金属工讲义艺学第二章铸造

力学性能是指金属材料在受外力作用时所 反映出来的固有性能。
金属材料的力学性能主要有：强度、塑性、 硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
力学性能指标，是选择、使用金属材料的 重要依据。
一、强度与塑性
强度:材料抵抗由外力载荷所引起的应变或 断裂的能力。
塑性:材料在外力作用下产生不可逆永久 变形而不破坏的能力。
金属工艺学第二章铸造Leabharlann 精品jin绪论
什么叫金属工艺学？
是一门研究有关制造金属零件工艺方法 的综合性技术基础课。
它主要研究：
（1）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；
（2）金属机件的加工工艺过程和结构工艺性； （3）常用金属材料性能对加工工艺的影响等。
金属工艺学中涉及到的知识点在机械制造工 程中的地位。
对于脆性材料，在强度计算时，则以σb为 依据。
塑性指标
(1)伸长率δ δ= （L1-L0）/L0 ×100%
式中： L0—试样原标距的长度（mm） L1—试样拉断后的标距长度（mm）
(2) 断面收缩率φ
断面收缩率是指试样拉断后断面处横截面积 的相对收缩值。
φ= （A0-A1）/A0 ×100%
金属材料的硬度可用专门仪器来测试， 常用的有布氏硬度机、洛氏硬度机等。
布氏硬度
H(B HS B )0 W .10 2 2F
Nm2
D (D D 2d2)
式中：F—试验力，N D—压头的直径,mm
布氏硬度试验原理图
单位面积所受的 力值即为硬度
HBS表示用淬火钢球作为压头 测出的硬度值。
HBW表示用硬质合金球作为 压头测出的硬度值。
(MPa)
式中：Fs—试样屈服时的载荷，N
A0—试样原始横截面积，mm2。
2．
抗拉强度是指试样拉断前承受的最大应力
值，用符号σb表示，单位为Mpa，
σb= Fb / A0
(Mpa )
式中：Fb—试样承受的最大载荷，N
A0—试样原始横截面积，mm2。
屈服点应力（屈服强度）和抗拉强度在设 计机械和选择、评定金属材料时有重要意 义 。 机械零件多以σs作为强度设计的依 据。
标准冲击试样有两种，一种是夏比Ｕ形缺口试样， 另一种是夏比Ｖ形缺口试样
同一条件下同一材料制作的两种试样，其Ｕ形试样
的a 值a
kk值 不明 能显 相大 互于 比Ｖ较形。试对于样脆的性a材k，料所试样以一这般两不种开试缺样口。的
四、疲劳强度
疲劳的概念:
工程上一些机件工作时受交变应力或循环 应力作用，即使工作应力低于材料的屈服 强度，但经过一定循环周次后仍会发生断 裂，这样的断裂现象称之为疲劳 。
课程的性质、任务和要求
性质：
➢ 研究常用工程材料及其成形方法的综合性课程 ➢ 体现理论教学与实践环节密切结合的技术基础课程
任务和要求：
➢了解产品的制造过程 ➢掌握常用工程材料的种类与性能，能初步选用 ➢掌握材料成形的基本原理和工艺特点，能初步运用
第一篇 金属材料的基础知识
第一节 金属材料的力学性能
式中：A0—试样的原始截面积（mm2）
A1—试样断面处的最小截面积（mm2）
δ和φ愈大，则塑性愈好。良好的塑性是金
属材料进行塑性加工的必要条件。
二、硬度
固体材料抵抗塑性变形、压入或压痕 的能力。
硬度是衡量金属材料软硬程度的一种 性能指标。它直接影响到材料的耐磨 性及切削加工性。
硬度测定方法有压入法、划痕法、回 弹高度法等。
零件的疲劳断裂过程可分为裂纹产生、裂 纹扩展和瞬间断裂三个阶段 。
疲劳强度的概念
金属材料在无数次重复或交变载荷作 用下而不致引起断裂的最大应力，叫做疲 劳强度。
三、冲击韧度（ak）
➢有些机件在工作时要受到高速作用的载荷 冲击，如锻压机的锤杆、冲床的冲头、汽车 变速齿轮、飞机的起落架等。 ➢瞬时冲击引起的应力和应变要比静载荷引 起的应力和应变大得多，因此在选择制造该 类机件的材料时，必须考虑材料的抗冲击能 力，即冲击韧度。
金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力叫 做冲击韧度。常用一次摆锤冲击试验来测定金 属材料的冲击韧度(大能量、一次冲断）。
洛氏硬度
洛氏硬度试验原理图
试验时，先加初试验 力，然后加主试验力， 压入试样表面之后， 去除主试验力，在保 留初试验力的情况下， 根据试样残余压痕深 度增量来衡量试样的 硬度大小。
布氏硬度与洛氏硬度的特点比较
布氏硬度的特点： 布氏硬度因压痕面积较大，HB值的
代表性较全面，而且实验数据的重复性 也好，但由于淬火钢球本身的变形问题 ，不能试验太硬的材料，一般在HB450 以上的就不能使用。
由于压痕较大，成品检验也有困难 。
通常用于测定铸铁、有色金属、低 合金结构钢等材料的硬度。
洛氏硬度的特点：
洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料 ，而且压痕很小，几乎不损伤工件表面， 故在钢件热处理质量检查中应用最多。
但洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表 性就差些，如果材料中有偏析或组织不均 的情况，则所测硬度值的重复性也差。
试验表明，在冲击载荷不太大的情况下，金属 材料承受多次重复冲击的能力，主要取决于强 度。
冲击值对组织缺陷很敏感，因此冲击试验是生 产上用来检验冶炼、热加工、热处理等工艺质 量的有效方法。
夏比冲击试验 试验原理
冲击韧度：
ak = AK/A （J·cm-2）
式中：Ak—折断试样所消耗的冲击功（J） A—试样断口处的原始截面积（mm2）
s-屈服点 b-开始发生缩颈现象
强度极限B
颈缩阶段
屈服极限S 屈服阶段 弹性极限P 弹性阶段
强化阶段
强度指标
1.屈服点
在拉伸试验过程中，外力不增加(保持恒定)，但试样
仍然能继续伸长(变形)，这种现象称屈服。S点称屈服点，
S点对应的应力称屈服点应力。用符号σs表示。屈服点应力 σs可按下式计算：
σs = Fs / A0
拉伸试验
标准试件
低碳钢拉伸曲线
F——Δl：载荷伸长量拉伸曲线 σ——ε：应力应变曲线
铸铁拉伸曲线
σ= F/Ao ε= △L / L0
分别以σ和ε 为纵坐标和横坐 标，绘出应力-应 变曲线。应力-应 变曲线的形状与 拉伸曲线完全相 似，只是坐标与 数值不同。
退火低碳钢力-伸长曲线
oe——弹性变形阶段；es——屈服阶段； sb——强化阶段；bk——缩颈阶段