《《金屬材料與熱處理》金屬材料的力學(xué)性能》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《金屬材料與熱處理》金屬材料的力學(xué)性能（101頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、1 金屬材料與熱處理緒 論 2 一、金屬材料與熱處理的發(fā)展史n四千多年前，我國開始使用青銅器；n三千年前，接觸了鐵，冶煉生鐵；n戰(zhàn)國時期，開始采用脫碳退火處理；n秦漢以后，表面淬火開始廣泛應(yīng)用；n現(xiàn)在，我國在工程材料科學(xué)方面與發(fā)達國家比，有一定差距。 3秦代銅車馬 4 5勇氣號火星探測器 6 二、設(shè)立本課程的意義（1）金屬材料是最重要的機械工程材料，廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科技領(lǐng)域。機械性能、物理性能和化學(xué)性能；工藝性能 7 二、設(shè)立本課程的意義（2）實際需要（用途）選擇材料（成分）制定加工工藝（內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)）n金屬材料與熱處理，就是研究金屬材料的性能與它的成分以及內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和用途之間的

2、關(guān)系、改變金屬材料性能的途徑，以及各種常用金屬材料的介紹。 成品（具有一定性能） 8 三、課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)要求n 1、 金 屬 學(xué) 的 基 本 知 識 ： 力 學(xué) 性 能 、 晶 體 結(jié) 構(gòu) 、 鐵碳 合 金 相 圖 等 ；n 2、 熟 悉 金 屬 材 料 成 分 、 組 織 結(jié) 構(gòu) 、 性 能 之 間 的 關(guān)系 和 變 化 規(guī) 律 ；n 3、 掌 握 常 用 金 屬 材 料 的 牌 號 、 性 能 及 應(yīng) 用 ， 初 步具 有 合 理 選 擇 材 料 的 技 能 ；n 4、 了 解 熱 處 理 的 原 理 、 特 點 、 工 藝 過 程 及 應(yīng) 用 ，初 步 具 有 選 定 熱 處 理 方 法

3、 及 工 序 位 置 的 能 力 ；n 5、 具 有 一 定 的 分 析 問 題 和 解 決 問 題 的 能 力 。 9 四、本課程的學(xué)習(xí)與考核n 1、課程內(nèi)容的規(guī)律： 成分組織性能n 2、課程特點： 名詞多，總結(jié)多，實踐性強，密切聯(lián)系實際；n 3、考核方式： 期末試卷 （50%）+ 平時綜合（50%） 平時綜合包括：到課情況、上課回答問題、課后作業(yè)的完成情況等等。 10 金屬材料的性能 使用性能：（力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等） 工藝性能：（鑄造性能、鍛壓性能、熱處理性能、切削加工性能等） 11 金 屬 的 力 學(xué) 性 能 是 指 金 屬 在 外 力 作 用 下 ， 抵 抗 變 形 與斷

4、裂 的 能 力 及 發(fā) 生 變 形 的 能 力 。 這 種 能 力的 大 小 、 強 弱 用 力 學(xué) 性 能 指 標 來 衡 量 和 比較 。 常 用 力 學(xué) 性 能 指 標 ： 強 度 、 塑 性 、 硬 度 、 韌 性 及 疲 勞 極 限 等 。模塊一 金屬的力學(xué)性能 12 【知識點】1.理 解 常 用 力 學(xué) 性 能 指 標 的 含 義 ：強 度 、 硬 度 、 塑 性 、 韌 性 及 疲 勞 極 限 等 。2.了 解 常 用 物 理 性 能 和 化 學(xué) 性 能 對 材 料 的應(yīng) 用 范 圍 、 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 及 工 藝 性 能 的 影 響 。1、 掌 握 硬 度 的 測 試 方 法

5、及 其 應(yīng) 用 ；2、 了 解 強 度 、 塑 性 、 沖 擊 韌 度 及 疲 勞 極 限等 力 學(xué) 性 能 指 標 的 測 試 方 法 及 其 應(yīng) 用 ；3、 能 根 據(jù) 機 件 的 工 作 條 件 ， 分 析 對 其 制 造材 料 力 學(xué) 性 能 的 要 求?！炯寄茳c】 13 課題1 強度與塑性 141、 載 荷 ： 金 屬 材 料 在 使 用 和 加 工 過 程 中 所 受 到 的 各 種 外 力統(tǒng) 稱 為 載 荷 ， 符 號 F， 可 分 為 ： 靜 載 荷 ： 大 小 和 方 向 不 變 ， 或 變 化 很 慢 沖 擊 載 荷 ： 短 時 間 內(nèi) 作 用 于 材 料 變 動 載 荷

