机械制造基础1工程材料.ppt

机械制造根底;第1章工程材料;1.1金属材料的力学性能

金属材料的性能包含使用性能和工艺性能。

使用性能

是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能。如：力学(机械)性能、物理性能、化学性能

工艺性能

是指制造工艺过程中材料适应加工的性能。

如：铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性、热处理工艺性;金属材料的力学性能

金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。材料用于结构零件时，其力学性能是机械设计、材料选择、工艺评定及材料检验的主要依据。

外力〔载荷〕形式主要有：

拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等

常用的力学性能指标有：

强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等;强度

1、拉伸试验

材料承受静拉伸时的力学性能指标是通过拉伸试验测定的。其过程为：将被测材料按GB／T228—2021要求制成标准拉伸试样，在拉伸试验机上夹紧试样两端，缓慢地对试样施加轴向拉伸力，使试样被逐渐拉长，最后被拉断。通过试验可以得到拉伸力F与试样伸长量ΔL之间的关系曲线(称为拉伸曲线)。;〔1〕拉伸试样

在国家标准中，对拉伸试样的形状、尺寸及加工要求均有规定。右图为圆柱形拉伸试样。其中d0为试样直径，L0为试样标距长度。;;拉伸曲线分析：

拉伸曲线中，Oe段为直线，即在应力不超过只Re时，应力与应变成正比关系，此时，将外力去除后，试样将恢复到原来的长度。这种能够完全恢复的变形称为弹性变形；

当应力超过Re后，试样的变形不能完全恢复而产生永久变形，这种永久变形称为塑性变形。

当应力增大至H点后，曲线呈近似水平直线状，即应力不增大而试样伸长量在增加，这种现象称为屈服。

屈服后试样产生均匀的塑性变形，应力增大到m点后，试样产生不均匀的塑性变形，即试样发生局部直径变细的“颈缩〞现象。

至k点时，试样在颈缩处被拉断。;3、弹性和刚性

材料的弹性指标主要是指弹性极限，刚性指标那么是指材料的弹性模量。

〔1〕弹性极限Re

弹性极限是指在产生完全弹性变形时材料所能承受的最大应力，即：;实际上Re只是一个理论上的物理定义，对于实际使用的工程材料，用普通的测量方法很难测出准确而唯一的弹性极限数值，因此，为了便于实际测量和应用，一般规定以剩余应变量(即微量塑性变形量)为0．01％时的应力值作为“规定弹性极限〞(或称“条件弹性极限〞)。工程上，对于服役条件不允许产生微量塑性变形的弹性元件(如汽车板簧、仪表弹簧等)均是按弹性极限Re来进行设计选材的。;〔2〕弹性模量E

弹性模量是指在应力应变曲线上完全弹性变形阶段，应力与应变的比值，即：;4、强度

强度指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。

常用的材料强度指标有：

屈服强度

抗拉强度等。;〔1〕屈服强度

屈服强度是指当材料呈现屈服现象时，在试验期间到达塑性变形发生而力不增加的应力点，分为上屈服强度和下屈服强度。上屈服强度(ReH)是试样发生屈服而力首次下降前的最高应力；下屈服强度(ReL)是指在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。即：;〔2〕抗拉强度Rm

抗拉强度是指材料在拉伸过程中，相应最大力的应力。即：;抗拉强度是工程上最重要的力学性能指标之一。对塑性较好的材料，Rm表示了材料对最大均匀变形的抗力；而对塑性较差的材料，一旦到达最大载荷，材料迅即发生断裂，故Rm也是其断裂抗力(断裂强度)指标。Rm是高分子材料和陶瓷材料选材的重要依据。对塑性变形要求不严而仅要求不发生断裂的金属零件如钢丝绳、建筑结构件等，为减轻自重，Rm也常作为其设计与选材依据。此外，因Rm易于测定，适于作为产品规格说明或质量控制指标，广泛出现在标准、合同、质量证明等文件资料中。;塑性

塑性是指材料在外力作用下能够产生永久变形而不破坏的能力。常用的塑性指标有断后伸长率和断面收缩率。

〔1〕断后伸长率A

断后伸长率是指断后试样标距与原始标距之比的百分率。即：;因此，对于同一材料而具有不同长度或截面积的试样要得到比较一致的A值，或者对于不同材料的试样要得到可比较的A值，必须使L0／的比值为一常数。国家标准规定，此值为11.3(相当于L0＝10d0的试棒)或5.65(相当于L0=5d0的试棒);〔2〕断面收缩率Z

断面收缩率是指断后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面积之比的百分率。即：;材料的塑性指标一般不直接用于机械设计计算，但材料具有一定的塑性，当零件遭受意外过载或冲击时，通过塑性变形和应变硬化的配合可防止发生突然断裂。材料具有一定的塑性可保证某些成形工艺(如冷冲压、轧制、冷弯、校直、冷铆)和修复工艺(如汽车外壳或挡泥板受碰撞而凹陷)的顺利进行；对于金属材料，塑性指标还