H机械制造基础

机械制造基础第一章第一章金属材料基本知识1.1金属材料的力学性能1.2金属与合金的晶体结构与结晶1.1金属材料的力学性能第一章金属材料基本知识1.1.1强度1.1.2塑性1.1.3硬度1.1.4冲击韧度1.1.5疲劳强度第一章金属材料基本知识

金属材料的性能对零件的使用和加工有十分重要的作用在机械制造领域选用材料时,大多以力学性能为主要依据力学性能是指材料在各种载荷作用下表现出来的抵抗力

金属材料性能的主要种类如表1.1所示第一章金属材料基本知识第一章金属材料基本知识1.1.1强度

强度是金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。根据载荷作用方式的不同，强度可分为：

抗拉强度(σb)

抗压强度(σbc)

抗弯强度(σbb)

抗剪强度(στ)一般情况下，多以抗拉强度为判断金属强度大小的指标。拉伸曲线第一章金属材料基本知识1.1.1强度图1.1低碳钢的拉伸曲线图拉伸曲线第一章金属材料基本知识1.1.1强度（1）ce──弹性变形阶段（2）es──屈服阶段（3）sb──均匀塑性变形阶段（4）bk──缩颈阶段拉伸曲线第一章金属材料基本知识1.1.1强度（1）ce──弹性变形阶段试样的伸长量与载荷成正比增加此时若卸载,试样能完全恢复原状

Fe为能恢复原状的最大拉力拉伸曲线第一章金属材料基本知识1.1.1强度（2）es──屈服阶段当载荷超过Fe后,试样除产生弹性变形外,开始出现塑性变形当载荷增加到Fs时,图形上出现平台,即载荷不增加,试样继续伸长,材料丧失了抵抗变形的能力,这种现象叫屈服

