机械制造工程

第一篇工程材料一、材料的分类二、材料的应用情况；三、材料的重要性。概述第一章金属材料的性能教学目的与要求：1.了解材料性能的分类。2.掌握性能参数的获得方法。3.掌握金属材料常用性能指标的名称、代表符号、单位、数值含义。教学内容：

1.材料性能与应用的关系。

2.性能的分类。

3.常用机械性能指标的基本概念。

4.常用机械性能参数的测试方法。

5.拉伸，冲击，硬度实验。重点、难点：重点：常用机械性能指标的名词、代表符号、单位、数值含义。难点：常用机械性能参数的测试原理。概述第一节金属材料的机械性能定义:表示材料承受外力作用的能力，又称为力学性能。最常见实验有:拉伸实验、硬度实验和冲击实验。四大项性能指标:强度、硬度、塑性和韧性。学习思路:定义、符号、单位、数值含义。一、强度拉伸试验试样：图中d0和l0分别为试样在拉伸前的计算直径和计算长度，d和l分别为试样在拉断后的断口直径和计算长度。标准拉伸试样示意图

拉伸试验设备：拉伸试验机kbb—极限载荷点力学拉伸试验过程Fee—弹性极限点sS—屈服点K—断裂点拉伸曲线FFL应力—应变曲线缩颈o拉伸试验的现场录像

根据拉伸试验研究表明，低碳钢在外加载荷作用下的变形过程可分为三个阶段，即弹性变形阶段、塑性变形阶段和断裂阶段。应力—应变曲线的动画过程3、屈服强度（屈服极限）概念：材料抵抗应力作用下，开始发生明显塑性变形，拉力不增加，应变增加，产生屈服现象的最小应力值称为屈服强度。单位：MPa（N/mm2）;表示符号：σs它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。屈服强度——是塑性材料选材和评定的依据。***条件屈服强度概念：某些材料（铸铁等）在做拉伸曲线时和低碳钢不一样，并没有明显的屈服现象(低碳钢和铸铁的应力——应变曲线比较)。鉴于这种情况，我们人为的专门规定，把当试样产生的残余塑性变形量为标距长度的0.2%时所对应的应力值(σ0.2)定为该材料的屈服强度（条件屈服强度）。单位：MPa(N/mm2);表示符号：σ0.2实际意义：一些工程零件(如紧固螺栓)在使用时是不允许发生塑性变形的，因此屈服强度是工程设计与选材的重要依据之一。低碳钢和铸铁的应力——应变曲线比较疲劳极限获得方法：通过旋转弯曲试验方法3、条件疲劳极限

对于钢铁材料，取N=107的循环周次所对应的最大应力为它的σ-1。对于大多数非铁金属及其合金的疲劳曲线上没有水平直线部分。示意图这种情况要根据零件的工作条件及使用寿命确定一个疲劳极限的循环周次，并以此所对应的应力σN作为疲劳极限，亦称条件疲劳极限。一般规定：铸铁取N=107次，非铁金属取N=108次；金属的疲劳曲线二、塑性（一）布什硬度如图所示：布氏硬度测试原理图HBS(HBW)=P/F=0.102式中：P和F分别是载荷和压痕面积。

三、硬度概念：硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量金属软硬的判据。常用方法：通常用布氏硬度、洛氏硬度等来表示材料的硬度。布什硬度的表示方法硬度值的标注方法如下：硬度值

硬度代号

压头直径D/载荷P/保荷时间T如：150HBS10/3000/30500HBW5/750表示用直径10mm的淬火钢球压头，在3000kgf载荷作用下保荷时间为30秒所测得的布氏硬度值为150。表示用直径5mm的硬质合金球在750kgf载荷作用下保荷时间为10~15秒所测得的布氏硬度值为500。（二）洛氏硬度如图所示为洛氏硬度测试原理图。HR=K-e/0.002式中：HR为洛氏硬度代号；K为常数，当采用金刚石圆锥压头时K=100，用淬钢球压头时K=130。

洛氏硬度测试现场录像洛氏硬度的表示方法

硬度值

硬度代号如：60HRC表示用金刚石圆锥压头，载荷为150kgf所测得的硬度值为60。（三）布氏硬度与洛氏硬度的比较与选用共同点与不同点布什硬度和洛氏硬度特点比较：1、测定准确性布什大于洛氏2、测量范围洛什大于布氏3、测量效率洛什大于布氏4、应用对象布什硬度：主要用于原材料、毛坯和半成品的硬度的单件、小批测量。不适合于测量厚度太小和成品零件的硬度。洛氏硬度：不仅可以用于测量原材料、毛坯和半成品的硬度，也可以用于测量成品的硬度，不仅可以用于单件、小批测量，也可以用于大批量测量。四、冲击韧度概念：冲击韧度表示材料抵抗冲击载荷作用的能力，并以冲断试样每单位面积所消耗的功来表示。αk=Ak/F=G(H-h)/F(J/m²)第二节金属的物理性能和化学性能一、物理性能

1.导热性常用导热系数λ来评价，λ值愈大，导热性愈好，它对加工和使用都有很大的影响。2.热胀冷缩性用线膨胀系数或体积膨胀系数来评价。线膨胀系数或体积膨胀系数愈大，材料的尺寸或体积随温度升高而增大愈多，随温度降低而减少愈多，不仅对零件的使用有很大影响，而且影响零件的加工。二、化学性能

化学性能是指金属在室温或者高温抵抗各种介质化学作用的能力，即化学稳定性。1.抗氧化性

2.抗腐蚀性本章小节

本章的主要内容为三个实验：拉伸实验、硬度测试、冲击实验；通过三个实验可以掌握材料主要性能指标：强度、硬度、塑性、韧性的基本概念、单位及其获得方法。通过本章的学习，应了解材料性能的分类、掌握性能参数的获得方法以及金属材料常用性能指标的名称、代表符号、单位、数值含义。