2.1 金属材料的力学性能(课件）-高一《机械基础》同步教学（人民邮电版）

常用金属材料与钢的热处理概述 第二章 知识目标  掌握金属材料的力学性能  掌握常用金属材料的分类、性能和牌号  掌握钢热处理的基本知识 技能目标  掌握拉伸试验和硬度试验的基本操作  了解热处理对碳钢力学性能的影响 本章内容 金属材料的力学性能 1 常用金属材料 2 技能训练 4 3 钢的热处理概述 2.1 金属材料的力学性能 概念 载荷 属材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。 变形 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（可以恢复的变形）和塑性变形（永久变形）两种。 应力 金属材料受外力作用时，内部产生的阻止变形且与外力相等的抗力称为内力。单位面积上的内力称为应力。金属受拉伸载荷或压缩载荷作用时，其横截面积上的应力按下式计算： 【基础知识】 静载荷：大小不变或变化过程缓慢的载荷。 冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。 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。 力学性能 金属材料在外力作用下表现出来的性能称为金属材料的力学性能。力学性能一般包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。 强度 金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的内力称为强度。在机械制造中常用屈服强度和抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。强度指标通常用拉伸试验方法测定。 ◆屈服强度 σS ◆ 抗拉强度σS 塑性 金属材料断裂前产生永久变形的能力称为塑性。金属材料常用的塑性指标是伸长率δ和断面伸缩率Ψ。塑性指标也是由拉伸试验测定的。 ◆伸长率δ ◆断面收缩率Ψ 硬度 材料抵抗局部变形特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。根据测量方法不同，硬度指标可分为布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HR）和维氏硬度(HV)三种。 工程上应用较为普遍的是布氏硬度和洛氏硬度。布氏硬度主要用于较软材料的测量，洛氏硬度主要用于较硬材料的测量。 冲击韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力称为冲击韧性。 冲击韧性的衡量指标是冲击韧度。冲击韧度是指冲击试样缺口处单位面积上的冲击吸收功，用符号αK表示。冲击韧度越大，表示材料的冲击韧性越好，反之，脆性越大。材料的冲击韧度与温度有关，温度越低，冲击韧度越小，冲击韧性越差。 疲劳强度 金属材料在无数次重复的交变应力作用下而不被破坏的最大应力称为疲劳强度，也称疲劳极限，用符号σr。实际上，金属材料不可能作无数次交变应力试验。对于黑色金属，一般规定应力循环107周次（有色金属、不锈钢等取108周次）而不断裂的最大应力为疲劳强度。当应力为对称循环时，疲劳强度用符号σ-1表示。 2.2 常用金属材料 2.2.1碳素钢 碳素钢的分类 1、按钢的含碳量分类 低碳钢：含碳量<0.25% 中碳钢：含碳量0.25%~0.60% 高碳钢：含碳量>0.60% 2、按钢的质量分类 根据钢中有害杂质硫、磷含量的多少可分为： 普通质量钢：S≤0.05% P≤0.045% 优质钢： S≤0.035% P≤0.035% 高级优质钢：S≤0.025% P≤0.025% 特级质量钢：S≤0.015% P≤0.025% 3、按钢的用途分类 结构钢：主要用于制造各种机械零件和工程构件，其含碳量一般都小于0.70%。 工具钢：主要用于制造各种刀具、模具和量具，其含碳量一般都大于0.70%。 4、按冶炼时脱氧程度的不同分类 沸腾钢：脱氧程度不完全的钢。 镇静钢：脱氧程度完全的钢。 半镇静钢：脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间的钢。 碳素钢的牌号及用途 1、普通碳素结构钢 组成：拼音字母“Q”、屈服强度、质量等级符号和脱氧程度符号四个部分按顺序组成（例如Q235-A·F表示屈服强度为235MPa的A级沸腾钢） 用途：用于建筑结构或一些受力不大的机械零件。 2、优质碳素结构钢 组成：两位数字（钢平均含碳量的万分数）表示 （45表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢 ）。 用途：制造重要的机械零件，使用前一般都要经过热处理来改善力学性能。 3、碳素工具钢 组成：汉语拼音字母“T”加数字表示 。（如T8表示平均含碳量为0.80%的碳素工具钢，T12A表示含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。） 用途：制造刀具、模具和量具 4、铸造碳钢 组成：用“铸钢”