表面粗糙度与加工方法[1]
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5.σp、σe、σs、σb σp--比例极限，在 σp 以下，材料的应力与应变呈线性关系，即 σp 是材料呈比例关系的最 大应力； σe--弹性极限，σe 是材料呈弹性关系的最大应力； σs--屈服极限，在屈服阶段应力不变而应变不断增加，这种现象叫屈服。对应的应力 σs 叫 屈服极限。低碳钢的屈服段有上下屈服点，做试验到达屈服点时，应变并不是一个恒定值， 有一个应力惯性效应（上屈服点）和应变继续增加的小应力（下屈服点）阶段，形成了应力 在上下屈服点间来回振荡的局面，你看到的图形是试验时应力应变仪纪录的结果。 σb--强度极限，材料应力达到 σb 后，即使外力不增加，变形继续增加，材料发生颈缩，很 快断裂。所以 σb 是材料强度计算的重要指标。 在应力、应变图上，在应变坐标中，0－σe 为弹性阶段，σe－σs 为屈服阶段，σs－σb 为 强化阶段，σb－k 为局部变形阶段。 6.屈强比概念 屈强比越小,构件万一超载时，产生塑性变形的时间越长，则离断裂的时间长，易发现和马 上采取措施（如停机、换构件等），即时间裕度大，可靠性高。屈强比大，则屈服强度高， 材料强度利用率高。 7.塑性指标 产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性。塑性的大小用伸长率 δ 和断面收缩率 ψ 表示。 伸长率 δ 的值随试样原始长度增加而减小。所以，同一材料的短试样（Lo＝5do）比长试样 （Lo＝10do)伸长率大 20％左右。用短试样和长试样测得的伸长率分别用 δ5 和 δ10 表示。
低应力脆断，即断裂韧度。低应力脆断总是由材料中宏观裂纹的失稳扩展引起的，其大小可 用应力强度因子 KⅠ来描述。 12.疲劳破坏 许多机械零件如弹簧、轴、齿轮等，在工作时承受交变载荷，既使交变应力低于屈服强度， 但经一定循环次数后便发生断裂。 疲劳破坏的主要特点：① 应力水平低,往往远低于 σs ；② 断裂前无明显形变。 对称弯曲循环疲劳极限用 σ-1 表示。 ① 疲劳曲线(σ～N)有明显的水平线段，则水平线段对应的应力为 σ-1 ； ② 疲劳曲线没有明显的水平线段，则在规定的疲劳寿命内不发生疲劳破坏所对应的最大应 力。 工件表面留存残余压应力时，工件产生表面拉应力时要先抵消表面压应力，所以表面拉应力 幅度减小，表面疲劳强度由表面交变载荷幅和频率决定，故工件表面留存残余压应力时，材 料表面疲劳极限提高。 13.高温蠕变 金属在高温长时间应力作用下，即使所加应力小于该温度下的屈服强度，也会逐渐产生明显 的塑性变形直至断裂
表面粗糙度与加工方法
表面粗糙度选用与加工方法 表面粗糙度选用
序号=1 Ra 值不大于\μm=100 表面状况=明显可见的刀痕 加工方法=粗车、镗、刨、钻 应用举例=粗加工的表面，如粗车、粗刨、切断等表面，用粗镗刀和粗砂轮等加工的表面， 一般很少采用
序号=2 Ra 值不大于\μm=25、50 表面状况=明显可见的刀痕 加工方法=粗车、镗、刨、钻 应用举例=粗加工后的表面，焊接前的焊缝、粗钻孔壁等
八、材料的力学性能小结