6、： 大 小 甚 至 方 向 隨 時 間 變 化 一 、 載 荷 、 變 形 與 應(yīng) 力【 任 務(wù) 提 出 】 ： 鋼 絲 繩 的 選 擇【 任 務(wù) 分 析 】 ：鋼 絲 繩 能 承 受 的 載 荷 取 決 于 鋼 絲 繩 的 材 質(zhì) 和 粗 細 。 15 2、 變 形 ： 金 屬 受 到 載 荷 作 用 而 產(chǎn) 生 的 幾何 變 形 和 尺 寸 的 變 化 。彈 性 變 形 ： 載 荷 存 在 而 產(chǎn) 生 ， 載 荷 去 除而 消 失塑 性 變 形 ： 載 荷 去 除 后 ， 仍 不 能 恢 復(fù)3、 應(yīng) 力 ： 單 位 面 積 上 的 內(nèi) 力 稱 為 應(yīng) 力 能 夠 準 確 反 映 材 料 內(nèi)

7、 部 的 受 力狀 態(tài) ， 強 度 指 標 都 是 用 應(yīng) 力 表 示 的 。 16 二、金屬室溫靜拉伸實驗1.拉 伸 試 樣 為 使 實 驗 結(jié) 果具 有 可 比 性 ， 拉 伸試 樣 的 形 狀 、 尺 寸 、取 樣 和 制 樣 都 應(yīng) 符合 相 應(yīng) 的 標 準 。2、 拉 伸 曲 線 外 力 F與 試 樣 絕 對 伸 長 量 之 間 的 關(guān) 系 曲 線 稱 為 力 -伸 長 曲 線 17 o-p-e e-s-s s-b b-k k彈 性 變 形 屈 服 均 勻 塑 性 變 形 縮 頸 斷 裂低 碳 鋼 的 拉 伸 曲 線 18 拉 伸 曲 線 的 物 理 意 義 ： 描 繪 出 了 材

8、料 的 變 形特 征 及 各 階 段 受 力 與 變 形 間 的 關(guān) 系 ， 可 以 從 拉 伸曲 線 的 形 狀 來 判 斷 材 料 彈 性 與 塑 性 的 好 壞 ， 斷 裂時 的 韌 性 及 脆 性 程 度 及 不 同 變 形 下 的 承 載 能 力 。 不 同 材 料 有 不 同 類 型 的 拉 伸 曲 線 ， 同 一 材 料在 不 同 條 件 下 的 力 拉 伸 曲 線 也 不 相 同 。 19 將 力 -伸 長 曲 線 的 橫 、 縱 坐 標 分 別 用拉 伸 試 樣 的 原 始 標 距 和 原 始 橫 截 面 積 去 除 ，就 得 到 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 。 在 應(yīng) 力 -

9、應(yīng) 變 曲 線 上 ， 可 以 確 定 幾 個 主要 的 力 學(xué) 性 能 指 標 。3、 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 20 思 考 題1、 變 形 不 能 隨 載 荷 的 去 除 而 消 失 。2、 用 拉 伸 試 驗 可 測 定 材 料 的 （ ） 性 能 指標 。 A、 強 度 B、 硬 度 C、 韌 性3、 低 碳 鋼 的 拉 伸 過 程 可 分 為 哪 幾 個 階 段 ？ 21 思 考 題1、 塑 性 變 形 不 能 隨 載 荷 的 去 除 而 消 失 。2、 用 拉 伸 試 驗 可 測 定 材 料 的 （ A ） 性 能 指標 。 A、 強 度 B、 硬 度 C、 韌 性3、 低 碳

10、鋼 的 拉 伸 過 程 可 分 為 ： 彈 性 變 形 、 屈服 、 均 勻 塑 性 變 形 、 縮 頸 和 斷 裂 5個 階 段 。 22 三 、 金 屬 的 彈 性 變 形1.彈 性 模 量 表 示 材 料 對 彈 性 變 形 的 抵 抗 能 力 ,符 號 EE=/ 在 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 上 ， E就 是 直 線 （ op段 ） 的 斜 率 。E越 大 ， 材 料 發(fā) 生 彈 性 變 形 的 難 度 就 越 大 。剛 度 ： 機 件 在 載 荷 作 用 下 ， 抵 抗 彈 性 變 形 的 能 力 。 剛 度 的 大 小 ， 取 決 于 機 件 的 幾 何 形 狀 和 材 料的 彈

11、性 模 量 。 在 機 件 橫 截 面 積 一 定 的 情 況 下 ， 機件 的 剛 度 就 取 決 于 材 料 的 彈 性 模 量 。 23 2.彈 性 極 限 金 屬 材 料 在 外 力 作 用 下 ， 只 發(fā) 生 彈 性 變 形 而 不 發(fā)生 塑 性 變 形 時 所 能 承 受 的 最 大 應(yīng) 力 ， 稱 為 彈 性 極 限 。相 當 于 e點 所 對 應(yīng) 的 應(yīng) 力 值 ， 用 e表 示 。 在 實 際 工 程 測 試 中 ， 是 測 量 規(guī) 定 非 比 例 延 伸 率 時的 應(yīng) 力 ， 延 伸 率 的 大 小 用 腳 注 說 明 。 如 測 定 試 樣 標 距部 分 的 非 比 例

