绪论及力学性能.ppt

1、机械制造基础,湖北汽车工业学院 材料工程系金工教研室 鲍中美 电话号码：8260383,一. 教材及参考书,教材: 金属工艺学 (上、下册)邓文英 郭晓鹏主编(第五版) 高等教育出版社,参考书: 1.材料成形及机械制造基础 童幸生、徐翔主编 华中科技大学出版社 2.材料成形学李新城主编 机械工业出版社 3.机械制造学王贵成主编 机械工业出版社,二. 教学要求,课前应学完机械制图、金工实习 。 作业: 每 3 周交1次 认真学习，准时上课，有问题及时和老师沟通。,三. 成绩评定:,总成绩=30%平时成绩(出勤、作业等)+70%试卷成绩,1. 金属材料的基本知识 8 学时 2. 铸造 7 学时 3

2、. 金属塑性加工 7 学时 4. 焊接 7 学时 5. 切削加工 10 学时 合计： 39 学时,四. 课程内容,绪论,一、本课程的性质,是研究有关制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课。,二、本课程的任务,主要研究：,各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相 互联系；,金属零件的加工工艺过程；,常用金属材料性能对加工工艺的影响；,工艺方法的综合比较等。,三、 学习方法,市场信息,设计,方案设计,技术经济评估,图纸设计,工艺,毛坯制造,铸造,塑性加工(锻造.冲压,焊接,轧制.拉拔等),热处理等,零件加工,切削加工(机械加工.钳工 ),特种加工(电火花 加工.激光加工.超声波加工等),

3、零件,装配调试,产品销售,市场信息反馈,四. 机械制造过程,-汽车变速箱铸造.MPG,铸造产品,模座,缸体,电机壳,曲轴,铸造产品,冲压产品,轴套,轴,刀具,皮带轮,切削加工产品,激光加工产品,过日子离不开材料，使用任何一种技术更离不开材料。,第一篇 金属材料的基本知识,材料是一切事物的物质基础,材料、能源、信息技术是现代文明的三大支柱,一种新技术的实现，往往需要新材料的支持,一、工程材料二大类: 、金属材料 ；如：钢铁、铜合金、铝合金等。 、非金属材料；如：高分子材料( 包括: 塑料、橡胶、 尼龙等)； 陶瓷材料 ；复合材料等。 二、材料性能: 包括: 使用性能和工艺性能 、使用性能: 力学

4、性能、物理性能、化学性能。 力学性能: 材料在受到外力作用下所表现出来的性能。 如：弹性、 塑性、 强度、 硬度 等。,第一篇 金属材料的基本知识,三、合金: 是以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，经过熔炼或烧结而制成的具有金属特性的材料。 、钢铁： 1）碳素钢如：T8、T10A、45等 2）合金钢如：9Crsi、w18Cr4v、65Mn等 3）铸铁如: HT250、HT300等 2、铜合金 3、铝合金 ,一、强度与塑性: 拉伸试验.avi,设备：拉伸试验机,试样：GB/T228-1987,第一章 金属材料的主要性能,第一节 金属材料的力学性能,F,F,拉伸曲线（拉伸图）,o,应力 ：试样

5、单位横截面上的拉力。 F 拉力( N ) = ( M pa ) A 0 原始横截面积( mm2) 应变：试样单位长度上的伸长量。 L 伸长量(mm ) = L 0 原始标距长度( mm),应力应变曲线（ - 曲线）: 形状和拉伸曲线相同，单位不同,应力应变曲线（ - 曲线）:,1.强度: 材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。,种类: 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯强 度 、 抗剪强度 、 抗扭强度等。,(1) 屈服点 (或屈服强度):试样产生屈服时的应力.,(2)抗拉强度：试样在拉断前所能承受的最大应力。,它表示材料抵抗断裂的能力。是零件设计的重要依据； 也是评定金属强度的重要指标之一。

6、,对于没有明显屈服现象的金属材料，工程上规定以试样 产生0.2%塑性变形时的应力，作为该材料的屈服点。,试样产生0.2%塑性变形,2、塑性: 材料在力的作用下，产生不可逆永久变形的能力。,(1) 伸长率: 试样拉断后标距的伸长量 L 与原始标距 L 0 的百分比。,L - L 0 = 100% L 0,(2) 断面收缩率: 试样拉断后，缩颈处截面积的最大缩减量 与原始横截面积A0的百分比。,A0 - A 1 = 100% A0,说明：、值愈大，表明材料的塑性愈好。, 10% 属塑性材料,布氏硬度HB 洛氏硬度HR,二. 硬度: 材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕、划痕的 能力。,常用测