一、固体材料的性能 1.比强度和比模量 比强度就是单位密度下的强度，其特点是，在强度相同的情况下，材料密度愈小，比强度愈 高。比模量是单位密度下的模量，原理同比强度。 2.应力的概念，应力与压强的区别 所谓应力是受外力作用时，材料内部产生的大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力,定义 单位面积上的这种反作用力为应力；而压强是单位面积上所受的压力大小。不难发现，应力 是受外力作用时产生的内力，而压强则是外力。 3.应变 A 线应变 在直角坐标中试件的长度在变形前后的改变量与原长之比，定义为线应变，用 ε 表示。线应 变以伸长为正，缩短为负。 B 切应变 单元体的两条相互垂直的棱边，在变形后的直角改变量，定义为角应变或切应变，用 γ 表示。 一点在 x-y 方向、y-z 方向 z-x 方向的切应变，分加别为 γxy、γyz、γzx。切应变以直角减少 为正，反之为负。 应变不是仅对弹性变形而言，ε(%) —试样标距部分伸长量，(mm)；L0 —试样标距部分长 度(mm)。ε=⊿L/L0 。应变和应力一样也是归一化的结果，即单位长度的变形量。不管是在 弹性还是在塑性阶段都是一个衡量指标。 4.弹性模量（刚度） 弹性模量是指材料在外力作用下描述抵抗弹性变形能力的物理量，在拉伸试验中用 E 表示。 E 表示了在比例极限内材料应力应变曲线的斜率。E＝σ/ε。
8.条件屈服强度 大多数金属材料在拉伸时没有明显的屈服现象，按 GB228-87 要求，取规定非比例伸长与 原标距长度比为 0.2％时的应力，记为 σp0.2，作为屈服强度指标，称为条件屈服强度，可 用 σ0.2 表示。 9.硬度 布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的使用如下： 布氏硬度因压痕面积较大，能反映出较大范围内被测金属的平均硬度，故试验结果较精确。 但因压痕较大，所以不宜测试成品或薄片金属的硬度。 洛氏硬度试验法的优点是操作迅速简便，由于压痕较小，故可在工件表面或较薄的金属上试 验。同时，采用不同标尺，可测出从极软到极硬材料的硬度。其缺点是因压痕较小，对组织 较粗大且不均匀的材料，测得的硬度不精确。洛氏硬度虽可测极软到极硬的材料，但不同标 尺的硬度值之间没有简单的换算关系，使用上很不方便。 维氏硬度与洛氏硬度试验相同，但其试验时所加载荷小，压入深度浅，故适用于测试零件表 面淬硬层及化学热处理的表面层（如渗氮层、渗碳层等），同时维氏硬度是一个连续一致的 标尺，试验时载荷可任意选择而不影响其硬度值的大小。但其测定较麻烦，工作效率较低。 10.冲击韧度 ① ak 没有确切的力学意义，它表明在高应变速率时 ，材料的脆性发展趋势。 ② 一次冲击试验能灵敏地揭示材料的冶金及加工缺陷和产生的脆性。 ③ 不同温度下的系列冲击试验，可揭示材料的低温脆化倾向（冷脆转变）。 ④ 材料碳含量愈高脆性愈大。 ⑤ 冲击试验得到广泛应用，但 Ak、a k 不能直接用于计算。 11.断裂韧度 在材料所承受的应力低于许用应力的情况下，突然发生的无明显塑性变形的脆性断裂，称为
序号=10 Ra 值不大于\μm=0.1 表面状况=暗光泽面 加工方法=超级加工 应用举例=工作时承受较大变应力作用的重要零件的表面。保证精确定心的锥体表面。液压 传动用的孔表面。汽缸套的内表面，活塞销的外表面，仪器导轨面，阀的工作面。尺寸小于 120mm 的 IT10～IT12 级孔和轴用量规测量面等.
