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1、机械制造工程第一章节本讲稿第一页，共三十四页一、材料的分类一、材料的分类二、材料的应用情况二、材料的应用情况三、材料的重要性三、材料的重要性概概 述述本讲稿第二页，共三十四页本讲稿第四页，共三十四页教学目的与要求：1.了解材料性能的分类 2.掌握性能参数的获得方法 3.掌握金属材料常用性能指标的名称、代表符号、单位、数值含义本讲稿第五页，共三十四页教学内容：1.材料性能与应用的关系。2.性能的分类。3.常用机械性能指标的基本概念。4.常用机械性能参数的测试方法。5.拉伸，冲击，硬度实验。重点、难点：重点：常用机械性能指标的名词、代表符号、单位、数值含义。难点：常用机械性能参数的测试原理。本讲稿
2、第六页，共三十四页概 述本讲稿第七页，共三十四页第一节 金属材料的机械性能 定义:表示材料承受外力作用的能力，表示材料承受外力作用的能力，又称为力 学性能。最常见实验有:拉伸实验、硬度实验和冲击实验拉伸实验、硬度实验和冲击实验四大项性能指标:强度、硬度、塑性和韧性强度、硬度、塑性和韧性学习思路:定义、符号、单位、数值含义定义、符号、单位、数值含义本讲稿第八页，共三十四页一、强度具体的数值。本讲稿第九页，共三十四页拉伸试验试样拉伸试验试样：图中d0和l0分别为试样在拉伸前的计算直径和计算长度，d和l分别为试样在拉断后的断口直径和计算长度。标准拉伸试样示意图 拉伸试验设备拉伸试验设备：拉伸试验机拉
3、伸试验机本讲稿第十页，共三十四页kbb 极限载荷点力学拉伸试验过程力学拉伸试验过程Fee 弹性极限点sS 屈服点K 断裂点拉伸曲线FFL应力应变曲线缩颈o本讲稿第十一页，共三十四页拉拉伸伸试试验验的的现现场场录录像像 根据拉伸试验研究表明，低碳钢在外加载荷作用下的变形过程可分为三个阶段，即弹性变形阶段、塑性变形阶段和断裂阶段弹性变形阶段、塑性变形阶段和断裂阶段。本讲稿第十二页，共三十四页本讲稿第十三页，共三十四页本讲稿第十四页，共三十四页3、屈服强度（屈服极限）、屈服强度（屈服极限）概念概念：材料抵抗应力作用下，开始发生明显塑性变形，拉材料抵抗应力作用下，开始发生明显塑性变形，拉力不增加，应变
4、增加，产生屈服现象的最小应力值称为力不增加，应变增加，产生屈服现象的最小应力值称为屈服强度。屈服强度。单位单位：MPa（N/mm2）;表示符号表示符号：s它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。屈服强度屈服强度 是塑性材料选材和评定的依据。是塑性材料选材和评定的依据。本讲稿第十五页，共三十四页*条件屈服强度条件屈服强度概念概念：某些材料（铸铁等）在做拉伸曲线时和低碳钢不一样，并没某些材料（铸铁等）在做拉伸曲线时和低碳钢不一样，并没有明显的屈服现象有明显的屈服现象(低碳钢和铸铁的应力低碳钢和铸铁的应力应变曲线比较应变曲线比较)。鉴于这种情况，我们人为的专门规定，把
5、当试样产生的残余塑鉴于这种情况，我们人为的专门规定，把当试样产生的残余塑性变形量为标距长度的性变形量为标距长度的0.2%时所对应的应力值时所对应的应力值(0.2)定为该材料定为该材料的屈服强度（条件屈服强度）。的屈服强度（条件屈服强度）。单位单位：MPa(N/mm2);表示符号表示符号：0.2实际意义实际意义：一些工程零件：一些工程零件(如紧固螺栓如紧固螺栓)在使用时是不允许发生塑性在使用时是不允许发生塑性变形的，因此屈服强度是工程设计与选材的重要依据之一。变形的，因此屈服强度是工程设计与选材的重要依据之一。本讲稿第十六页，共三十四页4、抗拉强度（强度极限）、抗拉强度（强度极限）代表符号代表符
6、号:b 定义定义:试样拉断前最大载荷所决定的应力值,即试样所能承受的最大应力值物理意义物理意义:表征了材料对最大均匀变形的抗力,是设计和选材时的主要依据之一拉伸曲线应力应变曲线kbeso本讲稿第十七页，共三十四页本讲稿第十八页，共三十四页3、条件疲劳极限 对于钢铁材料，取对于钢铁材料，取N=107的循环周次所对应的最的循环周次所对应的最大应力为它的大应力为它的-1。对于大多数非铁金属及其合金的疲劳曲线上没有水对于大多数非铁金属及其合金的疲劳曲线上没有水平直线部分。平直线部分。这种情况要根据零件的工作条件及使用寿命确定这种情况要根据零件的工作条件及使用寿命确定一个疲劳极限的循环周次，并以此所对应
