《机械工程材料电子》PPT课件

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1、第1章金属材料的性能1.1金属材料的力学性能1.2金属材料的物理、化学性能1.3金属材料的工艺性能1.1金属材料的力学性能力学性能是指材料在各种外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力,是机械制造领域选用金属材料的主要依据,而且它与各种加工工艺也有密切的关系。力学性能范围较广，以试验温度区分，力学性能可分为高温力学性能、常温力学性能和低温力学性。本书主要介绍常温力学性能。力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等。金属材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。根据载荷作用性质的不同，对金属材料的力学性能要求也不同。载荷按其作用性质的不同可分为以下3种。下一页返回1.1金属材料的力学性能⑴

2、静载荷：是指大小不变或变化过程缓慢的载荷。⑵冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。⑶交变载荷：是指大小方向或大小和方向随时间作周期性变化的载荷。机械零件在使用过程或加工过程中，会受到不同形式外力的作用如柴油机的连杆在工作时不仅受到拉力和压力的作用，还要受冲击力的作用；起重机上的钢丝绳受到悬吊物体的重力作用。根据作用形式的不同，载荷可分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷等，如图1-1所示。下一页上一页返回图1-1载荷的作用形式返回1.1金属材料的力学性能金属材料受到载荷作用后，产生的几何形状和尺寸的变化称为变形。变形分为弹性变形和塑性变形两种。材料在载荷作用下发生

3、变形，而当载荷卸除后，变形也完全消失。这种随载荷的卸除而消失的变形称为弹性变形。当作用在材料上的载荷超过某一限度，此时若卸除载荷，大部分变形随之消失（弹性变形部分），但还是留下了不能消失的部分变形。这种不随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形，也称为永久变形。材料受外力作用时，为保持自身形状尺寸不变，在材料内部作用着与外力相对抗的力，称为内力。内力的大小与外力相等，方向则与外力相反，和外力保持平衡。单位面积上的内力称为应力。金属受拉伸载荷或压缩载荷作用时，其横截面积上的应力按下式计算下一页上一页返回1.1金属材料的力学性能下一页上一页返回式中：σ——应力，MPa；F——外力，N；S——横街面

4、积，mm2。1.1金属材料的力学性能1.1.1强度指标及应用金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。强度的大小通常用应力来表示，强度愈高，材料所能承受的载荷愈大。根据载荷作用方式的不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度5种。工程上常以屈服强度和抗拉强度作为强度指标。抗拉强度是通过拉伸金属试验测定的，通常在拉伸试验机上进行。拉伸试验的方法是用静拉力对标准试样进行轴向拉伸同时连续测量力和相应的伸长量，直至试样断裂，根据测得的数据，即可得出有关的力学性能。下一页上一页返回1.1金属材料的力学性能1.拉伸试样拉伸试样的形状一般有圆形和矩形两类。在国家标准（G

5、B/T397--1986）中，对试样的形状、尺寸及加工要求均有明确的规定。如图1—2所示为圆形拉伸试样。图中是试样的直径，l0为标距长度。根据标距长度与直之间的关系，试样可分为长试样和短试样两种。下一页上一页返回图1—2圆形拉伸试样返回1.1金属材料的力学性能2.力和拉伸曲线拉伸试验过程中随着载荷的均匀增加，试样不断地由弹性伸长过渡到塑性伸长直至断裂。一般试验机都有自动记录装置，可以把作用在试样上的力和伸长量描绘成拉伸图，也叫做力-伸长曲线。如图1-3所示为低碳钢的力2伸长曲线，图中纵坐标表示力F，单位为N；横坐标表示伸长量，单位为mm。图中明显地表现出下面几个变形阶段：下一页上一页返回图

6、1-3低碳钢的力——伸长曲线返回1.1金属材料的力学性能⑴——弹性变形阶段。当给材料施加载荷后，试样产生伸长变形。试样的变形完全是弹性的，如果载荷卸载，试样可恢复原状。在p点以下，载荷和变形量呈线性关系。当施加力超过比例伸长力后，力和变形不成线性关系，直至最大弹性伸长力。为试样能恢复到原始形状和尺寸的最大拉伸力，一般来说与非常接近。下一页上一页返回1.1金属材料的力学性能⑵es——屈服阶段。当载荷超过后再卸载时，试样的伸长只能部分地恢复，而保留了一部分残余变形。当载荷增加到时,力-伸长曲线图上出现平台或锯齿状，这种在载荷不增加或略有减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫做屈服。称为屈服载荷。

7、屈服后，材料开始出现明显的塑性变形，材料完全丧失了抵抗变形的能力。在试样表面开始出现与轴线成约的滑移线。下一页上一页返回1.1金属材料的力学性能⑶sb——强化阶段。在屈服阶段以后，欲使试样继续伸长，必须不断加载。随着塑性变形的增大，试样变形抗力也在不成比例地逐渐增加，这种现象称为形变强化（或称加工硬化），此阶段试样的变形是均匀发生的。为试样拉伸试验时的最大载荷。下一页上一页返回1.1金属材料的力学性能⑷bz——缩颈阶段(