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1、主讲：江星莹,工程材料及成形技术,联系方式：,Cell：18960871818 QQ：40341178 Email：,第一章 绪 论,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：,机械制造的一般生产过程：,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,尼龙齿轮,镁合金汽车轮毂,三、成形
2、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,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,教材及参考资料,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 热处理性能,材料的性能：使用性、工艺性,第一节 金属材料的力学性能,力学性
3、能：金属在外力作用下所表现出的性能。,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,16,1、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,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 。,17,标准试件：圆截面试件,，,长试样,短试样,标准试件：板试件,长试样,短试样,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
4、方法和各项要求。,19,材料试验机,An universal testing machine,测量变形的传感器,硬塑料的物性关系曲线,（二）低碳钢试件的拉伸图(PL图),（三）低碳钢试件的应力-应变曲线( - 图),24,(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,25,(2) 低碳钢拉伸的屈服(流动）阶段 (bd 段),滑移线,26,、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),27,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
5、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。,如经冷拉处理的钢筋,28,1、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）弹性阶段,2）屈服阶段,3）强化阶段,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,31
6、,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 规定非比例延伸强度,32,3)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（疲劳强度）：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
7、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,1、布氏硬度（HB）根据压痕直径,布氏硬度计,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
8、度 为150 200HBS： 10mm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 测量原理图,洛氏硬度计,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
9、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,常用硬度的换算,硬度换算公式,HB和HV： HB400时，HBHV HB400时，HBHV,HR和HB、HV :,钢材硬度换算,b3.4HB （HB=125175）b3.6HB （HB175）,HRC2
10、HRA-104 （HRC=2060） HB10HRC（HRC=2060） HB2HRB,钢材强度、硬度换算,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 试 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,常见金属力学性能,五、物理性能,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,重点难点分析：,低碳钢的单向静载拉伸应力-应变曲线 金属的力学性能指标 衡量强度、塑性、硬度的指标 强度与刚度的区别，材料的刚度和零件的刚度的区别 名词解释：疲劳强度、蠕变、复合材料,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？ ,
