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文檔簡介

機械制造基礎金屬材料的性能金屬材料的性能【能力目標】能根據加工要求,正確地選擇機械工程材料。【知識目標】了解工程材料的應用情況,熟悉機械制造常用工程材料的性能。金屬材料的性能

機械工業使用的材料可分為金屬與非金屬材料(工程塑料、橡膠及陶瓷等),金屬材料的使用量約占90%以上。

材料的機械性能也稱力學性能,指金屬材料在各種不同形式的載荷作用下,抵抗變形和破壞的能力,是設計機械零件時選材的重要依據。

機械性能主要有強度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強度等。

金屬材料的性能包括力學性能、物理性能、化學性能和工藝性能等。本任務重點介紹力學性能。金屬材料的性能一、金屬材料的力學性能

零件或工具在使用過程中往往會受到不同性質的外力(或稱載荷)的作用。拉力、壓力、彎力、剪力、扭力等分別使金屬材料產生拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉等變形,如圖1-1所示。金屬材料的性能(一)強度和塑性

金屬材料的這種在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力叫作強度。

根據外力性質的不同,強度可分為抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度、抗扭強度等。抗拉強度應用得比較廣泛(因抗拉強度都和其他強度有一定關系)。

抗拉強度是通過拉伸試驗測定的。它是一定形狀與尺寸的試樣(見圖1-2)裝夾在拉力試驗機上,然后逐漸施加拉力,隨著拉力的增大,試樣逐漸變形伸長直至拉斷。在拉伸過程中試驗機自動記錄了每一瞬間的拉力與變形的關系曲線,即拉伸曲線。金屬材料的性能當載荷不超過Pc時,拉伸曲線中OC是直線,即變形與外力成正比,此時只產生彈性變形,就是說,外力去除變形便立即消失,試樣恢復原長。所以Pc稱為彈性極限載荷。金屬材料的性能

當載荷增加超過Pc時,拉伸曲線出現明顯彎曲,此時發生塑性變形,就是說,外力去除后試樣也不會恢復原來長度(即產生永久變形)。當載荷增加到Ps時,雖然外力維持不變,但試樣的變形(伸長)仍不斷增加(拉伸曲線趨于水平),這種現象叫作屈服,引起試樣發生屈服的載荷Ps叫作屈服載荷,S點叫作屈服點。金屬材料的性能當載荷繼續增加時,變形急劇增大(拉伸曲線又再上升),在達到某一最大值Pb時,試樣的局部截面產生縮頸,這時拉力減小,變形很快增大,直到試樣被拉斷為止。金屬材料的性能

金屬材料的性能金屬材料的性能

金屬材料的性能

金屬材料的性能

斷后伸長率和斷面收縮率數值越大,材料的塑性越好。塑性好的材料易于進行壓力加工(軋制、沖壓、鍛造等)、焊接,并且工藝簡單,質量易保證;零件使用過程中,不會突然斷裂。

塑性是金屬材料很重要的性能。在靜載荷作用下的機械零件,使用塑性好的材料比較安全。金屬材料的性能(二)硬度

“硬”和“軟”是相對來講的,例如,用鋸鋸割工件時,材料軟,容易鋸斷,硬則不容易鋸斷。金屬材料的這種抵抗堅硬物體壓入而引起塑性變形的能力稱為硬度。常用的硬度指標有以下三種:布氏硬度HBS(HBW)洛氏硬度HRC維氏硬度HV金屬材料的性能1.布氏硬度HBS(HBW)

用一定壓力P(如30kN)把一定大小(通常直徑D為10mm)的淬硬鋼球或硬質合金球壓在金屬材料表面上如圖1-4所示,然后根據壓成的球面壓痕直徑d的大小就可確定布氏硬度值(一般可在硬度表上查得)。顯然,金屬材料越硬,壓痕的直徑越小,布氏硬度越大。金屬材料的性能

使用淬火鋼球壓頭時布氏硬度值用符號“HBS”表示;

使用硬質合金球壓頭時,布氏硬度值用符號“HBW”表示。

布氏硬度的單位為MPa,不標單位,只寫明硬度值。

布氏硬度測量主要用來測量硬度不超過HB450的較軟金屬材料(退火、正火、調質鋼、有色金屬)以及組織不均勻的鑄鐵的硬度。

因鋼球本身存在著變形的問題,故它不適于測量HB>450的金屬材料的硬度。因壓痕較大,不適合檢查成品。金屬材料的性能2.洛氏硬度HRC HRC是洛氏硬度的一種,它的測量方法與布氏硬度相似,它所采用的壓頭不是淬硬鋼球而是頂角為120的圓錐形金剛石,如圖1-5所示,加的壓力P也較小。根據壓痕深度確定洛氏硬度值。該值在硬度試驗機上直接讀出。顯然,金屬越硬,壓痕的深度越小,洛氏硬度就越大。金屬材料的性能 HRC用于測量HB=230~700的金屬(如淬火鋼)的硬度。HRC和HBS可以查表換算,一般HB≈10HRC。

洛氏硬度測量主要優點是:快速,而且壓痕小,對零件破壞性小,克服了HB的缺點;

缺點是:各國洛氏硬度標準有差別,不便于比較和使用各國數據。金屬材料的性能3.維氏硬度HV HV是采用高硬度的金剛石四角錐壓頭和小的載荷來測量金屬的硬度。 HV的意義基本上和HBS相同,它也是表示壓痕單位面積上所能抵抗的壓力,因此,HV和HBS可以互相轉換.

凡金屬硬度在HB300以下時,HV≈HBS;

在HB300以上時,由于布氏硬度測量時鋼球變形,所以HBS稍低于HV。在介紹的幾種硬度中,以HBS尤其是HRC最常用。金屬材料的性能(三)沖擊韌度

測定強度和硬度的方法是屬于靜力試驗。

測定金屬材料另一種重要性能——沖擊韌度的方法是屬于動力試驗。

不少機器零件在工作時都或多或少地受到一些沖擊力的作用。金屬材料這種抵抗沖擊力破壞的能力叫作沖擊韌度。

金屬材料的性能金屬材料的性能

在靜試驗力作用下測得的材料力學性能為金屬材料的強度、塑性與硬度。

機械零部件實際上不僅受靜載荷的作用,而且還受到沖擊(動)載荷的作用,如活塞銷、錘桿、沖模等。

沖擊載荷比靜載荷的破壞力大得多,此時,不僅要求機件有高的強度和一定塑性,還必須具備足夠的沖擊韌性。金屬材料的性能

金屬材料的性能

金屬材料的性能二、金屬材料的物理、化學性能物理性能主要指的是:

密度(一個物體的重量與同等體積水的重量之比值)、

熔點(從固態向液態轉化時的溫度)、

導電性(傳導電的性能)、

導熱性(傳導熱的性能)、

熱膨脹性(溫度升高時產生的體積脹大現象)等。化學性能主要指的是耐腐蝕性和耐熱性。金屬材料的性能三、金屬材料的工藝性能

金屬材料通常經過鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、切削加工等方法制成機械零件。標志金屬材料經受這些加工方法的能力稱為工藝性能。在設計零件和選擇工藝方法時,都要考慮金屬材料的工藝性能。

金屬材料的性能

(1)鑄造性能好,主要是指流動性好,收縮和產生偏析(化學成分的不均勻)的傾向小。

(2)可鍛性好,是指金屬

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