（中职）机械工程材料第一章 金属材料的性能教学课件

1、（中职）机械工程材料第一章 金属材料的性能ppt课件教学目标： 1、掌握金属材料的力学性能。 2、明确金属材料强度与塑性的测试原理、表示方法及应用。 3、硬度、韧性的测试原理、表示方法及应用。 机械工程材料第一章 金属材料的性能 机械工程材料专题一 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的抵抗能力。包括：强度、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳强度等。在设计与制造机械设备选用金属材料时，是以力学性能为主要依据。 一、载荷 金属所受的外力称载荷，可载荷分为： 1、静 载 荷：大小不变或变化缓慢的载荷； 2、冲击载荷：在短时间内以较高速度突然增加的载荷； 3、交变载荷：大小或

2、方向随时间作周期性变化的载荷。 根据载荷作用形式不同，可分为拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转等几种形式。 机械工程材料专题二 强度与塑性 强度指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂破坏的能力。可分为抗拉强度、抗扭强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等五种形式。它是通过拉伸试验测得其值得大小的。 强度判据：屈服点 （屈服强度）、抗拉强度。 如图1-2所示。图中d0为原始试样直径；L0为原始试样的标距长度。标准试样（长试样）：（L0=10d0）；短试样：（L0=5d0）。如图1-3 所示为低碳钢拉伸曲线示意图1、拉伸试验及拉伸曲线 常用的强度测定方法广泛使用的是拉伸试验机,如图1-1所示。圆柱形拉

3、伸试样。 机械工程材料 图1-1 拉伸试验机图1-2 圆柱形标准拉伸试样（a）拉伸试样 （b）试样拉断后示意图 机械工程材料blF0 图1-3 低碳钢拉伸曲线示意图(k)FkFbFsFe SeS = FSS0 2、强度指标 （1）屈服点S ：屈服点（MPa） FS ：试样屈服时的载荷（N） S0 ：试样原始横截面积（m m 2） 对于屈服现象不明显的材料，国家标准规定，用残余应力0.2表示，称条件屈服强度。 0.2 = F0.2S0 0.2 ：条件屈服强度（MPa）、F0.2 ：试样残余伸长达到 机械工程材料 是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。 （2）抗拉强度

4、b ：抗拉强度（MPa）、FS ：试样拉断前所承受的最大载荷（N）、S0 ：试样原始横截面积（m m 2）b = FbS0 3、塑性 （1）断后伸长率 =（L 1-L 0）/ L 0 100% ：断后伸长率%、L 1 ：试样拉断后对接后的标距长度0.2%时的载荷（N）、S0 ：试样原始横截面积（m m 2）。 机械工程材料 断后伸长率与断面收缩率是金属材料的两个重要塑性指标，它反映了金属材料塑性变形的能力大小。两者值越大材料塑性越好，反之越差。塑性好的的材料，在受力过大时首先产生塑性变形而不致于突然断裂。因此大多数机械零件除了要求具有足够的强度外。还应具有一定的塑性。（2）断面收缩率 =（S1

5、 - S0）/ S0 100% ：断面收缩率%、S0：试样断前原始横截面积（mm 2）、S1：试样拉断后颈缩处的横截面积（mm 2）。（mm）、L 0 ：试样原始标距长度（mm）一、硬度 机械工程材料专题三 硬度、冲击韧性与疲劳强度Dd工件压头：钢球或硬质合金图1-4 布氏硬度试验原理图 硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。是衡量金属软硬程度的指标。测定硬度方法最常用的是压入硬度法。 根据被压入程度来测定其硬度值。常用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度 1、布氏硬度 测试原理：用载荷 机械工程材料F把直径为D 的淬火钢球压试件表面，并保持一定时间，而后卸

6、除载荷，测量钢球在试样表面上所压出的压痕直径d从而计算出压痕球面积S然后,再计算出单位面积所受的力（F/S值），用此数字表示试件的硬度值，即布氏硬度，用符号HB表示，布氏硬度试验原理如图1-4所示。D / （D - D 2 - d 2 ）2 F HBS (W) = F / S F: 实验力（N）、D: 压头球体直径 (mm)、S: 压痕面积(mm2)、d: 压痕平均直径(mm)。 HBS: 表示用淬火钢球做压头、 HBW: 表示用硬质合金球做压头。 机械工程材料 一般布氏硬度不用计算，而是用专用刻度放大镜量出压痕直径d，再通过查布氏硬度值表，即可得到相应布氏硬度值，布氏硬度计,如图1-5所示。

