上海交大机械设计——第三章.ppt

1、基本要求及重点、难点 3.1 机械常用材料 3.2 金属材料的力学性能 3.3 影响钢材力学性能的主要因素 3.4 材料的选用 3.5 机械零件制造工艺性,计划学时：2h,基本要求: 1) 了解机械中常用材料及其力学性能。 2)了解热处理中与本课相关的基本概念。 3)了解毛坯的制取方法和常用的切削加工方法。 重点、难点： 1)金属材料的力学性能。 2)热处理工艺对钢材综合机械性能的影响。 3)机械零件的制造工艺性。 作业: 3.1；3.3；3.4；3.5；3.6,3.1 机械常用材料,机械常用材料的分类和应用举例 续表,3.2 金属材料的力学性能 3.2.1 材料的应力极限,低碳钢拉伸应力-应

2、变图,力学性能： 弹性、刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等。,比例极限pOA阶段称为弹性阶段，其变形称为弹性变形，对应的最大应力称为比例极限。,屈服极限s BC阶段称为屈服阶段，屈服阶段的最低应力称为屈服极限。,残余变形卸载时，沿DO线回至点O ，OO即为残余变形或称为永久性变形。 “缩颈”现象材料屈服后，随着载荷的增加，金属开始产生明显的塑性变形，当载荷增加到c点的对应值时，变形集中发生在试件的某一部位上，该部位的截面积急剧缩小，出现了“缩颈”现象。,强度极限B 由于截面减小，载荷也随之下降，直至F点时，试件在“缩颈”处断裂。材料在断裂前的最大应力称为强度极限。,冷作硬化在常温下经

3、过塑性变形使材料的强度提高、塑性降低的现象称为冷作硬化。在机械零件中常利用冷作硬化提高强度。 几种不同材料拉伸时的应力-应变曲线见图。,3.2.2 材料的性能 （1）弹性 材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后材料恢复其原来形状的性能。 （2）刚度 材料在受力时抵抗弹性变形的能力。在比例极限范围内，应力与应变成正比，比例常数E（= /）即为弹性模量（剪切时为切变模量G）。弹性模量的大小反映了材料抵抗变形的能力，是衡量材料刚度的性能指标。 （3）强度 材料在受力时抵抗塑性变形和断裂的能力。依载荷性质不同，强度分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度。常见的强度指标是屈服强度s和拉伸强度B 。

4、（4）延伸性 延伸性是衡量材料塑性性能的指标。 延伸率：试件拉断后，标距内的伸长量与标距原长之比的百分率。5%者为塑性材料，5%者为脆性材料。,断面收缩率：试件拉断后，断裂处面积的缩小量与原面积之比的百分率。 （5）冲击韧性 材料在冲击载荷作用下抵抗断裂的能力。冲击韧度是衡量材料承受冲击载荷能力的性能指标。在有缺口试件上，缺口底部单位截面积所能承受的冲击功称冲击韧度。 （6）硬度 硬度表示材料表面在一个小面积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破裂的能力。常用的有布氏硬度（HBS）、洛氏硬度（HRC）。一般地说材料硬度愈高，强度（包括接触强度）和耐磨性亦愈高，但塑性愈低。 （7）疲劳强度 在长时间交

5、变载荷的作用下，有些零件会在应力远远小于屈服强度时发生突然断裂，这种现象称为疲劳。,3.3 影响钢材力学性能的主要因素 （1）含碳量的影响 （2）合金元素的影响 （3）温度的影响 （4）热处理工艺的影响 热处理将工件加热到一定温度，进行必要的保温，然后以一定的方法冷却，以改善其组织结构，从而得到所需的综合机械性能的工艺方法；,热处理,退火将工件加热到临界温度以上，进行必要的保温，然后随炉冷却，这种工艺方法称为退火； 正火将工件加热到临界温度以上，进行必要的保温，如果在空气中冷却称之为正火； 淬火将工件加热到临界温度以上，进行必要的保温，如果在水或油中冷却称之为淬火。 回火如果加热到临界温度以下

6、，保温后空冷或油冷，称之为回火。 调质淬火后高温回火称为调质。 表面淬火如果将工件表面迅速加热到临界温度以上，不等热量传至工件中心就快速冷却的工艺方法称之为表面淬火。 化学热处理即将不同元素的活性原子渗入到工件表面的热处理方法，如渗碳、氮化和氰化等。,表3.2 主要热处理工艺的目的和应用,表3.2 主要热处理工艺的目的和应用,3.4 材料的选用 原则：使用要求、工艺要求和经济要求。,3.5 机械零件的制造工艺性 良好的工艺性：在一定的生产规模和生产条件下，花费劳动量最小、加工费用最少的零件。 1毛坯的制取 （1）型材 圆钢、方钢、钢管、钢板等，均可直接作毛坯。,轧制,（2）铸造 将液态合金浇铸

7、到具有与零件形状相适应的铸型的孔腔中，待其冷却凝固后，获得零件或毛坯的加工方法。,（3）压力加工 在外力的作用下，通过使金属在固态下发生塑性变形，而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。,挤压,拉拔,锻造,轧制,锻造,冲压,（4）焊接 实质是通过加热或加压，或两者并用，并且用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。,毛坯选择：综合考虑功能、制造、使用、成本等。,2常见的切削加工方法 切削加工是通过机床用刀具从工件上切除多余材料，从而获得形状、尺寸精度及表面质量等合乎要求的零件加工过程。 （1）车削加工 指在车床上用车刀加工工件的工艺过程。加工时，工件旋转为主运动，

8、刀具作直线或曲线的进给运动。,车削,（2）铣削加工 指在铣床上用铣刀加工工件的工艺过程。铣削加工时，刀具旋转为主运动，工件作直线的进给运动。,铣削,（3）刨削加工 指在刨床上用刨刀加工工件的工艺过程。刨削加工时，刀具作往复直线运动为主运动，工件作直线的进给运动。,刨削,（4）磨削加工 磨削加工是用砂轮或其他磨具切除工件多余材料的工艺过程。磨削加工时，刀具旋转为主运动，工件作直线的进给运动。,磨削,（5）钻削加工 钻削加工是指在钻床上用钻头加工工件的工艺过程。钻孔时，钻头一方面作旋转主运动，另一方面作直线的进给运动，而工件固定不动。,钻 削,数控机床自动加工,3零件的热处理及装配 为了避免热处理时变形、开裂或降低热处理质量