洛氏硬度洛氏硬度HR 维氏硬度维氏硬度HV（3）硬度）硬度:是指材料抵抗是指材料抵抗其它硬物体压入其表面的其它硬物体压入其表面的能力。能力。常用测量硬度的方法常用测量硬度的方法布氏硬度布氏硬度HBHB布氏硬度用试验力除以压痕表面积的布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。商来计算。 )(2102. 022dDDDPHB 布氏硬度计布氏硬度计 n压头为钢球时压头为钢球时，布氏硬度用符号，布氏硬度用符号HBS表示，适用于表示，适用于布氏硬度值在布氏硬度值在450以下的材料。以下的材料。n压头为硬质合金球时压头为硬质合金球时，用符号，用符号HBW表示，适用于布表示，

5、适用于布氏硬度在氏硬度在650以下的材料。以下的材料。l符号符号HBS或或HBW之前的数字表示之前的数字表示硬度值硬度值, 符号后面的数字按顺序分符号后面的数字按顺序分别表示球体直径别表示球体直径、载荷及载荷保载荷及载荷保持时间。持时间。如如 120HBS10/1000/30 表表 示直径为示直径为10mm的钢球在的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷）载荷作用下保持作用下保持30s测得的布氏硬度值为测得的布氏硬度值为120。布氏硬度压痕布氏硬度压痕洛氏硬度洛氏硬度l洛氏硬度是以顶角为洛氏硬度是以顶角为120120的金刚石圆锥体的金刚石圆锥体 或直径为或直径为1.5881.588的淬火钢

6、球作压头，的淬火钢球作压头， 以规定的试验力使其压入试样表面。以规定的试验力使其压入试样表面。l试验时，先加初试验力，然后加主试验力。试验时，先加初试验力，然后加主试验力。l压入试样表面之后卸除主试验力，压入试样表面之后卸除主试验力， 在保留初试验力的情况下，根据试样表面压痕深在保留初试验力的情况下，根据试样表面压痕深 度，确定被测金属材料的洛氏硬度值。度，确定被测金属材料的洛氏硬度值。洛氏硬度洛氏硬度h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度计n洛氏硬度用符号洛氏硬度用符号HR表示，表示，HR=k-(h1-h0)/0.002n根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用

7、的根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为标尺为A、B、C。 n符号符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。lHRA用于测量高硬度材料用于测量高硬度材料, 如硬质如硬质合金、表淬层和渗碳层。合金、表淬层和渗碳层。lHRB用于测量低硬度材料用于测量低硬度材料, 如有色如有色金属和退火、正火钢等。金属和退火、正火钢等。lHRC用于测量中等硬度材料，如调用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。质钢、淬火钢等。l洛氏硬度的优点：洛氏硬度的优点：操作简便，压痕操作简便，压痕小，适用范围广。小，适用范围广。l缺点：缺点：测量结果分散度大。测量结果分散

8、度大。钢球压头与钢球压头与金刚石压头金刚石压头洛氏硬度压痕洛氏硬度压痕（4）韧性）韧性n是指材料在冲击载荷作用下是指材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。抵抗破坏的能力。l指标为冲击指标为冲击韧性值韧性值ak(通通过冲击实验过冲击实验测得测得)。TITANIC建造中的建造中的Titanic 号号TITANIC的沉没的沉没与船体材料的质量与船体材料的质量直接有关直接有关Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果的冲击试验结果Titanic近代船用钢板近代船用钢板（5）疲劳强度）疲劳强度n疲劳是材料在低于许用应力疲劳是材料在低于许用应力的重

9、复交变应力作用下发的重复交变应力作用下发生断裂的现象。生断裂的现象。n金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度。应力称为疲劳强度。n当施加的交变载荷为对称循环载荷时，所得疲劳强度当施加的交变载荷为对称循环载荷时，所得疲劳强度用用 -1表示。表示。n承受交变载荷的机器或零件需选择疲劳强度较好的材承受交变载荷的机器或零件需选择疲劳强度较好的材料，如：料，如：轴、齿轮、弹簧。轴、齿轮、弹簧。4.金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能是指金属材料是否易于加工成优良的机械零件或零件毛是指金属材料是否易于加工成优良的机械零件或零件毛坯的性能

10、。坯的性能。（1）铸造性：）铸造性：金属材料能否用铸造的方法获得合格铸金属材料能否用铸造的方法获得合格铸件的功能。件的功能。 短片短片 （2）锻压性：）锻压性：金属材料在压力加工时，能改变形状而金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的功能。不产生裂纹的功能。（3）切削加工性：）切削加工性：指金属材料被刀具切削加工后而称指金属材料被刀具切削加工后而称为合格工件的难易程度。为合格工件的难易程度。（4）焊接性：）焊接性：金属材料是否易于用焊接方法生产出优金属材料是否易于用焊接方法生产出优良焊件的性能。良焊件的性能。举例说明金属材料的工艺性能和使用性能举例说明金属材料的工艺性能和使用性能n举例一

11、：低碳钢焊接性好，但其强度、硬度却没有高碳钢好n举例二：灰铸铁最适合铸造，大多数机床、设备的机座、立柱等，都是灰铸铁材料的。n举例三:低碳钢、中碳钢（包括其合金钢）材料最适合锻造，大多数的批量生产的齿轮、轴等重要零件，都是用这种材料锻造毛坯的。n 举例四:低碳钢材料焊接性能最好。中碳钢焊接性就开始变差了，汽车车身等焊接件均为低碳钢及其合金钢。任务二任务二 机械零件的强度机械零件的强度n强度是零件应满足的基本要求。强度是零件应满足的基本要求。n零件强度是指零件受载后抵抗断裂、塑性变形和表面零件强度是指零件受载后抵抗断裂、塑性变形和表面失效的能力。失效的能力。n为了满足零件要有足够的强度，必须使零件在受载后为了满足零件要有足够的强度，必须使零件在受载后的工作应力的工作应力不超过零件的许用应力不超过零件的许用应力 。其表达式为。其表达式为 或或 =F/A 式中式中F是载荷，是载荷，A是截面积，是截