金属工艺学（第2版）教学课件作者张兆隆第1章.ppt

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2019-10-14 发布于广东
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金属工艺学（第2版）教学课件作者张兆隆第1章.ppt

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图 1 - 9 返回图 1 - 10 返回图 1 - 11 返回 * 第一章　金属的力学性能第一节　强度和塑性第二节　硬度第三节　韧性与疲劳强度返回第一节　强度和塑性一、金属材料承受的载荷与应力１.金属材料承受的载荷金属材料在加工和使用过程中所受到的外力称为载荷。按外力的作用性质，载荷常分为如下三种。（１）静载荷大小不变或变化很慢的载荷。如：机床的床头箱对机床床身的压力。（２）冲击载荷在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。例如：空气锤锤头下落时锤杆所承受的载荷；冲压时冲床对冲模的冲击作用等。下一页返回第一节　强度和塑性（３）交变载荷大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。如机床主轴就是在交变载荷的作用下工作的。根据作用形式不同，载荷又可分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷等，如图１－１所示。２.内力与内应力材料受外力作用时，为保持自身形状尺寸不变，在材料内部作用着与外力相对抗的力，称为内力。内力的大小与外力相等，方向则与外力相反，并与外力保持平衡。单位面积上的内力称为应力。上一页下一页返回第一节　强度和塑性金属材料受拉伸载荷或压缩载荷时，其横截面积上的应力可按下式计算：Ｒ＝Ｆ/Ｓ式中，Ｒ———应力，单位ＭＰａ；Ｆ———外力，单位Ｎ；Ｓ———横截面积，单位ｍｍ２。二、拉伸试验与拉伸曲线１.拉伸试验方法生产实际中通常使用拉伸试验来测定机械零件的强度和塑性。上一页下一页返回第一节　强度和塑性拉伸试验是一种破坏性验，所以，拉伸试验时，通常不直接采用机械零件做试验，而是用与制造机械零件的相同材料制成的标准试样进行试验。为了使测定出来的强度和塑性指标具有可比性，拉伸试样必须按照国家标准制作。拉伸试样一般有圆形和矩形两类，图１－２所示为圆形拉伸试样。拉伸试验方法如下：（１）将试样两端部位分别夹持在如图１－３所示拉伸试验机的上下夹头中。（２）对试样缓慢施加轴向拉伸力Ｆ，使试样沿其轴向伸长。如图１－４（ａ）所示。（３）随着拉伸力Ｆ的缓慢增大，试样的有效伸长量ΔＬ不断增加，直至试样断裂。如图１－４（ｂ）、（ｃ）所示。上一页下一页返回第一节　强度和塑性（４）观察、记录实验结果，并对实验结果进行分析。从图１－４所示的试验过程中可以看出：在试验中，试样变形和断裂时的拉伸力Ｆ越大，说明材料的强度越高；试样断裂时的伸长量ΔＬ越大，则说明材料的塑性越好。由此可以得到评定材料的强度和塑性的指标：屈服强度（Ｒｅ）、抗拉强度（Ｒｍ）、断后伸长率（Ａ）和断面收缩率（Ｚ）。２.拉伸曲线衡量强度的指标是在拉伸试验过程中测得拉伸曲线，再由拉伸曲线通过计算来获得。上一页下一页返回第一节　强度和塑性在拉伸试验过程中，试验机自动以拉伸力Ｆ为纵坐标，以伸长量ΔＬ为横坐标，画出一条拉伸力Ｆ与伸长量ΔＬ的关系曲线，称为拉伸曲线。图１－５所示为低碳钢的拉伸曲线示意图。三、强度指标根据外力作用方式的不同，强度有多种指标，如抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等，常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。四、塑性指标塑性也是在拉伸试验中测定的，常用的塑性指标是断后伸长率和断面收缩率。上一页返回第二节　硬度一、硬度概念硬度通常是指金属材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力，是金属抵抗其表面局部变形和破坏的能力，是衡量金属材料软硬的指标。一般材料越硬，其耐磨性就越好。机械制造业所用的刀具、模具和机械零件等，都应具备一定的硬度，才能保证其使用性能和寿命。金属材料的硬度是在硬度试验设备上测定的。硬度试验设备简单，操作迅速方便，可直接在零件或工具上进行试验而不破坏工件，并且还可根据测得的硬度值估计出材料的近似抗拉强度和耐磨性。此外，硬度与材料的冷成型性、切削加工性、可焊性等工艺性能之间也存在着—定联系，可作为制定加工工艺时的参考。因此，硬度试验在实际生产中是最常用的试验方法。下一页返回第二节　硬度生产中常用的硬度测定方法有布氏硬度测试法、洛氏硬度测试法和维氏硬度测试法等。二、布氏硬度布氏硬度试验法是用直径为Ｄ的硬质合金球，在规定试验力Ｆ的作用下压入被测试金属的表面，停留一定时间（试验力保持时间为１０ｓ～１５ｓ）后卸除载荷，然后测量被测试金属表面上所形成的压痕平均直径ｄ（如图１－７所示），由此计算压痕的表面积，进而求出压痕在单位面积上所承受的平均压力值，以此作为被测试金属的布氏硬度值，即布氏硬度＝常数×试验力压痕表面积上一页下一页返回第二节　硬度１.布氏硬度试验条件的选择由于金属材料有软有硬，被测工件有薄有厚，尺寸有大有小，如果只采用一种标准的试验力Ｆ和压头直径Ｄ，就会出现对某些材料和工件不适应的