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1、1掌握金属材料的力学性能及其衡量指标。,2掌握金属材料的工艺性能。,11 金属材料的性能,观察下面的图片，你知道它们是用什么材料制成的吗？各有什么性能？,一、基本概念,这种在载荷（或外力）作用下表现出来的性能称为金属材料的力学性能。,在机械行业中，金属材料的性能主要指它的力学性能和工艺性能。,1载荷,载荷金属材料在加工及使用过程中所受的外力。,拉伸（或压缩）载荷,剪切载荷,扭转载荷,弯曲载荷,载荷的作用形式,变形金属材料在载荷作用下会产生几何形状和尺寸的变化。,2变形,弹性变形与塑性变形,3应力,内力金属受外力作用时，为保持其不变形，在材料内部作用着与外力相对抗的力。,应力（R）单位面积上的内
2、力。,（N/mm2或MPa）,强度 塑性 硬度 冲击韧性 疲劳强度,二、金属材料的力学性能,金属材料在外力作用下表现出来的性能称为金属材料的力学性能。,衡量金属材料力学性能的指标：,强度金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。衡量指标为屈服强度和抗拉强度，通常采用拉伸试验测定。,1强度,在拉伸过程中，当载荷不再增大或略有减小时，试样继续发生明显塑性变形的现象，称为屈服。试样产生屈服现象时所承受的应力称为屈服强度，用符号Re表示，屈服强度分为上屈服强度ReH和下屈服强度ReL。,FeL 屈服时的最小载荷，N； S0 试样原始横截面面积，mm2。,（1）屈服强度,工程上使用的金属材料，多数没
3、有明显的屈服现象，如高碳钢、铸钢等脆性金属材料，测定其屈服强度很困难。在此情况下，规定以试样长度方向产生0.2%塑性变形时的应力作为材料的条件屈服强度，或称屈服极限，用Re 0.2表示。,（2）抗拉强度Rm,抗拉强度材料在拉断前所承受的最大的应力。,试中 Fm 试样拉断前承受的最大载荷， N。,2塑性,塑性金属材料受力后在断裂前产生永久变形的能力。,（1）断后伸长率A,试样拉断后，标距的伸长量与原始标距之比的百分率。,式中L1试样拉断后紧密对接的标距，mm；,L0试样原始标距，mm。,（2）断面收缩率Z,试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始横截面面积比值的百分率。,S1试样拉断后缩颈处的最小横截
4、面积，mm2。,材料的断面收缩率和断后伸长率越大，说明材料的塑性越好，易于通过塑性变形加工成为形状复杂的零件。并且，使用时零件不易发生突然断裂，安全性较高。,硬度材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。,硬度,（1）布氏硬度HBW,布氏硬度原理,布氏硬度计,通过测量压痕直径来确定硬度值,（2）洛氏硬度,洛氏硬度计,HRA 淬火钢、硬质合金等7085HRA,HRB 退火钢、铜合金等25100HRB,HRC 冷硬铸铁、淬火钢2067HRC,洛氏硬度原理,通过测量压痕深度来确定硬度值,（3）维氏硬度HV,4冲击韧性,材料的冲击韧性用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。,冲击韧性金属材料抵抗冲击载
5、荷作用而不破坏的能力。,衡量指标为冲击韧度，用符号 ak表示，单位为J/cm2。,冲击试验设备,冲击实验,5疲劳强度,疲劳强度指金属材料在多次交变载荷作用下而不断裂的最大应力。常用符号R1表示。,在工程中有许多构件是在交变载荷的作用下工作的，虽然承受的应力低于材料的屈服强度，但经过较长时间的工作后会突然发生完全断裂，此现象称为金属的疲劳。,疲劳断裂断口示意图,（3）对构件表面采取强化处理措施，如化学热处理、表面淬火、喷丸和滚压等。,提高构件的疲劳强度的措施：,（1）减小构件的表面粗糙度值，提高材料内部质量。,（2）在构件结构设计时尽量避免尖角、缺口及截面突变。,机械零件的失效和材料的力学性能,
6、例1-1：某厂购进一批40钢钢材，按国家规定，它的力学性能指标应不低于下列数值：下屈服强度ReL ，340N/mm2；抗拉强度Rm，540N/mm2；断后伸长率A，19%；断面收缩率Z，45%。验收时，将40钢制成d0=10mm的短试样作拉伸试验，测得FeL=30000N，Fm=45000N，L1=60.5mm、d1 =7.3mm。请判断这批钢材是否合格（得数保留整数）。,解题过程,例1-2：有一个直径d0=10mm, L0=100mm的低碳钢试样，拉伸试验时测得Fe=21000N，Fm =29000N，d1 =5.65mm，L1=138mm。求此试样的ReL、 Rm 、A、Z。,解题过程,常
7、用的力学性能指标及其说明,（转下页）,三、金属材料的工艺性能,金属材料的一般加工过程：,金属材料的工艺性能金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。它包括铸造性、锻造性、切削加工性和焊接性、热处理性等。,1铸造性 2可锻性 3焊接性 4冷弯性 5切削加工性 6热处理工艺性,金属材料的工艺性能：,铸造性指金属材料用铸造的方法获得优良铸件的能力。金属材料的铸造性主要包括流动性、收缩性和偏析倾向等。,1铸造性,砂型铸件的生产过程,指金属凝固后铸件内部化学成分和组织的不均匀性。,（1）流动性,液态金属充满型腔的能力。,（2）收缩性,铸件在凝固和冷却时体积收缩的能力。,（3）偏析倾向,缩孔和缩松,可锻性的好
8、坏主要与金属材料的塑性有关。塑性越好，可锻性越好。,2可锻性,可锻性指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的能力。,钢材的含碳量是影响焊接性的主要因素。,3焊接性,焊接性指金属材料对焊接加工的适应能力，主要是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。,焊条电弧焊操作图,测定冷弯性通常是用试验方法来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能。,4冷弯性,冷弯性钢材在冷加工发生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。,6热处理工艺性,热处理工艺性金属材料适应各种热处理工艺的能力。,5切削加工性,切削加工性金属材料经切削加工后成为合格工件的难易程度。切削加工性常用加工后工件的表面粗糙度、允
9、许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量。,车削加工,材料工艺性能对机械零件选材的影响,工艺性能的好坏直接影响零部件的质量、生产效率和成本。当工艺性能与使用性能相矛盾时，有时往往从工艺性能考虑，不得不放弃某些使用性能合格的材料。工艺性能成为选择材料的主导因素。工艺性能对大批量生产的零部件尤为重要。,镗床顶尖,细平锉,用锉刀判断硬度,用长150200 mm、八成新的细平锉，锉削被检验零件。若双手感觉有明显阻力，且有较多的碎末被锉下来，零件的硬度约为40HRC；若双手感觉不到有明显阻力，且锉刀在零件表面有些打滑，没有碎末被锉下来，零件的硬度约为45HRC；若锉刀在零件表面打滑，且没有碎末被锉下来，零件的硬度为50HRC以上。,另外，工厂生产的零件，硬度值都比较标准，因此用新旧零件相比较也是保证判断准确的一种简便办法。,
