绪论及力学性能

机械制造基础湖北汽车工业学院材料工程系金工教研室鲍中美电话号码：8260383一.教材及参考书教材:

《金属工艺学》(上、下册)邓文英郭晓鹏主编(第五版)

高等教育出版社参考书:

1.《材料成形及机械制造基础》

童幸生、徐翔主编华中科技大学出版社

2.《材料成形学》李新城主编机械工业出版社

3.《机械制造学》王贵成主编机械工业出版社二.教学要求课前应学完《机械制图》、《金工实习》。作业:每3周交1次认真学习，准时上课，有问题及时和老师沟通。三.成绩评定:总成绩=30%平时成绩(出勤、作业等)+70%试卷成绩

1.金属材料的基本知识8学时

2.铸造

7学时

3.金属塑性加工7学时

4.焊接7学时

5.切削加工10学时合计：39学时四.课程内容

绪论一、本课程的性质是研究有关制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课。二、本课程的任务主要研究：各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系；金属零件的加工工艺过程；常用金属材料性能对加工工艺的影响；工艺方法的综合比较等。三、

学习方法市场信息设计方案设计技术经济评估图纸设计工艺毛坯制造铸造塑性加工(锻造.冲压焊接轧制.拉拔等)

热处理等零件加工切削加工(机械加工.钳工

)特种加工(电火花加工.激光加工.超声波加工等)零件装配调试产品销售市场信息反馈四.机械制造过程-汽车变速箱铸造.MPG铸造产品模座缸体电机壳曲轴铸造产品冲压产品轴套轴刀具皮带轮切削加工产品激光加工产品过日子离不开材料，使用任何一种技术更离不开材料。第一篇金属材料的基本知识材料是一切事物的物质基础材料、能源、信息技术是现代文明的三大支柱一种新技术的实现，往往需要新材料的支持一、工程材料二大类:

１、金属材料；如：钢铁、铜合金、铝合金等。２、非金属材料；如：高分子材料(包括:塑料、橡胶、尼龙等)；陶瓷材料；复合材料等。二、材料性能:

包括:使用性能和工艺性能１、使用性能:力学性能、物理性能、化学性能。力学性能:

材料在受到外力作用下所表现出来的性能。如：弹性、塑性、强度、硬度等。第一篇金属材料的基本知识三、合金:▬是以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，经过熔炼或烧结而制成的具有金属特性的材料。１、钢铁：

1）碳素钢如：T8、T10A、45等

2）合金钢如：9Crsi、w18Cr4v、65Mn等

3）铸铁如:HT250、HT300等

2、铜合金

<黄铜(Cu+Zn)、青铜等>3、铝合金

<铝硅合金、铝镁合金、铝铜合金、铝锌合金>一、强度与塑性:

拉伸试验.avi设备：拉伸试验机试样：GB/T228-1987第一章金属材料的主要性能

第一节金属材料的力学性能

F

F

拉伸曲线（拉伸图）o应力σ

：试样单位横截面上的拉力。

F拉力(N) σ=——(Mpa)

A

0

原始横截面积(mm2)应变ε：试样单位长度上的伸长量。

Δ

L

伸长量(mm)

ε=——

L0

原始标距长度(mm)

应力－应变曲线（σ-ε曲线）:形状和拉伸曲线相同，单位不同应力－应变曲线（σ-ε曲线）:1.强度:

材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。种类:

抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。

(1)屈服点

(或屈服强度):

试样产生屈服时的应力.

Fs

σs

=

(MPa)

A0试样屈服时所承受的最大载荷(N)试样原始截面积(mm2)(2)抗拉强度：试样在拉断前所能承受的最大应力。它表示材料抵抗断裂的能力。是零件设计的重要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。

F

b

试样拉断前所承受的最大载荷(N)

σb

=

(MPa)

A

0

试样原始截面积(mm2)

对于没有明显屈服现象的金属材料，工程上规定以试样产生0.2%塑性变形时的应力，作为该材料的屈服点。

F0.2

σ0.2

=

(MPa)

A0

试样原始截面积(mm2)试样产生0.2%塑性变形时的载荷(N)σ0.2：试样产生塑性变形0.2%时的应力试样产生0.2%塑性变形2、塑性:▬材料在力的作用下，产生不可逆永久变形的能力。(1)伸长率:试样拉断后标距的伸长量Δ

