7.1金属材料的性能（课件）-《汽车机械基础》同步教学（高教版）

第1节 金属材料的性能 金属材料的性能包括工艺性能和使用性能。 金属材料的工艺性能指在制造零件的过程中，采用某种加工方法制造成品的难易程度，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能。 金属材料的使用性能指在使用条件下所表现出来的性能，包括物理性能、化学性能和力学性能。 金属的物理性能是金属固有的属性，包括密度、熔点等。 金属的化学性能是在化学介质作用下所表现出来的性能，包括耐腐蚀性、化学稳定性等。 金属的力学性能是在力的作用下所表现出来的性能，包括强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度。 一、金属材料的力学性能 1.强度 金属抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。 强度的大小通常用应力来表示，即金属材料单位面积上的内力大小。 按金属材料受到的载荷不同，强度分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、抗扭强度和抗弯曲强度五种。 强度指标的数值是用拉伸试验机用标准试样做试验得来的。 常用的强度指标如下： （1）上屈服强度ReH 金属材料在拉伸试验时，试样发生屈服而力首次下降前的最高应力。 （2）下屈服强度ReL 在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。 （3）抗拉强度Rm 表示金属材料抵抗塑性变形不致断裂的最大应力。 注意：以上三个强度指标具有重要的实际意义。例如，汽车上许多零件都不允许产生过量的塑性变形，气缸盖的螺栓就是以下屈服强度为设计依据。抗拉强度是设计汽车零件的主要依据之一。 2．硬度 金属局部体积内表面抵抗塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。 注意：硬度是材料的一个重要的力学性能。 常用的硬度有布氏硬度和洛氏硬度，都是采用压入试验法测得的硬度。 （1） 布氏硬度 布氏硬度的符号为HBW。布氏硬度试验时，按GB/T 231.1—2009的规定，选用直径为D的硬质合金球，以规定的试验力F压入被测试材料的表面，保持一定的时间后卸除载荷，应在两个互相垂直的方向测量压痕直径，如图7-3所示。 注意：布氏硬度试验范围上限为650HBW。 （2） 洛氏硬度 洛氏硬度试验时，按GB/T 230.1—2009的规定，选用120°的圆锥形金刚石或硬质合金球作为压头，按图7-4分两个步骤压入试样表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，测量在初试验力下的残余压痕深度h。 洛氏硬度=N－h/S 注意：根据所用压头和标尺不同，洛氏硬度符号有HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK等，其中HRC最为常用。 此外，表示材料的硬度还有维氏硬度，其硬度符号用HV表示。 3. 塑性 金属材料在载荷的作用下，断裂前产生塑性变形的能力称为塑性。 注意：金属材料具有一定的塑性，有利于加工时的塑性变形，是进行冲压成形加工的基础。例如汽车外壳、车厢板、油箱等许多板金材料都是应用塑性变形的特点制造而成的。 常用拉伸试样断裂前的最大相对变形量来表示塑性好坏的指标，该指标分为断后伸长率和断面收缩率两种。 （1）断后伸长率 金属拉断后标距长度的伸长量与原始标距长度的百分比称为断后伸长率，用A来表示。 （2）断面收缩率 金属拉断后横截面缩减量与原始横截面面积的百分比称为断面收缩率，用Z来表示。 结论：材料的断后伸长率和断面收缩率的值越大，表明产生塑性变形的可能性越大。一般碳的质量分数较小、硬度较低的金属，其塑性变形的能力较好些。 4. 韧性 受冲击载荷的零件要有较高的强度和一定的硬度，还要有足够的冲击韧性，才能防止零件在冲击载荷的作用而不出现破坏。 注意：机械零件承受冲击载荷的作用，很少是因一次大能量的冲击而遭到破坏，绝大多数是在小能量的多次冲击作用下而破坏的。 实践证明，金属零件受到次数很少的大能量冲击作用时，其抗冲击能力主要取决于材料的冲击韧性；在受到多次小能量的冲击作用时，其抗冲击能力主要取决于材料的强度和塑性。因此，对金属材料的韧性试验分为两种，即一次摆锤冲击试验和小能量多次冲击试验。这两种试验都是在摆锤式冲击试验机上完成的，如图7-5所示。 5. 疲劳强度 汽车的许多零件在工作时要承受交变应力的作用，其大小和方向都呈周期性变化，虽然交变应力值远低于材料的抗拉强度，甚至低于屈服强度时就发生断裂，这种现象称为金属的疲劳断裂。 材料承受无数次交变循环应力而不破坏的最大应力值，称为疲劳强度。 注意：一般金属材料根据不同的工作条件都有一定的使用寿命。汽车的定期保养，更换必要的零件就是这个道理。 二、 金属材料的物理性能和化学性能 1. 金属材料的物理性能 金属材料的物理性能包括密度、熔点、导热性、热膨胀性、磁性和电阻率。 注意：不同的零件对物理性能的要求也不特同。如汽车的散热水箱要求选用导热性能好的黄铜或铝材，能较快地散去水箱中水的热量，降低发动机的温度。 2. 金属材料的化学性能 金属材料的化学性能是指抵抗各种化学物质氧化或侵蚀的能力。 举例：汽车的内燃机气缸内的零件要承受高温、高压和有害气体的侵蚀，汽车内、外金属构件用防止氧化生锈。 三、金属材料的工艺性能 金属材料在被加工制造的过程中是否容易成形和热处理的性能称为工艺性能。 金属的工艺性能包括可锻性、可铸性、可焊性、切削加工性、延展性和淬透性。 举例：汽车齿轮、拨叉等零件需要锻造；汽车的内燃机箱体、变速箱箱体等零件需要铸造；汽车的外壳、前后盖等零件需要焊接；汽车的各种齿轮大都要淬火处理；汽车的许多零件都要经过切削加工。 注意：金属工艺性能的好坏，关系零件加工的质量、成本和寿命，影响到汽车的安全使用和品牌的声誉。 结论：在设计和制造汽车零件时，要综合考虑材料的选择和加工方法，考虑材料的工艺性能。 小结： 1.金属材料的力学性能。 2.金属材料的物理性能和化学性能。 3.金属材料的工艺性能。 谢 谢 $$