《汽车机械基础》第6章.pptx

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1、第二篇第二篇第第6 6章章 金属材料的性能金属材料的性能6.1 金属材料的机械性能金属材料的机械性能金属材料的机械性能是指金属材料在各种金属材料的机械性能是指金属材料在各种载荷（外力）作用下表荷（外力）作用下表现出来的抵抗能力，包出来的抵抗能力，包括括强度、塑性、硬度、度、塑性、硬度、弹性、性、刚度、冲度、冲击韧度及疲度及疲劳强度等。度等。6.1.1 拉伸试验拉伸试验拉伸拉伸试验是将是将预先制成的拉伸先制成的拉伸试样装在拉力装在拉力试验机上，随后机上，随后对试样缓慢地施加拉力，使其随着拉力不断增加而慢地施加拉力，使其随着拉力不断增加而变形，直至拉断形，直至拉断为止。止。在此在此过程中，程中，试

2、验机能自机能自动绘制出制出载荷和荷和试样伸伸长量的关系曲量的关系曲线，此曲此曲线称称为拉伸曲拉伸曲线，低碳，低碳钢的拉伸曲的拉伸曲线如如图6-2所示。所示。试样通常采用通常采用圆柱形，其尺寸柱形，其尺寸应符合国家相关符合国家相关标准，如准，如图6-3所示。所示。6.1.2 强度强度金属材料在金属材料在载荷作用下抵抗塑性荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称形和断裂的能力称为强度，常用度，常用的的强度指度指标有屈服有屈服强度和抗拉度和抗拉强度等。度等。材料受到外力作用材料受到外力作用发生生变形，同形，同时在材料内部会在材料内部会产生一个抵抗生一个抵抗变形形的力，的力，该力称力称为内力。内力。单位面位

3、面积上的内力称上的内力称为应力，力，单位位为帕，用帕，用Pa或或N/表示，工程上的常用表示，工程上的常用单位位为兆帕，用兆帕，用MPa或或N/表示。表示。1屈服强度屈服强度屈服屈服强度是指材料呈度是指材料呈现屈服屈服现象象时，在，在试验期期间达到塑性达到塑性变形形发生而生而力不增加的力不增加的应力点，它分力点，它分为上屈服上屈服强度和下屈服度和下屈服强度（旧国家度（旧国家标准中准中用用 表示）。表示）。u 试样发生屈服而生屈服而应力首次下降前承受的最大力首次下降前承受的最大载荷，荷，单位位为N；u 试样发生屈服生屈服时承受的最小承受的最小载荷，荷，单位位为N；u 试样原始截面原始截面积，单位位

4、为 。对于无明于无明显屈服屈服现象的金属材料（如高碳象的金属材料（如高碳钢、铸铁），），测量屈服点很量屈服点很困困难，通常，通常规定残余伸定残余伸长为0.2%时的的应力力 （旧国家（旧国家标准用准用 表示）表示）作作为屈服屈服强度指度指标，称，称为规定残余伸定残余伸长应力。力。2抗拉强度抗拉强度抗拉抗拉强度度 （旧国家（旧国家标准用准用 表示）是指材料在拉断前所承受的最表示）是指材料在拉断前所承受的最大大应力，力，单位位为MPa。抗拉抗拉强度度计算公式算公式为:试样断裂前所承受的最大断裂前所承受的最大载荷，荷，单位位为N；试样原始截面原始截面积，单位位为 。6.1.3 塑性塑性金属材料在金属材

5、料在载荷的作用下，荷的作用下，产生塑性生塑性变形而不断裂的能力称形而不断裂的能力称为塑性。塑性。1断后伸长率 断后伸长率A是指试样拉断后的标距伸长量和原始标距之比的百分率，即2断面收缩率 断面收缩率Z是断后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面积之比的百分率，即断后伸断后伸长率率A在旧国家在旧国家标准中用准中用 表示，断面收表示，断面收缩率率Z在旧国家在旧国家标准中准中用用 表示。表示。6.1.4 硬度硬度如如图6-4所示，采用直径所示，采用直径为D的的淬火淬火钢球或硬球或硬质合金球，在合金球，在规定定载荷荷F的作用下，的作用下，压入被入被测金金属表面，保持一定属表面，保持一定时间后卸除后卸除载

6、荷，荷，测定定压痕直径痕直径d，求出，求出压痕球形的表面痕球形的表面积，压痕痕单位表位表面面积上所承受的平均上所承受的平均压力（力（）即）即为布氏硬度布氏硬度值。1布氏硬度试验法（HB）布氏硬度主要用来布氏硬度主要用来测量量铸铁、有色金属及、有色金属及经退火、正火和退火、正火和调质处理的金理的金属材料。属材料。2洛氏硬度试验法（洛氏硬度试验法（HR）此方法采用此方法采用顶角角为120的金的金刚石石圆锥体或直径体或直径为1.587 5 mm（）的淬火的淬火钢球作球作为压头，如，如图6-5所示。所示。试验时先施加初先施加初载荷，使荷，使压头与与试样表面接触良好，保表面接触良好，保证测量准确，量准确

