機械制造工程第一章節第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一一、材料的分類二、材料的應用情況三、材料的重要性概述第2頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一第3頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一第一章金屬材料的性能第4頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一教學目的與要求：1.了解材料性能的分類2.掌握性能參數的獲得方法3.掌握金屬材料常用性能指標的名稱、代表符號、單位、數值含義第5頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一教學內容：

1.材料性能與應用的關系。

2.性能的分類。

3.常用機械性能指標的基本概念。

4.常用機械性能參數的測試方法。

5.拉伸，沖擊，硬度實驗。重點、難點：重點：常用機械性能指標的名詞、代表符號、單位、數值含義。難點：常用機械性能參數的測試原理。第6頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一概述第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一第一節金屬材料的機械性能定義:表示材料承受外力作用的能力，又稱為力

學性能。最常見實驗有:拉伸實驗、硬度實驗和沖擊實驗四大項性能指標:強度、硬度、塑性和韌性學習思路:定義、符號、單位、數值含義第8頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一一、強度具體的數值。第9頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一拉伸試驗試樣：圖中d0和l0分別為試樣在拉伸前的計算直徑和計算長度，d和l分別為試樣在拉斷后的斷口直徑和計算長度。標準拉伸試樣示意圖

拉伸試驗設備：拉伸試驗機第10頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一kbb—極限載荷點力學拉伸試驗過程Fee—彈性極限點sS—屈服點K—斷裂點拉伸曲線FFL應力—應變曲線縮頸o第11頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一拉伸試驗的現場錄像

根據拉伸試驗研究表明，低碳鋼在外加載荷作用下的變形過程可分為三個階段，即彈性變形階段、塑性變形階段和斷裂階段。第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一第13頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一第14頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一3、屈服強度（屈服極限）概念：材料抵抗應力作用下，開始發生明顯塑性變形，拉力不增加，應變增加，產生屈服現象的最小應力值稱為屈服強度。單位：MPa（N/mm2）;表示符號：σs它表征了材料抵抗微量塑性變形的能力。屈服強度——是塑性材料選材和評定的依據。第15頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一***條件屈服強度概念：某些材料（鑄鐵等）在做拉伸曲線時和低碳鋼不一樣，并沒有明顯的屈服現象(低碳鋼和鑄鐵的應力——應變曲線比較)。鑒于這種情況，我們人為的專門規定，把當試樣產生的殘余塑性變形量為標距長度的0.2%時所對應的應力值(σ0.2)定為該材料的屈服強度（條件屈服強度）。單位：MPa(N/mm2);表示符號：σ0.2實際意義：一些工程零件(如緊固螺栓)在使用時是不允許發生塑性變形的，因此屈服強度是工程設計與選材的重要依據之一。第16頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一4、抗拉強度（強度極限）代表符號:

b定義:

試樣拉斷前最大載荷所決定的應力值,即試樣所能承受的最大應力值物理意義:

表征了材料對最大均勻變形的抗力,是設計和選材時的主要依據之一拉伸曲線應力—應變曲線kbeso第17頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一第18頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一3、條件疲勞極限

對于鋼鐵材料，取N=107的循環周次所對應的最大應力為它的σ-1。對于大多數非鐵金屬及其合金的疲勞曲線上沒有水平直線部分。這種情況要根據零件的工作條件及使用壽命確定一個疲勞極限的循環周次，并以此所對應的應力σN作為疲勞極限，亦稱條件疲勞極限。一般規定：鑄鐵取N=107次，非鐵金屬取N=108次；第19頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一金屬的疲勞曲線第20頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一二、塑性第21頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一（一）布氏硬度如圖所示：布氏硬度測試原理圖

HBS(HBW)=P/F=0.102式中：P和F分別是載荷和壓痕面積。

三、硬度概念：硬度是指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，是衡量金屬軟硬的判據。常用方法：通常用布氏硬度、洛氏硬度等來表示材料的硬度。第22頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一第23頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一布氏硬度的表示方法硬度值的標注方法如下：硬度值

硬度代號

壓頭直徑D/載荷P/保荷時間T如：150HBS10/3000/30500HBW5/750表示用直徑10mm的淬火鋼球壓頭，在3000kgf載荷作用下保荷時間為30秒所測得的布氏硬度值為150。第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一（二）洛氏硬度如圖所示為洛氏硬度測試原理圖。HR=K-e/0.002式中：HR為洛氏硬度代號；K為常數，當采用金剛石圓錐壓頭時K=100，用淬鋼球壓頭時K=130。

第25頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一洛氏硬度測試現場錄像第26頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一洛氏硬度的表示方法

硬度值

硬度代號如：60HRC表示用金剛石圓錐壓頭，載荷為150kgf所測得的硬度值為60。第27頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一（三）布氏硬度與洛氏硬度的比較與選用共同點與不同點第28頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一布什硬度和洛氏硬度特點比較：1、測定準確性布氏大于洛氏

2、測量范圍洛氏大于布氏

3、測量效率洛氏大于布氏

4、應用對象布氏硬度：主要用于原材料、毛坯和半成品的硬度

的單件、小批測量。不適合于測量厚度

太小和成品零件的硬度。洛氏硬度：不僅可以用于測量原材料、毛坯和半成

品的硬度，也可以用于測量成品的硬

度，不僅可以用于單件、小批測量，

也可以用于大批量測量。第29頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一四、沖擊韌度概念：沖擊韌度表示材料抵抗沖擊載荷作用的能力，并以沖斷試樣每單位面積所消耗的功來表示。

αk=Ak/F=G(H-h)/F(J/m2)第30頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一第二節金屬的物理性能和化學性能一、物理性能

1.導熱性常用導熱系數λ來評價，λ值愈大，導熱性愈好，它對加工和使用都有很大的影響。

2.熱脹冷縮性用線膨脹系數或體積膨脹系數來評價。線膨脹系數或體積膨脹系數愈大，材料的尺寸或體積隨溫度升高而增大愈多，隨溫度降低而減少愈多，不僅對零件的使用有很大影響，而且影響零件的加工。第31頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一二、化學性能

化學性能是指金屬在室溫或者高溫抵抗各種介質化學作用的能力，即化學穩定性。

1.抗氧化性

2.抗腐蝕性第32頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一本章小節

本章的主要內容為三個實驗：拉伸實驗、硬度測試、沖擊實驗；通過三個實驗可以掌握材料主要性能指標：強度、硬度、塑性、韌性的基本概念、單位及其獲得方法。通過本章的學習，應了解材料性能的分類、掌握性能參數的獲得方法以及金屬材料常用性能指標的名稱、代表符號、單位、數值含