Fs称为屈服载荷拉伸曲线第一章金属材料基本知识1.1.1强度（3）sb──均匀塑性变形阶段载荷超过Fs后,试样开始产生明显塑性变形,伸长量随载荷增加而增大

Fb为试样拉伸试验的最大载荷拉伸曲线第一章金属材料基本知识1.1.1强度（4）bk──缩颈阶段载荷达到最大值Fb后,试样局部开始急剧缩小,出现“缩颈”现象

k点时试样发生断裂第一章金属材料基本知识1.1.1强度强度指标金属材料的强度是用应力来度量的。常用的强度指标有屈服点和抗拉强度。(1)屈服点σs在拉伸过程中,载荷不增加,试样还继续发生变形的最小应力(MPa)。σs=Fs/A0第一章金属材料基本知识1.1.1强度强度指标金属材料的强度是用应力来度量的。常用的强度指标有屈服点和抗拉强度。(2)抗拉强度σb金属材料在拉断前所承受的最大应力(MPa)σb=Fb/A0第一章金属材料基本知识1.1.2塑性塑性是金属材料在载荷作用下产生塑性变形(或永久变形)而不断裂的能力。常用塑性指标是断后伸长率δ拉伸试验试样拉断后,标距长度的相对伸长值δ=[(l1-l0)/l0]×100%第一章金属材料基本知识1.1.2塑性塑性是金属材料在载荷作用下产生塑性变形(或永久变形)而不断裂的能力。常用塑性指标是断面收缩率ψ拉伸试样拉断后试样截面积的收缩率ψ为ψ=[(A0-A1)/A0]×100%第一章金属材料基本知识1.1.3硬度硬度是指金属材料抵抗外物压入其表面的能力,即金属材料抵抗局部塑性变形或破坏的能力。硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。将一定直径的压头,在一定的载荷下垂直压入试样表面,保持规定的时间后卸载,压痕表面所承受的平均应力值称为布氏硬度值,以HB表示。图1.2为布氏硬度试验原理图。第一章金属材料基本知识1.1.3硬度布氏硬度图1.2布氏硬度试验原理图HB=F/S压=0.102×2F/πD(D-D2-d2)用规定的载荷,将顶角为120°的圆锥形金刚石压头或直径为1.588mm的淬火钢球压入金属表面,取其压痕深度计算硬度的大小,这种硬度称为洛氏硬度HR。第一章金属材料基本知识1.1.3硬度洛氏硬度图1.3洛氏硬度试验原理图HR=K-bd/0.002第一章金属材料基本知识1.1.3硬度维氏硬度用49-981N的载荷,将顶角为136°的金刚石四方角锥体压头压入金属表面,以其压痕面积除载荷所得的商称为维氏硬度HV。三种硬度应用范围比较布氏硬度计主要用来测量灰铸铁、有色金属以及经退火、正火和调质处理的钢材等材料HRA主要用于测量硬质合金、表面淬火钢等;HRB主要用于测量软钢、退火钢、铜合金等;HRC主要用于测量一般淬火钢件维氏硬度适用于测定厚度为0.3～0.5mm的薄层材料,或厚度为0.03～0.05mm的表面硬化层的硬度第一章距金属推材料基客本知识第一章嘱金属脱材料基衣本知识1.1姐.4夏冲击韧臣度图1.4冲击试验示意图1——摆锤2——试样冲击韧度气是金属材嘉料抵抗冲左击载荷作培用而不破夺坏的能力柜,通常用妻一次摆锤团冲击试验即来测定。冲击吸收诸功(AK谊)除以试地样缺口处叹的截面积他S0,围即可得缴到材料魔的冲击尾韧度αK=裳AK/休S0=岭G(H氧1-H怀2)/非S0冲击韧狭度αK斜值愈大且,表明神材料的韧性愈好扇,受到冲岸击时不易磨断裂。第一章隶金属哲材料基牌本知识1.1.兼5疲劳疾强度虽然零件绍所受应力蝇远低于材截料的屈服赴点,但在敌长期使用狼中往往会弃突然娘发生断裂护,这种破跃坏过程称臣为疲劳断既裂。工程上规踪蝶定,材料查经无数次际重复交变想载荷作用屑而不发生球断裂的最贞大应力称讲为疲劳强借度。材料的顿疲劳强模度与其驳合金化朴学成分董、内部忍组织及啄缺陷、己表面划识痕及零厌件截面呜突然改帖变等有漂关。第一章单金属白材料基农本知识1.1生.5勤疲劳强偷度图1.5疲劳曲线曲线表明材料受的交变应力越大,则断裂时应力循环次数(N)越少,反之,则N越大。当应力低于一定值时,试样经无限周次循环也不破坏,此应力值称为材料的疲劳强度,用σr表示提高零件疲劳强度的方法改善结构设计避免应力集中提高加工工艺减少内部组织缺陷降低零件表面粗糙度表面强化方法表面淬火表面液压喷丸处理第一章蕉金属材料午基本知识第一章冻金属材料炒基本知识1.2团金属桶与合金困的晶体直结构与纠结晶1.2惠.1雷金属的时晶体结萝构1.2.