机械制造概论第一章工程材料第一节材料发展与人类的文明第二节丁程材料的性质一 拉伸试验及曲线拉仲试验是测最材料力学性能最常用的试验方法拉仲试验是在拉仲试验机上进行的试验前，将被试验的金属材料加工成具有一定形状和尺寸的标准试样（拉伸试样）常见的拉仲试样 的截面为圆形试样的宣径用d表示，标距长度用L（）表示单位为 呱 拉仲试样分为两种：长试样和短试样 长试样：L广10 d :短试样：L二5 d试样材料：退火低碳钢 拉伸试验的方法：将标准试样安装在拉仲试验机上，对试样施加一个缓慢增加的轴向拉力（F）,随着轴向拉力（F）的 增加，试样的长度逐渐仲长，产生了变形，直到断裂为止•般拉伸试验机都带有自动记录装置，可把作用在试样上的力和引起试样的伸长自动记录下來，绘出载荷（F） T申长曲线,这种曲线称为拉伸曲线拉仲图上的纵坐标表示拉力F （载荷），横坐标表示绝对仲长MALo 1）当载荷为零的时候，仲长＞AL也为零2）当载荷山零增加到Fe时，试样在载荷作用下均匀仲长，拉仲曲线中oe为一直线， 即伸长貳与所加载荷成正比关系此时若去掉载荷，试样能完全恢复到原來的尺寸，没有残余变形，即材 料处于弹性变形阶段3）当载荷超过Fe时，试样除产生弹性变形外，出现了塑性变形。
此时若去掉 载荷，弹性变形消失，而另一部分的变形却不能消失，试样不能恢复到原來的尺寸，这种不能恢复的永 久变形，称为塑性变形4)当载荷增加到Fs时，拉伸Illi线出现了水平或锯齿形的线段，这表明在载荷不增加的情况下，试样却 继续变形，这种现象称为“屈服”S点称为屈服点5)屈服现象后，当载荷再增加时，变形也逐渐 増大，载荷增大到％时，试样的局部截面缩小，产生“颈缩”现象山于试样局部截面的逐渐减小，故 载荷也逐渐降低，当到达K点时，试样就在颈缩处被拉断b点的载荷是试样在断裂前所能承受的最大 载荷综上所述：金属在外力作用下，变形过程一般可分为三个阶段，即弹性变形阶段、弹、塑性变形 阶段、断裂阶段由于拉伸图上的载荷(F)与伸长SAL,不仅与试样的材料性能有关,还与试样的尺 寸有关为了消除试样尺寸的影响，使拉仲曲线能直接反映出金属材料的力学性能，用应力代替载荷(F),用应变代替伸长*ALob(MPa)=-卜N他伽Q (试样原始截面积) 一7 (MPa)ninr应力() 单位截面上的内力应变( )——单位长度上的伸长量1. 弹性弹性一金属材料受外力作用时产生变形，当去除外力后能恢复•其原來形状的性能。
弹性变形M——当外力消失以丿G变形也随之而消失.这种变形称为弹性变形2.强度——材料在外力作用下抵抗 变形和破坏的能力1) 屈服强度J——试样屈服时承受的最小应力Fs N^s=-r ——r (MPa)4 (试样原始截面积) nim~工程上使用的不少材料(如：铸铁、黄铜、高碳钢等)在拉伸试验时，没有明显的屈服现象，很难 测定屈服强度为了确定各种金属材料的J值，对于这些材料作这样的规定：把试样产生塑性变形 量为标距长度()的0.2 %时对应的应力值定为该材料的屈服强度用符号表示称为条件屈服 强度2) 抗拉强度S —材料在拉断前所能承受的最大应力yb=— 丄v (MPGA (试样原始截面积)mm-与的比值称为屈强比3.塑性—W料在断裂前产生永久变形的能力仲长率$5 = -=^—=^x!00%试样拉断后的标距长度，mm；Lo—试样原始标距长度，nim.伸长率的大小与试样的尺寸因索有关长试样伸长率：久/）；短试样延伸率：.同一种材料用短试样测得的伸长率大于长试样的伸长率，即：（—>/）（2）断面收缩率0 ——试样拉断后，试样缩颈处橫截面积的最大缩减最与原始橫截面积的丙分比称 为断面收缩率A — Ap = xlOO%4A.——试样原始横截面积，inm2： A ——试样断裂后缩颈处的最小横截面积，mm延伸率<5•和断面收缩率数值越大，说明金属材料的塑性越好。
