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1、机械制造基础课题组,山东水利职业学院,力学性能、物理性能、化学性能,铸、锻、焊及切削加工性能,1.1 金属材料的力学性能,定义 : 金属材料的力学性能是指金属材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。 指标 : 弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、冲击韧性 、断裂韧度和疲劳强度等。,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,强度 材料在外力作用，抵抗塑性变形和断裂的能力。 工程上常用的金属材料的强度指标有屈服强度(s)和抗拉强度(b)等；,金属材料的强度是通过拉伸实验测定出来的,一、拉伸实验与拉伸曲线 1.拉伸试样 GB639
2、7-86规定金属拉伸试样有： 圆形、矩形、异型及全截面 常用标准圆截面试样。 长试样：L0=10d0;短试样：L0=5d0,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,2.拉伸过程,（录像）,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,拉伸试样的颈缩现象,拉伸试验机,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,op段：比例弹性变形阶段； pe段：非比例弹性变形阶段； 平台或锯齿（s段）：屈服阶段； sb段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。 b点：形成了“缩颈”。 bk段：非均匀变形阶段，承载下降，到k点断裂。 断裂总伸长为Of，其中塑形变形Og(试样断后测得的伸长)，弹性伸长gf。,k,o,g,f,机械制造基础课
3、题组,山东水利职业学院,屈服点与屈服强度,Fs,当载荷增大到Fs时，拉伸曲线呈直线状，即试样所承受的载荷几乎不变，但产生了较为明显的塑形变形，材料的这种现象称为屈服现象,屈服强度是指在外力作用下开始产生明显塑形变形的应力，用s表示。,s=,Fs,A0,（MPa),Fs试样产生塑形变形时的载荷，即拉伸曲线中s点所对应的外力（N）,A0试样的原始横截面积（mm2）,s,屈服强度是指在外力作用下开始产生明显塑形变形的应力，用s表示。,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,抗拉强度,Fb,抗拉强度是指金属材料断裂前所承受的最大应力，又称强度极限，常用b表示。,Fs试样被拉断前所承受的最大外力，即拉伸曲
4、线中b点所对应的外力（N）,s,b,A0试样的原始横截面积（mm2）,屈服强度和抗拉强度，在选择金属材料和机械设计时有重要意义，金属材料必须在小于其s的条件下工作，否则会引起零件的塑形变形；金属材料也不能在超过其b的条件工作，否则会导致零件的毁坏。,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,塑形,：材料在载荷作用下，产生塑形变形而不被破坏的能力。,1.断后伸长率,断后伸长率是指试样拉断后，标距的伸长量与原标距长度的百分比，用符号表示。,L0试样的原始标距（mm） L1试样拉断后的标距（mm）,2.断面收缩率,断面收缩率是指试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号表示。,
5、S0试样的原始横截面积（mm2） S1试样拉断后的横截面积（mm2）,塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定塑性。防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。, 10% 属塑性材料,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,硬度,硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑形变形、压痕或划痕的能力，是衡量材料软硬的判据。,材料的硬度越高，则耐磨性越好，故将硬度值作为衡量材料耐磨性的重要指标之一,硬度,布氏硬度 HB,洛氏硬度 HR,维氏硬度 HV,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,1.布氏硬度,(1) 试验原理,用直径为D的淬火钢球或硬质合金球，以相应的实验力P压入试样表面，保持规定的实
6、验时间后卸载实验力，在试样表面留下球形压痕，布氏硬度值用球面压痕单位面积上所承受的平均压力来表示。用淬火钢球做压头时，布氏硬度符号用HBS表示；用硬质合金球做压头时，布氏硬度用符号HBW表示。,式中：HBS(HBW) 淬火钢球（硬质合金球）试验的布氏硬度值 试验力（N）； d 压痕平均直径（mm）； 淬火钢球（硬质合金球）直径（mm）。 布氏硬度的单位为N/mm2，但习惯上只写明硬度值而不标出单位,（试验录像）,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,（2）硬度表示方法及应用,符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:120HBS10/
7、1000/30表示直径为10mm的钢球1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。,淬火钢球用于测定HBS450的金属材料，如灰铸铁、有色金属以及退火、正火和调质处理的钢材。硬质合金钢球用于测定HBW650的金属材料。,布氏硬度试验常用来测定原材料、半成品及性能不均匀材料（如铸铁）的硬度。,布氏硬度值与抗拉强度之间有近似的正比关系： b=KHBS(或HBW） （低碳钢K=0.36，合金调质钢K=0.325；灰铸铁K=0.1）,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,2.洛氏硬度,（1）实验原理,用锥顶角为120的金刚石圆锥或直径1.588mm的淬火钢球，以相应试
8、验力压入待测表面，保持规定时间卸载后卸除主试验力，以测量的残余压痕深度增量来计算出硬度值。,HR=,c-h,0.002,获得的洛氏硬度HR为无量纲数值，试验时由试验机指示器上直接读出。,（试验录像）,洛氏硬度计,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,（2）洛氏硬度试验规范,(3)洛氏硬度的特点,操作简单、效率高，数值可直接从指示器上读出。,压痕小，可直接测量成品或较薄工件的硬度。,HRC和HRA采用金刚石压头，可测量高硬度薄层和深层材料。,中等硬度情况下，10HRC1HBS。,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,3.维氏硬度,维氏硬度实验原理与布氏硬度相同，同样是根据压痕单位面积上的平均载荷
9、计量硬度值，不同的是维氏硬度的压头采用金刚石制成的锥面夹角为136的正四棱锥体。,试验时，根据试样大小、厚薄选用（5120）9.8N载荷压入试样表面，保持一定时间后去除载荷，用附在试验机上测量压痕对角线长度d，然后查表或根据下式计算维氏硬度值。,适用于测量表面强化处理的机械零件和很薄的产品。,HVHBS,(试验录像）,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,韧性,材料断裂前吸收的变形能量称作韧性。韧性的重用指标为冲击韧度。,冲击韧度通常采用摆锤冲击试验机测定。,（试验录像）,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,试样冲断时所消耗的冲击功A k为:,A k = m g H m g h (J),冲击
10、韧度ak 就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击吸收功。,A 试样缺口处的横截面积（cm2）,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,疲劳极限,零件在循环应力的作用，即使工作时承受的应力低于材料的屈服点或规定残余伸长应力，在经受一定的应力循环后也会发生突然断裂，这种现象称为疲劳。,当应力下降到某值后，疲劳曲线成为水平线，这表示该材料可经受无数次应力循环而不发生疲劳断裂，这个应力值称为疲劳极限或疲劳强度。即：,疲劳强度（-1）是指金属材料在无数次循环载荷作用下不至于引起断裂的最大应力。,-1,n,2,1,N1,N2,Nn,Nc,钢材 N=107 有色金属 N=108 -1 = (0.450.55)
11、 b,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,1.2 金属材料的物理和化学性能,1.物理性能 材料固有的一些属性称为物理性能,密度 单位体积的质量 kg/m3。,轻金属 5103 kg/m3,重金属 5103 kg/m3,熔点 金属由固态转变为液态的温度。,易熔金属 700,难熔金属 700,导电性 传动电流的能力。AgCuAl,导热性 传动热量的能力。AgCuAl,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,2.化学性能,金属与周围介质接触时，抵抗发生化学或电化学反应的性能。,耐腐蚀性能 金属材料在常温下抵抗周围介质侵蚀的能力。,抗氧化性 金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮的能力,机械制造基础课题组,山东水利职业学院,