12、延 伸 率 0.001%時 的 應(yīng) 力 ， 記 為 R P0.001 物 理 意 義 ： 是 彈 性 零 件 的 失 效 抗 力 指 標 。 24 3.彈 性 比 功 是 表 示 金 屬 材 料 吸 收 彈 性 變 形 功 的 能 力 。 e=2e/2E式 中 ： e -彈 性 比 功 e -彈 性 極 限 E -彈 性 模 量 可 知 ， 提 高 材 料 的 彈 性 比 功 ： 一 是 提 高 彈 性 極 限 二 是 降 低 彈 性 模 量對 于 具 體 的 零 件 ， 還 可 以 增 加 零 件 的 體 積 。 25 四 、 強 度 與 強 度 指 標1.強 度 ： 金 屬 材 料 抵 抗

13、 塑 性 變 形 或 斷 裂 的 能 力 。2、 屈 服 強 度 ： 拉 伸 試 樣 發(fā) 生 屈 服 現(xiàn) 象 時 ， 力 所對 應(yīng) 的 點 稱 為 屈 服 點 ， 對 應(yīng) 的 應(yīng) 力 就 是 屈 服 強度 。 用 符 號 s或 ReL。 s= Fs/ So式中：s -屈 服 強 度 （ MPa） Fs -試 樣 屈 服 時 的 載 荷 （ N） S o -試 樣 原 始 橫 截 面 積 （ mm2) 26 屈 服 強 度 的 物 理 意 義 ： 材 料 開 始 產(chǎn) 生 明 顯 塑 性 變 形 的 最 小 應(yīng) 力 ，金 屬 抵 抗 初 始 塑 性 變 形 的 抗 力 。 對 于 無 明 顯 屈

14、服 現(xiàn) 象 的 材 料 ， 則 用 規(guī) 定 條件 的 屈 服 強 度 來 表 示 ， 稱 為 條 件 屈 服 強 度 ，符 號 ： 0.2或 Rr0.2。 27 3.抗 拉 強 度是 指 試 樣 在 斷 裂 前 所 能 承 受 的 最 大 應(yīng) 力 。 符 號 b或 Rm表 示 。 b=Fb/So式中： Fb -試 樣 承 受 的 最 大 載 荷 （ N） So -試 樣 原 始 橫 截 面 積 （ mm2)物 理 意 義 ： 是 韌 性 材 料 抵 抗 大 量 均 勻 塑 性 變 形 的 能 力 ， 是 脆 性 材 料 的 斷 裂 強 度 。屈 強 比 ： 屈 服 強 度 與 抗 拉 強 度

15、的 比 值 。 屈 強 比 越 小 ， 說 明 材 料 的 塑 性 越 好 。 合 理 范 圍 是 0.6-0.75。屈 服 強 度 和 抗 拉 強 度 都 是 機 械 零 件 設(shè) 計 和 選 材 的 依 據(jù) 28 五 、 塑 性 與 塑 性 指 標2.斷 后 伸 長 率 符 號 ： 或 A 指 試 樣 拉 斷 后 標 距 的 伸 長 量 與 原 標 距 長 度 的 百 分 比 。 =(L 1-Lo)/Lo x 100% L1-試 樣 拉 斷 后 的 標 距 (mm) Lo-試 樣 的 原 始 標 距 (mm)1.塑 性 ： 金 屬 材 料 斷 裂 前 產(chǎn) 生 塑 性 變 形 的 能 力 。

16、評 定 指 標 是 斷 后 伸 長 率 和 斷 面 收 縮 率 通 過 單 向 靜 拉 伸 試 驗 測 得 29 3.斷 面 收 縮 率 符 號 ： 或 Z指 試 樣 拉 斷 處 橫 截 面 積 的 最 大 縮 減 量 與 原始 橫 截 面 積 的 百 分 比 。 =(So-S1)/So x 100%式 中 ： S1 -試 樣 拉 斷 處 的 最 小 橫 截 面 積 (mm2) So -試 樣 的 原 始 橫 截 面 積 （ mm2） 30 根 據(jù) 和 的 相 對 大 小 ， 可 以 判 定 材 料 塑 性 的 高 低 。 和 越 大 ， 材 料 的 塑 性 就 越 好 。 加 工 時 ： 容

17、 易 通 過 塑 性 加 工 ， 制 成 形 狀 復(fù) 雜 的 零 構(gòu)件 ； 使 用 時 ： 偶 爾 過 載 ， 能 產(chǎn) 生 塑 性 變 形 增 加 承 載 能 力 ，不 至 于 突 然 發(fā) 生 斷 裂 ， 比 較 安 全 。金 屬 的 強 度 與 塑 性 是 一 對 相 互 矛 盾 的 性 能 指 標 。 通 過 細 化 金 屬 的 顯 微 組 織 ， 可 同 時 提 高 其 強 度 與 塑性 。 31 【 任 務(wù) 實 施 】 1.首 先 ， 在 使 用 中 的 應(yīng) 力 1289直 徑 2mm的 鋼 絲 繩 工 作 時 的 應(yīng) 力 ：=F/S =(510009.8)/(22/420)=780M

