机械基础之材料及热处理

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1、1．掌握金属材料的力学性能及其衡量指标。2．掌握金属材料的工艺性能。§1—1金属材料的性能观察下面的图片，你知道它们是用什么材料制成的吗？各有什么性能？一、基本概念这种在载荷（或外力）作用下表现出来的性能称为金属材料的力学性能。在机械行业中，金属材料的性能主要指它的力学性能和工艺性能。1．载荷载荷——金属材料在加工及使用过程中所受的外力。拉伸（或压缩）载荷剪切载荷扭转载荷弯曲载荷载荷的作用形式变形——金属材料在载荷作用下会产生几何形状和尺寸的变化。塑性变形（载荷卸掉时，不能恢复原来形状或尺寸的变形，又称为永久变形）变形弹性变形（载荷卸掉时，可以恢复原来形状或尺寸的变形）2．

2、变形弹性变形与塑性变形3．应力内力——金属受外力作用时，为保持其不变形，在材料内部作用着与外力相对抗的力。应力（R）——单位面积上的内力。（N/mm2或MPa）强度塑性硬度冲击韧性疲劳强度二、金属材料的力学性能金属材料在外力作用下表现出来的性能称为金属材料的力学性能。衡量金属材料力学性能的指标：强度——金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。衡量指标为屈服强度和抗拉强度，通常采用拉伸试验测定。1．强度在拉伸过程中，当载荷不再增大或略有减小时，试样继续发生明显塑性变形的现象，称为屈服。试样产生屈服现象时所承受的应力称为屈服强度，用符号Re表示，屈服强度分为上屈服强度Re

3、H和下屈服强度ReL。FeL——屈服时的最小载荷，N；S0——试样原始横截面面积，mm2。（1）屈服强度工程上使用的金属材料，多数没有明显的屈服现象，如高碳钢、铸钢等脆性金属材料，测定其屈服强度很困难。在此情况下，规定以试样长度方向产生0.2%塑性变形时的应力作为材料的条件屈服强度，或称屈服极限，用Re0.2表示。（2）抗拉强度Rm抗拉强度——材料在拉断前所承受的最大的应力。试中Fm——试样拉断前承受的最大载荷，N。2．塑性塑性——金属材料受力后在断裂前产生永久变形的能力。（1）断后伸长率A试样拉断后，标距的伸长量与原始标距之比的百分率。式中L1——试样拉断后紧密对接的标距

4、，mm；L0——试样原始标距，mm。（2）断面收缩率Z试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始横截面面积比值的百分率。S1——试样拉断后缩颈处的最小横截面积，mm2。材料的断面收缩率和断后伸长率越大，说明材料的塑性越好，易于通过塑性变形加工成为形状复杂的零件。并且，使用时零件不易发生突然断裂，安全性较高。硬度——材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。３．硬度硬度指标布氏硬度（HB）维氏硬度（HV）洛氏硬度（HR）（1）布氏硬度HBW布氏硬度原理布氏硬度计通过测量压痕直径来确定硬度值（2）洛氏硬度洛氏硬度计HRA淬火钢、硬质合金等70~85HRAHRB退火钢、铜合金等

5、25~100HRBHRC冷硬铸铁、淬火钢20~67HRC洛氏硬度原理通过测量压痕深度来确定硬度值通过测量压痕对角线长度来确定硬度值维氏硬度计（3）维氏硬度HV4．冲击韧性材料的冲击韧性用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。冲击韧性——金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。衡量指标为冲击韧度，用符号ak表示，单位为J/cm2。冲击试验设备冲击实验5．疲劳强度疲劳强度——指金属材料在多次交变载荷作用下而不断裂的最大应力。常用符号R－1表示。在工程中有许多构件是在交变载荷的作用下工作的，虽然承受的应力低于材料的屈服强度，但经过较长时间的工作后会突然发生完全断裂，此现象称为金属的疲劳。疲

6、劳断裂断口示意图（3）对构件表面采取强化处理措施，如化学热处理、表面淬火、喷丸和滚压等。提高构件的疲劳强度的措施：（1）减小构件的表面粗糙度值，提高材料内部质量。（2）在构件结构设计时尽量避免尖角、缺口及截面突变。机械零件的失效和材料的力学性能螺栓的失效螺栓弯曲螺栓折断螺栓磨损材料的力学性能在生活和生产中的体现数控机床护罩模压成形的餐具可转位式刀具的刀片冲模冲头例1-1：某厂购进一批40钢钢材，按国家规定，它的力学性能指标应不低于下列数值：下屈服强度ReL，340N/mm2；抗拉强度Rm，540N/mm2；断后伸长率A，19%；断面收缩率Z，45%。验收时，将40钢制成d0

7、=10mm的短试样作拉伸试验，测得FeL=30000N，Fm=45000N，L1=60.5mm、d1=7.3mm。请判断这批钢材是否合格（得数保留整数）。解题过程例1-2：有一个直径d0=10mm,L0=100mm的低碳钢试样，拉伸试验时测得Fe=21000N，Fm=29000N，d1=5.65mm，L1=138mm。求此试样的ReL、Rm、A、Z。解题过程常用的力学性能指标及其说明力学性能性能指标说明名称符号单位強度屈服强度ReN/mm2（Mpa）拉伸时，力不断增加（保持恒定）试样仍能继续伸长时的应力抗拉强度Rm