绪论及力学性能.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,机械制造基础,湖北汽车工业学院,材料工程系金工教研室,鲍中美,电话号码：,8260383,一,.,教材及参考书,教材,:,金属工艺学,(,上、下册,),邓文英 郭晓鹏主编,(,第五版,),高等教育,出版社,参考书,:,1.,材料成形及机械制造基础,童幸生、徐翔主编,华中科技大学出版社,2.,材料成形学,李新城主编,机械工业出版社,3.,机械制造学,王贵成主编,机械工业出版社,二,.,教学要求,课前应学完,机械制图,、,金工实习,。,作业,:,每,3,周交,1,次,认真学习，准时上课，有问题及时和老师沟通。,三,.,成绩评定,:,总成绩,=30%,平时成绩,(,出勤、作业等,)+70%,试卷成绩,1.,金属材料的基本知识,8,学时,2.,铸造,7,学时,3.,金属塑性加工,7,学时,4.,焊接,7,学时,5.,切削加工,10,学时,合计：,39,学时,四,.,课程内容,绪论,一、本课程的性质,是研究有关制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课,。,二、本课程的任务,主要研究：,各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相,互联系；,金属零件的加工工艺过程；,常用金属材料性能对加工工艺的影响；,工艺方法的综合比较等。,三,、,学习方法,市场信息,设计,方案设计,技术经济评估,图纸设计,工艺,毛坯制造,铸造,塑性加工,(,锻造,.,冲压,焊接,轧制,.,拉拔等,),热处理等,零件加工,切削加工,(,机械加工,.,钳工,),特种加工,(,电火花 加工,.,激光加工,.,超声波加工等,),零件,装配调试,产品销售,市场信息反馈,四,.,机械制造过程,-,汽车变速箱铸造,.MPG,铸造产品,模座,缸体,电机壳,曲轴,铸造产品,冲压产品,轴套,轴,刀具,皮带轮,切削加工产品,激光加工产品,过日子离不开材料，使用任何一种技术更离不开材料。,第一篇 金属材料的基本知识,材料是一切事物的物质基础,材料、能源、信息技术是现代文明的三大支柱,一种新技术的实现，往往需要新材料的支持,一、工程材料二大类,:,、金属材料 ；如：钢铁、铜合金、铝合金等。,、非金属材料,；,如：高分子材料,(,包括,:,塑料、橡胶、,尼龙等,),；陶瓷材料；复合材料等。,二、材料性能,:,包括,:,使用性能和工艺性能,、使用性能,:,力学性能、物理性能、化学性能。,力学性能,:,材料在受到外力作用下所表现出来的性能。,如：弹性、塑性、强度、硬度 等。,第一篇 金属材料的基本知识,三、合金,:,是以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，经过熔炼或烧结而制成的具有金属特性的材料。,、钢铁：,1,）碳素钢如：,T8,、,T10A,、,45,等,2,）合金钢如：,9Crsi,、,w18Cr4v,、,65Mn,等,3,）铸铁如,:HT250,、,HT300,等,2,、铜合金,3,、铝合金,一,、,强度与塑性,:,拉伸试验,.,avi,设备：拉伸试验机,试样：,GB,/T,228-1987,第一章 金属材料的主要性能,第一节 金属材料的力学性能,F,F,拉伸曲线（拉伸图）,o,应力,：试样单位横截面上的拉力。,F,拉力,(N),=(M pa),A,0,原始横截面积,(mm,2,),应变,：试样单位长度上的伸长量。,L,伸长量,(mm),=,L,0,原始,标距,长度,(mm),应力应变曲线（,-,曲线）,:,形状和拉伸曲线相同，单位不同,应力应变曲线（,-,曲线）,:,1.,强度,:,材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。,种类,:,抗拉强度、抗压强度、抗弯强 度、抗剪强度、,抗扭强度等。,(1),屈服点,(,或,屈服强度,):,试样产生,屈服时,的应力,.,F,s,s,=,(M Pa),A,0,试样屈服时所承受的最大载荷,(N),试样,原始截面积,(mm,2,),(2),抗拉强度：,试样在拉断前所能承受的最大应力。,它表示材料抵抗断裂的能力。是零件设计的重要依据；,也是评定金属强度的重要指标之一。,F,b,试样拉断前所承受的最大载荷,(N),b,=,(M Pa),A,0,试样原始截面积,(mm,2,),对于没有明显,屈服现象的金属材料，工程上规定以试样,产生,0.2%,塑性变形时的应力,，,作为该材料的,屈服点,。,F,0.2,0.2,=,(M Pa),A,0,试样原始截面积,(mm,2,),试样产生,0.2%,塑性变形时的载荷,(N),0.2,：试样产生塑性变形,0.2%,时的应力,试样产生,0.2%,塑性变形,2,、塑性,:,材料在力的作用下,，,产生不可逆永久变形的能力。,(1),伸长率,:,试样拉断后标距的伸长量,L,与原始标距,L,0,的百分比。,L,-,L,0,=,100%,L,0,(2),断面收缩率,:,试样拉断,后,，,缩颈,处截面积的最大缩减量,与原始横截面积,A,0,的百分比。,A,0,-,A,1,=,100%,A,0,说明：,、,值愈大，表明材料的塑性愈好。,10%,属塑性材料,布氏硬度,HB,洛氏硬度,HR,二,.,硬度,:,材料表面抵抗局部变形，特别是,塑性变形,、压痕,、,划痕的,能力。,常用测量硬度的方法,1.,布氏硬度,HB,布氏硬度计,符号,HBS,表示钢球压头测出的,硬度值,，,如,:,120HBS,HBW,表示硬质合金球压头测出的,硬度值。