产品造型设计材料与工艺教学课件作者赵占西02工程材料的性能课件

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1、机械工业出版社第二章工程材料的性能产品造型材料与工艺2第二章工程材料的性能2.1工程材料的力学性能生产实践中，由于选材不当可造成产品达不到使用要求或过早失效，因此了解和熟悉材料的性能成为合理选材、充分发挥工程材料内在性能的主要依据。金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能是指材料在使用过程中表现出来的性能，它包括力学性能、物理和化学性能等；工艺性能是指材料对各种加工工艺适应的能力，它包括液态成形性（铸造性能）、塑性成形性（锻造性能）、连接成形性（焊接性能）、切削加工性能和热处理工艺性能等。在机械制造领域选用材料

2、时，大多以力学性能为主要依据。3第二章工程材料的性能2.1工程材料的力学性能根据载荷作用性质不同，载荷可分为静载荷、冲击载荷、疲劳载荷等三种。(1)静载荷：大小不变或变动很慢的载荷，例如：机床床头箱对机床床身的压力。(2)冲击载荷：突然增加或消失的载荷，例如：空气锤锤头下落时锤杆所承受的载荷。(3)疲劳载荷：周期性的动载荷，例如：在变载荷作用下工作的各种弹簧。常用的力学性能指标有：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。图2-1为部分金属部件和建筑钢结构实例。4第二章工程材料的性能2.1工程材料的力学性能图2-1为部分金

3、属部件和建筑钢结构实例。5第二章工程材料的性能2.1工程材料的力学性能2.1.1强度材料在载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。按照载荷作用方式不同，强度分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。工程上以屈服点和抗拉强度作为强度指标。为了消除受力截面的影响，强度一般用单位面积上所受的力来表示，称为应力。屈服点或屈服强度（σs）在外力作用下，材料产生屈服现象的极限应力值即为σs。σs＝Fs/A式中，σs是屈服强度（Nmm－2）；Fs是产生塑性变形时的力（N）；A为试样截面积（mm2）。6第二章工程材料的性能2

4、.1工程材料的力学性能2.1.1强度屈服强度表示材料由弹性变形阶段过渡到弹-塑性变形的临界应力，是材料对明显塑性变形的抗力。绝大多数零件，如紧固螺栓、汽车连杆、机床丝杠等，在工作时都不允许明显的塑性变形，否则将丧失其自身精度或与其它零件的相对配合受影响，因此屈服强度是其设计与选材的主要依据之一。材料产生断裂时的强度：抗拉强度极限σb，单位为MPa。抗拉强度（σb）材料在受力过程中，所能承受的最大载荷Fb处对应的应力值即为抗拉强度。σb＝Fb/A式中，σb是抗拉强度（Nmm－2）；Fb是产生断裂时的力（N）；A为试样截

5、面积（mm2）。7第二章工程材料的性能2.1工程材料的力学性能2.1.1强度对塑性较好的材料，σb表示了材料对最大均匀变形的抗力；而对塑性较差的材料，一旦达到最大载荷，材料迅即发生断裂，故σb也是其断裂抗力（断裂强度）指标。不论何种材料，σb均是其最大允许承载能力的度量，且因σb易于测定，故适合于作为产品规格说明或质量控制标志，广泛出现在标准、合同、质量证明等文件资料中。σb在设计与选材中的应用不及σs普遍，但如钢丝绳、建筑结构件等对塑性变形要求不严而仅要求不发生断裂的零件，σb就是其设计与选材参数。8第二章工程材料

6、的性能2.1工程材料的力学性能2.1.1强度所有强度指标均可作为设计与选材的依据，为了应用的需要，还有一些从强度指标派生出来的指标：①比强度：强度指标与材料密度之比，在对零件自身重量有要求或限制的场合下（如航天航空构件、汽车等运行机械），比强度有着重要的应用意义。②屈强比：它是材料屈服强度与抗拉强度之比，表征了材料强度潜力的发挥利用程度和其零件工作时的安全程度。合金化、热处理及各种冷热加工可在很大程度上改变材料强度指标的大小。9第二章工程材料的性能2.1工程材料的力学性能2.1.2塑性塑性是指材料在外力作用下产生塑性

7、变形而不破坏的能力，即材料断裂前的塑性变形的能力。在拉伸、压缩、扭转、弯曲等外力作用下材料所产生的伸长、缩短、扭曲、弯曲等都可用来表示材料的塑性。塑性用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示。伸长率试样拉断后，伸长量与原始标距的百分比称为断后伸长率，以δ表示。断面收缩率试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率，以ψ表示。10第二章工程材料的性能2.1工程材料的力学性能2.1.2塑性式中，l0是试样的原始标距（mm）；l1是试样拉断后标距（mm）；S0是试样原始横截面积（mm2）；S1是试样断裂

8、处的横截面积（mm2）。伸长率或断面收缩率越高，材料的塑性越好。良好的塑性可使材料顺利成形，可保证零件或构件的安全性。一般δ达5％、ψ达10％即可满足绝大多数零部件的使用要求。材料的塑性与其强度指标一样，也是结构敏感性参数，可通过各种方法改变之。顺便要指出的是，金属材料之所以有广泛的应用，其主要原因之一并不是它的强度，而恰恰在于其良好的塑性。1