（中职）机械工程材料第一章金属材料的性能教学课件

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,*,*,（中职）机械工程材料第一章 金属材料的性能ppt课件,教学目标,：,1,、掌握金属材料的力学性能。,2,、明确金属材料强度与塑性的测试原理、表示方法及应用。,3,、硬度、韧性的测试原理、表示方法及应用。,机械工程材料,第一章,金属材料的性能,机械工程材料,专题一 金属材料的力学性能,金属材料的力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的抵抗能力。包括：强度、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳强度等。在设计与制造机械设备选用金属材料时，是以力学性能为主要依据。,一、载荷,金属所受的外力称载荷，可载荷分为：,1,、静 载 荷：大小不变或变化缓慢的载荷；,2,、冲击载荷：,在短时间内以较高速度突然增加的载荷；,3,、交变载荷：大小或方向随时间作周期性变化的载荷。,根据载荷作用形式不同，可分为拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转等几种形式。,机械工程材料,专题二 强度与塑性,强度指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂破坏的能力。可分为抗拉强度、抗扭强度、抗压强度、,抗弯强度和抗剪强度等五种形式。它是,通过拉伸试验测得其值得大小的。,强度判据：屈服点（屈服强度）、抗拉强度。,如图,1-2,所示。图中,d,0,为原始试样直径；,L,0,为原始试样的标距长度。标准试样（长试样）：,（,L,0,=10d,0,）；,短试样：,（,L,0,=5d,0,）,。,如,图,1-3,所示,为低碳钢拉伸曲线示意图,1,、拉伸试验及拉伸曲线,常用的强度测定方法广泛使用的是拉伸试验机,如图,1-1,所示。圆柱形拉伸试样。,机械工程材料,图,1-1,拉伸试验机,图,1-2,圆柱形标准拉伸试样,（,a,）拉伸试样,（,b,）试样拉断后示意图,机械工程材料,b,l,F,0,图,1-3,低碳钢拉伸曲线示意图,(k),F,k,F,b,F,s,F,e,S,e,S,=F,S,S,0,2,、,强度指标,（,1,）,屈服点,S,：屈服点（,MPa,）,F,S,：试样屈服时的载荷（,N,）,S,0,：试样原始横截面积（,m m,2,）,对于屈服现象不明显的材料，国家标准规定，用残余应力,0.2,表示，称条件屈服强度。,0.2,=F,0.2,S,0,0.2,：条件屈服强度（,MPa,）、,F,0.2,：试样残余伸长达到,机械工程材料,是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。,（,2,）,抗拉强度,b,：,抗拉强度（,MPa,）、,F,S,：试样拉断前所承受的最大载荷,（,N,）、,S,0,：试样原始横截面积（,m m,2,）,b,=F,b,S,0,3,、塑性,（,1,）断后伸长率,=,（,L,1,-L,0,）,/L,0,100%,：,断后伸长率,%,、,L,1,：试样拉断后对接后的标距长度,0.2%,时的载荷（,N,）、,S,0,：试样原始横截面积（,m m,2,）。,机械工程材料,断后伸长率与断面收缩率是金属材料的两个重要塑性指标，它反映了金属材料塑性变形的能力大小。两者值越大材料塑性越好，反之越差。塑性好的的材料，在受力过大时首先产生塑性变形而不致于突然断裂。因此大多数机械零件除了要求具有足够的强度外。还应具有一定的塑性。,（,2,）断面收缩率,=,（,S,1,-,S,0,）,/S,0,100%,：,断面收缩率,%,、,S,0,：,试样断前原始横截面积,（,mm,2,）、,S,1,：,试样拉断后颈缩处的横截面积,（,mm,2,）。,（,mm,）、,L,0,：试样原始标距长度,（,mm,）,一、硬度,机械工程材料,专题三 硬度、冲击韧性与疲劳强度,D,d,工件,压头：钢球或硬质合金,图,1-4,布氏硬度试验原理图,硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。是衡量金属软硬程度的指标。测定硬度方法最常用的是压入硬度法。,根据被压入程度来测定其硬度值。常用的硬度试验方法有：,布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度,1,、布氏硬度,测试原理：用载荷,机械工程材料,F,把直径为,D,的淬火钢球压试件表面，并保持一定时间，而后卸除载荷，测量钢球在试样表面上所压出的压痕直径,d,从而计算出压痕球面积,S,然后,再计算出单位面积所受的力（,F/S,值），用此数字表示试件的硬度值，即布氏硬度，用符号,HB,表示，布氏硬度试验原理如图,1-4,所示。