,被测金属,加载,卸载,压头,布氏硬度的特点及应用：,布氏硬度因压痕面积较大，其硬度值比较稳定。但由于压痕较大，不适于成品检验。,通常用于测定灰铸铁、非铁合金及较软的钢材。,2.,洛氏硬度,HRC,h,1,-,h,0,洛氏硬度测试示意图,洛氏硬度计,洛氏硬度的特点及应用：,测试简便、且压痕小，几乎不损伤工件表面，可用于,成品检验。但由于其压痕较小，所测硬度值的重复性差。,用于测定表面材料（,20,70 HRC,）,三,.,韧性,:,金属材料断裂前吸收的变形能量的能力称作,韧性,。,常用,冲击韧度,k,表示,采用,摆锤,冲击试验机,测定,。,用冲击试验测定冲击韧度：,A,K,冲断试样所消耗的冲击功,J,k,=,(J/cm,),S,试样缺口处的横截面积,cm,冲击韧度,k,：,试样缺口处单位截面积上所吸收的冲击功。,四,.,疲劳强度,:,承受,循环应力,的零件发生断裂时，其应力往往低于该材料,的强度极限，这种断裂称疲劳断裂。,1943,年美国,T-2,油轮发生断裂,应力随时间作周期性变化,称,循环应力（或交变应力）。,周期性载荷,称疲劳载荷,材料所承受的循环应力,（,）与其断裂前的应力循环,次数（,N,）可用疲劳曲线表示。,疲劳,曲线,疲劳强度,材料在无数次循环应力作用仍不发生疲劳断裂,的最大应力。,用,-1,表示,疲劳试验得到,:,钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系,:,-1,=(0.45,0.55),b,五、弹性和刚度,弹性,:,金属材料受外力作用时产生变形，,当外力去掉后能,恢复到原来形状及尺寸的性能。,1.,弹性极限,:,Fe,弹性极限载荷,(N),e=,(M pa),A,0,试样原始横截面积,(mm,2,),2.,刚度：,材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。,弹性模量：,弹性变形下应力与应变的比值，即：,E=/,材料的,E,越大，刚度越大。,六,.,比强度,:,材料的强度值与密度值之比。,名称,密度,(g/cm,3,),强度,(Mpa),比,强度,纯铝,2.7,80100,3037,纯铁,7.87,180280,2336,纯钛,4.5,405500,90111,几种常用金属材料的力学性能,牌,号,力 学 性 能,应,用,b,/,MPa,s,/,MPa,%,HBS,HRC,k,/,J/,Cm,2,Q235,400,235,26,工程结构,45,钢,610,16,229,55,轴、杆,ZG310-570,570,310,15,3,铸钢件,ZAlSi2,143,4,50,活塞,HT250,250,气缸体,QT700-2,700,420,2,270,曲轴,1:,拉伸试样的原始标距长度为,50mm,，,直径为,10mm,，,经拉伸试验后，将已断裂的试样对接起来测量，最后的标距长度为,71mm,，缩颈区的最小直径为,4.9mm,，,试求该材料的伸长率和断面收缩率的值？,2:,某工厂买回一批材料（要求：,s230MPa,；,b410MPa,；,523%,；,50%,）,做短试样（,L,0,=5,0,；,0,=10mm,）,拉伸试验，,结果如下：,F,S,=19KN,，,F,b,=34.5KN,；,L,=63.1mm,；,d,=6.3mm,；问买回的材料合格吗？,课堂练习题,题,1:,解：,=,（,71-50,）,/50 x100%=42%,A,0,=3.14x(10/2),2,=78.5(mm,2,),A,1,=3.14x(4.9/2),2,=18.85(mm,2,),=(,A,0,-,A,1,)/,A,0,x100%=76%,题,2:,解：根据试验结果计算如下：,s,Fs,A,0,(19x1000)/(3.14x5,2,)=242,230MPa,b,Fb,A,0,(34.5x1000)/(3.14x5,2,)=439.5,410MPa,L,L,0,x100%,(63.1-50)/50 x100%=26.2%,23%,A,A,0,x100%,60.31%,50%,材料的各项指标均合格，因此买回的材料合格。,总结：,金属及合金的力学性能而言，是指受外力作用时所,反映出来的性能。,它是衡量金属材料的极其重要的指标。,如,:,强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。,第二节金属材料的,物理、化学,及,工艺,性能,一,、,物理性能：,密度、熔点、导热性、导电性等。,二,、,化学性能：,材料在常温或高温时、抵抗各种介质侵蚀的能力，,如：耐酸性、耐碱性、抗氧化性等。,三,、,工艺性能：,材料在加工过程中表现出来的性能。,如：铸造性能、焊接性能、热处理性能等。,补充内容,:,金属材料的力学性能指标和零件失效,失效,_,机械零件由于某些原因而丧失工作能力。,机械零件的主要失效形式：断裂、过量变形、表面损伤,一、断裂：主要分韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂。,断裂是一种严重的失效形式，它不但使零件失效，有时还会招,致严重的人身及设备事故。,二、过量变形,造成零件的尺寸和形状改变，破坏零件与零件间的相互位置,和配合关系，零件或机器不能正常工作,。,三、表面损伤,包括：表面疲劳、磨损、胶合、塑性变形、压溃及腐蚀等。,损伤会增大摩擦，增加能量消耗，破坏零件的工作表面，致使,零件尺寸发生变化，造成零件报废。,问题,?,现在要制造一把斧子，分析可能的失效形式，,提出主要的性能指标,。,作业：,11,复习题（,）,