金屬材料的力學(xué)性能

1、金屬材料的力學(xué)性能第1頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué)授課學(xué)時：32學(xué)時 1.金屬材料2. 熱處理3. 常用熱加工方法課程性質(zhì)：是一門綜合性、工藝性很強的課程課程情況總體簡介課程內(nèi)容：教 材：機械工程材料與熱加工工藝 梁戈 時惠英 編 機械工業(yè)出版社先修課程：工程制圖、材料力學(xué)第2頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三材料是指人類用以制造各種有用器件的物質(zhì)。材料是人類進(jìn)化的里程碑。由于材料的重要性，歷史學(xué)家根據(jù)人類所使用的材料來劃分時代：石器時代陶器青銅器鐵器鋼鐵（資本主義大工業(yè)時期）合成材料（20世紀(jì)）復(fù)合材料（20世紀(jì)40年代）

2、材料與能源和信息并列，稱作現(xiàn)代文明的三大支柱。杭州電子科技大學(xué)第3頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三材料的發(fā)展與人類社會簡圖杭州電子科技大學(xué)第4頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三金屬材料（金屬鍵） 陶瓷材料（離子鍵和共價鍵，離子鍵為主） 高分子材料（共價鍵、分子鍵和氫鍵，共價鍵為主）。 按化學(xué)性質(zhì)分杭州電子科技大學(xué)第5頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三機器生產(chǎn)過程熱處理原材料毛坯機器零件熱處理鑄造鍛壓焊接裝配切削加工研究：材料的性能、材料的基礎(chǔ)知識、材料加工的工藝方法。學(xué)習(xí)目的：合理地選用材料、合理地選用熱處理方法、妥善地

3、安排工藝路線。學(xué)習(xí)方法：理解的基礎(chǔ)上加強記憶。杭州電子科技大學(xué)第6頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué)第一章 金屬材料的力學(xué)性能教學(xué)目標(biāo)1.1 剛度、強度、塑性1.2 沖擊韌性1.3 疲勞強度本章小結(jié)1.4 硬度第7頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué)教學(xué)目標(biāo)1.了解金屬材料的種類；2.了解金屬材料性能，重點掌握金屬材料的機械性能；第8頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué)緒 論(1)1、工程金屬材料:包括純金屬與合金2、金屬材料的基本分類：金屬材料黑色金屬有色金屬工業(yè)純鐵鋼： 碳鋼

4、、合金鋼、特殊性能鋼鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵銅及其合金鋁及其合金其他：軸承合金、硬質(zhì)合金第9頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué)緒 論(2)1、合金:由兩種或兩種以上的金屬元素(或金屬元素與非金屬元素)組成的具有金屬特性的材料.2、金屬材料的共同特性:較高強度、良好塑性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、金屬光澤等3、金屬材料本身性能具有：多樣性與多變性成分處理組織性能的基礎(chǔ)改變性能的手段性能變化的根據(jù)原因：第10頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué)緒 論(3)金屬材料的性能使用性能 工藝性能 經(jīng)濟性能物理性能化學(xué)性能力學(xué)(機械

5、)性能靜載特性： 動載特性： 強度 剛度塑性 硬度 沖擊韌性 疲勞強度 鑄造性焊接性壓力加工性切削性熱處理性第11頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué)1.1 強度、剛度、塑性1.靜載特性(1).強度:在外力作用下材料抵抗變形和破壞的能力。 第12頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué)1.2 金屬材料的性能(3)1).彈性極限(e)表示材料保持彈性變形, 不產(chǎn)生永久變形的最大應(yīng)力, 是彈性零件的設(shè)計依據(jù)。 2). 屈服點(s) 表示金屬開始發(fā)生明顯塑性變形的抗力。 鑄鐵等材料沒有明顯的屈服現(xiàn)象, 則用條件屈服點（0.2 ）