7、 图1-5 布氏硬度计说明： （1）压头为淬火钢球用HBS表示。当数值小于450，用于测量有色金属、退火或正火钢件、灰铸铁等材料。 （2）压头为硬质合金用HBW 表示，数值450650。 机械工程材料生产中一般不用HBW来测量材料的硬度。 （3）表示法：数字在前、字母在后。如：200HBS、175HBS. 标注时不要写成HBS=200，或 HBS=175，或500HBS ，不要出现单位；数值差不要超过30。 （4）主要用于钢铁及有色金属原材料的检验，也可用于退火、正火钢的硬度性能检验不宜测量薄件、成品件,因压痕大。 测试原理 用120的金刚石圆锥或尺寸很小的淬火钢球作为压头，在一定的压力作用下

8、，压入材料表面，在指示盘上显示出硬度值大小，如图1-6所示。洛氏硬度计如图1-7所示。 因施加压力和压头材料不同共有A、B、C三种标尺。常用的 2、洛氏硬度 。 机械工程材料图1-6 洛氏硬度试验原理图 图1-7 洛氏硬度计 是HRC 表示,没有单位，如:HRA、HRB、HRC等。 机械工程材料 测试原理 维氏硬度试验原理如图1-8所示，与布氏硬度试验原理相同。不同之处在于，维氏硬度采用的压头为对面夹角1360的金刚石正四棱锥体，试验力调整为5100 kgf则被测材料的硬度值用公式表示为: HV = F / S = 1.8544 F/d2。说明： （1）数字在前、字母在后，如44HRC；36H

9、RC42HRC。 （2）HRC适用范围数值2070；小于或大于这个范围均为标注错误如：17HRC；75HRC等。 （3）在图纸标注时注意数值差应5，否则为标注错误。 （4）适用于测量硬度较高的材料，如：淬火钢件、测量成品件或半成品件。因压痕较小。 3、维氏硬度： 机械工程材料图1-8 维氏硬度试验原理图 图1-9 维氏硬度计 F: 实验力（kgf）；S: 压痕面积(mm2)；d: 压痕对角线平均值(mm)。维氏硬度计如图1-9所示。二、冲击韧性 机械工程材料 维氏硬度试验由于实验力较小，而且调整的范围宽，可测从极硬到极软的材料。如所得值为458，则维氏硬度可写作458HV，它主要还用于测定布氏

10、硬度和洛式硬度所不能测的薄形材料零件，如各种渗碳、渗铬、氮化层等。说明： 金属材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力称冲击韧性。如：冲床曲轴杆、内燃机连杆、气锤等一些机件在工作中承受的主要是冲击力。 工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功。测试冲击韧性所用的试验机如图1-10所示。 机械工程材料图1-10 冲击试验机 图1-11 冲击试验原理示意图 机械工程材料 测试原理 金属材料的冲击韧性是采用一次性冲击试验的方法来确定的。一次性冲击试验，如图1-11所示将带V型缺口的试样放在试验机的样品座上，试验时摆锤从固定高度自由下摆冲击样品。脆性的材料可能被摆锤冲断；韧性好的材料可能被冲弯折和局部断裂。材料的韧性愈高，冲击过程中吸收的能量愈大，摆锤冲击试样后继续摆动的高度就愈低。冲击韧性（能）的大小用焦耳（J）来表示。 k冲击韧性值（kJ/m2或J/cm2）表示材料的韧性好坏、Ak冲击功（焦耳J）、F 试样缺口处的截面积(m2 或cm2)。Ak = GHGh = G(Hh)则被测材料的冲击韧性值用表示为：k = Ak / F三、疲劳强度 韧性值与温度有关；在20左右可不显脆性，当温度降低后韧性值减小，易脆断。如：碳