L

与原始标距L0

的百分比。

L１-

L0

δ=———

×100%

L0

(2)断面收缩率:

试样拉断后，缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积A0的百分比。

A0-A

1

ψ=———

×100%

A0说明：δ、ψ值愈大，表明材料的塑性愈好。δ<2~5% 属脆性材料δ≈5~10% 属韧性材料δ>10% 属塑性材料布氏硬度HB洛氏硬度HR二.硬度:

▬材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕、划痕的能力。常用测量硬度的方法1.布氏硬度HB布氏硬度计

符号HBS表示钢球压头测出的硬度值，如:120HBS

HBW表示硬质合金球压头测出的硬度值。被测金属加载卸载压头布氏硬度的特点及应用：布氏硬度因压痕面积较大，其硬度值比较稳定。但由于压痕较大，不适于成品检验。通常用于测定灰铸铁、非铁合金及较软的钢材。2.洛氏硬度HRCh1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度的特点及应用：

测试简便、且压痕小，几乎不损伤工件表面，可用于成品检验。但由于其压痕较小，所测硬度值的重复性差。用于测定表面材料（20～70HRC）三.

韧性:

▬金属材料断裂前吸收的变形能量的能力称作韧性。常用冲击韧度αk

表示采用摆锤冲击试验机测定。用冲击试验测定冲击韧度：

AK－冲断试样所消耗的冲击功．J

αk

=(J/cm²)

S

－试样缺口处的横截面积．cm²冲击韧度αk

：

试样缺口处单位截面积上所吸收的冲击功。四.疲劳强度:

承受循环应力的零件发生断裂时，其应力往往低于该材料的强度极限，这种断裂称疲劳断裂。1943年美国T-2油轮发生断裂应力随时间作周期性变化━称循环应力（或交变应力）。周期性载荷称疲劳载荷材料所承受的循环应力（σ）与其断裂前的应力循环次数（N）可用疲劳曲线表示。

疲劳曲线疲劳强度－材料在无数次循环应力作用仍不发生疲劳断裂的最大应力。

用σ-1表示疲劳试验得到:钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:

σ-1=(0.45～0.55)σb五、弹性和刚度弹性:金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。1.弹性极限:

Fe弹性极限载荷(N)

σe=(Mpa)

A0

试样原始横截面积(mm2)2.刚度：材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。弹性模量：弹性变形下应力与应变的比值，即：

E=σ/ε

材料的E越大，刚度越大。六.比强度:

材料的强度值与密度值之比。名称密度(g/cm3)强度(Mpa)比强度纯铝2.780～10030～37纯铁7.87180～28023～36纯钛4.5405～50090～111几种常用金属材料的力学性能

牌号力学性能应用σb/MPaσs

/MPaδ%HBSHRCαk/

J/Cm2Q23540023526工程结构45钢6101622955轴、杆ZG310-570570310153铸钢件ZAlSi2143450活塞HT250250气缸体QT700-27004202270曲轴

1:拉伸试样的原始标距长度为50mm，直径为10mm，经拉伸试验后，将已断裂的试样对接起来测量，最后的标距长度为71mm，缩颈区的最小直径为4.9mm，试求该材料的伸长率和断面收缩率的值？2:某工厂买回一批材料（要求：бs≥230MPa；бb≥410MPa；δ5≥23%；ψ≥50%）．做短试样（L0=5ｄ0

；ｄ0=10mm）拉伸试验，结果如下：FS=19KN，Fb=34.5KN；L１=63.1mm；d１=6.3mm；问买回的材料合格吗？课堂练习题题1:解：δ=[（71-50）/50]x100%=42%A0=3.14x(10/2)2=78.5(mm2)A1=3.14x(4.9/2)2=18.85(mm2)Ψ=[(A0-A1)/A0]x100%=76%题2:解：根据试验结果计算如下：бs＝Fs／A0＝(19x1000)/(3.14x52)=242＞230MPa бb

＝Fb／A0＝(34.5x1000)/(3.14x52)=439.5＞410MPa δ５＝[ΔL／L0]x100%＝[(63.1-50)/50]x100%=26.2%＞23%

ψ＝