18、Pa 11601289可 知 ： 20股 直 徑 2mm的 鋼 絲 繩 所 受 應(yīng) 力 屈 服 強 度 斷 面 收 縮 率 ， 無 縮 頸 ， 是 低 塑 性 材 料 ；斷 后 伸 長 率 在 本 試 驗 中 ， 載 荷 F與 壓 頭 直 徑 D平 方 的 比 值（ 0.102F/D2） 應(yīng) 是 30、 15、 10、 5、 2.5、 1中 的 一 個 。 見 表 1-1.試 驗 尺 寸 允 許 時 ， 優(yōu) 先 選 用 直 徑 為 10mm的 球壓 頭 。在 圖 樣 文 件 中 ， 一 般 不 規(guī) 定 試 驗 條 件 ， 只 需標 出 要 求 的 硬 度 值 范 圍 和 硬 度 符 號 ， 如

19、200230HBW。 39 3） 特 點 及 適 用 范 圍優(yōu) 點 ： 壓 痕 面 積 大 ， 能 較 好 反 應(yīng) 材 料 的 平 均硬 度 值 ， 數(shù) 據(jù) 穩(wěn) 定 ， 重 復(fù) 性 好 ；缺 點 ： 測 試 麻 煩 ， 壓 痕 較 大 ， 對 材 料 表 面 的損 傷 較 大 ， 不 適 合 測 量 成 品 件 及 薄 件 材 料 ；適 用 ： 鑄 鐵 、 非 鐵 金 屬 及 退 火 、 正 火 或 調(diào) 質(zhì)處 理 后 的 鋼 材 等 ， 尤 其 適 用 軟 金 屬 。 40 3.布 氏 硬 度 試 驗 過 程1） 試 樣 ： 表 面 光 滑 ， 厚 度 至少 為 壓 痕 深 度 的 10倍 。

20、2） 設(shè) 備 ： HB-3000B型 數(shù) 顯 布氏 硬 度 計 。3） 過 程 ： 放 樣 品 加 載 荷 保 持 時間 去 載 荷 取 下 試 樣 讀 壓 痕 直 徑 查 硬 度 值 。 41 二 、 洛 氏 硬 度 實 驗HR=N-h/S1.實 驗 原 理 ： 洛 氏 硬 度 是用 壓 痕 的 深 度 表 示 洛 氏硬 度 值 的 ， 符 號 HR：式 中 ： N常 數(shù) ,K=100（ 金 剛 石 圓 錐 體 壓 頭 ） ， K=130（ 鋼 球 壓 頭 ） h殘 余 壓 痕 深 度 （ mm) S 常 數(shù) ， 分 別 為 0.001和 0.002 42 采 用 不 同 的 壓 頭 與 總

21、 試 驗 力 ， 組 合 成15種 不 同 的 洛 氏 硬 度 標 尺 。 洛 氏 硬 度 無 單位 ， 須 標 明 硬 度 標 尺 符 號 ， 在 符 號 前 面 寫出 硬 度 值 .1） 表 示 方 法 ： 58 HR C 表 面 硬 度 ： 70 HR 30T W2.洛 氏 硬 度 規(guī) 范 43 2） 試 驗 條 件 及 應(yīng) 用 范 圍 ： 見 表 1-2和 1-3。3） 優(yōu) 點 ： 測 量 迅 速 、 簡 便 ； 壓 痕 較 小 ， 可 測量 成 品 件 。 缺 點 是 精 確 性 較 低 ， 硬 度 值 重 復(fù) 性 差 、 分散 度 大 ， 通 常 需 要 在 材 料 的 不 同 部

22、 位 測 試 三次 ， 取 其 平 均 值 來 代 表 材 料 的 硬 度 。 各 標 尺 之 間 沒 有 對 應(yīng) 關(guān) 系 。 44 1） 試 樣 ： 表 面 粗 糙 度 Ra0.8微 米 。2） 設(shè) 備 ： HR-150型 洛 氏 硬 度 計3） 過 程 ： 放 樣 加 初 始 力 調(diào) 表 針 加 主 實 驗 力 保 持 讀 硬 度值 多 次 重 復(fù) ， 取 平 均 值 。3.洛 氏 硬 度 試 驗 過 程 45 練習(xí)題1.常 用 的 三 種 硬 度 測 試 方 法 是 ？2.簡 述 布 氏 硬 度 的 原 理 。 46 思考題1.布 氏 硬 度 、 洛 氏 硬 度 、 維 氏 硬 度 。2