7、，再施加主再施加主载荷，保持到荷，保持到规定的定的时间后再卸除主后再卸除主载荷，依据荷，依据压痕的深度痕的深度来确定材料的硬度来确定材料的硬度值，洛氏硬度用，洛氏硬度用符号符号HR表示。表示。3维氏硬度试验法（维氏硬度试验法（HV）维氏硬度氏硬度试验法与布氏硬度法与布氏硬度试验法原理基本相同，只是将法原理基本相同，只是将压头由小由小圆球球换成正四棱成正四棱锥金金刚石，石，产生的生的压痕痕为四方四方锥形。形。维氏硬度用符号氏硬度用符号HV表示，表示，单位是位是MPa。6.1.5 冲击韧性冲击韧性金属材料抵抗冲金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称荷作用而不破坏的能力称为冲冲击韧度。度。冲冲击韧

8、度的度的测定方法如定方法如图6-7所示，将被所示，将被测材料制成材料制成标准缺口准缺口试样，放，放在冲在冲击试验机上，置于一定高度机上，置于一定高度 的重的重锤自由落下，将自由落下，将试样一次冲断。一次冲断。冲断冲断试样所消耗的能量称所消耗的能量称为冲冲击功，其数功，其数值为重重锤冲断冲断试样的的势能差能差 ，可由，可由试验机的表机的表盘上直接上直接读出。出。试样缺口缺口处单位截面位截面积上所消耗的上所消耗的冲冲击功称功称为冲冲击韧度度值 ，单位位为 ，即，即6.1.6 疲劳强度疲劳强度汽汽车中的中的许多零件，都要受到大小和方向呈周期性多零件，都要受到大小和方向呈周期性变化的化的载荷作用。荷作

9、用。这种交种交变载荷荷虽然小于材料的然小于材料的强度极限，甚至小于其度极限，甚至小于其弹性极限，但性极限，但经多次循多次循环后，在没有明后，在没有明显的外的外观变形形时也会也会发生断裂，生断裂，这种破坏称种破坏称为疲疲劳破坏或疲破坏或疲劳断裂。断裂。疲疲劳强度是表示材料度是表示材料经受无限次周期性交受无限次周期性交变载荷作用而不致引起断裂荷作用而不致引起断裂的最大的最大应力。力。6.2 金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能铸造性能是指金属在造性能是指金属在铸造成型的造成型的过程中程中获得准确得准确结构和形状构和形状铸件的能件的能力，具体包括液力，具体包括液态金属的流金属的流动性、冷却凝固性、冷

10、却凝固过程中收程中收缩偏析的大小，偏析的大小，以及以及对气体的排除和吸收等性能。气体的排除和吸收等性能。6.2.2 压力加工性能压力加工性能压力加工性能是指金属材料利用力加工性能是指金属材料利用压力加工方法成型的力加工方法成型的难易程度，其性易程度，其性能的好坏主要取决于金属的塑性和能的好坏主要取决于金属的塑性和变形抗力。塑性越好，形抗力。塑性越好，变形抗力越形抗力越小，小，压力加工性能越好。力加工性能越好。压力加工的方法有自由力加工的方法有自由锻、模、模锻、板料冲、板料冲压、轧制、拉拔、制、拉拔、挤压等。其中，汽等。其中，汽车零部件零部件压力加工中常用的有模力加工中常用的有模锻和和板料冲板料

11、冲压。6.2.3 焊接性能焊接性能焊接性能是指材料在特定的施工条件下接性能是指材料在特定的施工条件下焊接成所需构件，并接成所需构件，并满足足预定定服役条件要求的性能。服役条件要求的性能。汽汽车车身壳体是由百余种、甚至数百种（如身壳体是由百余种、甚至数百种（如轿车）薄板冲）薄板冲压件件连接而接而成。由于成。由于车身冲身冲压件的材料大都具有良好件的材料大都具有良好焊接性能的低碳接性能的低碳钢，所以，所以焊接是接是现代代车身制造中身制造中应用最广泛的用最广泛的连接方式。接方式。6.2.4 切削加工性能切削加工性能切削加工性能是指金属材切削加工性能是指金属材料被切削加工的料被切削加工的难易程度。易程度。切削性能与金属材料的硬切削性能与金属材料的硬度、度、导热性、冷性、冷变形形强化化等因素有关。切削加工完等因素有关。切削加工完成的表面比成的表面比较光滑，因此，光滑，因此，需要配合的部位和零件的需要配合的部位和零件的精加工通常都是通精加工通常都是通过切削切削加工完成。如加工完成。如图6-13所示，所示，汽汽车变速器、主减速器和速器、主减速器和差速器上的差速器上的齿轮和和轴、发动机机连杆等形状复杆等形状复杂且精且精度高的零件一般由切削加度高的零件一般由切削加工完成。工完成。