6、來表示: 產(chǎn)生0.2%殘余應(yīng)變時的應(yīng)力值。3). 強度極限(抗拉強度b )表示金屬受拉時所能承受的最大應(yīng)力。第13頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué)1.2 金屬材料的性能(4)強度的拉伸試驗 第14頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué)1.2 金屬材料的性能(5)(2).剛度:外力作用下材料在彈性變形范圍內(nèi)抵抗變形的能力. E=/在外力作用下材料產(chǎn)生永久變形而不會破壞的能力. (3).塑性用伸長率和斷面收縮率來表示:伸長率(): 在拉伸試驗中, 試樣拉斷后, 標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距的百分比稱為伸長率.斷面收縮率(): 試

7、樣拉斷后, 縮頸處截面積的最大縮減量與原橫斷面積的百分比稱為斷面收縮率.第15頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué)1.2 金屬材料的性能(7) 許多機械零件和工具在工作中, 往往要受到?jīng)_擊載荷的作用, 如活塞銷、錘桿、沖模和鍛模等常用一次擺錘沖擊彎曲試驗來測定。測得試樣沖擊吸收功,用符號 Ak 表示。用沖擊吸收功除以試樣缺口處截面積 S0 , 即得到材料的沖擊韌度 ak。 ak= Ak/ S0=W(H-h)/S02.動載特性(1).沖擊韌性（ak）材料抵抗沖擊力的能力 第16頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué)某些材料

8、在低于某個溫度時它的沖擊韌性大為下降，該溫度即為韌脆轉(zhuǎn)變溫度或韌脆敏感溫度，因此在低溫工作的材料必須對此引起重視第17頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué)1.2 金屬材料的性能(8) 軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等零件，在工作過程中各點的應(yīng)力隨時間作周期性的變化，這種隨時間作周期性變化的應(yīng)力稱為交變應(yīng)力(也稱循環(huán)應(yīng)力)。在交變應(yīng)力作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點，但經(jīng)過較長時間的工作而產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程稱為金屬的疲勞。材料承受的交變應(yīng)力( )與材料斷裂前承受交變應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)(N)之間的關(guān)系可用疲勞曲線來表示。金屬承受的交變應(yīng)力越大

9、, 則斷裂時應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N越少。當(dāng)應(yīng)力低于一定值時, 試樣可以經(jīng)受無限周期循環(huán)而不破壞, 此應(yīng)力值稱為材料的疲勞極限(亦叫疲勞強度)，用-1 表示。 (2).疲勞強度材料在多次交變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力 第18頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué)第19頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué)1.2 金屬材料的性能(6)(4).硬度：在外力作用下材料抵抗更硬物壓入的能力. 即受壓時抵抗局部塑性變形的能力 一定直徑的球體(鋼球或硬質(zhì)合金球)在一定載荷作用下壓入試樣表面，保持一定時間后卸除載荷，測量其壓痕直徑, 計算

10、硬度值。 布氏硬度值用球面壓痕單位表面積上所承受的平均壓力來表示。用符號HBS(當(dāng)用鋼球壓頭時)或HBW(當(dāng)用硬質(zhì)合金球時)來表示. 優(yōu)點:準(zhǔn)確;不足:不能測太薄和硬度較高材料1). 布氏硬度（HB)第20頁，共23頁，2022年，5月20日，22點15分，星期三杭州電子科技大學(xué) 將金剛石壓頭(或鋼球壓頭), 在先后施加兩個載荷(預(yù)載荷F0和總載荷F)的作用下壓入金屬表面?？傒d荷F為預(yù)載荷F0和主載荷F1之和。卸去主載荷F1后, 測量其殘余壓入深度h, 用h與h0之差h來計算洛氏硬度值。 HR=(h0-h)/0.002 h 越大, 表示材料硬度越低, 實際測量時硬度可直接從洛氏硬度計表盤上讀得。根據(jù)壓頭的種類和總載荷的大小洛氏硬度常用的表示方式有HRA、HRB、HRC三種。2).洛氏硬度(HR)優(yōu)點:方便,能測太薄和硬度較高材料;不足:準(zhǔn)確程度差第21頁，共23頁，2022年，5月20日，22