$1-2金屬材料的性能

1、1掌握金屬材料的力學(xué)性能及其衡量指標(biāo)。2掌握金屬材料的工藝性能。觀察下面的圖片，你知道它們是用什么材料制成的嗎？各有什么性能？一、基本概念一、基本概念這種在載荷（或外力）作用下表現(xiàn)出來的性能稱為金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能。在機(jī)械行業(yè)中，金屬材料的性能主要指它的力學(xué)性能和工藝性能。1 1載荷載荷 載荷載荷金屬材料在加工及使用過程中所受的外力。拉伸（或壓縮）載荷剪切載荷扭轉(zhuǎn)載荷彎曲載荷載荷的作用形式載荷的作用形式變形變形金屬材料在載荷作用下會產(chǎn)生幾何形狀和尺寸的變化。塑性變形（載荷卸掉時，不能恢復(fù)原來形狀或尺寸的變形，又稱為永久變形）變形彈性變形（載荷卸掉時，可以恢復(fù)原來形狀或尺寸的變形

2、） 2變形變形彈性變形與塑性變形彈性變形與塑性變形3應(yīng)力應(yīng)力內(nèi)力內(nèi)力金屬受外力作用時，為保持其不變形，在材料內(nèi)部作用著與外力相對抗的力。應(yīng)力應(yīng)力（R）單位面積上的內(nèi)力。（N/mm2或MPa）SFR l強(qiáng)度l塑性l硬度l沖擊韌性l疲勞強(qiáng)度二、金屬材料的力學(xué)性能二、金屬材料的力學(xué)性能金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來的性能稱為金金屬材料的力學(xué)性能。屬材料的力學(xué)性能。衡量金屬材料力學(xué)性能的指標(biāo)： 強(qiáng)度強(qiáng)度金屬在靜載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力。衡量指標(biāo)為屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，通常采用拉伸試驗(yàn)測定。1強(qiáng)度強(qiáng)度在拉伸過程中，當(dāng)載荷不再增大或略有減小時，試樣繼續(xù)發(fā)生明顯塑性變形的現(xiàn)象，稱為屈服屈服。試樣產(chǎn)生

3、屈服現(xiàn)象時所承受的應(yīng)力稱為屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度，用符號Re表示，屈服強(qiáng)度分為上屈服強(qiáng)度ReH和下屈服強(qiáng)度ReL。0eLeLSFRFeL 屈服時的最小載荷，N；S0 試樣原始橫截面面積，mm2。（1）屈服強(qiáng)度工程上使用的金屬材料，多數(shù)沒有明顯的屈服現(xiàn)象，如高碳鋼、鑄鋼等脆性金屬材料，測定其屈服強(qiáng)度很困難。在此情況下，規(guī)定以試樣長度方向產(chǎn)生0.2%塑性變形時的應(yīng)力作為材料的條件屈服強(qiáng)度，或稱屈服極限，用Re 0.2表示。（2）抗拉強(qiáng)度Rm 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度材料在拉斷前所承受的最大的應(yīng)力。 mm0FRS試中Fm 試樣拉斷前承受的最大載荷， N。 2塑性塑性塑性塑性金屬材料受力后在斷裂前產(chǎn)生永久變形的能力

4、。 （1）斷后伸長率A 試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長量與原始標(biāo)距之比的百分率。 式中L1試樣拉斷后緊密對接的標(biāo)距，mm；100%001LLLAL0試樣原始標(biāo)距，mm。（2）斷面收縮率Z試樣拉斷后，縮頸處面積變化量與原始橫截面面積比值的百分率。 S1試樣拉斷后縮頸處的最小橫截面積，mm2。材料的斷面收縮率和斷后伸長率越大，說明材料的塑性越好，易于通過塑性變形加工成為形狀復(fù)雜的零件。并且，使用時零件不易發(fā)生突然斷裂，安全性較高。100%010SSSZ 硬度硬度材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度硬度硬度指標(biāo)布氏硬度（HB）維氏硬度（HV）洛氏硬度（HR）（1）布氏硬度HBW 布氏硬度

5、原理布氏硬度原理布氏硬度計通過測量壓痕直徑來確定硬度值（2）洛氏硬度 洛氏硬度計HRA淬火鋼、硬質(zhì)合金等7085HRAHRB退火鋼、銅合金等25100HRBHRC冷硬鑄鐵、淬火鋼2067HRC洛氏硬度原理洛氏硬度原理通過測量壓痕深度來確定硬度值通過測量壓痕對角線長度來確定硬度值維氏硬度計（3）維氏硬度HV4沖擊韌性沖擊韌性材料的沖擊韌性用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來測定。 沖擊韌性沖擊韌性金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。衡量指標(biāo)為沖擊韌度，用符號 ak表示，單位為J/cm2。沖擊試驗(yàn)設(shè)備沖擊實(shí)驗(yàn)沖擊實(shí)驗(yàn)5疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度指金屬材料在多次交變載荷作用下而不斷裂的最大應(yīng)力。常用符