山于断面收缩率0比延伸率/更接近材料的真实应变，因而在塑性指标中，用断面收缩率0更为合理金属材料塑性的好坏，对零件的加工和使用都具有垂要的实际意义塑性好的材料，不仅能顺利地进行压力加工，而且能容易地进行锻压、轧制此外，当零件在使用超载时，能避免突然断裂二攸度——金属材料抵抗更硕的物体压入其内的能力布氏磯度刖 当压头为010/加淬火钢球 时，硬度符号为HBS,适用于布氏硬度值低于450的金属材料:当圧头为湎硬质合金球时，硬度符号为 HBW,适用于布氏换度值低于650的金属材料布氏破度试验适用于测量退火钢、正火钢及常见铸铁和有色 金属等较软的材料布氏硬度测试结果的匝复性较好，但测试过程比较费爭，不宜于大批最检验,山于测试结果会留下 较大的压痕，因此，不适合检验成品2. 洛氏硬度IIR洛氏硬度试验是目前应用最广的试验方法，和布氏破度一样，也是一种压入硬度试验, 但它不是测最压痕血积，而是测最压痕的深度，以深度大小表示材料的硬度值洛氏硬度的测定原理是 用顶角为120的金刚石圆锥压头或克径为1.588mm的淬火钢球压头，在初載荷、主载荷先后作用下， 将压头压入被测金属表面，经规定的保持时间后卸除主载荷，根据残余压痕的深度來确定洛氏锁度值。
HRA （压头类型：顶角为120的金刚石圆锥体）用于测量高硕度薄片，表面换化层的零件、换质 合金等测最范围：60-85 HRA压头类型：Q1. 588〃切的淬火钢球用于测量软钢、铜合金、铝合金等测最范环25~IOOHRBHRC （压头类型:顶角为120的金刚石圆锥体用于测量淬火钢等硬零件测量范围:20-67HRC三 冲击韧度 a k―金属材料在冲击载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力金属材料的塑性、强度、 硕度是在静载荷情况下测定金属材料承受塑性变形和破坏的能力但在实际工作中，有不少机件常常会受到高速作用的冲击载荷，如：冲床的冲头、锻压机的锤杆、汽车齿轮、飞机的起落架以及火车的起动与刹车部件等为了评定材料的冲击韧度值,需进行冲击试验试样安敏位疏摆傩式冲山试脸机 冲击韧度值的计算：a _Ak _珥比-比）J—试样的冲击韧度值（J/cnb人—冲断试样所消耗的冲击功（7）A/} 试样缺I I处的原始截面积（物）F——摆锤的重力CV）//.——摆锤的起始高度（G/Z,—冲断试样后摆锤的高度（cm ）冲击韧度"k值大，材料的韧性好，断裂前有较大的塑性变形：冲击韧度” k值小，材料的韧性差, 断裂前没有明显的塑性变形；把冲击韧度“ k值低的材料称为脆性材料。
冲击韧度“ 是评定材料抵抗大能最冲击载荷能力的指标在工程上许多承受冲击载荷的零件，在 工作过程中并不是承受一次冲击便导致断裂的大能最的冲击载荷，而是要经过千而力次小能最多次冲击 才发生断裂因此，对于这些零件应采用小能量多次冲击抗力的指标多次冲击试验一般采用凸轮落锤式连续冲击试验机多次冲击弯Illi试脸示盘图疲劳曲线術坏次tKN试样支承在支座上，冲锤在电动机带动下作上、下垂宜运动，对试样进行反复的多次冲击，每冲击 一次，试样山传动机构按需要转动一定角度，宣至冲断对于大能量的一次冲击抗力主要取决于材料的 塑性，而多次冲击抗力主要取决于材料的强度四 疲劳强度一1许多机械零件，ill： ill!轴、齿轮、轴承和弹簧等，在工作中各点承受的应力随时间 作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力在交变应力作用下，零件所承受的应 力虽然低于其屈服强度，但经过较长时间的丁•作会产生裂纹或突然断裂，这种现象称为材料的疲劳在 机械零件失效中，大约有80%以上属于疲劳破坏疲劳强度——当金属材料在无数次朿复或交变栽荷作用下而不致引起断裂的最大应力金属材料所受到的重复或交变应力与断裂前的应力循环次数M它们之间的关系可以用疲劳Illi线來表示。