23、.簡 述 布 氏 硬 度 的 原 理 。答 ： 單 位 壓 痕 面 積 上 的 平 均 壓 力 。 47 維 氏 硬 度 也 是以 單 位 壓 痕 面 積的 力 作 為 硬 度 值計 量 。 三 、 維 氏 硬 度 實 驗1.實 驗 原 理壓 頭 ： 136 金 剛 石 四 棱 椎 體符 號 ： HV HV=F/S=0.189F/d2式 中 ， d壓 痕 兩 對 角 線 的 平 均 長 度 （ mm) 48 1） 表 示 方 法 ： 640 HV 30/20 在 符 號 HV前 方 標 出 硬 度 值 ， 在 HV后 面 按試 驗 力 大 小 和 試 驗 力 保 持 時 間 （ 10 15s不

24、 標 出 ） 的 順 序 用 數(shù) 字 表 示 試 驗 條 件 。2)優(yōu) 點 ： 壓 痕 淺 ， 適 用 范 圍 寬 ， 尤 其 適 合測 量 表 面 處 理 過 的 零 件 ， 只 用 一 種 標 尺 ，可 以 直 接 通 過 維 氏 硬 度 比 較 材 料 硬 度 的大 小 。 缺 點 ： 對 試 樣 表 面 要 求 高 ， 測 量 麻 煩 ， 不適 合 大 批 次 的 測 試 。2.維 氏 硬 度 規(guī) 范 49 1） 試 樣 ： 表 面 粗 糙 度 、 厚 度2） 設(shè) 備 ： 維 氏 硬 度 計3） 過 程 ： 放 樣 品 加 載 荷 保持 時 間 去 載 荷 讀壓 痕 對 角 線 長 度

25、 查硬 度 值 （ 與 布 氏 硬 度的 測 量 過 程 類 似 ）3.維 氏 硬 度 試 驗 過 程 50 硬 度 小 結(jié) （ 1）符 號 壓 頭 表 示 方 法布 氏 硬 度 HBW 硬 質(zhì) 合 金 球 200HBW10/1000/30洛 氏 硬 度 HR 鋼 球 ， 或120 金 剛 石 圓 錐 體 50HRC70HR30TW維 氏 硬 度 HV 136 正 四 棱 椎 體金 剛 石 640HV30/20 51 符 號 優(yōu) 缺 點 適 用 范 圍布 氏 硬 度 HBW 測 量 麻 煩結(jié) 果 準 確損 害 表 面 鑄 鐵 、 非 鐵 金 屬 及 退 火 、 正 火或 調(diào) 質(zhì) 后 的 鋼 材

26、 。主 要 是 半 成 品 或 毛 坯洛 氏 硬 度 HR 測 量 簡 單精 度 較 低不 傷 工 件 淬 火 、 回 火 鋼 件主 要 是 成 品 件 。維 氏 硬 度 HV 測 量 麻 煩精 確 可 靠效 率 低 下 薄 件滲 碳 、 滲 氮 等 表 面 硬 化 層硬 度 小 結(jié) （ 2） 52 綜合訓(xùn)練1.下 列 零 件 和 材 料 ， 用 何 種 方 式 測 量 為 好 ：A： 淬 火 鋼B： 儀 表 小 黃 銅 齒 輪 C： 滲 碳 工 件 的 表 面 硬 度 2.有 甲 、 乙 兩 個 工 件 ， 甲 工 件 的 硬 度 是230HBW,乙 工 件 的 硬 度 是 34HRC， 是

27、 否 說 明甲 比 乙 硬 度 高 ？ 53 1.下 列 零 件 和 材 料 ， 用 何 種 方 式 測 量 為 好 ：A： 淬 火 鋼 HRCB： 儀 表 小 黃 銅 齒 輪 HBWC： 滲 碳 工 件 的 表 面 硬 度 HV2.有 甲 、 乙 兩 個 工 件 ， 甲 工 件 的 硬 度 是230HBS,乙 工 件 的 硬 度 是 34HRC， 是 否 說 明甲 比 乙 硬 度 高 ？答 ： 不 是 。 不 同 硬 度 之 間 不 能 直 接 比 較 ， 需換 成 同 一 種 硬 度 和 標 尺 。 54 第 一 章 第 3節(jié) 沖 擊 韌 性 與 疲 勞 極 限 55 一 、 沖 擊 韌

28、性 56建 造 中 的 船 體 57 Titanic號 是 由 10張 30英 尺 長 的 高 含 硫量 鋼 板 焊 接 成 300英 尺 的 船 體 。 當 船 撞 擊 冰山 時 ， 船 體 上 這 些 長 長 的 焊 縫 無 異 于 一 條300英 尺 長 的 大 拉 鏈 ， 使 船 體 產(chǎn) 生 很 長 的 裂紋 ， 海 水 大 量 涌 入 使 船 迅 速 沉 沒 。 這 是 鋼材 韌 性 與 人 身 安 全 的 一 個 突 出 例 證 。 58碰 撞 瞬 間 59船 體 斷 裂 過 程 示 意 圖 60 上 圖 是 兩 個 沖 擊 試 驗 結(jié) 果 ， 左 面 的 試 樣 取自 海 底 的