6、號R1表示。 在工程中有許多構(gòu)件是在交變載荷的作用下工作的，雖然承受的應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過較長時間的工作后會突然發(fā)生完全斷裂，此現(xiàn)象稱為金屬的疲勞金屬的疲勞。疲勞斷裂斷口示意圖（3）對構(gòu)件表面采取強(qiáng)化處理措施，如化學(xué)熱處理、表面淬火、噴丸和滾壓等。提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度的措施：（1）減小構(gòu)件的表面粗糙度值，提高材料內(nèi)部質(zhì)量。（2）在構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計時盡量避免尖角、缺口及截面突變。機(jī)械零件的失效和材料的力學(xué)性能機(jī)械零件的失效和材料的力學(xué)性能 螺栓的失效螺栓彎曲螺栓折斷螺栓磨損 材料的力學(xué)性能在生活和生產(chǎn)中的體現(xiàn)數(shù)控機(jī)床護(hù)罩模壓成形的餐具可轉(zhuǎn)位式刀具的刀片沖模沖頭例例1-1：某廠購進(jìn)一批40鋼鋼

7、材，按國家規(guī)定，它的力學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)不低于下列數(shù)值：下屈服強(qiáng)度ReL ，340N/mm2；抗拉強(qiáng)度Rm，540N/mm2；斷后伸長率A，19%；斷面收縮率Z，45%。驗(yàn)收時，將40鋼制成d0=10mm的短試樣作拉伸試驗(yàn)，測得FeL=30000N，F(xiàn)m=45000N，L1=60.5mm、d1 =7.3mm。請判斷這批鋼材是否合格（得數(shù)保留整數(shù)）。解題過程解題過程例例1-2：有一個直徑d0=10mm, L0=100mm的低碳鋼試樣，拉伸試驗(yàn)時測得Fe=21000N，F(xiàn)m =29000N，d1 =5.65mm，L1=138mm。求此試樣的ReL、 Rm 、A、Z。解題過程解題過程常用的力學(xué)性能指標(biāo)及其

8、說明KK（轉(zhuǎn)下頁）三、金屬材料的工藝性能三、金屬材料的工藝性能金屬材料的一般加工過程：金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能金屬材料對不同加工工藝方法的適應(yīng)能力。它包括鑄造性、鍛造性、切削加工性和焊接性、熱處理性等。 冶煉鑄造鑄件鑄錠熱鍛熱軋板料、棒材、型材、管材機(jī)加工機(jī)加工零件焊接機(jī)加工冷軋、冷拔、冷沖1鑄造性2可鍛性3焊接性4冷彎性5切削加工性6熱處理工藝性 金屬材料的工藝性能：鑄造性鑄造性指金屬材料用鑄造的方法獲得優(yōu)良鑄件的能力。金屬材料的鑄造性主要包括流動性、收縮性和偏析傾向等。1鑄造性鑄造性砂型鑄件的生產(chǎn)過程指金屬凝固后鑄件內(nèi)部化學(xué)成分和組織的不均勻性。（1）流動性液態(tài)金屬充滿型腔的能

9、力。（2）收縮性鑄件在凝固和冷卻時體積收縮的能力。（3）偏析傾向縮孔和縮松可鍛性的好壞主要與金屬材料的塑性有關(guān)。塑性越好，可鍛性越好。2可鍛性可鍛性可鍛性可鍛性指金屬材料在壓力加工時，能改變形狀而不產(chǎn)生裂紋的能力。鋼材的含碳量是影響焊接性的主要因素。3焊接性焊接性焊接性焊接性指金屬材料對焊接加工的適應(yīng)能力，主要是指在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。焊條電弧焊操作圖測定冷彎性通常是用試驗(yàn)方法來檢驗(yàn)鋼材承受規(guī)定彎曲程度的彎曲變形性能。4冷彎性冷彎性冷彎性冷彎性鋼材在冷加工發(fā)生塑性變形時，對產(chǎn)生裂縫的抵抗能力。6熱處理工藝性熱處理工藝性熱處理工藝性熱處理工藝性金屬材料適應(yīng)各種熱處理

10、工藝的能力。5切削加工性切削加工性切削加工性切削加工性金屬材料經(jīng)切削加工后成為合格工件的難易程度。切削加工性常用加工后工件的表面粗糙度、允許表面粗糙度、允許的切削速度的切削速度以及刀具的磨損程刀具的磨損程度度來衡量。車削加工材料工藝性能對機(jī)械零件選材的影響材料工藝性能對機(jī)械零件選材的影響工藝性能的好壞直接影響零部件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和成本。當(dāng)工藝性能與使用性能相矛盾時，有時往往從工藝性能考慮，不得不放棄某些使用性能合格的材料。工藝性能成為選擇材料的主導(dǎo)因素。工藝性能對大批量生產(chǎn)的零部件尤為重要。鏜床頂尖細(xì)平銼用銼刀判斷硬度用銼刀判斷硬度用長150200 mm、八成新的細(xì)平銼，銼削被檢驗(yàn)零件。若雙手感覺有明