纵他标表示金属材料所受到的朿复或交变应力横处标表示断裂前的应力循坏次数沖从Illi线看 出，随着应力的降低，在断裂前能够承受的循环次数愈多；当应力降低到某一数值时，疲劳Illi线与横坐 标平行，表示材料能承受无数次循环而不发生疲劳断裂一般规定：钢铁材料的循环次数为1（）7,有色 金属为108o提高疲劳强度的途径：1）改善零件的结构形状、避免应力集中2） 减小零件的表面粗糙度3） 尽可能减少各种热处理缺陷脱碳、氧化、淬火裂纹等）4） 采用表面强化处理，如：化学热处理、表面淬火、表面喷丸、表面滚压等练习一1•工程材料主要有哪些性质？它们的各自代表符号是什么？2. 下列情况应采用什么方法测定硬度？写出i度值符号铸铁轴承座毛坯、钳工用手锤锤头、皱质合金刀片、铝合金气缸体、钢件表面很薄的硕化层3. 下列几种便度标注方法是否正确？如有不正确的，请加以改正HBS300、700HBW. 50HRA、HRB80、69HRC第三节金属材料及钢的热处理一金属的结晶（—） 金属的晶体结构固态物质按其原子排列的特征，可分为晶体与非晶体两类晶体和非晶体的区别：1）组成晶体的 原子在三维空间的排列是有一定规律的：而非晶体的原子作不规则的排列。
2） 晶体有固定的熔点和凝固点（如：纯铁的熔点为1538C）：而非晶体没有固定的熔点3） 晶体在其不同方向上具行不同的性能，表现出各向异性的特征；而非晶体在各个方向上的原子聚集 密度大致相同，表现出各相同性晶格一表示晶体中原子排列形式的空间格子晶丿抱——晶格的最小几何组成单元1. 体心立方晶格属于体心立方晶格的金属有a讥、铭6X钥.％、钙艸、饥f等这类金属一般都具 有相当高的强度和较好的塑性2. 面心立方晶格属于面心立方晶格的金属有Y-Fe.铜d、铝加、線M、铅/彷等这类金属具有很 好的塑性3. 密排六方晶格属于密排六方晶格的金属有镁.检、锌％、彼朋、镉虫等这类金属一般塑性很差二） 实际晶体结构1.多晶体结构 单晶体又称为晶粒晶粒与晶粒的交界处称为晶界2.晶体的缺陷（1）点缺陷晶格空位——晶格上没有原子的结点置换原子一占据晶格结点的异类原子间隙原子一在晶格结点以外存在的原子 无论哪一种点缺陷，都会使晶体中原子的平衡状态受到破坏，造成晶格畸变，使金属的性能发生变化，材料的 强度、破度提高，塑性和韧性降低2）线缺陷（各种类型的位错）位错——在晶体中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象。
线缺陷造成晶格畸变，晶格畸 变使材料的强度、攸度提高，塑性、韧性降低生产中采用增加位错的方法（如：加丁•硬化）來提高强度, 但同时也使材料的塑性下降3）血缺陷（指金属中的晶界和亚晶界）血缺陷能提髙金局材料的强度和塑性，增加血缺陷的数最（细化晶粒）是改善金属力学性能的有 效手段三）金属的结晶1. 结晶的概念液态金属冷却到凝固温度时，金属原子山无规则运动状态转变为按一定的几何形状作有 规则的排列金属山液态转变为晶体的现象称为结晶工程上使用的绝大多数金属材料都属合金但纯金属与合 金的结晶过程基本上遵循着同样的规律，为了简化讨论，这节介绍纯金属的结晶纯金属都有一个固定的熔点（如：纯铁的熔点为1538 ）因此纯金属的结晶总是在一个恒定的温 度下进行的金属的结晶温度用热分析法测定热分析法的过程：将纯金属加热熔化成液体，然后让熔化的金属以绝缓慢的速度冷却下來，在冷 却过程中，毎隔一定的时间测量一次温度，。