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1、第一篇 金属材料 导论第一章金属材料的主要性能材料成形基础材11教学目的：为了后续课程的开展，简要介绍金 属的力学性能测定原理及其常用力学性 能指标。 重点：强度、塑性、硬度、韧性等。 难点：熟记常用指标并能在选材中初步 应用及识读。材料成形基础材12金属材料的性能包括使用性能和工艺性能.使用性能反映材料在使用过程中所表现出来 的特性，如物理性能、化学性能、力学性能等。通常情况下，以材料的力学性能作为主要依 据来选金属材料。一、力学性能金属的力学性能是指金属在力的作用下所显 示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力-应变 关系的性能。金属力学性能所用的指标和依据称为金属的材料成形基础材13力学性能
2、判据。主要力学性能有强度、塑性、硬度、韧性等1.强度强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和 断裂的能力。工程上常用的强度判据是在拉伸试验中所测 得拉伸曲线及试样测得的屈服强度和抗拉强度。(1)屈服强度 【 Re 】屈服强度是拉伸试样在试验过程中力不增加 (保持恒定)仍能继续伸长(变形)时的应力。 材料成形基础材14可用符号Re表示Re=Fe/S0 (MPa)式中：Fe外力 （N）S0试样横截面积 （mm2）国标规定，应区分为上屈服强度ReH和下屈 服强度ReL，单位为N/mm2,=1MPa。有些金属材料(铸铁)没有明显的屈服现象。(2)抗拉强度【 Rm 】抗拉强度是指拉伸试样拉断前所承受的材料
3、成形基础材15最大拉应力,用符号Rm表示,单位为N/mm2=1MPa 。Rm=Fm/S0 (MPa) 式中：Fm最大外力 （N）S0试样横截面积 （mm2）上述两指标是按照GB/T228-1987标准将待测 试材料制成标准拉伸试样，在拉伸试验机上通过 拉伸试验法测得。工程上用的材料，除要求有较高的Rm，还材料成形基础材16希望有一定的屈强比（Re /Rm）。屈强比越小，零件可靠性越高，使用中若超 载不会立即断裂；但屈强比太小，则材料强度的 有效利用率降低。抗拉强度是设计和选材时的主要依据。2.塑性塑性是指断裂前材料发生不可逆永久变形的 能力。塑性判据是通过拉伸试验时，以拉伸试样断 裂时的最大相
4、对塑性变形量表示的。 材料成形基础材17常用的塑性判据是断后伸长率【A】和断面收缩 率【Z】。A=(Lu-L0)/L0100式中：Lu断后标距；L0原始标距。Z=(S0-Su)/S0100式中：S0原始横截面积；Su断后最小横截面积。材料成形基础材18数值大小是通过拉伸试验与计算法获得。材料的A和Z数值越大，表示材料塑性越好， 可用锻压等压力加工方法成形；若零件使用中稍有超载，也会因其塑性变形 而不致突然断裂，增加了材料使用的安全可靠性 。表达材料塑性时,通常用断后伸长率A表示。3.硬度硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变 形、压痕或划痕的能力。材料成形基础材19硬度是衡量金属软硬的性能指标
5、，常用的硬度判 据有布氏硬度和洛氏硬度两种。布氏硬度用符号HBW或HBS表示。洛氏硬度用符号HRA、HRB和HRC等表示， 其中HBW(HBS)值和HRC值在生产中常用来表 示材料（或零部件）的硬度。硬度值的大小是在硬度计上通过硬度实验法 测得。HBW适用于测量较软的金属或未经淬火的钢 件，布氏硬度值有效范围小于650HBW；材料成形基础材110HRC适用于测定经热处理淬硬的钢件，有效 范围在20HRC70HRC。表示方法为数字在前，硬度符号在后。如160HBW(S)180HBW(规定差值30) 46HRC50HRC（规定差值5）。数字越大，材料硬度越高。4.韧性韧性是指金属在断裂前吸收变形能
6、量的能力 。金属韧性的判据用冲击吸收功（符号AK） 材料成形基础材111表示，它是通过冲击试验确定的。在实际应用中常用冲击韧度值（符号ak）来 表示材料的韧性，两者关系为akAK/S ，单位 J/cm2。ak值越大，材料韧性越好。实践证明，材料的多次重复冲击抗力取决于 材料强度与韧性的综合力学性能。冲击能量高时，主要决定于材料的韧性；冲击能量低时，主要决定于强度。5.疲劳材料成形基础材112材料在循环应力的应变作用下,在一处或几 处产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数后 产生裂纹或突然发生完全断裂的过程,称为疲劳.金属疲劳的判据是疲劳强度。在工程上，疲劳强度是指在一定的应力循环 次数(一般规
7、定：钢铁材料的应力循环次数取107 ，有色金属取108)下不发生断裂的最大应力。光滑试样对称弯曲疲劳强度用符号-1表示 材料成形基础材113由于疲劳强度断裂前无明显的塑性变形，断裂是突然发生的，危险性很大。影响金属疲劳强度的因素很多，如零件外形、受力状态、表面质量和周围介质等。合理设计零件结构、避免应力集中、降低表面粗糙度值以及进行表面强化等，可以提高工件的疲劳强度。材料成形基础材114练习思考题1.下列硬度要求或写法是否恰当？为什么？(1)HRC1217；(2)HRC =5060 Kgf/mm2； (3)70HRC75HRC ；(4)230 HBW ；2.整体硬度要求230HBS250HBS的轴类零 件，精加工后再抽查，应选用什么硬度计测量硬 度较合适？材料成形基础材1153.一紧固螺钉在使用过程中发现有塑性变形，是因为螺钉材料的力学性能哪一判据的值不足？ 4.用洛氏硬度试验方法能否直接测量成品或教薄工件？为什么？材料成形基础材11621材料成形基础材117材料成形基础材118材料成形基础材119材料成形基础材120材料成形基础材121材料成形基础材122材料成形基础材123