酱2纯金岗属的结晶1.2雀.3晨合金的忆晶体结颜构1.2.负4铁碳膨合金第一章柜金属蚀材料基贩本知识纯铁纯铜纯铝晶体1.2.拣1金属态的晶体结恰构晶体与鸭非晶体玻璃沥青松香非晶体第一章窑金属材料困基本知识1.2哪.1错金属的最晶体结位构图1.6简单立方晶格与晶胞示意图晶格与趴晶胞第一章颂金属变材料基帐本知识1.2.角1金属烤的晶体结煤构三种典敌型的金寸属晶格址类型图1.7常见金属晶格的晶胞三种典型的金属晶格类型体心立方晶格面心立方晶格密排立方晶格铬、钨、钼、钒等铝、铜、铅、金等镁、锌、铍、镉、α钛等第一章边金属材料清基本知识第一章杠金属材料衣基本知识1.2照.2准纯金属妹的结晶金属的结昼晶一般是子指金属由椒液态转变秒为固态的过程。纯金属的晶体谅结构是鼻在结晶恭过程中倡逐步形晌成的。研究结期晶的规桶律对于者探索改牺善金属君材料性弊能的途赔径有重要的意稀义。第一章洒金属糖材料基增本知识1.2.谎2纯金暮属的结晶纯金属的衬冷却曲线图1.8纯金属的冷却曲线液态金付属随着染冷却时亚间的延肃长,它丑所含的让热量不谎断散失框,温度些也不断翻下降当冷却到焦某一温度突时,温度洋随时间延发长并不变因化出现了屑“平台”金属继续边向环境散彼热,温度木又重新开估始下降第一章哈金属材料虎基本知识1.2谦.2隔纯金属全的结晶纯金属的喷冷却曲线图1.8纯金属的冷却曲线图中To宋为理论结挑晶温度金属实际施结晶温度造(Tn)扔总是低于劣理论结晶衣温度(T泳o)的现尽象,称为“过冷栗现象”理论结晶搏温度和实刷际结晶温军度之差称雁为过冷度，以ΔT表示ΔT=T阶o-Tn第一章都金属从材料基舞本知识1.2.牙2纯金离属的结晶纯金属的寒结晶过程(1)博晶核的流形成(2)晶洗核的长大第一章隆金属材料骄基本知识1.2.副2纯金暑属的结晶纯金属的全结晶过程(1)榆晶核的踪蝶形成在过冷度睡存在的条企件下,依幅靠产生微默细小晶体赠形成晶核东的过程,欲称为自发形核依附于杂验质或型壁型而形成晶湖核的过程游,称为非自发兵形核自发形核搭和非自发哗形核在金校属结晶时众是同时进址行的,但救非自发短形核常肃起优先和题主导作新用第一章筛金属材料朝基本知识1.2萝.2齿纯金属企的结晶纯金属的夹结晶过程(2)晶捷核的长大晶核形哨成后,柳会吸附厚其周围鞭液态中位的原子废,不断悼长大晶核长大偶使液态金胖属的相对盯量逐渐减太少第一章眼金属陪材料基净本知识1.2.宫2纯金净属的结晶晶体的扮缺陷(1)涨点缺陷最常见叮的点缺宰陷有空霞位、置毫换原子悟和间隙套原子等演,如图公1.9承所示由于点缺巡寿陷的出现世,使周围吵原子发生年“撑开”张或“靠拢矮”现象,祸这种现象富称为晶格畸变(1)点绵缺陷第一章态金属材料厨基本知识1.2岩.2没纯金属基的结晶晶体的缺即陷图1.9点缺陷示意图第一章班金属挎材料基央本知识1.2地.2蛾纯金属底的结晶晶体的缺织陷(2)吐线缺陷线缺陷主悟要指的是位错最常见的谢位错形态皂是刃型位赛错,如图格1.10批所示(2)扇线缺帐陷图1.10刃型位错晶体结构示意图第一章概金属材料马基本知识1.2衬.2扎纯金属刮的结晶晶体的旨缺陷第一章烟金属材料改基本知识1.2狼.2疫纯金属恼的结晶晶体的缺供陷(3)面倒缺陷通常指库的是晶疤界和亚橡晶界实际金阴属材料毁都是多似晶体结眨构,多搞晶体中己两个相疗邻晶粒腊之间晶删格位向驱是不同虾的,所侍以晶界监处是不协同位向浴晶粒原仆子排列谦无规则酸的过渡抗层图1.11晶界示意图第一章打金属害材料基巩本知识1.2坐.2牧纯金属歼的结晶晶体的缺饺陷(3)面县缺陷第一章吃金属材料恒基本知识1.2.赴2纯金搜属的结晶晶粒大勉小及其快控制实际金隙属结晶待后形成开多晶体佣,晶粒押的大小司对力学桑性能影汗响很大惧。一般情况洞下,晶粒萌愈细小,彼金属的强避度、硬度漫就愈高,肌塑性、韧尼性也愈好珍,即综合零力学性能排好。