机械工程常用材料及其工程性能

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1、第四章机械工程常用材料及其工程性能§4－1概述§4－2金属材料的机械性能§4－3常用工程材料§4－4金属材料的热处理与表面精饰材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。机械工程材料是用于机械制造的材料，其主要包括金属材料和非金属材料两大类。§4－2金属材料的机械性能金属材料在外力作用下所表现出的特性称为机械性能，包括强度、刚度、塑性、硬度、疲劳强度、冲击韧性和线膨胀系数等指标。1）力—伸长曲线拉伸实验中，依据拉力F与伸长量ΔL之间的关系在直角坐标系中绘出的曲线称为力—伸长曲线。强度是指材料在外力作用下抵抗塑性

2、变形和防止出现断裂的能力。2.1强度2）强度指标①屈服强度:屈服强度是当金属材料呈现屈服现象时，在实验期间发生塑性变形而力不增加的应力点材料在断裂前所能承受的最大应力称为抗拉强度②抗拉强度δb弹性模量E是用于表示材料刚度的重要参数，E值越大材料刚度越大。表4-1是不同金属材料的弹性模量。刚度是指材料在外力作用下抵抗弹性变形保持原有形状的能力。2.2刚度2.3塑性材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力称为塑性断后伸长率是指试样拉断后，标距的伸长量与原始标距之比的百分率1）断后伸长率A断面收缩率是指试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始

3、横截面面积比值的百分率2）断面收缩率Z1）布氏硬度布氏硬度的测定是在布氏硬度试验机上进行的，其试验原理是用直径为D的淬硬钢球或硬质合金球，在规定压力F作用下压入被测金属表面至规定时间后，卸除压力，金属表面留有压痕，压力F与压痕表面积A的比值称为布氏硬度，用符号HBW（压头为硬质合金球）表示。2.4硬度硬度是指金属材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力。2）洛氏硬度洛氏硬度的测定是在洛氏硬度试验机上进行的，是用一个顶角为120°的金刚石圆锥，或直径为1.5875mm的淬火钢球为压头，在一定载荷下压入被测金属材料表面，根据压痕深度来确

4、定硬度值。压痕深度越小，硬度值越高，材料越硬。金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为疲劳强度。疲劳极限用符号σ-1表示。机器和很多零件，受到随时间作周期性变化的应力作用，这种应力称为交变应力。构件在交变应力作用下的破坏称为疲劳破坏。当应力循环次数达到106～107次时材料不出现损坏，则认为材料不会出现疲劳损坏。2.5疲劳强度疲劳断口特点为:破坏时构件内的最大应力远低于强度极限，甚至低于屈服极限；破坏前没有明显的塑性变形；破坏断口表面明显分成光滑区及粗糙区。因此疲劳破坏无明显的预兆，容易造成严重的后果。线膨胀系数是指材料温

5、度每升高1℃，零件单位长度的伸长率。表4-3是常用材料的线膨胀系数。2.6线膨胀系数α2.7冲击韧性冲击韧性是指金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力，冲击韧性值用αk表示,αk越大，材料抗冲击能力越强。2.8金属材料的工艺性能工艺性能是指金属材料所具有的能够适应各种加工工艺要求的能力，它标志着制成成品的难易程度，包括铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性等。1）铸造性铸造性是指金属在铸造生产中表现出的工艺性能，包括液态流动性、吸气性，冷却时的收缩性和偏析性等。2）锻造性锻造性是指金属材料锻造时的难易程度。锻造性好，表明该金属易锻造

6、成形。3）焊接性4）切削加工性及热处理性能切削加工性是指金属材料被切削加工的难易程度。切削加工性好的金属材料，加工时刀具不易磨损，加工表面的粗糙度较小。热处理性能包括淬透性、淬硬性、过热敏感性、变形开裂倾向、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向等（将在钢的热处理中详细论述）焊接性是指在一定的焊接工艺条件下金属材料获得优良焊接接头的难易程度。工程材料可以分为金属材料和非金属材料，非金属材料又分为高分子材料和无机材料。§4－3常用的工程材料1）灰铸铁在灰铸铁中碳主要以石墨形式存在，其断口呈暗灰色，故称灰铸铁。以“HT+材料抗拉强度”表示牌号，

7、如HT150。常用于制造形状复杂而力学性能要求不高的工件，承受压力、要求消振的工件，以及一些耐磨工件。常用的热处理工艺有去应力退火，消除白口组织的退火和表面淬火。3.1.1铸铁是指含碳量大于2.11%的铁碳合金，并且含有较多的硅、锰、硫、磷等元素。3.1黑色金属球墨铸铁常用于制造载荷较大且受磨损和冲击作用的重要零件，如汽车、拖拉机的曲轴，连杆和机床的蜗杆、蜗轮等。球墨铸铁常用的热处理方式有退火、正火、调质及等温淬火。以“QT+材料抗拉强度”表示牌号如QT400表示球墨铸铁，其最低抗拉强度为400MPa。2）球墨铸铁铁液经球化处理

8、和孕育处理，使石墨全部或大部分呈球状的铸铁称为球墨铸铁。3.1.2碳素钢1）杂质对碳素钢性能的影响碳含量小于2.11%的铁碳合金称为碳素钢。a）硅、锰：材料硬度、强度提高。b）硫：材料热脆性增强。c）磷：材料冷脆性增强。D）氢：材料脆性增强。2）碳素钢的分类a）