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1、主讲：江星莹 联系方式： Cell：18960871818 QQ：40341178 Email：fzujxy 序号评评定条目评评定标标准（开课课前公布） 1 出勤成绩 (8分) （1）每次课间签到，全勤得8分； （2）缺勤1次，扣1分； （3）发现代签扣4分； （4）无故旷课8次以上，取消本课程成绩。 2 作业成绩 （12分） 每次作业A或B得2分，C以下得1分，缺交0分，补交得1分 ，作业雷同者均以0分计。 3 实验成绩 （10分） 每个实验A或B得5分， C得4分,D得3分，E得2分，缺席0分 。 4 期末笔试成绩 （70分） 依据卷面成绩按70%折算。 5 奖励分 （5分） 主动参与课堂
2、讨论并答对问题每次奖1分，最多奖励5分； 注：包括奖励分在内，期末总评成绩封顶100分。 课 程 内 容 金属材料及其应用 金属材料成形 非金属材料及其成形 工程材料设计 引： 热处理热处理 机械制造的一般生产过程 ： 工程材料成形（半成品 ） 精加工机械零件 装配使用 一、材 料 制造物品所需的原料。 经过某种加工（开采、运输），具有一定的组分、结 构和性能，适用于一定用途的物质。 材料的利用和发展构成了人类文明史的里程碑。 材料、信息和能源是现代科技的三大支柱。 二、工程材料及分类 工程技术中应用的材料，工程机械装备的重要构成。 分类：金属（钢铁、非铁） 非金属（塑料、陶瓷） 复合材料 尼
3、龙齿轮 镁合金汽车轮毂 三、成形技术 通过一定工艺、手段使材料具备某种形状，以便加工 成装备部件的方法。 液态成形、塑性成形、连接成形 四、课程的学习要求四、课程的学习要求 能根据机器零件的形状尺寸、使用条件和技术要求 ，合理选择材料，确定科学的成形方法，拟定经济的制 造工艺。 例：齿轮 金属材料及其应用 金属材料的主要性能 金属材料的组织结构 钢铁材料的改性处理 钢铁材料的应用 非铁金属材料及应用 第 一 篇 第一章 金属材料的主要性能 （1）使用性能： 力学性能 物理性能 化学性能 （2）工艺性能： 切削加工性能 液态成形性能 塑性成形性能 焊接成形性能 材料的性能：使用性、工艺性 第一节
4、 金属材料的力学性能 力学性能：金属在外力作用下所表现出的性能。 加载方式加载方式 加载速度加载速度 加热环境加热环境 强度强度 硬度硬度 塑性塑性 韧性韧性 疲劳强度疲劳强度 一、强度 概念：外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。 抗拉强度拉应力 抗压强度压应力 抗弯强度弯曲应力 抗扭强度扭转应力 抗剪强度剪切应力 类型？ 疲劳强度循环、交变应力 高温强度高温环境 低温强度低温环境 15 1、材料拉伸时的力学性能静力拉伸试验 （一）试验条件及试验仪器（一）试验条件及试验仪器 1、试验条件：常温(20)；静载（极其缓慢地加载）； 2、试验对象：标准试件圆棒型、板件标准试样 。 d h 16 标准
5、试件：圆截面试件 ， 长试样 短试样 标准试件：板试件 长试样 短试样 17 试验设备：万能试验机 详见国家标准 金属材料 室温拉伸 试验方法（GB/T 228）,该标准详细规 定了实验方法和各项 要求。 18 材料试验机 An universal testing machine 20 测量变形的传感器 硬塑料的物性关系曲线 21 （二）低碳钢试件的拉伸图(PL图) O1O2 f1(f) (MPa) 200 400 0.10.2O a E=tga c(s下) (e) a b(s上) B(b) k 冷作硬化 线弹性阶段 屈服阶段 强化阶段 低碳钢拉伸应力应变曲线 颈缩阶段 d （三） 低碳钢 试
