机械制造基础 课件 1.1 金属材料常用力学性能指标

主要内容及要求：掌握常用力学性能指标、符号含义、应用及测定方法；熟悉铁碳合金相图及其应用；掌握钢的热处理的基本概念、工艺及其应用熟悉常用金属材料的热处理工艺、性能特点及应用；重点、难点：

1.强度、塑性、硬度、韧性等力学性能指标；

2.铁碳合金的分类、组织和性能特点；

3.普通热处理工艺、表面淬火、渗碳、渗氮及应用；

4.常用钢铁材料的热处理工艺、性能特点及应用。第1章金属材料及热处理主要内容及要求：理解常用力学性能的含义；掌握主要的力学性能指标，熟悉有关术语、符号含义及应用场合，了解其测定方法.重点：材料的强度、塑性、硬度、冲击韧性、等。1.1金属材料常用力学性能指标第1章金属材料及热处理材料的性能定义:材料在使用和加工过程中表现出来的特性。分类:材料的性能疲劳性能使用性能工艺性能物理化学性能力学性能强度塑性硬度韧性耐磨性铸造性能锻造性能焊接性能切削加工性能热处理性能

在静载荷下强度、塑性硬度：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度在冲击载荷下冲击韧性在交变载荷下疲劳强度材料的力学性能：指材料在外力的作用下所表现出来的特性。载荷材料在外力作用下的变形与失效！？？1.1金属材料常用力学性能指标一、刚度、强度和塑性

强度

指材料在外力的作用下，抵抗变形和断裂的能力。

塑性指材料在外力作用下产生永久塑性变形而不破断的能力。刚度：工程上，常把零件或构件抵抗弹性变形的能力称

为刚度，其大小与材料的弹性模量E有关。E值越大，

刚度越大，合金化或热处理强化对材料的弹性模量E值

影响不大。因此，对同一种类材料，提高零件或构件

刚度的有效途径是改变其截面形状或尺寸。（举例）标准拉伸试样长试样：短试样：测试方法－静载拉伸试验力—伸长曲线FesbkLFsFbO屈服弹性变形颈缩断裂开始塑性变形缩颈现象1.强度指标屈服强度：材料在屈服时(发生微量塑性变形）的应力值。

抗拉强度Rm：材料在断裂前所能承受的最大应力值。

弹性极限Re：试样保持纯弹性变形的最大应力值。

力—伸长曲线FesbkLFsLFbO下屈服强度：物理意义：表征材料在每个变形阶段的应力极限值。1.强度指标低碳钢的应力-延伸率曲线图（R-e曲线图）ReH－上屈服强度ReL－下屈服强度强度是零件

设计和选材的主要依据

当零件所受的工作应力：R<Re

时，材料只产生弹性变形；Re

<R<ReL时，材料除发生弹性变形外，还发生微量塑性变形；ReL

<R<Rm

时，材料将产生明显塑性变形；

R>Rm

时，零件将产生裂纹，最终断裂。2.塑性指标断面收缩率：指试样被拉断后，横截面积的相对收缩量，用Z（旧标准用Ψ）表示

。断后伸长率：指试样拉断后的相对伸长量，用A（旧标准用δ）表示。生产中，为了提高安全性，都要求零件具有一定的塑性。一般，伸长率达5％或断面收缩率达10％的材料，即可满足大多数零件的使用要求。

说明：

A、Z值越大材料的塑性越好

2.塑性指标常用测量方法--静载压入法定义：指材料表面抵抗局部塑性变形或破坏的能力，是表征材料力学性能的综合参量。

一般，硬度强度耐磨性塑性二、硬度1.布氏硬度HB压头硬质合金球符号

HBW范围450≤HBＷ≤650应用布氏硬度值在450~650HBＷ的材料。例如，退火和正火态钢、铸铁、有色金属等软材料的硬度。

布氏硬度实验原理用一定直径的压头（球体），以相应试验力压入待测表面，并保持规定时间，卸载后，测量材料表面压痕直径，以此计算出硬度值。压头工件布氏硬度值的表示方法硬度值放在HBW符号之前；符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷大小和载荷保持时间。例如:

120HBW10/1000/30保荷时间30s载荷1000kgf（9807N）钢球直径为10mm布氏硬度值为120布氏硬度特点优点：缺点：应用：压痕大，测量误差小，数据稳定，重复性强。压痕面积较大，测量费时。不适于测量成品零件或薄件的硬度。常用于测量较软材料，如灰口铸铁、有色金属、退火和正火态钢材的硬度。实验原理：用锥顶角为120°的金刚石圆锥体或直径1.588mm的淬火钢球，以相应试验力（预载荷＋主载荷）压入待测表面，保持规定时间,卸载后（卸除主载荷），测量的残余压痕深度增量，计算出硬度值。2.洛氏硬度HRK为常数，金刚石压头时，K＝0.2mm淬火钢球压头时，K＝0.26mm1-1加预载荷

P0

h12-2加总载P0＋P1

h23-3卸主载荷P1

h3测得残余压痕深度增量:

h=h3-h100112332h1h2hh3洛氏硬度的特点及应用优点：操作简单，方便，压痕小，测量范围大，可用于测量较薄件和成品件。缺点：精度较低，不同标度的硬度值不能比较，不适于测量组织不均匀材料。应用：洛氏硬度符号压头类型总试验力/N应用举例HRC120º金刚石圆锥体1471调质态钢、淬火态钢等HRBＷ直径Φ1.5875mm球Ｗ＝碳化钨合金980.7有色金属、铸铁、退火和正火态钢等HRA120º金刚石圆锥体588.4硬质合金等洛氏硬度值的表示

70~85HRA25~100HRBＷ20~70HRC例如：50HRB>45HRC〤HRA、HRBＷ、HRC分别测得的硬度，不可直接比较大小。3.维氏硬度HV压头：锥面夹角为136º的金刚石正四棱锥体。实验原理：以一定的试验力，将压头压入试样表面，保持一定时间卸载后，在试样表面留下一个四方锥形的压痕，测量压痕两对角线长度，以此计算出硬度值。

维氏硬度表示方法与布氏硬度基本相同，在后面要标注试验条件—试验力和保持时间（10~15秒时不标出）举例：

580HV30：表示用30kgf(294.2N)试验力保持10~15秒测定的维氏硬度值为580。维氏硬度的特点及应用优点：测量精确，压痕小，载荷大小可调，能测从软到硬的各种材料以及薄件，并统一比较硬度值。缺点：操作较麻烦，测量效率低。不宜用于成批生产时的常规检验。

应用：主要用于测量薄件、表面硬化层和经化学热处理零件的硬度，如渗碳层、电镀层等。三、冲击韧性

定义：在冲击载荷作用下，材料抵抗破断的能力。测定方法：一次摆锤冲击试验法

衡量指标：冲击韧性（ak）

物理意义:

试样在冲断时，单位横截面积上所消耗的冲击功AK

，单位为J/cm2

aK值越大，表示材料的冲击韧性越好。

一次摆锤冲击试验冲击韧性：冲击功：应用评价材料冶金质量和锻造及热处理的缺陷；与屈服强度结合用于一般零件抗断裂设计；测量材料的韧脆转变温度。T℃↓