第1章金属材料的力学性能精.ppt
第1章金属材料的力学性能第1页，本讲稿共23页杭州电子科技大学授课学时：32学时1.金属材料2.热处理3.常用热加工方法课程性质：是一门综合性、工艺性综合性、工艺性很强的课程课程情况总体简介课程内容：教材：机械工程材料与热加工工艺梁戈时惠英编机械工业出版社先修课程：工程制图、材料力学第2页，本讲稿共23页材料是指人类用以制造各种有用器件的物质。材料是指人类用以制造各种有用器件的物质。材料是人类进化的里程碑。材料是人类进化的里程碑。由于材料的重要性，历史学由于材料的重要性，历史学家根据人类所使用的材料来划分时代家根据人类所使用的材料来划分时代：石器时代石器时代陶器陶器青铜器青铜器铁器铁器钢铁（资本主义大工业时钢铁（资本主义大工业时期）期）合成材料（合成材料（2020世纪）世纪）复合材料（复合材料（2020世纪世纪4040年代）年代）材料与能源和信息并列，称作现代文明的三大支柱。材料与能源和信息并列，称作现代文明的三大支柱。杭州电子科技大学第3页，本讲稿共23页材料的发展与人类社会简图材料的发展与人类社会简图杭州电子科技大学第4页，本讲稿共23页金属材料（金属键）金属材料（金属键）陶瓷材料（离子键和共价键，陶瓷材料（离子键和共价键，离子键为主）离子键为主）高分子材料（共价键、分子键高分子材料（共价键、分子键和氢键，共价键为主）和氢键，共价键为主）。按按化化学学性性质质分分杭州电子科技大学第5页，本讲稿共23页机器生产过程热处理原材料毛坯机器零件热处理铸造锻压焊接装配切削加工研究：材料的性能、材料的基础知识、研究：材料的性能、材料的基础知识、材料加工的工艺方法。材料加工的工艺方法。学习目的：合理地选用材料、合理地选学习目的：合理地选用材料、合理地选用热处理方法、妥善地安排工艺路线。用热处理方法、妥善地安排工艺路线。学习方法：理解的基础上加强记忆。学习方法：理解的基础上加强记忆。杭州电子科技大学第6页，本讲稿共23页杭州电子科技大学第一章第一章 金属材料的力学性能金属材料的力学性能教学目标教学目标1.1 1.1 刚度、强度、塑性刚度、强度、塑性1.2 1.2 冲击韧性冲击韧性1.3 1.3 疲劳强度疲劳强度本章小结本章小结1.41.4 硬度硬度第7页，本讲稿共23页杭州电子科技大学教学目标教学目标1.了解金属材料的种类；2.了解金属材料性能，重点掌握金属材料的机械性能；第8页，本讲稿共23页杭州电子科技大学绪绪 论论(1)(1)1 1、工程金属材料、工程金属材料:包括纯金属与合金2 2、金属材料的基本分类：、金属材料的基本分类：金属金属材料材料黑色金属黑色金属有色金属有色金属工业纯铁工业纯铁钢：钢：碳钢、合金钢、特殊性能钢碳钢、合金钢、特殊性能钢铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁铜及其合金铜及其合金铝及其合金铝及其合金其他：轴承合金、硬质合金其他：轴承合金、硬质合金第9页，本讲稿共23页杭州电子科技大学绪绪 论论(2)(2)1 1、合金、合金:由两种或两种以上的金属元素由两种或两种以上的金属元素(或金属元素与非金属元素或金属元素与非金属元素)组成的具组成的具有金属特性的材料有金属特性的材料.2 2、金属材料的共同特性、金属材料的共同特性:较高强度、良好塑性、导电性、导热性、金属光泽等较高强度、良好塑性、导电性、导热性、金属光泽等3 3、金属材料本身性能具有：、金属材料本身性能具有：多样性与多变性多样性与多变性成分成分处理处理组织组织性能的基础改变性能的手段性能变化的根据原因：原因：第10页，本讲稿共23页杭州电子科技大学绪绪 论论(3)(3)金属材料金属材料的性能的性能使用使用性能性能工艺工艺性能性能经济经济性能性能物理性能物理性能化学性能化学性能力学力学(机械机械)性能性能静载特性：静载特性：动载特性：动载特性：强度强度刚度刚度塑性塑性硬度硬度冲击韧性冲击韧性疲劳强度疲劳强度铸造性铸造性焊接性焊接性压力加工性压力加工性切削性切削性热处理性热处理性第11页，本讲稿共23页杭州电子科技大学1.1 1.1 强度、刚度、塑性强度、刚度、塑性1.静载特性静载特性(1).强度强度:在外力作用下材料抵抗变形和破坏的能力。第12页，本讲稿共23页杭州电子科技大学1.2 1.2 金属材料的性能金属材料的性能(3)(3)1).1).弹性极限弹性极限(e e)表示材料保持弹性变形,不产生永久变形的最大应力,是弹性零件的设计依据。2).2).屈服点屈服点(s s)表示金属开始发生明显塑性变形的抗力。铸铁等材料没有明显的屈服现象,则用条件屈服点（0.2）来表示:产生0.2%残余应变时的应力值。3).3).