2.1 金属材料的性能（课件）-《金属加工与实训》同步教学（机械工业版）

第2章 金属材料的性能及常用工程材料 1．了解金属材料力学性能和工艺性能。 2．了解常用工程材料的分类，熟悉常用金属材料的性能、牌号及应用。 3. 了解常用非金属材料的性能、用途及前景。 学习目标 2 2.1.1 金属材料的力学性能 2.1 金属材料的性能 2 金属材料因有优良的性能而获得广泛的应用。力学性能是机械制造中最重要的使用性能，它是材料在力作用下所显示的性能，常用的有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。 1.强度与塑性   2 2.1.1 金属材料的力学性能 2 (1) 力—伸长曲线 即拉伸试验时拉伸力与伸长量之间的对应关系曲线，一般在拉伸试验机上自动绘出，如图2-1所示。 2 2.1.1 金属材料的力学性能 试验时先将被测材料制成标准试样，如图2-2（a）所示。然后将试样夹在拉伸试验机上，慢慢增加拉伸力，试样不断变形，直至拉断为止。通过力—伸长曲线，即可得出强度指标和塑性指标，这些指标是评定金属材料力学性能的主要判据。 2 2.1.1 金属材料的力学性能 (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。 1) 屈服强度：分为上屈服强度和下屈服强度。 上屈服强度计算公式: 式中 ReH——上屈服强度，即发生屈服而载荷首次下降前的最高应力（MPa）； FeH——上屈服载荷，即试样发生屈服而载荷首次下降前的最高载荷，N； S。——试样原始横截面积（mm2）。 下屈服强度的计算公式： 式中ReL——下屈服强度，是指在屈服期间的恒定应力或不计初始瞬时效应时的最低应力（MPa）， (下屈服强度与旧标准中的屈服点σs含义相同)； FeL——下屈服载荷，是指在屈服期间的恒定载荷或不计初始瞬时效应时的最低载荷（N）； S。——试样原始横截面积（mm2）。 2 2.1.1 金属材料的力学性能 对于无明显屈服现象的金属材料，规定用产生0.2%残余伸长时的应力作为屈服强度，可以替代ReL, 用Rr0.2表示。 材料的屈服强度是工程技术中最重要的力学性能指标之一，设计零件时常以ReL或用Rr0.2作为选用金属材料的依据。 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： 式中 Rm——抗拉强度（MPa）； Fm——试样拉断前承受的最大载荷（N）； S0——试样原始横截面积（mm2）。 材料ReL ，Rm可在材料手册中查得。 一般机件都是在弹性状态下工作，不允许有微小的塑性变形，更不允许工作应力大于Rm.。 Rm.数据较准确，也可作为零件设计和选材的依据。 2 2.1.1 金属材料的力学性能 (3) 塑性指标及其意义 断后伸长率 试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为断后伸长率，用符号A表示。其计算公式如下： 式中 A——断后伸长率（%）； Lu——试样拉断后的标距（mm）； L0———试样的原始标距（mm） 2) 断面收缩率 试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率，用符号Z表示。其计算公式如下： 式中 Ｚ——断面收缩率（%）； S0——试样原始横截面积（mm2）； S u——试样拉断后缩颈处的横截面积（mm2）。 金属材料的断后伸长率（A）和断面收缩率（Z）数值越大，表示材料的塑性越好。 2 2.1.1 金属材料的力学性能 2.硬度 硬度材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。 最常用的硬度指标有：布氏硬度（HB)和洛氏硬度 (HRA-C)，布氏硬度和洛氏硬度试验原理和使用范围均不相同。 （1）布氏硬度：HB 布氏硬度值是通过布氏硬度试验确定的。 布氏硬度试验计（图2-4），测量压痕d的 大小（图2-5），查硬度表得相应的布氏硬度值。 硬度衡量：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。 图2-3 HB-3000布氏硬度试验计 图2-4 布氏硬度试验 2 2.1.1 金属材料的力学性能 布氏硬度应用范围和优缺点 a.应用范围：铸铁、有色金属、非金属材料。 b.优缺点： 精确、方便、材料限制、非成品检验和薄片。 布氏硬度用符号HBW表示，布氏硬度习惯上只定出硬度值而不注明单位。其标注方法是：符号HBW前面为硬度值，符号后面按以下顺序用数字表示试验条件：球体直径、试验力、试验力保持的时间（10～15 s不标注）。 例1: 350