29、 Titanic號 ， 右 面 的 是 近 代 船 用 鋼 板的 沖 擊 試 樣 。 由 于 早 年 的 Titanic 號 采 用 了含 硫 高 的 鋼 板 ， 韌 性 很 差 ， 特 別 是 在 低 溫 呈脆 性 。 所 以 ， 沖 擊 試 樣 是 典 型 的 脆 性 斷 口 。近 代 船 用 鋼 板 的 沖 擊 試 樣 則 具 有 相 當 好 的 韌性 。 61 金 屬 材 料 在 使 用 和 加 工 過 程 中 ， 會 受到 多 種 載 荷 的 作 用 。 所 以 在 設(shè) 計 承 受 沖 擊 載荷 的 零 件 和 工 具 時 ， 不 僅 要 滿 足 強 度 、 塑 性 、硬 度 等 性

30、 能 要 求 ， 還 必 須 有 足 夠 的 韌 性 。 拉 伸 試 驗 和 硬 度 試 驗 都 屬 于 靜 載 荷 試驗 ， 還 需 要 沖 擊 載 荷 試 驗 和 疲 勞 載 荷 試 驗 及其 相 應(yīng) 的 力 學(xué) 性 能 指 標 。 62 一 、 沖 擊 韌 性沖 擊 載 荷 ： 在 很 短 時 間 內(nèi) 作 用 在 金 屬 材 料 上的 載 荷 稱 為 其 對 材 料 的 破 壞 能 力 大 于 靜 載 荷 。沖 擊 韌 性 ： 金 屬 材 料 在 沖 擊 載 荷 作 用 下 抵 抗破 壞 的 能 力 。物 理 意 義 ： 材 料 在 斷 裂 前 變 形 吸 收 能 量 的 能力 。 63

31、 1.沖 擊 試 驗 ：測 定 金 屬 從 變 形 到 斷 裂 所 消 耗 的 沖 擊 能 量 的 大 小 。1） 沖 擊 試 樣 ： 標 準 試 樣 有 U形 缺 口 和 V形 缺 口 兩 種 。 韌 性 材 料 ： 尖 銳 缺 口 和 深 缺 口 脆 性 材 料 ： 無 缺 口 試 樣 必 須 標 準 化 制 造 ， 圖 1-9。 64 2） 沖 擊 試 驗 原 理 擺 錘 的 位 能 損失 就 是 沖 斷 試 樣 所需 要 的 能 量 ， 也 就是 試 驗 變 形 和 斷 裂所 消 耗 的 功 ， 稱 為沖 擊 能 量 ， 符 號 Ak:AK=mg(H-h)A ku:U形 缺 口 ； A

32、kv： V形 缺 口 65 Titanic 號 鋼 板 （ 左 圖 ） 和 近 代 船 用 鋼 板 （ 右 圖 ）的 沖 擊 試 驗 結(jié) 果Titanic 近 代 船 用 鋼 板 66 Ak越 大 ， 材 料 的 韌 性 就 越 好 。Ak低 ， 脆 性 材 料 ， 斷 裂 前 無 明 顯 塑 性 變 形 ；Ak高 ， 韌 性 材 料 ， 斷 裂 前 有 明 顯 的 塑 性 變 形 。 Ak是 表 征 材 料 強 度 和 塑 性 的 綜 合 力 學(xué) 性 能指 標 ， 是 零 構(gòu) 件 設(shè) 計 的 重 要 參 考 。Ak是 材 料 韌 性 的 判 斷 依 據(jù) 。 67 2、 沖 擊 試 驗 的 實

33、 際 應(yīng) 用1） 測 定 韌 脆 轉(zhuǎn) 變 溫 度 概 念 ： 使 材 料 從 韌 性 轉(zhuǎn) 變 為 脆 性 的 溫 度 范 圍 。 韌 脆 溫 度 越 低 ， 材 料 的 低 溫 沖 擊 性 能 就 越 好 。 用 途 ： 冷 庫 、 寒 冷 地 區(qū) 。2） 檢 測 質(zhì) 量 多 用 于 衡 量 原 材 料 的 冶 金 質(zhì) 量 和 熱 加 工 產(chǎn)品 質(zhì) 量 。 68 思考題1.承 受 沖 擊 載 荷 的 零 構(gòu) 件 ， 對 其 性 能 要求 高 。2.韌 性 高 的 材 料 ， 在 任 何 溫 度 下 都 可 以 一 樣使 用 。 （ ） 69 思考題1.承 受 沖 擊 載 荷 的 零 構(gòu) 件 ，

