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文档简介
工程设计与加工工艺所需要的材料性能一、整机性能、零部件性能与材料性能的关系材料的强度及其它力学性能零部件尤其关键件的强度机器的性能在合理设计
制造基础上零件部件机器如变速器ִ、齿轮箱如齿轮、螺钉如机床二、工程材料力学性能1.拉伸试验和应力—应变曲线新颖弹性变形——
塑性变形——
断裂拉伸机示意图低碳钢的应力-应变图2.弹性和刚度σe—弹性极限σ∝εσ=E·εE=σ/εE—弹性模量弹性模量的比较陶瓷>金属>>高分子材料3.工程应用:要求低E:易弹性变形且变形能力大要求高E:保持固有形状能力强要求比刚度(E/ρ)大:轻而不易变形碳纤维复合材料>Ti合金>Al合金>>钢铁3.强度和塑性强度——材料抵抗变形和断裂的能力。屈服强度:σs(σ0.2)=Ps/F(MPa)抗拉强度:σb=Pb/F比强度:σs/ρ及σb/ρ,单位质量的强度塑性——材料产生塑性变形的能力延伸率:δ=(l1-l0)/l0×100%断面收缩率:ψ=(F0-F1)/F0×100%塑性不能直接作为设计指标,但可作为参考指标。4.硬度材料的软硬程度,用压痕深度或面积表征。★
布氏硬度★洛氏硬度★维氏硬度布氏硬度实验示意图维氏硬度实验示意图优点缺点布氏硬度
压痕面积大,能反映较大范围的组成的平均性能,数据稳定,准确,重复性强。压痕直径测量麻烦,不适于成品、薄件洛氏硬度
硬度值可直接读出,简便,压痕小,可在关键表面进行实验。代表性差维氏硬度
压痕清晰,数据准确可靠,载荷小,压痕浅,适合薄件、表面层,且软硬材料均适用,范围广。硬度值测定麻烦测定硬度方法的优缺点①压痕深或面积大,材料软;反之硬。②测量方便,一般属无损检测。③硬度与强度、塑性存在一定的关系。硬度是零件设计时的主要力性技术要求④零件中、高硬度要求时,用洛氏硬度,30~70HRC
标注公差3~5HRC
零件中、低硬度要求时,用布氏硬度,100~
450HBS
标注公差30~50HBS
如60~63HRC,235~265HBS等,另1HRC≈10HBS,
如400HBS≈40HRC。(5)冲击韧性材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。夏氏冲击试验示意图冲击功高,韧性材料如钢筋;冲击功低,脆性材料如玻璃、陶瓷、铸铁。部分材料室温韧性好、低温变脆—存在延性—脆性转折。不同材料冲击韧性与温度关系曲线示意图(6)疲劳强度周期变动应力下的材料强度。σ>σb
一次寿命σ>σ-1有限寿命σ<σ-1
无限寿命。σ-1=(0.45~0.55)σb疲劳曲线示意图(7)断裂韧性四、工程材料的工艺性能
材料加工成形的难易程度,不同材料很不一样。所以加工方法各不相同。1.金属铸造工艺性:充型能力、收缩大小、偏析倾向等灰铸铁、青铜好。可锻性:变形能力、变形难易等低碳钢、有色金属好。可焊性:易施焊且不易产生缺陷等钢铁材料中低碳钢可焊性好。切削加工性:断屑、粗糙度、刀具磨损等灰铸铁好。热处理工艺性:接受淬火、变形开裂倾向等合金钢好。2.塑料多注射(塑)成形,易成形,易加工。3.陶瓷多粉末烧结成形,难以切削加工。典型铸造工艺示意图A典型铸造工艺示意图B典型焊接工艺示意图A典型焊接工艺示意图B典型焊接工艺示意图C典型塑性加工工艺示意图轧制与铸造的金属棒材组织差异示意图1.3工程材料类型及主要特征一、分类1.按使用功能分类:结构材料实现运动、传递运动,承担力、负荷为主(机械工程等)。功能材料利用其理化功能为主,力学性能为辅(导电材料、磁盘、光纤等)。2.按成分分类三大类或四大类材料(加复合材料)。二、各类材料的特征金属材料优点:兼有良好力性(较高强度、刚度、塑性、韧性)及某些理化性能(良好导电、导热性等)和较好的工艺性,价格便宜或适中。大量用作结构材料,部分用作功能材料。缺点:资源有限;特高温及特殊介质中不能胜任。陶瓷材料优点:优良理、化性能(耐蚀、光、电、热学性能,绝缘性能等)及极好的耐高温性能,且原料来源广泛。主要用在特殊场合(特殊陶瓷)及日常(传统陶瓷)。缺点:性脆、难加工,可靠性差。高分子材料优点:较高弹性、耐磨性、绝缘性、抗腐蚀
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