序号=6 Ra 值不大于\μm=1.6 表面状况=看不清加工痕迹
加工方法=车、镗、刨、铣、铰、拉、磨、滚压、刮 1～2 点/cm^2 铣齿 应用举例=安装直径超过 80mm 的 G 级轴承的外壳孔，普通精度齿轮的齿面，定位销孔，V 型带轮的表面，外径定心的内花键外径，轴承盖的定中心凸肩表面 序号=7 Ra 值不大于\μm=0.8 表面状况=可辨加工痕迹的方向 加工方法=车、镗、拉、磨、立铣、刮 3～10 点/cm^2、滚压 应用举例=要求保证定心及配合特性的表面，如锥销与圆柱销的表面，与 G 级精度滚动轴承 相配合的轴径和外壳孔，中速转动的轴径，直径超过 80mm 的 E、D 级滚动轴承配合的轴 径及外壳孔，内、外花键的定心内径，外花键键侧及定心外径，过盈配合 IT7 级的孔（H7）， 间隙配合 IT8～IT9 级的孔（H8，H9），磨削的齿轮表面等
序号=8 Ra 值不大于\μm=0.4 表面状况=微辨加工痕迹的方向 加工方法=铰、磨、镗、拉、刮 3～10 点/cm^2、滚压 应用举例=要求长期保持配合性质稳定的配合表面，IT7 级的轴、孔配合表面，精度较高的 齿轮表面，受变应力作用的重要零件，与直径小于 80mm 的 E、D 级轴承配合的轴径表面、 与橡胶密封件接触的轴的表面，尺寸大于 120mm 的 IT13～IT16 级孔和 序号=9 Ra 值不大于\μm=0.2 表面状况=不可辨加工痕迹的方向 加工方法=布轮磨、磨、研磨、超级加工 应用举例=工作时受变应力作用的重要零件的表面。保证零件的疲劳强度、防腐性和耐久性， 并在工作时不破坏配合性质的表面，如轴径表面、要求气密的表面和支承表面，圆锥定心表 面等。IT5、IT6 级配合表面、高精度齿轮的表面，与 G 级滚动轴承配合的轴径表面，尺寸 大于 315mm 的 IT7～IT9 级级孔和轴用量规级尺寸大于 120～315mm 的 IT10～IT12 级孔 和轴用量规的测量表面等
序号=11 Ra 值不大于\μm=0.05 表面状况=亮光泽面 加工方法=超级加工 应用举例=保证高度气密性的接合表面，如活塞、柱塞和汽缸内表面，摩擦离合器的摩擦表 面。对同轴度有精确要求的孔和轴。滚动导轨中的钢球或滚子和高速摩擦的工作表面
序号=12 Ra 值不大于\μm=0.025 表面状况=镜面光泽面 加工方法=超级加工 应用举例=高压柱塞泵中柱塞和柱塞套的配合表面，中等精度仪器零件配合表面，尺寸大于 120mm 的 IT6 级孔用量规、小于 120mm 的 IT7～IT9 级轴用和孔用量规测量表面
序号=5 Ra 值不大于\μm=3.2 表面状况=微见加工痕迹 加工方法=车、镗、刨、铣、刮 1～2 点/cm^2、拉、磨、 锉、滚压、铣齿 应用举例=和其他零件连接不形成配合的表面，如箱体、外壳、端盖等零件的端面。要求有 定心及配合特性的固定支承面如定心的轴间，键和键槽的工作表面。不重要的紧固螺纹的表 面。需要滚花或氧化处理的表面
序号=3 Ra 值不大于\μm=12.5 表面状况=可见刀痕 加工方法=粗车、刨、铣、钻 应用举例=一般非结合表面，如轴的端面、倒角、齿轮及皮带轮的侧面、键槽的非工作表面， 减重孔眼表面
序号=4 Ra 值不大于\μm=6.3 表面状况=可见加工痕迹 加工方法=车、镗、刨、钻、铣、锉、磨、粗铰、铣齿 应用举例=不重要零件的配合表面，如支柱、支架、外壳、衬套、轴、盖等的端面。紧固件 的自由表面，紧固件通孔的表面，内、外花键的非定心表面，不作为计量基准的齿轮顶圈圆 表面等
