第1章金属材料的力学性能

工程材料及热加工,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,杭州电子科技大学,杭州电子科技大学,机械工程材料及热加工,杭州电子科技大学,2012.9,杭州电子科技大学,授课学时,：,32,学时,1.,金属材料,2.,热处理,3.,常用热加工方法,课程性质：,是一门,综合性、工艺性,很强的课程,课程情况总体简介,课程内容,：,教 材：,机械工程材料与热加工工艺,梁戈 时惠英 编 机械工业出版社,先修课程：,工程制图、材料力学,材料是指人类用以制造各种有用器件的物质。,材料是人类进化的里程碑。,由于材料的重要性，历史学家根据人类所使用的材料来划分时代,：,石器时代,陶器,青铜器,铁器,钢铁（资本主义大工业时期）,合成材料（,20,世纪）,复合材料（,20,世纪,40,年代）,材料与能源和信息并列，称作现代文明的三大支柱。,杭州电子科技大学,材料的发展与人类社会简图,杭州电子科技大学,金属材料（金属键）,陶瓷材料（离子键和共价键，,离子键为主）,高分子材料（共价键、分子键,和氢键，共价键为主）,。,按化学性质分,杭州电子科技大学,机器生产过程,热处理,原材料,毛坯,机器,零件,热处理,铸造,锻压,焊接,装配,切削加工,研究：材料的性能、材料的基础知识、,材料加工的工艺方法。,学习目的：合理地选用材料、合理地选,用热处理方法、妥善地安排工艺路线。,学习方法：理解的基础上加强记忆。,杭州电子科技大学,杭州电子科技大学,第一章 金属材料的力学性能,教学目标,1.1,刚度、强度、塑性,1.2,冲击韧性,1.3,疲劳强度,本章小结,1.4,硬度,杭州电子科技大学,教学目标,1.,了解金属材料的种类；,2.,了解金属材料性能，重点掌握金属材料的机械性能；,杭州电子科技大学,绪 论,(1),1,、工程金属材料,:,包括纯金属与合金,2,、金属材料的基本分类：,金属材料,黑色金属,有色金属,工业纯铁,钢：碳钢、合金钢、特殊性能钢,铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁,铜及其合金,铝及其合金,其他：轴承合金、硬质合金,杭州电子科技大学,绪 论,(2),1,、合金,:,由两种或两种以上的金属元素,(,或金属元素与非金属元素,),组成的具有金属特性的材料,.,2,、金属材料的共同特性,:,较高强度、良好塑性、导电性、导热性、金属光泽等,3,、金属材料本身性能具有：,多样性与多变性,成分,处理,组织,性能的基础,改变性能的手段,性能变化的根据,原因：,杭州电子科技大学,绪 论,(3),金属材料的性能,使用性能,工艺性能,经济性能,物理性能,化学性能,力学,(,机械,),性能,静载特性：,动载特性：,强度,刚度,塑性,硬度,冲击韧性,疲劳强度,铸造性,焊接性,压力加工性,切削性,热处理性,杭州电子科技大学,1.1,强度、刚度、塑性,1.,静载特性,(1).,强度,:,在外力作用下材料抵抗变形和破坏的能力。,杭州电子科技大学,1.2,金属材料的性能,(3),1).,弹性极限,(,e,),表示材料保持弹性变形,不产生永久变形的最大应力,是弹性零件的设计依据。,2).,屈服点,(,s,),表示金属开始发生明显塑性变形的抗力。,铸铁等材料没有明显的屈服现象,则用条件屈服点（,0.2,）来表示,:,产生,0.2%,残余应变时的应力值。,3).,强度极限,(,抗拉强度,b,),表示金属受拉时所能承受的最大应力。,杭州电子科技大学,1.2,金属材料的性能,(4),强度的拉伸试验,杭州电子科技大学,1.2,金属材料的性能,(5),(2).,刚度,:,外力作用下材料在弹性变形范围内抵抗变形的能力,.,E=/,在外力作用下材料产生永久变形而不会破坏的能力,.,(3).,塑性,用伸长率和断面收缩率来表示,:,伸长率,(,):,在拉伸试验中,试样拉断后,标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率,.,断面收缩率,(,):,试样拉断后,缩颈处截面积的最大缩减量与原横断面积的百分比称为断面收缩率,.,杭州电子科技大学,1.2,金属材料的性能,(7),许多机械零件和工具在工作中,往往要受到冲击载荷的作用,如活塞销、锤杆、冲模和锻模等常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。,测得试样冲击吸收功,用符号,A,k,表示。用冲击吸收功除以试样缺口处截面积,S,0,即得到材料的冲击韧度,a,k,。,a,k=,A,k,/,S,0=W(H-h)/,S,0,2.,动载特性,(1).,冲击韧性（,a,k,）,材料抵抗冲击力的能力,杭州电子科技大学,某些材料在低于某个温度时它的冲击韧性大为下降，该温度即为韧脆转变温度或韧脆敏感温度，因此在低温工作的材料必须对此引起重视,杭州电子科技大学,1.2,金属材料的性能,(8),轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等零件，在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力,(,也称循环应力,),。在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作而产生裂纹或突然发生完全断裂的过程称为金属的疲劳。材料承受的交变应力,(,),与材料断裂前承受交变应力的循环次数,(N),之间的关系可用疲劳曲线来表示。金属承受的交变应力越大,则断裂时应力循环次数,N,越少。当应力低于一定值时,试样可以经受无限周期循环而不破坏,此应力值称为材料的疲劳极限,(,亦叫疲劳强度,),，用,-1,表示。,(2).,疲劳强度,材料在多次交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力,杭州电子科技大学,杭州电子科技大学,1.2,金属材料的性能,(6),(4).,硬度：,在外力作用下材料抵抗更硬物压入的能力,.,即受压时抵抗局部塑性变形的能力,一定直径的球体,(,钢球或硬质合金球,),在一定载荷作用下压入试样表面，保持一定时间后卸除载荷，测量其压痕直径,计算硬度值。,布氏硬度值用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力来表示。用符号,HBS(,当用钢球压头时,),或,HBW(,当用硬质合金球时,),来表示,.,优点,:,准确,;,不足,:,不能测太薄和硬度较高材料,1),.,布氏硬度（,HB),杭州电子科技大学,将金刚石压头,(,或钢球压头,),在先后施加两个载荷,(,预载荷,F,0,和总载荷,F,),的作用下压入金属表面。总载荷,F,为预载荷,F,0,和主载荷,F,1,之和。卸去主载荷,F,1,后,测量其残余压入深度,h,用,h,与,h,0,之差,h,来计算洛氏硬度值。,HR=(h0-h)/0.002,h,越大,表示材料硬度越低,实际测量时硬度可直接从洛氏硬度计表盘上读得。根据压头的种类和总载荷的大小洛氏硬度常用的表示方式有,HRA,、,HRB,、,HRC,三种。,2).,洛氏硬度,(HR),优点,:,方便,能测太薄和硬度较高材料,;,不足,:,准确程度差,图示为四种不同材料的应力,-,应变曲线（,14,），试比较这四种材料的抗拉强度、屈服强度（屈服点）、刚度和塑性,杭州电子科技大学,杭州电子科技大学,本章小结,材料的,机械性能,是机械设计中选材的重要依据,