金属材料的基本知识（课件）-高二《汽车机械基础》同步教学（北理工版）

2023-06-28

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《汽车机械基础》金属材料的基本知识一、金属材料的性能 1.金属材料具有正的电阻温度系数的物质，称为金属。金属及其合金，统称为金属材料。金属材料主要通过冶炼和轧制得到。金属材料的选择和使用的主要依据就是金属的使用性能与工艺性能。下一页返回 2.金属材料的使用性能金属材料的使用性能是指金属材料在使用过程中表现出来的性能，包括物理性能、化学性能和力学性能。金属材料的物理性能是指金属材料受自然界中的各种物理现象（温度、磁场、地心引力）的作用，所表现出来的反抗能力，包括密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性等；金属的化学性能是指金属材料抵抗氧化和腐蚀性介质侵蚀的能力，主要有耐腐蚀性、抗氧化性、耐酸碱性等；金属的力学性能包括强度、硬度、韧性、疲劳强度、断裂韧度等，用来表征材料力学性能的各种临界值和规定值均称为力学性能指标。下一页返回上一页 3.金属材料的工艺性能金属的工艺性能是指金属材料在各种加工过程中所表现出来的性能，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和可加工性能等。二、金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出来的特性。力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧度及疲劳强度等。下一页返回上一页 1.强度的主要指标强度是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。强度指标一般可以通过金属拉伸试验来测定。拉伸试验的原理是：用静拉力（载荷）对待测试样进行轴向拉伸，同时连续测量并记录试验力的大小和相应的试样伸长量，一直到试样断裂。根据测得的数据，即可得出有关的力学性能。在国家标准(GB/T391986) 中，对试样的形状、尺寸及加工要求均有明确的规定。把标准试样（如图1所示）装夹在试验机上，然后对试样缓慢施加拉力，使之不断变形直到拉断为止。根据拉伸过程中记录下的试样承受的静拉力（载荷）与对应的伸长量的数据，可以绘制出力—伸长曲线（也称为拉伸曲线）。下一页返回上一页下一页返回上一页图2所示是低碳钢的力—伸长曲线。图中纵坐标表示在试验的过程中，试样受到的静拉力（载荷）Ｆ，单位为Ｎ；横坐标表示试样的伸长量 Δ Ｌ，单位为ｍｍ。图中的曲线分为下面几个阶段。ｏｅ段—弹性变形阶段。作用在试样的力卸载后，试样的变形将完全消失。ｅｓ段—屈服阶段。试样失去抵抗变形的能力，从而产生明显塑性变形（不能消失的变形）的阶段。ｓｂ段—强化阶段。过屈服阶段后，材料又恢复抵抗变形的能力，要使材料变形，必须加力的阶段。ｂｋ段—缩颈阶段。当外载荷大于Ｆｂ后，试样某一部位的截面开始急剧减小，产生缩颈现象。此时，即使不增加载荷，试样依然被拉断。下一页返回上一页多数金属材料没有明显的屈服现象，并且不会发生缩颈。拉伸试验不只用于金属，还可用于其他材料。材料受到外力作用会发生变形，同时在材料内部产生一个抵抗变形的力称为内力。单位面积上的内力称为应力，单位为 Pa（帕），即Ｎ／m2 。工程上常用 MPa（兆帕），1MPa=106Pa ，1Pa＝ 1Ｎ／m2 ， 1MPa＝1Ｎ／mm2 。 (1)弹性极限 σ e ：表示金属材料抵抗弹性变形的最大应力，单位为 MPa。式中，Ｆ e为试样产生完全弹性变形的最大载荷（N）；A0 为试样原始截面积（ｍm2 ）。弹性极限σe为弹性零件设计和选材的主要依据。下一页返回上一页 (2)屈服点 σs ：材料产生屈服时的最小应力，单位为 MPa 。式中，Ｆ s 为屈服时的最小载荷（Ｎ）；Ａ0 为试样原始截面积（ｍ m2 ）。对于无明显屈服现象的金属材料（如高碳钢、铸铁），测量屈服点很困难，工程上经常采用残余伸长为0.2%原长时的应力 σ ０.2 作为屈服强度指标，称为规定残余伸长应力。下一页返回上一页 (3)抗拉强度 σ b ：材料在拉断前所承受的最大应力，单位为 MPa。抗拉强度表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力，也是设计机械零件和选材的主要依据。式中，Ｆb 为试样断裂前所承受的最大载荷（ N）；Ａ0 为试样原始截面积（ｍｍ2 ）。屈服点 σs 、抗拉强度 σb 是机械零件设计和选材的主要依据。下一页返回上一页 2.塑性的主要指标金属材料在载荷的作用下，产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。通过拉伸试验测得的常用塑性指标有：断后伸长率和断面收缩率。 1)断后伸长率 δ 试样拉断后标距伸长量和原始标距之比，用符号 δ 表示。式中

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