序号=13 Ra 值不大于\μm=0.012 表面状况=雾状镜面 加工方法=超级加工 应用举例=仪器的测量表面和配合表面，尺寸超过 100mm 的块规工作面
序号=14 Ra 值不大于\μm=0.0063 表面状况=雾状 表面 加工方法=超级加工 应用举例=块规的工作表面，高精度测量仪器的测量面，高精度仪器摩擦机构的支承表面
5.σp、σe、σs、σb σp--比例极限，在 σp 以下，材料的应力与应变呈线性关系，即 σp 是材料呈比例关系的最 大应力； σe--弹性极限，σe 是材料呈弹性关系的最大应力； σs--屈服极限，在屈服阶段应力不变而应变不断增加，这种现象叫屈服。对应的应力 σs 叫 屈服极限。低碳钢的屈服段有上下屈服点，做试验到达屈服点时，应变并不是一个恒定值， 有一个应力惯性效应（上屈服点）和应变继续增加的小应力（下屈服点）阶段，形成了应力 在上下屈服点间来回振荡的局面，你看到的图形是试验时应力应变仪纪录的结果。 σb--强度极限，材料应力达到 σb 后，即使外力不增加，变形继续增加，材料发生颈缩，很 快断裂。所以 σb 是材料强度计算的重要指标。 在应力、应变图上，在应变坐标中，0－σe 为弹性阶段，σe－σs 为屈服阶段，σs－σb 为 强化阶段，σb－k 为局部变形阶段。 6.屈强比概念 屈强比越小,构件万一超载时，产生塑性变形的时间越长，则离断裂的时间长，易发现和马 上采取措施（如停机、换构件等），即时间裕度大，可靠性高。屈强比大，则屈服强度高， 材料强度利用率高。 7.塑性指标 产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性。塑性的大小用伸长率 δ 和断面收缩率 ψ 表示。 伸长率 δ 的值随试样原始长度增加而减小。所以，同一材料的短试样（Lo＝5do）比长试样 （Lo＝10do)伸长率大 20％左右。用短试样和长试样测得的伸长率分别用 δ5 和 δ10 表示。
低应力脆断，即断裂韧度。低应力脆断总是由材料中宏观裂纹的失稳扩展引起的，其大小可 用应力强度因子 KⅠ来描述。 12.疲劳破坏 许多机械零件如弹簧、轴、齿轮等，在工作时承受交变载荷，既使交变应力低于屈服强度， 但经一定循环次数后便发生断裂。 疲劳破坏的主要特点：① 应力水平低,往往远低于 σs ；② 断裂前无明显形变。 对称弯曲循环疲劳极限用 σ-1 表示。 ① 疲劳曲线(σ～N)有明显的水平线段，则水平线段对应的应力为 σ-1 ； ② 疲劳曲线没有明显的水平线段，则在规定的疲劳寿命内不发生疲劳破坏所对应的最大应 力。 工件表面留存残余压应力时，工件产生表面拉应力时要先抵消表面压应力，所以表面拉应力 幅度减小，表面疲劳强度由表面交变载荷幅和频率决定，故工件表面留存残余压应力时，材 料表面疲劳极限提高。 13.高温蠕变 金属在高温长时间应力作用下，即使所加应力小于该温度下的屈服强度，也会逐渐产生明显 的塑性变形直至断裂
表面粗糙度与加工方法
表面粗糙度选用与加工方法 表面粗糙度选用
序号=1 Ra 值不大于\μm=100 表面状况=明显可见的刀痕 加工方法=粗车、镗、刨、钻 应用举例=粗加工的表面，如粗车、粗刨、切断等表面，用粗镗刀和粗砂轮等加工的表面， 一般很少采用
序号=2 Ra 值不大于\μm=25、50 表面状况=明显可见的刀痕 加工方法=粗车、镗、刨、钻 应用举例=粗加工后的表面，焊接前的焊缝、粗钻孔壁等
八、材料的力学性能小结