34、 對 其 韌 性 要 求 高 。2.韌 性 高 的 材 料 ， 在 任 何 溫 度 下 都 可 以 一 樣使 用 。 （） 70 712007.11.2 美 國 一 戰(zhàn) 斗 機 訓(xùn) 練 時 ， 突 然 解 體 。 后 查明 是 因 為 飛 機 的 支 撐 構(gòu) 件 出 現(xiàn) 了 金 屬 疲 勞 問 題 。 721983.6.3 德 國 一 列 高 速 列 車 脫 軌 ， 100多人 死 亡 。 73 后 經(jīng) 查 明 ， 是 列 車 車 輪 出 現(xiàn) 了 疲 勞 現(xiàn) 象 。 74 75 金屬疲勞現(xiàn)象據(jù)150多年來的統(tǒng)計，金屬部件中有80%以上的斷裂時由于疲勞而引起的，極易造成人身事故和經(jīng)濟損失，因此認

35、識疲勞現(xiàn)象、研究疲勞破壞規(guī)律、提高疲勞抗力、防止疲勞失效是非常重要的。 76 二 、 疲 勞1.疲 勞 的 概 念循 環(huán) 應(yīng) 力 ： 變 動 載 荷 在 單 位 面 積 上 的 平 均 值 為 變 動 應(yīng) 力 ， 按照 一 定 規(guī) 則 周 期 的 變 動 應(yīng) 力 ， 稱 為 循 環(huán) 應(yīng) 力 。其 中 ： 大 小 和 方 向 都 隨 時 間 發(fā) 生 周 期 性 變 化 的 ， 為 交 變 應(yīng) 力 只 大 小 變 化 而 方 向 不 變 的 ， 稱 為 重 復(fù) 循 環(huán) 應(yīng) 力 。疲 勞 斷 裂 ： 金 屬 材 料 在 受 到 交 變 應(yīng) 力 或 重 復(fù) 循 環(huán) 應(yīng) 力 時 往 往的 工 作 應(yīng) 力

36、 小 于 屈 服 強 度 的 情 況 下 突 然 斷 裂 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱為 疲 勞 斷 裂 。 它 是 因 損 傷 累 計 而 引 起 的 。 77發(fā) 動 機 上 的 軸 承 部 件 上 的 疲 勞 裂 紋 78 疲 勞 斷 裂 與 靜 載 荷 、 沖 擊 載 荷 斷 裂 的 對 比靜 載 荷 斷 裂 沖 擊 載 荷 斷 裂 變 動 載 荷 斷 裂（ 疲 勞 斷 裂 ）斷 裂 應(yīng) 力 大 于 抗 拉 強 度 大 于 沖 擊 能 量 小 于 抗 拉 強 度 ，甚 至 小 于 屈 服強 度斷 裂 前變 形 情 況 塑 性 材 料 有 縮頸 ， 脆 性 材 料無 。 韌 性 材 料 有 明

37、顯塑 性 變 形 ， 脆 性材 料 無 。 無 預(yù) 兆 ， 裂 紋產(chǎn) 生 、 擴 展 直至 突 然 斷 裂靜 載 荷 、 沖 擊 載 荷 斷 裂 、 疲 勞 斷 裂 ， 危 害 性 依 次 增 大 。 79 2.疲 勞 曲 線 和 疲 勞 強 度疲 勞 曲 線 ： 描 述 金 屬 承 受 的 循 環(huán) 應(yīng) 力 R和 斷 裂 時 應(yīng) 力 循 環(huán) 周 次 N之 間 的 關(guān) 系 。 是 確 定 疲 勞 強 度 和 疲 勞 應(yīng) 力 的 基 礎(chǔ) 。疲 勞 強 度 ： 當 試 樣 承 受 的 應(yīng) 力 低 于 某 一 值 時 ， 材 料 可 經(jīng) 無數(shù) 次 循 環(huán) 而 不 斷 裂 ， 這 個 應(yīng) 力 稱 為 疲

38、 勞 強 度 。工 程 意 義 ： 在 一 定 的 循 環(huán) 次 數(shù) 下 不 發(fā) 生 斷 裂 的 最 大 應(yīng) 力 。 其 中 ， 鋼 鐵 材 料 的 循 環(huán) 次 數(shù) ： 10 7 有 色 金 屬 的 循 環(huán) 次 數(shù) ： 108 80 3.提 高 材 料 的 疲 勞 強 度 的 途 徑1） 設(shè) 計 方 面 ： 盡 量 避 免 尖 角 、 缺 口 和 截 面 突 變 。2） 材 料 方 面3） 機 械 加 工 方 面4） 零 件 的 表 面 強 化 方 面 81 力 學(xué) 性 能 小 結(jié) 82 思考題1、 斷 裂 前 金 屬 材 料 產(chǎn) 生 的 能 力 稱 為 塑性 。 金 屬 材 料 的 和 數(shù) 值

