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1、机机 械械 制制 造造 基基 础础主讲：刘华利主讲：刘华利一、本课程的性质和内容一、本课程的性质和内容1、本课程的性质、本课程的性质2、本课程的内容、本课程的内容生产准备生产准备毛坯制造毛坯制造机械加工机械加工装配调试装配调试（车，铣，（车，铣，刨，磨，刨，磨，钻，镗等）钻，镗等）（组装，（组装，部装，总部装，总装）装）（铸造，（铸造，锻造，焊锻造，焊接，冲压接，冲压等）等）机电类专业的主干专业基础课机电类专业的主干专业基础课机械制造机械制造： 将原材料制成零件的毛坯，将毛坯加工成机将原材料制成零件的毛坯，将毛坯加工成机械零件，再将零件装配成机器的整个过程。械零件，再将零件装配成机器的整个过程
2、。（市场（市场调查，调查，购买原购买原材料）材料）（1）了解和掌握常用的工程材料；）了解和掌握常用的工程材料；（2）了解和掌握铸造、锻造、焊接、切削加）了解和掌握铸造、锻造、焊接、切削加工和特种加工；工和特种加工；（3）熟悉机械制造全过程，并了解现代机械）熟悉机械制造全过程，并了解现代机械制造技术。制造技术。二、本课程的学习目的二、本课程的学习目的工程材料工程材料金属材料金属材料非金属材料非金属材料复合材料复合材料黑色金属黑色金属有色金属有色金属高分子高分子材料材料陶瓷材料陶瓷材料金属基金属基复合材料复合材料非金属基非金属基复合材料复合材料第一章第一章工程材料的基本知识工程材料的基本知识工程材
3、料主要性能使用性能工艺性能力学性能力学性能物理性能、化学性能物理性能、化学性能铸造性、锻造性、焊接性铸造性、锻造性、焊接性切削加工性、热处理性切削加工性、热处理性第一章第一章工程材料的基本知识工程材料的基本知识1.1.11.1.1金属材料力学性能金属材料力学性能金属力学性能是指在外载荷作用下其抵抗金属力学性能是指在外载荷作用下其抵抗变形或破坏变形或破坏的能力。的能力。常用的主要有常用的主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。等。一、一、强度与塑性强度与塑性强度与塑性强度与塑性强度指金属材料在外载荷的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力强度指金属材料在外载荷的
4、作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。强度分为强度分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度度等。等。1.1金属材料金属材料1 1、两种基本变形、两种基本变形 弹性变形弹性变形 塑性变形塑性变形材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失而消失的变形，称为这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形弹性变形。当外力去除后当外力去除后不能恢复其原来形状，称为不能恢复其原来形状，称为塑性变形塑性变形F1.1金属材料金属材料2、拉伸试验（、拉伸试验（GB6397-1986）1.
5、1金属材料金属材料2、试样处于屈服点时，长度不再继续伸长。（）1.1金属材料金属材料拉伸试样拉伸试样拉伸试样拉伸试样表面越粗糙，取样长度就越大。表面越粗糙，取样长度就越大。二、材料的拉伸曲线二、材料的拉伸曲线1 1、oeoe段：直线、弹性变性段：直线、弹性变性2 2、eses段：曲线、弹性变形段：曲线、弹性变形+ +塑性变形塑性变形5 5、b b点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。伸力达到最大值，试样即将断裂。3 3、s ss s段：水平线（略有波动）明段：水平线（略有波动）明显的
6、塑性变形屈服现象，作用的力基显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。本不变，试样连续伸长。注意：注意：试样处于屈服点时，长度试样处于屈服点时，长度继续继续伸长。伸长。4 4、s sb b曲线：弹性变形曲线：弹性变形+ +均匀塑性变均匀塑性变形形低碳钢的力低碳钢的力伸长曲线伸长曲线1.1金属材料金属材料三、强度的指标三、强度的指标2 2、抗拉强度、抗拉强度指试样拉断前所承受的最大拉应力。指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。1 1、屈服强度、屈服强度b= F Fb b / S/ S0 0 当材料的内应力
7、当材料的内应力b b 时，材料将产生断裂。时，材料将产生断裂。bb常用作脆性材料的选材和设计的依据。常用作脆性材料的选材和设计的依据。符号：符号：s材料产生屈服现象时的最小应力材料产生屈服现象时的最小应力s s = F= Fs s / S/ S0 0 Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（试样屈服时所承受的拉伸力（N）S0：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（mm）条件屈服强度条件屈服强度1.1金属材料金属材料四、塑性指标四、塑性指标 塑性是金属材料在外载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能塑性是金属材料在外载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。力。评定指标是断后伸长
8、率和断面收缩率。1 1、断后伸长率、断后伸长率指试样指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。L0:L0:标距（本实验标距（本实验L=100L=100）Lk:Lk:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。K应用中：应用中：10试样试样L0=10d05试样试样L0=5d01.1金属材料金属材料1.1金属材料金属材料2 2、断面收缩率、断面收缩率指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。积的百分比。=(S=(S0 0-S-