6、件的 应力- 应变曲 线( - 图) 23 (1) 低碳钢拉伸的弹性阶段 (oa段) 1、op - 比例段: p - 比例极限 2、pe -曲线段: e - 弹性极限 a b 24 (2) 低碳钢拉伸的屈服(流动）阶段 (bd 段) 滑移线 25 、卸载定律： 、-强度极限 、冷作硬化： (3)低碳钢拉伸的强化阶段 (dB 段) 点击图标播放 26 卸载规律：试样加载到超过屈服强度后卸载，卸 载线平行OP；若再次加载，加载线沿卸载线上升 ，因此加载的应力应变关系符合虎克定律。 冷作硬化：材料被预拉到强化阶段，然后卸载， 当再次加载时，比例极限提高但使 塑性降低的现象称为冷作硬化。 如经冷拉处理
7、的钢筋 27 1、延伸率: 2、截面收缩率： 3、脆性、塑性及相对性 (4)低碳钢拉伸的颈缩（断裂） 阶段 (B f 段) 屈服极限： 抗拉强度： e，E 1）弹弹性阶阶段 2）屈服阶阶段 3）强化阶阶段 2、强度指标 屈服点s和抗拉强度b是反 映材料强度的两个性能指标 ，也是拉伸试验中需要测定 的重要数据。 0.2对应于试样产生 0.2%的塑性应变时的应力值 为材料的屈服强度 1）对塑性低的材料（如铸 铁），没有明显的屈服点 3、其他材料的屈服极限 30 2）无明显屈服现象的塑性材料 此类材料 与低碳钢共同 之处是断裂破 坏前要经历大 量塑性变形， 不同之处是没 有明显的屈服 阶段。 图 规
8、定非比例延伸强度 31 3)脆性材料在拉伸时的力学性能 1)灰口铸铁拉伸时的应力- 应变关系，它只有一个强 度指标且抗拉强度较低； 2)在断裂破坏前，几乎没 有塑性变形； 3)关系近似服从虎克定律， 并以割线的斜率作为弹性模 量。 3、动载疲劳强度 金属材料抵抗循环、交变外力而不破坏的能力 疲劳极限：材料经N次应力循环而不发生疲劳断裂的 最高应力值（-1） -1 对称弯曲疲劳强度 4、高温强度 高温短时工作高温瞬时强度 高温长期小应力工作高温蠕变 蠕变是指在高温长时间应力作用下，即使 所加应力小于该温度下的屈服强度，也会逐渐 产生明显的塑性变形的现象 高温长期外力作用高温持久强度 二、塑性 概
9、念：金属材料在外力作用下产生塑性变形而不 破坏的能力 标定：延伸率、断面收缩率 5%塑性材料 如低合金钢、碳素钢和青铜等 5%脆性材料 如铸铁、混凝土、石料等 n长试样和短试样的标志。延伸率与试样尺寸有关 ，510（ ） 延伸率： 断面收缩缩率： 三、硬度 概念：材料抵抗局部塑性变形的能力 标定：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度 压头材料淬火钢球硬质合金球 符 号HBSHBW 适用范围450450650 1、布氏硬度（HB）根据压痕直径 布氏硬度计计 标注 150HBS10/1000/30： 10mm淬火钢球在1000kgf载荷作用下，保持30s测得 的布氏硬度 为150 200HBS： 10mm
10、淬火钢球在3000kgf载荷作用下，保持10s测得 的布氏硬度 为200 特点 适用于硬度较低，对表面要求不大严格的件，如未经 淬火的钢、铸铁、有色金属或质地轻软的轴承合金 试验数据稳定，数据重复性强 对不同材料需更换球体和改变载荷，压痕的测量也较 麻烦，因而用于自动检测受到限制，不宜在成品在进 行试验 2、洛氏硬度（HR） 根据压痕深浅 HR 测测量原理图图 洛氏硬度计计 符号压 头总载荷 （kgf ） 表盘上刻 度颜色 应用 范围 应 用 举 例 HRA120金刚石圆 锥体 60黑 线6085碳化物、硬质合金 、表面硬化工件 HRB1.588淬火 钢球 100红 线25100软退火、正火钢