一、固体材料的性能 1.比强度和比模量 比强度就是单位密度下的强度，其特点是，在强度相同的情况下，材料密度愈小，比强度愈 高。比模量是单位密度下的模量，原理同比强度。 2.应力的概念，应力与压强的区别 所谓应力是受外力作用时，材料内部产生的大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力,定义 单位面积上的这种反作用力为应力；而压强是单位面积上所受的压力大小。不难发现，应力 是受外力作用时产生的内力，而压强则是外力。 3.应变 A 线应变 在直角坐标中试件的长度在变形前后的改变量与原长之比，定义为线应变，用 ε 表示。线应 变以伸长为正，缩短为负。 B 切应变 单元体的两条相互垂直的棱边，在变形后的直角改变量，定义为角应变或切应变，用 γ 表示。 一点在 x-y 方向、y-z 方向 z-x 方向的切应变，分加别为 γxy、γyz、γzx。切应变以直角减少 为正，反之为负。 应变不是仅对弹性变形而言，ε(%) —试样标距部分伸长量，(mm)；L0 —试样标距部分长 度(mm)。ε=⊿L/L0 。应变和应力一样也是归一化的结果，即单位长度的变形量。不管是在 弹性还是在塑性阶段都是一个衡量指标。 4.弹性模量（刚度） 弹性模量是指材料在外力作用下描述抵抗弹性变形能力的物理量，在拉伸试验中用 E 表示。 E 表示了在比例极限内材料应力应变曲线的斜率。E＝σ/ε。
8.条件屈服强度 大多数金属材料在拉伸时没有明显的屈服现象，按 GB228-87 要求，取规定非比例伸长与 原标距长度比为 0.2％时的应力，记为 σp0.2，作为屈服强度指标，称为条件屈服强度，可 用 σ0.2 表示。 9.硬度 布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的使用如下： 布氏硬度因压痕面积较大，能反映出较大范围内被测金属的平均硬度，故试验结果较精确。 但因压痕较大，所以不宜测试成品或薄片金属的硬度。 洛氏硬度试验法的优点是操作迅速简便，由于压痕较小，故可在工件表面或较薄的金属上试 验。同时，采用不同标尺，可测出从极软到极硬材料的硬度。其缺点是因压痕较小，对组织 较粗大且不均匀的材料，测得的硬度不精确。洛氏硬度虽可测极软到极硬的材料，但不同标 尺的硬度值之间没有简单的换算关系，使用上很不方便。 维氏硬度与洛氏硬度试验相同，但其试验时所加载荷小，压入深度浅，故适用于测试零件表 面淬硬层及化学热处理的表面层（如渗氮层、渗碳层等），同时维氏硬度是一个连续一致的 标尺，试验时载荷可任意选择而不影响其硬度值的大小。但其测定较麻烦，工作效率较低。 10.冲击韧度 ① ak 没有确切的力学意义，它表明在高应变速率时 ，材料的脆性发展趋势。 ② 一次冲击试验能灵敏地揭示材料的冶金及加工缺陷和产生的脆性。 ③ 不同温度下的系列冲击试验，可揭示材料的低温脆化倾向（冷脆转变）。 ④ 材料碳含量愈高脆性愈大。 ⑤ 冲击试验得到广泛应用，但 Ak、a k 不能直接用于计算。 11.断裂韧度 在材料所承受的应力低于许用应力的情况下，突然发生的无明显塑性变形的脆性断裂，称为
序号=10 Ra 值不大于\μm=0.1 表面状况=暗光泽面 加工方法=超级加工 应用举例=工作时承受较大变应力作用的重要零件的表面。保证精确定心的锥体表面。液压 传动用的孔表面。汽缸套的内表面，活塞销的外表面，仪器导轨面，阀的工作面。尺寸小于 120mm 的 IT10～IT12 级孔和轴用量规测量面等.
