工程材料零部件对材料性能的要求要点.ppt

第一章 零部件对材料性能的要求 ◆ 1.1 零部件所受的各种负荷 ◆ 1.2 工程设计与加工工艺所需要的材料性能 ◆ 1.3 工程材料的类型及主要特征 1.1 零部件所受的各种负荷 一、力学负荷 拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转载荷。 很多零件工作时同时承受几种载荷的作用：车床主轴工作时承受弯曲、扭转、压缩3种载荷；钻床立柱同时承受拉伸和弯曲2种载荷。 二、热负荷 高温条件下工作使工程材料的力学性能下降，产生高温蠕变，并可能产生氧化，热疲劳。 三、环境介质的作用 ◆ 对金属零件的作用主要是：腐蚀和摩擦磨损。 腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀。 碳钢、铸铁的耐腐蚀性较差，钛及其合金、不锈钢的耐腐蚀性好，铝合金和铜合金的耐腐蚀性较好。 零件在摩擦过程中表面发生尺寸变化和物质耗损的现象---磨损。常见的有：粘结磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、麻点腐损。 ◆ 对高分子零件的作用主要为老化。 1.2 工程设计与加工工艺所需要的材料性能 ◆ 整机性能、零部件性能与材料性能 ◆ 工程材料的力学性能 ◆ 工程材料的理化性能 ◆ 工程材料的加工工艺性能 使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能。 工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。 1.2.1 整机性能、零部件性能与材料性能 机械零件的强度一般表现为短时承载能力和长期使用寿命。机械零件的强度主要由3个因素起作用。 结构因素：零件在整机中的作用、零件的的形状、尺寸及其与其他零件的配合关系。 加工工艺因素：全部加工工艺过程对零件强度的影响。 材料因素：材料的成分、组织与性能。 1.2.2 工程材料的力学性能 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。 一、弹性和刚度 弹性：指标为弹性极限?e，即材料承受最大弹性变形时的应力。 刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量E。 二、强度与塑性 强度：材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。 上屈服强度ReH：材料发生明显塑性变形时应力较大时的强度。 下屈服强度ReL：材料发生明显塑性变形时应力较小时的强度。 屈服强度?s // 条件屈服强度?0.2： 抗拉强度Rm // ?b：材料断裂前所承受的最大应力值。 塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。指标为： 伸长率A//δ： 说明： ① 用断面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 直径d0 相同时，l0?，??。只有当l0/d0 为常数时，塑性值才有可比性。 当l0=10d0 时，伸长率用A11.3 //? 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用A //?5 表示。 显然A A11.3 (?5 ? ) ③ A Z 时，无颈缩，为脆性材料表征 A Z 时，有颈缩，为塑性材料表征 三、硬度 材料抵抗另一硬物压入其内的能力。(抵抗局部塑性变形的能力) 布氏硬度HB 压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度。 材料的?b与HB之间的经验关系： 对于低碳钢: Rm(MPa)≈3.53HBS 对于高碳钢： Rm(MPa)≈3.4HBS 对于灰铸铁： Rm(MPa)≈0.98HBS 退火铝合金： Rm(MPa)≈4.70HBS 洛氏硬度 洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002 根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。 符号HR前面的数字为硬度值， 后面为使用的标尺。 洛氏硬度 维氏硬度 维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法—维氏硬度试验 、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。 四、韧性 指材料抵抗冲击载荷作用的能力。 韧脆转变温度 材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。 TITANIC Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试