第一章即金属尼材料基走本知识细化晶粒、改善性能的方法增加过冷度变质处理其他机械振动超声波振动电磁振动第一章以金属材料凉基本知识1.2姥.3王合金的留晶体结懒构合金的损基本概厉念(1)合边金(2)组榴元(3)仙合金系(4)相(2)组黄织第一章截金属材料臭基本知识1.2骄.3随合金的糟晶体结户构合金的基俗本概念(1)倡合金一种金属昌元素与其挠他金属或夜非金属元划素,经熔姿炼、烧结之或其他方据法结合成搏具有金属阀特性的物醉质,称为合金例如碳钢城就是铁和毙碳组成的北合金第一章地金属材料督基本知识1.2.厉3合金却的晶体结偿构合金的基没本概念(2)帜组元组成合洋金的最桨基本的沟独立物陷质称为组元,简称元组元可以畅是金属元毕素或非金炎属元素,锈也可以是乳稳定化合稀物由两个组芝元组成的内合金称为二元合金,三个锈组元组喷成合金涛称为三元合金第一章职金属材料么基本知识1.2.塔3合金肥的晶体结惕构合金的椒基本概救念(3)跃合金系由两个穗或两个梯以上组袭元按不市同比例古配制成姓一系列猾不同成导分的合阶金,称钉为合金系例如,相铜和镍凡组成的舒一系列接不同成逢分的合量金,称干为铜—公镍合金群系第一章签金属跟材料基导本知识1.2.屡3合金醋的晶体结跨构合金的基刑本概念(4)相合金中具想有同一聚午集状态、幼同一结构忘和性质的拣均匀组成蕉部分称为相液态物质计称为液相;固态物胞质称为固相同样是固肿相,有时可物质是单相的,而有助时是多相的第一章截金属材料呀基本知识1.2.狡3合金帝的晶体结奖构合金的基歼本概念(5)尚组织用肉眼或课借助显微条镜观察到股材料具有克独特微观粱形貌特征秧的部分称迅为组织组织是决读定材料最庸终性能的关键在研究合罚金时通常滔用金相方疏法对组织签加以鉴还别第一章强金属姻材料基电本知识1.2.赵3合金沸的晶体结付构合金的秩组织图1.12固溶体的两种类型(1)送固溶体第一章胜金属所材料基降本知识1.2.装3合金硬的晶体结文构合金的组仆织(2)垃金属化显合物(3)却机械混恐合物工程上使炉用的大多意数合金的演组织都是朽固溶体和铅少量金属摧化合物组肤成的机械宇混合物。敲通过调整杆固溶体中扛溶质含量歪和金属化膝合物的数居量、大小薄、形态和颗分布状况饮,可以使凉合金的力释学性能在步较大范围渴内变化,崖从而满足英工程上的箭多种需求夸。第一章捕金属材料灯基本知识1.2递.4器铁碳合悟金铁碳合金哗基本组织(1)备纯铁的涨同素异竖构转变(2)蛮铁碳合狭金的基缓本组织铁素体奥氏体渗碳体珠光体莱氏体第一章星金属材料缩慧基本知识1.2屡.4睬铁碳合日金铁碳合尽金基本怎组织(1)铁循素体铁素体跌是碳溶裤于α-迫Fe中诵所形成澡的间隙准固溶体筝,用符号F表示铁素体火由于溶江碳量小制,力学轰性能与熔纯铁相及似,即夜塑性和料冲击韧隔度较好,而强度昌、硬度较低第一章顾金属材料百基本知识1.2甩.4肯铁碳合慕金铁碳合志金基本赏组织(2)奥振氏体奥氏体是看碳溶于γ册-Fe中枣所形成的顺间隙固溶拿体,用符号A表示奥氏体狂的强度板、硬度凉较低,该但具有堡良好塑涌性,是崖绝大多使数钢高饺温进行旗压力加凑工的理想组织第一章华金属材料炊基本知识1.2疼.4站铁碳合输金铁碳合金疮基本组织(3)渗校碳体渗碳体弄是铁和腐碳组成斑的具有怖复杂斜霜方结构陡的间隙直化合物兰,用化学式F认e3C表示渗碳体中窃的碳的质世量分数为竖6.69伟%,硬度扬很高(8静00HB搬W),塑画性和韧性恶几乎为零第一章盏金属狼材料基傻本知识1.2.样4铁碳获合金铁碳合跨金基本辜组织(4)掀珠光体珠光体隔是铁素色体和渗咸碳体组独成的机太械混合厌物,用符号P表示珠光体中岩ωC为0浇.77%电,力学性逃能介于铁乱素体和渗偷碳体之间艇,即综合性钩能良好第一章斤金属材料架基本知识1.2内.4认铁碳合馆金铁碳合管金基本为组织(5)租莱氏体莱氏体淘是ωC贯为4.约3%的心合金,荣缓慢冷输却到1些148粥℃时从惕液相中搅同时结快晶出奥纸氏体和医渗碳体废的共晶土组织,对用符号L桶d表示莱氏体瞧中由于级大量渗摊碳体存吗在,其芦性能与窜渗碳体尘相似,揭即硬度高、愈塑性差图1.13简化的Fe-Fe3C相图第一章畜金属糟材料基缝本知识1.2点.4叫铁碳合吩金第一章屠金属材料芹基本知识1.2.捡4铁碳秋合金铁碳合金泛相图(1)妙Fe资-Fe悬3C相屿图中典傲型点的讯含义如惰表1.陡2所示1.2.临4铁碳雾合金铁碳合财金相图第一章步金属许材料基蛋本知识第一