7、量硬度的方法,1. 布氏硬度 HB,符号HBS表示钢球压头测出的硬度值，如:120HBS HBW表示硬质合金球压头测出的硬度值。,被测金属,加载,卸载,压头,布氏硬度的特点及应用： 布氏硬度因压痕面积较大，其硬度值比较稳定。 但由于压痕较大，不适于成品检验。 通常用于测定灰铸铁、非铁合金及较软的钢材。,2. 洛氏硬度 HRC,洛氏硬度计,洛氏硬度的特点及应用： 测试简便、且压痕小，几乎不损伤工件表面，可用于 成品检验。但由于其压痕较小，所测硬度值的重复性差。,用于测定表面材料（2070 HRC）,三. 韧性:,金属材料断裂前吸收的变形能量的能力称作韧性。 常用冲击韧度 k 表示 采用摆锤冲击试

8、验机测定。,用冲击试验测定冲击韧度：,冲击韧度k ： 试样缺口处单位截面积上所吸收的冲击功。,四. 疲劳强度:,承受循环应力的零件发生断裂时，其应力往往低于该材料 的强度极限，这种断裂称疲劳断裂。,1943年美国T-2油轮发生断裂,应力随时间作周期性变化 称循环应力（或交变应力）。,周期性载荷称疲劳载荷,材料所承受的循环应力 （）与其断裂前的应力循环 次数（N ）可用疲劳曲线表示。,疲劳曲线,疲劳强度材料在无数次循环应力作用仍不发生疲劳断裂 的最大应力。 用-1 表示,疲劳试验得到:,钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系: -1 = (0.450.55)b,五、弹性和刚度,弹性: 金属材料受外力

9、作用时产生变形，当外力去掉后能 恢复到原来形状及尺寸的性能。,2. 刚度：材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。 弹性模量：弹性变形下应力与应变的比值，即： E = / 材料的E越大，刚度越大。,六. 比强度 : 材料的强度值与密度值之比。,几种常用金属材料的力学性能,1: 拉伸试样的原始标距长度为50mm，直径为10mm，经拉伸试验后，将已断裂的试样对接起来测量，最后的标距长度为71mm，缩颈区的最小直径为4.9mm，试求该材料的伸长率和断面收缩率的值？,2: 某工厂买回一批材料（要求：s230MPa；b410MPa；523%；50%） 做短试样（ L 0 =50 ；0 =10mm）拉伸试验， 结

10、果如下：F S=19KN，F b=34.5KN； L =63.1mm； d=6.3mm；问买回的材料合格吗？,课堂练习题,题1:解： =（71-50）/50 x100%=42% A0=3.14x(10/2)2=78.5(mm2) A1=3.14x(4.9/2)2=18.85(mm2) =(A0-A1)/A0 x100%=76%,题2:解： 根据试验结果计算如下： sFsA 0 (19x1000)/(3.14x52 )=242230MPa b Fb A 0 (34.5x1000)/(3.14x52 )=439.5 410MPa LL0 x100% (63.1-50)/50 x100%=26.2%

11、 23% AA 0 x100% 60.31% 50% 材料的各项指标均合格，因此买回的材料合格。,总结： 金属及合金的力学性能而言，是指受外力作用时所 反映出来的性能。 它是衡量金属材料的极其重要的指标。 如:强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。,第二节金属材料的物理、化学及工艺性能,一、物理性能：,密度、熔点、导热性、导电性等。,二、化学性能：, 材料在常温或高温时、抵抗各种介质侵蚀的能力， 如：耐酸性、耐碱性、抗氧化性等。,三、工艺性能： 材料在加工过程中表现出来的性能。 如：铸造性能、 焊接性能、热处理性能等。,补充内容: 金属材料的力学性能指标和零件失效,失效_机械零件由于某些原因而丧失工作能力。 机械零件的主要失效形式：断裂、过量变形、表面损伤 一、断裂：主要分韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂。 断裂是一种严重的失效形式，它不但使零件失效，有时还会招 致严重的人身及设备事故。,二、