机械工程基础（力学性能）.ppt

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1、问题什么是金属材料的性能？包括几方面？金属材料的使用性能和工艺性能的各项指标有哪些？如何依据金属材料的性能，进行各种合理的机械工程设计、选材和工艺评定？分析问题金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料在使用过程中具备的性能，包括物理性能、化学性能、力学性能等方面。工艺性能是指金属材料对某种加工工艺的适应性能，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理工艺和切削加工性能等。第一章机械工程材料及钢的热处理A机械工程材料的选用1.1.1金属材料的力学性能金属材料的力学性能金属材料在外力作用下所表现出的特性称为力学性能

2、，包括强度、塑性、冲击韧性、硬度、疲劳强度等指标（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变形和断裂的能力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屈服强度分为上屈服强度δsH和下屈服强度δsL。在金属材料中，一般用下屈服强度代表其屈服强度②抗拉强度δb断面收缩率是指试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始横截面面积比值的百分率2.塑

3、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（2）断面收缩率Z（1）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）表示即HBW=F/S×0.102F———试验压力，NS———压痕表面积，mm²压痕越小，布氏硬度值越高，材料越硬3.硬度硬度是指金属材料抵

4、抗其他更硬物体压入其表面的能力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，根据压痕深度来确定硬度值。压痕深度越小，硬度值越高，材料越硬（2）洛氏硬度4.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5.疲劳强度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

5、力。构件在交变应力作用下的破坏称为疲劳破坏疲劳断口特点为: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1.1.2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，

6、表明该金属易锻造成形3.焊接性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）B相关理论常用金属材料间的关系1.2.1铁碳合金的成分和组织以铁、铬、锰以及它们的合金（主要是指合金钢及钢铁）称为黑色金属，而把其他金属及其合金称为有色金属铁碳合金是以铁和碳为基本组元组成

7、的合金，是钢和铸铁的统称铁碳合金中碳的最高含量可达6.69%，其中含碳量小于2.11%的称为钢含碳量大于2.11%的称为铸铁2.1.1组织（1）铁素体（F）碳溶解在α-Fe中形成的固溶体称为铁素体，用F表示铁素体性能趋于纯铁，强度、硬度低，塑性、韧性很好（2）奥氏体（A）碳溶解在γ-Fe中的固溶体称为奥氏体，用A表示,奥氏体溶碳能力较大，其最大溶碳量为2.11%。其强度、硬度不高，塑性、韧性较好，无磁性（3）渗碳体（Fe3C或Cm）碳和铁形成的化合物Fe3C称为渗碳体，渗碳体中含碳量为6.69%，并且不随温度变化而变化。其硬度

8、高，强度极低，塑性、韧性极差，非常脆（4）珠光体（P）铁素体与渗碳体形成的机械混合物称为珠光体，用P表示。珠光体的含碳量为0.77%，其性能介于铁素体与渗碳体之间，强度、硬度、塑性、韧性适中综上所述，铁碳合金钢的室温基本组织为铁素体、渗碳体和珠光体，铁素体的塑性最好，硬度最低