7、的应力一个疲劳极限的循环周次，并以此所对应的应力N作为疲劳极限，亦称条件疲劳极限。作为疲劳极限，亦称条件疲劳极限。一般规定：铸铁取一般规定：铸铁取N=107次，非铁金属取次，非铁金属取N=108次；次；本讲稿第十九页，共三十四页二、塑性本讲稿第二十一页，共三十四页（一）布氏硬度（一）布氏硬度如图所示：布氏硬度测试布氏硬度测试原理图原理图 HBS(HBW)=P/F=0.102式中：式中：P和和F分别是载荷和压痕面积。分别是载荷和压痕面积。三、硬度概念概念：硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量金属软硬的判据。常用方法常用方法：通常用布氏硬度、洛氏硬度布氏硬度、洛氏硬度
8、等来表示材料的硬度。本讲稿第二十二页，共三十四页布氏硬度的表示方法硬度值的标注方法如下：硬度值的标注方法如下：硬度值硬度值 硬度代号硬度代号 压头直径压头直径D/载荷载荷P/保荷时间保荷时间T如：150HBS10/3000/30 500HBW5/750表示用直径10mm的淬火钢球压头，在3000kgf载荷作用下保荷时间为30秒所测得的布氏硬度值为150。本讲稿第二十四页，共三十四页（二）洛氏硬度如图所示为洛氏硬度测试原理图。如图所示为洛氏硬度测试原理图。HR=K-e/0.002 式中：式中：HR为洛氏硬度代号；为洛氏硬度代号；K为常数，当采用金刚石圆锥压头时为常数，当采用金刚石圆锥压头时K=1
9、00，用，用淬钢球压头淬钢球压头时时K=130。本讲稿第二十五页，共三十四页洛洛氏氏硬硬度度测测试试现现场场录录像像本讲稿第二十六页，共三十四页洛氏硬度的表示方法 硬度值硬度值 硬度代号硬度代号如：60HRC 表示用金刚石圆锥压头，载荷为150 kgf所 测得的硬度值为60。本讲稿第二十七页，共三十四页（三）布氏硬度与洛氏硬度的比较与选用 共同点与不同点共同点与不同点共同点与不同点共同点与不同点共同点与不同点共同点与不同点本讲稿第二十八页，共三十四页布什硬度和洛氏硬度特点比较：布什硬度和洛氏硬度特点比较：1、测定准确性 布氏大于洛氏 2、测量范围 洛氏大于布氏 3、测量效率 洛氏大于布氏 4、
10、应用对象 布氏硬度：布氏硬度：主要用于原材料、毛坯和半成品的硬度 的单件、小批测量。不适合于测量厚度 太小和成品零件的硬度。洛氏硬度：洛氏硬度：不仅可以用于测量原材料、毛坯和半成 品的硬度，也可以用于测量成品的硬 度，不仅可以用于单件、小批测量，也可以用于大批量测量。本讲稿第二十九页，共三十四页四、冲击韧度 概念：概念：冲击韧度表示材料抵抗冲击载荷作用的能力，并以冲断试样每单位面积所消耗的功来表示。k=Ak/F=G(H-h)/F (J/m (J/m)本讲稿第三十页，共三十四页第二节 金属的物理性能和化学性能一、物理性能 1.1.导热性导热性 常用导热系数来评价，值愈大，导热性愈好，它对加工和使
11、用都有很大的影响。2.2.热胀冷缩性热胀冷缩性 用线膨胀系数或体积膨胀系数来评价。线膨胀系数或体积膨胀系数愈大，材料的尺寸或体积随温度升高而增大愈多，随温度降低而减少愈多，不仅对零件的使用有很大影响，而且影响零件的加工。本讲稿第三十一页，共三十四页二、化学性能 化学性能是指金属在室温或者高温抵抗各种介质化学作用的能力，即化学稳定性。1.抗氧化性 2.抗腐蚀性本讲稿第三十二页，共三十四页本章小节本章小节 本章的主要内容为三个实验：拉伸实验、硬度测试、冲击实验；通过三个实验可以掌握材料主要性能指标：强度、硬度、塑性、韧性的基本概念、单位及其获得方法。通过本章的学习，应了解材料性能的分类、掌握性能参数的获得方法以及金属材料常用性能指标的名称、代表符号、单位、数值含义。本讲稿第三十三页，共三十四页作 业1、试说明金属材料的性能分类。P17（第1题）2、说明下列符号所代表的性能名称、定义、单位及获得方法。3、何谓疲劳现象？为什么说疲劳破坏比其它破坏形式的危害更大？P17（第3题）4、试比较布氏硬度和洛氏硬度的特点及应用。P17（第5题）本讲稿第三十四页，共三十四页