序号=6 Ra 值不大于\μm=1.6 表面状况=看不清加工痕迹
加工方法=车、镗、刨、铣、铰、拉、磨、滚压、刮 1～2 点/cm^2 铣齿 应用举例=安装直径超过 80mm 的 G 级轴承的外壳孔，普通精度齿轮的齿面，定位销孔，V 型带轮的表面，外径定心的内花键外径，轴承盖的定中心凸肩表面 序号=7 Ra 值不大于\μm=0.8 表面状况=可辨加工痕迹的方向 加工方法=车、镗、拉、磨、立铣、刮 3～10 点/cm^2、滚压 应用举例=要求保证定心及配合特性的表面，如锥销与圆柱销的表面，与 G 级精度滚动轴承 相配合的轴径和外壳孔，中速转动的轴径，直径超过 80mm 的 E、D 级滚动轴承配合的轴 径及外壳孔，内、外花键的定心内径，外花键键侧及定心外径，过盈配合 IT7 级的孔（H7）， 间隙配合 IT8～IT9 级的孔（H8，H9），磨削的齿轮表面等
序号=8 Ra 值不大于\μm=0.4 表面状况=微辨加工痕迹的方向 加工方法=铰、磨、镗、拉、刮 3～10 点/cm^2、滚压 应用举例=要求长期保持配合性质稳定的配合表面，IT7 级的轴、孔配合表面，精度较高的 齿轮表面，受变应力作用的重要零件，与直径小于 80mm 的 E、D 级轴承配合的轴径表面、 与橡胶密封件接触的轴的表面，尺寸大于 120mm 的 IT13～IT16 级孔和 序号=9 Ra 值不大于\μm=0.2 表面状况=不可辨加工痕迹的方向 加工方法=布轮磨、磨、研磨、超级加工 应用举例=工作时受变应力作用的重要零件的表面。保证零件的疲劳强度、防腐性和耐久性， 并在工作时不破坏配合性质的表面，如轴径表面、要求气密的表面和支承表面，圆锥定心表 面等。IT5、IT6 级配合表面、高精度齿轮的表面，与 G 级滚动轴承配合的轴径表面，尺寸 大于 315mm 的 IT7～IT9 级级孔和轴用量规级尺寸大于 120～315mm 的 IT10～IT12 级孔 和轴用量规的测量表面等
序号=11 Ra 值不大于\μm=0.05 表面状况=亮光泽面 加工方法=超级加工 应用举例=保证高度气密性的接合表面，如活塞、柱塞和汽缸内表面，摩擦离合器的摩擦表 面。对同轴度有精确要求的孔和轴。滚动导轨中的钢球或滚子和高速摩擦的工作表面
序号=12 Ra 值不大于\μm=0.025 表面状况=镜面光泽面 加工方法=超级加工 应用举例=高压柱塞泵中柱塞和柱塞套的配合表面，中等精度仪器零件配合表面，尺寸大于 120mm 的 IT6 级孔用量规、小于 120mm 的 IT7～IT9 级轴用和孔用量规测量表面
序号=5 Ra 值不大于\μm=3.2 表面状况=微见加工痕迹 加工方法=车、镗、刨、铣、刮 1～2 点/cm^2、拉、磨、 锉、滚压、铣齿 应用举例=和其他零件连接不形成配合的表面，如箱体、外壳、端盖等零件的端面。要求有 定心及配合特性的固定支承面如定心的轴间，键和键槽的工作表面。不重要的紧固螺纹的表 面。需要滚花或氧化处理的表面
序号=3 Ra 值不大于\μm=12.5 表面状况=可见刀痕 加工方法=粗车、刨、铣、钻 应用举例=一般非结合表面，如轴的端面、倒角、齿轮及皮带轮的侧面、键槽的非工作表面， 减重孔眼表面
序号=4 Ra 值不大于\μm=6.3 表面状况=可见加工痕迹 加工方法=车、镗、刨、钻、铣、锉、磨、粗铰、铣齿 应用举例=不重要零件的配合表面，如支柱、支架、外壳、衬套、轴、盖等的端面。紧固件 的自由表面，紧固件通孔的表面，内、外花键的非定心表面，不作为计量基准的齿轮顶圈圆 表面等
序号=13 Ra 值不大于\μm=0.012 表面状况=雾状镜面 加工方法=超级加工 应用举例=仪器的测量表面和配合表面，尺寸超过 100mm 的块规工作面
序号=14 Ra 值不大于\μm=0.0063 表面状况=雾状 表面 加工方法=超级加工 应用举例=块规的工作表面，高精度测量仪器的测量面，高精度仪器摩擦机构的支承表面