强度极限强度极限(抗拉强度抗拉强度b b)表示金属受拉时所能承受的最大应力。第13页，本讲稿共23页杭州电子科技大学1.2 1.2 金属材料的性能金属材料的性能(4)(4)强度的拉伸试验强度的拉伸试验第14页，本讲稿共23页杭州电子科技大学1.2 1.2 金属材料的性能金属材料的性能(5)(5)(2).(2).刚度刚度:外力作用下材料在弹性变形范围内抵抗变形的能力外力作用下材料在弹性变形范围内抵抗变形的能力.E=/E=/在外力作用下材料产生永久变形而不会破坏的能力.(3).(3).塑性塑性用伸长率和断面收缩率来表示用伸长率和断面收缩率来表示:伸长率伸长率():):在拉伸试验中,试样拉断后,标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率.断面收缩率断面收缩率():):试样拉断后,缩颈处截面积的最大缩减量与原横断面积的百分比称为断面收缩率.第15页，本讲稿共23页杭州电子科技大学1.2 1.2 金属材料的性能金属材料的性能(7)(7)许多机械零件和工具在工作中,往往要受到冲击载荷的作用,如活塞销、锤杆、冲模和锻模等常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。测得试样冲击吸收功,用符号Ak表示。用冲击吸收功除以试样缺口处截面积S0,即得到材料的冲击韧度 ak。ak=Ak/S0=W(H-h)/S02.2.动载特性动载特性(1).(1).冲击韧性（冲击韧性（a ak k）材料抵抗冲击力的能力第16页，本讲稿共23页杭州电子科技大学某些材料在低于某个温度时它的冲击韧性大为下降，该温度即为韧脆转变温度或韧脆敏感温度，因此在低温工作的材料必须对此引起重视第17页，本讲稿共23页杭州电子科技大学1.2 1.2 金属材料的性能金属材料的性能(8)(8)轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等零件，在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力(也称循环应力)。在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作而产生裂纹或突然发生完全断裂的过程称为金属的疲劳。材料承受的交变应力()与材料断裂前承受交变应力的循环次数(N)之间的关系可用疲劳曲线来表示。金属承受的交变应力越大,则断裂时应力循环次数N越少。当应力低于一定值时,试样可以经受无限周期循环而不破坏,此应力值称为材料的疲劳极限(亦叫疲劳强度)，用-1 表示。(2).(2).疲劳强度疲劳强度材料在多次交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力材料在多次交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力第18页，本讲稿共23页杭州电子科技大学第19页，本讲稿共23页杭州电子科技大学1.2 1.2 金属材料的性能金属材料的性能(6)(6)(4).(4).硬度：硬度：在外力作用下材料抵抗更硬物压入的能力.即受压时抵抗局部塑性变形的能力一定直径的球体(钢球或硬质合金球)在一定载荷作用下压入试样表面，保持一定时间后卸除载荷，测量其压痕直径,计算硬度值。布氏硬度值用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力来表示。用符号HBS(当用钢球压头时)或HBW(当用硬质合金球时)来表示.优点:准确;不足:不能测太薄和硬度较高材料1).布氏硬度（布氏硬度（HB)第20页，本讲稿共23页杭州电子科技大学将金刚石压头(或钢球压头),在先后施加两个载荷(预载荷F0和总载荷F)的作用下压入金属表面。总载荷F为预载荷F0和主载荷F1之和。卸去主载荷F1后,测量其残余压入深度h,用h与h0之差h来计算洛氏硬度值。HR=(h0-h)/0.002h 越大,表示材料硬度越低,实际测量时硬度可直接从洛氏硬度计表盘上读得。根据压头的种类和总载荷的大小洛氏硬度常用的表示方式有HRA、HRB、HRC三种。2).洛氏硬度洛氏硬度(HR)优点:方便,能测太薄和硬度较高材料;不足:准确程度差第21页，本讲稿共23页图示为四种不同材料的应力-应变曲线（14），试比较这四种材料的抗拉强度、屈服强度（屈服点）、刚度和塑性杭州电子科技大学第22页，本讲稿共23页杭州电子科技大学本章小结本章小结材料的材料的机械性能机械性能是机械设计中选材的重要依据是机械设计中选材的重要依据第23页，本讲稿共23页