,D,/,（,D,-,D,2,-,d,2,）,2 F,HBS,(,W,),=,F/S,F:,实验力,（,N,）、,D:,压头球体直径,(mm),、,S:,压痕面积,(mm,2,),、,d:,压痕平均直径,(mm),。,HBS:,表示用淬火钢球做压头、,HBW:,表示用硬质合,金球做压头。,机械工程材料,一般布氏硬度不用计算，而是用专用刻度放大镜量出压痕直径,d,，再通过查布氏硬度值表，即可得到相应布氏硬度值，布氏硬度计,如图,1-5,所示。,图,1-5,布氏硬度计,说明：,（,1,）压头为淬火钢球用,HBS,表示。当数值小于,450,，用于测量有色金属、退火或正火钢件、灰铸铁等材料。,（,2,）压头为硬质合金用,HBW,表示，数值,450,650,。,机械工程材料,生产中一般不用,HBW,来测量材料的硬度。,（,3,）表示法：数字在前、字母在后。如：,200HBS,、,175HBS.,标注时不要写成,HBS=200,，或,HBS=175,，或,500HBS,，不要出现单位；数值差不要超过,30,。,（,4,）,主要用于钢铁及有色金属原材料的检验，也可用于退火、正火钢的硬度性能检验,不宜测量薄件、成品件,因压痕大。,测试原理 用,120,的金刚石圆锥或尺寸很小的淬火钢球作为压头，在一定的压力作用下，压入材料表面，在指示盘上显示出硬度值大小，如图,1-6,所示。,洛氏硬度计如图,1-7,所示,。,因施加压力和压头材料不同共有,A,、,B,、,C,三种,标尺。常用的,2,、洛氏硬度,。,机械工程材料,图,1-6,洛氏硬度试验原理图 图,1-7,洛氏硬度计,是,HRC,表示,没有单位，如,:,HRA,、,HRB,、,HRC,等。,机械工程材料,测试原理 维氏硬度试验原理如图,1-8,所示，与布氏硬度试验原理相同。不同之处在于，维氏硬度采用的压头为对面夹角,136,0,的金刚石正四棱锥体，试验力调整为,5,100 kgf,则被测材料的硬度值用公式表示为,:,HV=F/S=1.8544 F/d,2,。,说明：,（,1,）数字在前、字母在后，如,44HRC,；,36HRC,42HRC,。,（,2,）,HRC,适用范围数值,20,70,；,小于或大于这个范围均为标注错误如：,17HRC,；,75HRC,等。,（,3,）在图纸标注时注意数值差应,5,，否则为标注错误。,（,4,）适用于测量硬度较高的材料，如：淬火钢件、测量成品件或半成品件。因压痕较小。,3,、维氏硬度：,机械工程材料,图,1-8,维氏硬度试验原理图 图,1-9,维氏硬度计,F:,实验力,（,kgf,）；,S:,压痕面积,(,mm,2,),；,d:,压痕对角线平均值,(mm),。维氏硬度计如图,1-9,所示。,二、冲击韧性,机械工程材料,维氏硬度试验由于实验力较小，而且调整的范围宽，可测从极硬到极软的材料。如所得值为,458,，则维氏硬度可写作,458HV,，它主要还用于测定布氏硬度和洛式硬度所不能测的薄形材料零件，如各种渗碳、渗铬、氮化层等。,说明：,金属材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力称冲击韧性。,如：冲床曲轴杆、内燃机连杆、气锤等一些机件在工作中承受的主要是冲击力。,工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功。测试冲击韧性所用的试验机如图,1-10,所示。,机械工程材料,图,1-10,冲击试验机 图,1-11,冲击试验原理示意图,机械工程材料,测试原理 金属材料的冲击韧性是采用一次性冲击试验的方法来确定的。一次性冲击试验，如图,1-11,所示将带,V,型缺口的试样放在试验机的样品座上，试验时摆锤从固定高度自由下摆冲击样品。脆性的材料可能被摆锤冲断；韧性好的材料可能被冲弯折和局部断裂。材料的韧性愈高，冲击过程中吸收的能量愈大，摆锤冲击试样后继续摆动的高度就愈低。冲击韧性（能）的大小用焦耳（,J,）来表示。,k,冲击韧性值（,kJ/m,2,或,J/cm,2,）表示材料的韧性好坏、,A,k,冲击功（焦耳,J,）、,F,试样缺口处的截面积,(,m,2,或,cm,2,),。,A,k,=GH,Gh=G(H,h),则被测材料的冲击韧性值用表示为：,k,=A,k,/F,三、疲劳强度,韧性值与温度有关；在,20,左右可不显脆性，当温度降低后韧性值减小，易脆断。如：碳钢,-,20,以下，易发生脆断。此时的温度称,脆性转变温度。,金属材料在极限强度以下，长期承受交变负荷（即大小、方向反复变化的载荷）的作用，在不发生显著塑性变形的情况下而突然断裂的现象，称为疲劳。,为了防止机械零件的疲劳断裂，在成批生产之前，对重要零件，如汽车上的各种连杆、板弹簧、齿轮等，需作疲劳试验，从而保证使用上的可靠性。,说明：,机械工程材料,