9、SK K)/S)/S0 0 x 100%x 100%说明：说明：、值愈大，表明材料的塑性愈好。值愈大，表明材料的塑性愈好。式中式中S0试样变形前断面积，试样变形前断面积，mm；Sk试样拉伸缩颈后最小断面积，试样拉伸缩颈后最小断面积，mm；用卡尺直接量出。；用卡尺直接量出。1.1金属材料金属材料五、硬度五、硬度 1 1、定义：、定义：指金属材料抵抗比它更硬的物体压入其表指金属材料抵抗比它更硬的物体压入其表面局部表面的能力。面局部表面的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。物理含义与试验方法有关。 硬度越高硬度越高, ,耐磨性越好耐磨性越好, ,
10、强度越高强度越高. . 2 2、硬度的测试方法、硬度的测试方法 （1 1）布氏硬度）布氏硬度 （2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 （3 3）维氏硬度）维氏硬度1.1金属材料金属材料布氏硬度布氏硬度HBS用于测定软性材料（用于测定软性材料（HBS450）（一）布氏硬度（一）布氏硬度1.1金属材料金属材料1 1、布氏硬度试验、布氏硬度试验（布氏硬度计） 原理原理: :用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面力，测量
11、材料表面压痕直径压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。当当F、D一定时，一定时，d越小，材料的硬度值越大，被测材料越硬；越小，材料的硬度值越大，被测材料越硬；d越大，硬度值越小，越大，硬度值越小，被测材料越软被测材料越软。（1）压头直径为压头直径为D：钢球钢球S或硬质合金或硬质合金球球W；（2）试验力）试验力F：保持规定时间：保持规定时间t。（3）压痕直径）压痕直径d：用放大镜在互相垂直：用放大镜在互相垂直方向上测两次取平均值；方向上测两次取平均值；（4）硬度值：压痕单位面积压力）硬度值：压痕单位面积压力F/S。(硬度值不标单位硬度值不标单位)布氏硬度
12、试验原理图布氏硬度试验原理图1.1金属材料金属材料 2 2、布氏硬度值、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。如：120HBS500HBW3、表示方法、表示方法150HBS10/1000/3010mm淬火钢球在1000kg载荷作用下保持30s（1015s不标注）测得的硬度值为150；w-硬质合金 5 5、测量范围、测量范围用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等. . 4 4、优缺点、优缺点 （1 1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）测量值较准确，重复性好，可测组织不
13、均匀材料（铸铁） （2 2）可测的硬度值不高，）可测的硬度值不高，HBSHBS适用于测量硬度值小于适用于测量硬度值小于450450的材料；的材料；HBWHBW适用于适用于硬度值小于硬度值小于650650的材料。的材料。 （3 3）不宜测试成品与薄件）不宜测试成品与薄件 （4 4）测量费时，效率低）测量费时，效率低1.1金属材料金属材料洛氏硬度洛氏硬度HRC用于测定硬质表面材料（用于测定硬质表面材料（2067HRC）（二）洛氏硬度（二）洛氏硬度（二）洛氏硬度（二）洛氏硬度1.1金属材料金属材料1 1、洛氏硬度试验、洛氏硬度试验（洛氏硬度计） 原理原理: :洛氏硬度用用顶角为120的金刚石圆锥或金
14、刚石圆锥或直径为1.588的淬火钢球，在淬火钢球，在规定的试验力的作用下压入试样表面，经规定时间试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。硬度试验。如图所示，00为金刚石压头还没有和试样接触的位置。11是在初试验力作用下压头所处的位置，压入深度为h1，目的是为了消除由于试样表面不光洁对试验结果的精确性造成的不良影响。图中22在总试验力（初试力主试验力）作用下压头所处位置，压入深度为h2。33是卸除主试验力后压头所处的位置，由于金属弹性变形得到恢复，此时压头实际压入深度为h3
15、。故由于主试验力所引起的塑性变形而使压头压入深度为hh3h1。1.1金属材料金属材料 洛氏硬度值由h的大小确定，压入深度h越大，硬度越低；反之，则硬度越高。一般说来，按照人们习惯上的概念，数值越大，硬度越高。因此采用一个常数k减去h来表示硬度的高低。并用每0.002的压痕深度为一个硬度单位。由此获得的硬度值称为洛氏硬度值，用符号表示。 HR=K-bd/0.002 金刚石压头K为100；淬火钢球压头K为130.2、表示方法、表示方法 3 3、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出 如：如：50HRC 50HRC （无单位）
16、（无单位）1.1金属材料金属材料 上述洛氏硬度的三种标尺中，以应用最多，一般经淬火处理的钢或工具都采用测量。在中等硬度情况下，洛氏硬度与布氏硬度之间关系约为1：10，如40相当于400。如50，表示用标尺测定的洛氏硬度值为50。硬度值应在有效测量范围内（为2067）为有效。标尺压头类型 总试验力 kgf 硬度值有效范围 应用 HRA HRB HRC 120金刚石圆锥体 ( 1.588)钢球 120金刚石圆锥体 600 1000 1500 708525100 2067硬质合金、表面淬火层或渗碳层有色金属、退火、正火钢等 淬火钢、调质钢等 4、常用洛氏硬度标尺及适用范围、常用洛氏硬度标尺及适用范围1.1金属材料金属材料5、试验优缺点、试验优缺点优点：优点：操作简单迅速，效率高，直接从指示器上可读出硬度值；压痕小，故可直接测量成品或较薄工件的硬度；对于和采用金刚石压头，可测量高硬度薄层和深层的材料。缺点：缺点：由于压痕小，测得的数值不够准确，通常要在试样不同部位测定四次以上，取其平均值为该材料的硬度值。1.1金属材料金属材料1 1、维氏硬度试验、维氏硬度试验 原理原理: :用夹角为用夹角为1
