机械制造基础1工程材料

1、0.1 机械制造的概念0.2 材料是机械工业的物质基础材料是人类发展的重要物质基础，是现代社会发展的三大支柱之一(另外的两大支柱是能源、信息)。历史上把材料当做了划分人类发展进程的里程碑，如石器时代、青铜器时代、铁器时代。0.3 成形是将材料变成机械零件的必经之路工业生产中，工程材料是以特定的形状(棒、板、管、线、型材等)来供应的，如何将工程材料变成机械上使用的、满足各种功能的、形状多种多样的机械零件？成形工艺就是用来改变工程材料的形状，使之成为机械零件的途径。对于金属，这些成形工艺既包括铸造、锻压、焊接、(热处理)等热加工工艺，还包括冲压等冷加工工艺。对于聚合物材料，主要有注射、挤出、压制等

2、。还有粉末冶金等特殊的成形工艺。这些工艺架起了将特定形状的工程材料转变成所需形状的机械零件制件的桥梁。0.4 机械加工是获得机械零件精度的重要途径高温下成形的铸造、锻压、焊接等金属零件，往往存在形状不够精准、尺寸精度不高、表皮存在氧化脱碳等缺陷，不能直接用于机械的装配等。其他成形工艺做出的机械零件有的也还只是毛坯。机械切削加工就是在各类机床上、利用各种刀具，对成形的零件毛坯进行切削加工，通常在室温下进行，因而零件的形状非常精确、精度得到提高，可以装配成各种机械装备。车、刨、铣、钻、磨就是传统的机械加工工艺，就是在现代加工制造中海任然扮演着异常重要的角色。 失效：金属材料对变形和断裂的抗力与服役

3、条件不相适应，所产生的失去预定效能而导致的损坏。这里，金属材料对变形和断裂的抗力就是它的性能。 金属材料的性能包括多方面：物理性能、化学性能、力学性能、工艺性能和使用性能等。 在选用金属和制造机械零件时，主要考虑力学性能和工艺性能。特定条件下还需要考虑物理性能、化学性能。 使用性能：金属材料在使用过程中反映出来的特性。它决定了金属材料的应用范围、安全可靠性和使用寿命。 工艺性能：金属材料在制造、加工过程中反映出来的特性。它决定了金属材料的是否易于加工、采用何种方式加工。1.1 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能又称机械性能，它是金属材料在外力作用下所反映出来的性能。1.1.1 强度、弹性与

4、塑性 强度、弹性、塑性属于材料的力学性能，一般可通过金属拉伸试验来测定。 拉伸试验采用标准试样(长试样、短试样)、在标准的材料试验机上、借助于拉伸曲线来完成，得到的数据代表了材料的性能并且具有良好的重复性。(1)低碳钢的拉伸曲线弹性变形阶段，曲线的e点以前的部分，载荷与伸长成正比。塑性变形阶段，曲线的e到k之间的部分，载荷与伸长不成比例关系。断裂阶段。强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。弹性极限：是金属材料在外力作用下不产生塑性变形时所能承受的最大应力值。屈服强度：是拉伸试样产生屈服现象时所对应的应力。抗拉强度：是金属材料在拉断前所能承受的最大应力。当零件在工作时所受应力

5、e时，材料只产生弹性变形；当零件在工作时，eS时，材料除产生弹性变形外，还产生微量塑性变形；当零件在工作时，Sb时，材料产生裂纹，甚至发生断裂。塑性：是金属材料产生塑性变形而不被破坏的能力。 伸长率：是指试样拉断后标距增长量与原始标距之比，即断面收缩率：是指试样拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积之比，即1.1.2 硬度硬度是指金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力，亦即金属材料在局部体积范围内抵抗塑料变形的一个综合物理量。通常使用的硬度有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)等。 布氏硬度(HB)压痕面积大，测试数据重复性好，且与强度之间有较好的对应关系。不适宜于测定成品及薄而小

6、的零件。不能测太硬的零件，因为测试过硬的材料可能会导致压头变形。当选用压头为淬火钢球时适宜于布氏硬度低于450HBS以下的零件；当选用压头为硬质合金球时适宜于布氏硬度在450650HBS的零件。还因测试过程相对较费事，故也不适合于大批量生产的零件检验。洛氏硬度(HR)测试过程简单、迅速，能直接从刻度盘上读出硬度值。压痕小，可用于成品及薄件的硬度检验。测试的硬度值范围大，可测从极软到极硬的金属材料。测得的硬度值重复性较差，这对存有偏析或组织不均匀的被测金属尤为明显，为此，必须在不同部位测量数次取其平均值。维氏硬度(HV)试验时所加载荷小，压入深度浅，故适用于测试零件表面淬硬层及化学热处理的表面层

7、(如渗碳层、渗氮层等)。维氏硬度是一个连续一致的标尺，试验时可任意选择，而不影响其硬度值的大小，因此可测定从极软到极硬的各种金属材料的硬度。测定较麻烦，工作效率 不如洛氏硬度法高。 由于试验条件不同，物理意义也有差别，各种硬度之间无理论换算关系。 但是，通过实践发现，在一定条件下存在着某种粗略的经验换算关系：在200600HBS(HBW)之间，1HRC1/10 HBS(HBW)；小于450HBS时，HBSHV。实践还发现，硬度和强度间也有一定换算关系：轧制钢材或锻钢件b(0.340.36) HBS铸钢件b(0.30.4) HBS灰口铸铁件b0.1 HBS铸铝件b0.26 HBS 由于硬度试验设

8、备简单，操作迅速方便，又可直接在零件或工具上进行试验而不破坏工件，故可根据测得的硬度值近似估计材料的抗拉强度和耐磨性。冲击韧性：金属材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力。以试样缺口处单位截面积上所吸收的冲击功表示其冲击韧性，即材料的冲击韧性与塑性之间有一定的联系，ak值高的材料，一般都具有较高的塑性指标；但塑性好的材料其ak值不一定高。 疲劳：承受交变应力或重复应力的零件，在工作过程中，往往在工作应力远低于其强度极限时就发生断裂的这种现象，也称为疲劳断裂。 疲劳强度是金属材料经无数次循环载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。 当应力按正弦曲线对称循环时，疲劳强度以符号-1表示。为提高零件的疲劳强度，可采用的方法有：设计方面：尽量避免应力集中，如避免断面急剧变化。工艺方面：降低零件表面粗糙度，并避免表面划痕；采用表面强化，如喷丸处理、表面淬火等。材料方面：保证冶金质量，减少夹杂、疏松等缺陷。1.2 金属材料的物理、化学和工艺性能 物理性能是金属材料对自然界各种物理现象，如温度变化、地球引力等所引起的反应。金属材料的物理性能主要有密度、熔点、热膨胀性、导热性、导