模块一 金属材料的性能课件 高二《机械制造基础》同步教学劳动版

第一篇　金属材料及热加工基础 模块一 金属材料的性能 1 模 块 一 金属材料的性能 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两大类。 使用性能是指金属材料在使用过程中所表现出来的性能。它是保证工件正常工作应具备的性能，主要包括物理性能（如密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）和力学性能等。 工艺性能是指金属材料在加工过程中适应各种加工工艺方法的性能，主要包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。 金属材料的力学性能是零件设计、选材和验收的主要依据，直接关系到零件能否正常使用。在选择和制定零件的加工工艺方法时，需要考虑材料的工艺性能，如铸铁的铸造性能较好，却不能锻造，则应通过铸造形成毛坯。 2 课题 一 金属材料的力学性能 任务　测定柴油机连杆螺栓的力学性能 任务说明 ◎ 对柴油机连杆螺栓进行强度、塑性等力学性能指标的测定。 技能点 ◎ 具有测定金属材料力学性能指标的能力，为合理选材打好基础。 知识点 ◎ 强度、塑性、硬度、冲击韧性的定义、测定原理与方法。 3 一、任务实施 （一）任务引入 如图1-1 所示为用合金钢制造的柴油机连杆螺栓实物图，因为对其力学性能要求较高，故提出下列技术要求： 抗拉强度Rm ≥ 931 MPa，下屈服强度ReL≥784 MPa，断后伸长率A ≥ 12%，断面收缩率Z ≥ 50%，冲击韧度αKU ≥ 78.4 J/cm2，硬度300 ～ 350HBW。技术要求中包括强度（Rm、ReL）、塑性（A、Z）、冲击韧度（αKU）和硬度（HBW）等力学性能指标。通过测定该零件试样的力学性能，得到这些性能指标值，从而判断零件是否达到技术要求。 这里仅完成强度指标（Rm、ReL）和塑性指标（A、Z）的测定。 4 （二）分析及解决问题 1．制作拉伸试样 按照国家标准《金属材料 拉伸试验 第1 部分：室温试验方法》（GB/T 228.1—2021），常用拉伸试样如图1-2 所示。图中d 是试样的原始直径，Lo 为试样的原始标距长度。根据标距长度与直径之间的关系，试样可分为长试样（Lo=10d）和短试样（Lo=5d）两种。 根据连杆螺栓的尺寸大小，将其加工成短试样（d=10 mm）。 5 2．进行拉伸试验 图1-3 　拉伸试验机 测算出的ReL、Rm、A 和Z 值均大于技术要求，故这批零件的强度、塑性指标合格。 6 二、知识链接 金属材料的力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。它主要包括强度、硬度、塑性、冲击韧性及疲劳强度等。 根据载荷（外力）作用性质的不同，可将其分为静载荷、冲击载荷及交变载荷三种： 静载荷是指大小不变或变化缓慢的载荷。 冲击载荷是指在短时间内以较高速度作用于工件上的载荷。 交变载荷是指大小、方向或大小和方向都随时间发生周期性变化的载荷。 金属材料受到载荷作用而产生的几何形状和尺寸的变化称为变形。变形一般分为弹性变形和塑性变形两种。随载荷的作用而产生、随载荷的去除而消失的变形称为弹性变形。不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形。 7 （一）强度与塑性 1．拉伸曲线 8 （一）强度与塑性 2．强度 金属材料在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。强度的大小通常用应力来表示。 （1）屈服强度　 在拉伸试验过程中，载荷不增加（或保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力称为屈服强度，分为上屈服强度和下屈服强度。 1）上屈服强度的计算公式： 2）下屈服强度的计算公式： 2）。Rr 0.2 表示卸除载荷后试样的规定残余延伸率达到0.2% 时的应力，其计算公式如下： 9 （2）抗拉强度 试样在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，其计算公式如下： 3．塑性 断裂前金属材料产生塑性变形的能力称为塑性。塑性指标常用断后伸长率和断面收缩率来表示。 （1）断后伸长率 试样拉断后，标距的伸长量与原始标距长度的百分比称为断后伸长率，其计算公式如下： 10 （2）断面收缩率 断面收缩率是指试样拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比，其计算公式如下： （二）硬度 硬度是指材料表面抵抗局部变形特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。 1．布氏硬度 （1）试验原理 使用一定直径的碳化钨合金球，以规定的试验力压入试样表面，经规定的保持时间后卸除试验力，然后测量表面压痕直径来计算硬度，如图1-5 所示为布氏硬度试验原理图。 11 布氏硬度值是用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力来表示的，其计算公式如下： 布氏硬度符号为HBW，其测量范围在650HBW 以下。 （2）布氏硬度的表示方法 硬度值写在符号HBW 之前，在硬度符号后面按以下顺序用数字表示试验条件： 1）压头球体直径。 2）试验力。 3）试验力保持的时间（10 ～ 15 s 不标注）。 例如，60