11、、 有色金属 HRC120金刚石圆 锥体 150黑 线2067淬火钢、调质钢 特点 操作简便迅速，硬度可在表盘上直接读出； 压痕小，可在工件表面进行试验； 采用不同标尺可测定各种软硬不同的金属和厚薄不一的 试样的硬度，因而广泛用于热处理质量的检验； 用不同标尺测得的硬度值之间没有联系，也不能直接进 行比较。 3、维氏硬度（HV） 根据压痕的表面积 压头：两相对间夹角为136的金 刚石四棱锥体 640HV30/20：30kgf载荷保持 20s（1015s不标注），测得的维 氏硬度值为640 特点 载荷可以任意选择，而不存在布氏硬度那种P与D之间 关系的约束； 硬度统一，精确可靠； 更好地测定薄件
12、或薄层的硬度； 测定麻烦，工作效率不如HR高，不宜成批生产的常规 检验。 常用硬度的比较 单单位压头压头载载荷/kgf硬度范围围 HBS钢钢球3000 450 HB W 硬质质合金球3000450650 HRA 金刚刚石圆圆 锥锥 602088 HRB钢钢球10020100 HRC 金刚刚石圆圆 锥锥 1502070 HRD 金刚刚石圆圆 锥锥 1004077 类别类别 布氏硬度 洛氏硬度 HV 金刚刚石棱 锥锥 51201300维维氏硬度 应应用 有色合金，退正火调质钢调质钢 淬火、调质钢调质钢 碳化物、硬质质合金 有色合金，退正火钢钢 淬火、调质钢调质钢 薄钢钢板、表面硬化工件 各种硬度工
13、件 常用硬度的换算 硬度换换算公式 HB和HV： HB400时时，HBHV HB400时时，HBHV HR和HB、HV : 钢钢材硬度换换算 b3.4HB （HB=125175） b3.6HB （HB175） HRC2HRA-104 （HRC=2060） HB10HRC （HRC=2060） HB2HRB 钢钢材强度、硬度换换算 四、冲击韧度 概念：金属材料抵 抗冲击载荷的能力 。 夏比冲击试验机示意图 冲 击击 试试 样样 ak值低脆性材料，断裂时无明显变形，金属 光泽，呈结晶状 ak值高韧性材料 ，明显塑变，断口呈灰色纤 维状，无光泽 AkG(H-h) 温度 对冲 击韧 度的 影响 常见金
14、属力学性能 元素符号AlCuMgNiFeTiPbSn 抗拉强度b /MPa80 110 200 240 200400 500 250 330 250 300 1820 伸长率/% 32 40 45 50 11.535 40 25 55 50 70 4540 断面收缩率/% 70 90 65 75 12.560 70 70 85 76 88 9090 布氏硬度/HB204036806510045 五、物理性能 元素符号AlCuMgNiFeTiPbSn 密度，kg/m31032.708.941.748.97.864.5111.347.3 熔点，660108365014551539166032723
15、2 相对导电率，%60953423163714 导热系数，W/(m)2.093.851.460.590.840.17 六、化学性能 金属在常温或高温抵抗各种介质化学作用的能力。 抗氧化性（热稳定性）：材料在加热时抵抗氧化作 用的能力。（Cr、Si等可提高钢的抗氧化性。） 耐腐蚀性：常温下材料抵抗氧、水蒸气及其它化学 介质腐蚀的能力。（C钢、铸铁的耐蚀性较差；Ti合 金、不锈钢、Al、Cu合金的耐蚀性较好。） 七、工艺性能 金属材料适应加工工艺要求的能力 可铸性流动性、收缩性、偏析 可锻性塑性、变形抗力 可焊性碳当量 切削性表面粗糙度、刀具寿命 热处理性能淬透性 金属材料力学性能的 影响因素？ 思考 Eg. 1、室温下铁、铜、镁谁的硬度高？ 2、钢和铁谁的硬度高？
