高二上机工社机械基础 第2章 机械零件常用材料 电子课件

第二章 机械零件常用材料 金属材料的力学性能 1 机械零件常用材料及选择 2 3 钢的热处理 第二章 机械零件常用材料 材料的力学性能（机械性能） 力学性能：材料在受外力作用时所表现出的特性，其数据通过试验 获得。 力学性能包括强度、塑性、刚度、硬度、韧性及疲劳强度等。 载荷 静载荷 冲击载荷 交变载荷 变形 弹性变形 塑性变形 一、强度 1、低碳钢的拉伸试验 常温下，光滑试验件在缓慢施加的单向载荷作用下，测定材料的力学性能。 试验件长度： l =5 d 或10 d 拉伸力F——伸长量Δl曲线 为消除试验件尺寸的影响 应力： ——表示材料受力的程度。 式中：S0——试件的原始横截面积 应变： ——表示材料的变形程度。 拉伸力F——伸长ΔL曲线 应力R——应变e 曲线 R R 2、低碳钢的力学性能 四个阶段： （1）弹性阶段OA’ OA——直线段，应力与应变成正比。 注：工程中，一般均使构件在弹性范围内工作。 RP——规定塑性延伸强度 RP0.2——规定塑性伸长率为0.2%时的应力 8 2、低碳钢的力学性能 （2）屈服阶段BC(失去抵抗变形的能力) 卸载后，出现不能消失的变形。 屈服强度 Fs——试样产生屈服现象时的载荷 S0——试样的原始横截面面积 上屈服强度ReH ——试样发生屈服而力首次下降前的最大应力 下屈服强度ReL ——在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最小应力 屈服强度Re和规定塑性延伸强度RP是工程技术上重要的力学性能指标之一，也是大多数机械零件选材和设计的依据。 9 2、低碳钢的力学性能 （4）缩颈阶段DE （3）强化阶段CD 抗拉强度Rm Fb——试样拉断前所承受的最大载荷 抗抗拉强度Rm也是机械零件设计和选材的重要依据 弹性极限与比例极限非常接近，实际中工程不对两者进行严格区分，经常把比例极限代替弹性极限。 10 3、铸铁的拉伸试验 拉伸时的应力——应变曲线为微弯的曲线，没有屈服和缩颈现象，试验件突然拉断。 4、材料在压缩时的力学性能 压缩试件： 圆柱形 常温，缓慢加载。 （1）低碳钢的压缩试验 屈服之前，压缩时的应力——应变曲线与拉伸试验时的曲线基本重合。 屈服之后，随着压力的增大，试件被压成“鼓形”，最后被压成“薄饼”而不断裂。 低碳钢压缩时无强度极限。 （2）灰铸铁的压缩试验 曲线没有明显的直线部分，应力较小时，近似认为应力应变成正比关系； 曲线没有屈服阶段，变形很小时沿与轴线大约成45°的斜截面发生破裂破坏。 铸铁材料抗压性能远好于抗拉性能，工程中常作为受压构件，而不用作受拉构件。 二、塑性 断裂前金属材料产生永久性变形的能力称为塑性。 塑性指标：断后伸长率和断面收缩率 1、断后伸长率 试件拉断后标距的伸长量（Lu－L0）与原始标距L0的百分比称为材料的伸长率。 延伸率A是衡量材料塑性的一个重要指标： A> 5%——塑性材料，例如：低碳钢 A<5%——脆性材料，例如：灰铸铁 Lu——试样拉断后标距的长度 2、断面收缩率 断面收缩率是指试样拉断处横截面积的减少量（S0- Su）与原始横截面积S0的百分比。 Su——试样拉断后断裂处的最小横截面积 金属材料的伸长率和断面收缩率数值越大，表示材料的塑性越好 塑性好的金属： 易进行轧制、锻压、冲压等 万一出现超载，由于能产生塑性变形从而可以避免突然断裂 能缓和与消减应力集中 三、刚度 刚度：机械零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。 计算准则 弹性模量E 弹性模量E是衡量材料刚度的指标， E越大，其刚度越大。 x 硬度是衡量金属材料软硬的指标，是指金属材料在静载荷作用下抵抗表面局部变形的能力。 硬度高，耐磨性好，硬度值为衡量材料耐磨性的重要指标之一 硬度与强度以及工艺性能（如切削加工性、可焊接性等）有关，被广泛用于检验材料和热处理件的质量、鉴定热处理工艺的合理性以及作为评定工艺性能的参考指标 四、硬度 硬度的测量方法——压入法 1、布氏硬度(HBW) 用载荷为F的力把一定直径的钢球压入金属表面，并保持一定的时间，测量金属表面上的压痕直径d，据此计算出的压痕面积，求出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，叫布氏硬度，记作HBW. 硬性材料 HBW>350 软性材料 HBW<350 2、洛氏硬度(HRC) 当被测样品过小或者布氏硬度（HBW）大于450时，改用洛氏硬度计量。试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的