机械制造基础 教学课件 作者 邹积德 主编 胡传松 余新旸 副主编第一章 金属材料基础知识.ppt

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1、机械制造基础第1章金属材料的基础知识1.1金属材料的性能使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能、化学性能。工艺性能：在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能。如：铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能、热处理工艺性能1.1.1材料的力学性能指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。（1）强度：是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。载荷——材料在加工和使用过程中所受到的外力。静载荷：大小不变或变动缓慢的载荷。冲击载荷：突然增加或消失的载荷。疲劳载荷：周

2、期性变化的载荷。①强度的类型按载荷作用方式的不同分为：抗拉强度-受拉伸作用力抗弯强度-抵抗弯曲作用力抗压强度-抵抗压力作用抗剪强度-抵抗剪切力作用。②拉伸试验：强度指标的测定FFL拉伸前拉伸后图1—2低碳钢的拉伸曲线材料的拉伸曲线特点弹性变形阶段oe段：e点以下为直线，正比关系变形。如弹簧：撤销外力试样能完全恢复到原来的形状和尺寸。e点为弹性极限点屈服阶段es段：当拉力超过e点时，开始有塑性变形发生，表现为，当外力不增加时而伸长量却在迅速增加。产生屈服现象（丧失抵抗塑性变形的能力）。S为屈服点。屈服现象是塑性变形明显标志。③均匀塑性变形阶段sb:材料又有了抵抗

3、外力的能力，ΔL缓慢增加，不像屈服时迅速增加，当达到b点时，达到最大值。④缩颈阶段bk:当载荷达到最大值Fb时，出现“缩颈”现象，最后在k点处断裂。强度指标①弹性极限：材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力值。σe=Fe/A0（MPa）应力：单位面积上所受到的力。σ＝F/A（MPa）②屈服强度：材料产生屈服现象时的最小应力值为。σS=Fs/A0（MPa）③抗拉强度：材料被拉断前所能承受的最大应力值。σb=Fb/A0（MPa）机件在工作中一般不允许产生塑性变形，同时机械零件工作中也不允许产生断裂，所以：σe、σb都是零件设计和选材的主要依据！①概念：金属材料在

4、静载荷作用下，产生永久性变形而不破坏的能力。（2）塑性②评价指标：伸长率、断面收缩率良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。意义？塑性好的材料不但容易进行轧制、锻压、冲压等，而且所制成的零件在使用时万一超载，也能由于塑性变形而避免突然断裂。因此，大多数机械零件除满足强度要求之外，还必须具有一定的塑性，这样工作时才安全可靠。（3）硬度①概念：是指金属材料抵抗比它更硬物体压入其表面的能力，即抵抗局部塑性变形的能力。表征材料软、硬性能。②类型：按照测量方法不同分为布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。1.布氏硬度（HBW）布氏硬度计可以用压痕面积大小来判断材料的软硬程度

5、。2.洛氏硬度（HR）用压痕的深度来表示材料的软、硬钢球压头与金刚石压头洛氏硬度压痕布氏硬度压痕（4）冲击韧度金属材料在冲击载荷的作用下而不被破坏的能力称为冲击韧度。aK=Ak/S0=G(h1－h2)/S0(1-9)材料的aK值愈大，韧性就愈好,受到冲击时不易断裂；材料的aK值愈小，材料的脆性愈大。通常把aK值小的材料称为脆性材料。冲击韧度计算公式建造中的Titanic号TITANICTITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关Titanic号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果Titanic近代船用钢板（5）疲劳强度金属在循环载荷作用下产生疲劳裂

6、纹并使其扩展而导致的断裂称为疲劳断裂。工程上规定，材料经受无数次应力循环，而不产生断裂的最大应力称为疲劳强度。工程上一些机件工作时受交变应力或循环应力作用，即使工作应力低于材料的s，但经过一定循环周次后仍会发生断裂，这样的断裂现象称之为疲劳。据统计，约80%的机件失效为疲劳破坏。当零件所受的应力低于某一值时，即使循环周次无穷多(107)也不发生断裂，称此应力值为疲劳强度或疲劳极限影响疲劳强度的因素内部缺陷、表面划痕、残留应力等1.1.2金属材料的工艺性能金属材料成形加工的难易程度,称为金属材料的工艺性能,包括以下几个方面：（1）铸造性能（2）锻造性能（3）切

7、削加工性能（4）热处理工艺性能1.2金属的晶体结构和结晶晶体：固态下原子在物质内部作有规则的排列。一切固体金属及其合金。非晶体：是固态下原子在物质内部排列无规则可循。沥青、玻璃、石蜡、松香、陶瓷等1.2.1金属的晶体结构（1）晶体与非晶体材料学的知识，不同的材料其结构、性能是不一样的。自然界中的固态物质根据原子排列特征分为：晶体和非晶体①晶格：人为的将原子抽象为几何点，假想用一系列直线将几何点连接起来构成三维的空间格子称为晶格。晶体结构：晶体中原子（离子或分子）在空间的具体排列方式（2）晶体结构的概念为了形象的描述晶体内部排列规律，研究起来就方便了②晶胞：能完

8、全反映原子排列特征的最小几何单元。由于