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1、机械制造基础第一章第一章金属材料基本知识1.1金属材料的力学性能1.2金属与合金的晶体结构与结晶1.1金属材料的力学性能第一章金属材料基本知识1.1.1强度1.1.2塑性1.1.3硬度1.1.4冲击韧度1.1.5疲劳强度第一章金属材料基本知识金属材料的性能对零件的使用和加工有十分重要的作用在机械制造领域选用材料时,大多以力学性能为主要依据力学性能是指材料在各种载荷作用下表现出来的抵抗力金属材料性能的主要种类如表1.1所示第一章金属材料基本知识第一章金属材料基本知识1.1.1强度强度是金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。根据载荷作用方式的不同，强度可分为：抗拉强度(σb)抗压强度(σb
2、c)抗弯强度(σbb)抗剪强度(στ)一般情况下，多以抗拉强度为判断金属强度大小的指标。拉伸曲线第一章金属材料基本知识1.1.1强度图1.1低碳钢的拉伸曲线图拉伸曲线第一章金属材料基本知识1.1.1强度（1）ce──弹性变形阶段（2）es──屈服阶段（3）sb──均匀塑性变形阶段（4）bk──缩颈阶段拉伸曲线第一章金属材料基本知识1.1.1强度（1）ce──弹性变形阶段试样的伸长量与载荷成正比增加此时若卸载,试样能完全恢复原状Fe为能恢复原状的最大拉力拉伸曲线第一章金属材料基本知识1.1.1强度（2）es──屈服阶段当载荷超过Fe后,试样除产生弹性变形外,开始出现塑性变形当载荷增加到Fs时,图
3、形上出现平台,即载荷不增加,试样继续伸长,材料丧失了抵抗变形的能力,这种现象叫屈服Fs称为屈服载荷拉伸曲线第一章金属材料基本知识1.1.1强度（3）sb──均匀塑性变形阶段载荷超过Fs后,试样开始产生明显塑性变形,伸长量随载荷增加而增大Fb为试样拉伸试验的最大载荷拉伸曲线第一章金属材料基本知识1.1.1强度（4）bk──缩颈阶段载荷达到最大值Fb后,试样局部开始急剧缩小,出现“缩颈”现象k点时试样发生断裂第一章金属材料基本知识1.1.1强度强度指标金属材料的强度是用应力来度量的。常用的强度指标有屈服点和抗拉强度。(1)屈服点σs在拉伸过程中,载荷不增加,试样还继续发生变形的最小应力(MPa)。
4、σs=Fs/A0第一章金属材料基本知识1.1.1强度强度指标金属材料的强度是用应力来度量的。常用的强度指标有屈服点和抗拉强度。(2)抗拉强度σb金属材料在拉断前所承受的最大应力(MPa)σb=Fb/A0第一章金属材料基本知识1.1.2塑性塑性是金属材料在载荷作用下产生塑性变形(或永久变形)而不断裂的能力。常用塑性指标是断后伸长率δ拉伸试验试样拉断后,标距长度的相对伸长值δ=[(l1-l0)/l0]×100%第一章金属材料基本知识1.1.2塑性塑性是金属材料在载荷作用下产生塑性变形(或永久变形)而不断裂的能力。常用塑性指标是断面收缩率ψ拉伸试样拉断后试样截面积的收缩率ψ为ψ=[(A0-A1)/A
5、0]×100%第一章金属材料基本知识1.1.3硬度硬度是指金属材料抵抗外物压入其表面的能力,即金属材料抵抗局部塑性变形或破坏的能力。硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。将一定直径的压头,在一定的载荷下垂直压入试样表面,保持规定的时间后卸载,压痕表面所承受的平均应力值称为布氏硬度值,以HB表示。图1.2为布氏硬度试验原理图。第一章金属材料基本知识1.1.3硬度布氏硬度图1.2布氏硬度试验原理图HB=F/S压=0.102×2F/πD(D-D2-d2)用规定的载荷,将顶角为120°的圆锥形金刚石压头或直径为1.588mm的淬火钢球压入金属表面,取其压痕深
6、度计算硬度的大小,这种硬度称为洛氏硬度HR。第一章金属材料基本知识1.1.3硬度洛氏硬度图1.3洛氏硬度试验原理图HR=K-bd/0.002第一章金属材料基本知识1.1.3硬度维氏硬度用49-981N的载荷,将顶角为136°的金刚石四方角锥体压头压入金属表面,以其压痕面积除载荷所得的商称为维氏硬度HV。三种硬度应用范围比较布氏硬度计主要用来测量灰铸铁、有色金属以及经退火、正火和调质处理的钢材等材料HRA主要用于测量硬质合金、表面淬火钢等;HRB主要用于测量软钢、退火钢、铜合金等;HRC主要用于测量一般淬火钢件维氏硬度适用于测定厚度为0.3～0.5mm的薄层材料,或厚度为0.03～0.05mm的
7、表面硬化层的硬度第一章金属材料基本知识第一章金属材料基本知识1.1.4冲击韧度图1.4冲击试验示意图1——摆锤2——试样冲击韧度是金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力,通常用一次摆锤冲击试验来测定。冲击吸收功(AK)除以试样缺口处的截面积S0,即可得到材料的冲击韧度αK=AK/S0=G(H1-H2)/S0冲击韧度αK值愈大,表明材料的韧性愈好,受到冲击时不易断裂。第一章金属材料基本知识1.1.5