39、 越 大 ，表 示 材 料 的 塑 性 越 好 。2、 拉 斷 一 根 鋼 絲 很 難 ， 但 如 果 用 手 捏 住 ， 在鋼 絲 的 某 一 點 反 復(fù) 彎 曲 ， 多 次 之 后 ， 就 可以 將 其 折 斷 。 這 是 為 什 么 ？ 83 思考題1、 斷 裂 前 金 屬 材 料 產(chǎn) 生 塑 性 變 形 的 能 力 稱為 塑 性 。 金 屬 材 料 的 斷 后 伸 長 率 和 斷 面收 縮 率 數(shù) 值 越 大 ， 表 示 材 料 的 塑 性 越 好 。2、 拉 斷 一 根 鋼 絲 很 難 ， 但 如 果 用 手 捏 住 ， 在鋼 絲 的 某 一 點 反 復(fù) 彎 曲 ， 多 次 之 后

40、， 就 可以 將 其 折 斷 。答 :只 有 超 過 鋼 絲 的 拉 伸 強 度 才 能 將 其 拉 斷 。但 多 次 彎 折 后 ， 鋼 絲 會 產(chǎn) 生 疲 勞 斷 裂 。 84 85 金屬材料的性能 使用性能：（力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等） 工藝性能：（鑄造性能、鍛壓性能、熱處理性能、切削加工性能等） 86 第 一 章 第 四 節(jié) 金 屬 材 料 的 工 藝 性 能 87 金屬的工藝性能工 藝 性 能 ： 指 金 屬 材 料 加 工 制 造 時 的 難 易 程 度影 響 零 件 制 造 的 工 藝 質(zhì) 量 和 成 本是 選 材 和 制 定 工 藝 路 線 時 的 考 慮 因 素 。 8

41、8 機 械 零 件 的 基 本 加 工 工 藝 流 程（ 粗 加 工 ） （ 細 加 工 ）鑄 造鍛 造沖 壓焊 接 切 削 加 工熱 處 理原 材 料 毛 坯 半 成 品 成 品 89 一 、 鑄 造 性 是 指 金 屬 材 料 鑄 造 成 型 過 程 中 獲 得 優(yōu) 良鑄 性 的 能 力 ， 如 外 形 準 確 、 無 內(nèi) 部 缺 陷 。影 響 因 素 ：1.流 動 性 ： 熔 融 金 屬 的 流 動 能 力2.收 縮 性 ： 凝 固 冷 卻 過 程 中 ， 體 積 和 尺 寸 縮 小3.偏 析 ： 凝 固 后 ， 內(nèi) 部 化 學(xué) 成 分 和 組 織 的 不 均勻 現(xiàn) 象 。 （ 視 頻

42、） 90 壓 力 加 工 成 型 的 難 易 程 度 。一 般 分 熱 加 工 和 冷 加 工影 響 因 素 ： 塑 性 和 變 形 抗 力 。 塑 性 越 好 ， 壓 力 加 工 性 能 越 好 ； 純 金 屬 的 壓 力 加 工 性 能 比 合 金 好 。二 、 壓 力 加 工 性 91 92五 金 沖 壓 件 93 三 、 焊 接 性 對 焊 接 加 工 的 適 應(yīng) 性 ， 獲 得 優(yōu) 質(zhì) 焊 接 接 頭的 難 易 程 度 。 影 響 鋼 焊 接 的 因 素 ： 鋼 的 化 學(xué) 成 分 焊 接 時 的 熱 循 環(huán) 94 95 四 、 切 削 加 工 性 和 熱 處 理 性 能1.切 削

43、加 工 性 用 切 削 刀 具 從 工 件 上 切 除 多 余 材 料 的 難 易 程度 。常 用 的 切 削 加 工 方 法 有 ： 車 削 加 工 、 刨 削 加 工 、插 削 加 工 、 鉆 削 加 工 、 磨 削 加 工 等 等 。2.熱 處 理 性 能改 善 鋼 切 削 加 工 性 能改 善 材 料 力 學(xué) 性 能 96 思考題1.金 屬 材 料 工 藝 性 能 的 主 要 影 響 是 什 么 ？2.說 出 幾 個 金 屬 加 工 工 藝 的 名 稱 。 97 思考題1.金 屬 材 料 工 藝 性 能 的 主 要 影 響 是 什 么 ？答 ： 零 構(gòu) 件 的 工 藝 質(zhì) 量 和 成 本 。2.說 出 幾 個 金 屬 加 工 工 藝 的 名 稱 。答 ： 鑄 造 、 鍛 造 、 焊 接 、 沖 壓 等 等 98 第 一 章 小 結(jié) 金屬材料的性能 使用性能：（力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等） 工藝性能：（鑄造性能、鍛壓性能、熱處理性能、切削加工性能等） 99 100 101