机械制造基础 (1)

s
FS S0
3.抗拉强度
示 试样在断裂前所能承受的最大应力称为抗拉强度，又称强度极限，用符号σb表
b
Fb S0
屈服强度与抗强度的比值（σS/σb或ReL／）称为材料的屈强比。
四、塑性与塑性指标
1.塑性 塑性是金属材料断裂前产生塑性变形的能力。
2.断后伸长率 标距的百分比。 δ= L1 L 0 × 100％ L0 3.断面收缩率 断面收缩率是指试样拉断处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符 号ψ 表示
一、布氏硬度试验
1.布氏硬度原理
HBS (W )
F 2F 0.102 S D( D D2 d 2 )
F — 载荷大小（N）； D — 球体直径（mm）； d — 压痕平均直径（mm）； S — 压痕的面积（㎜2）；
布氏硬度值的单位为kgf/㎜2或N/㎜2，习惯上布氏硬度是不标单位的。
3 布氏硬度的应用及优缺点 优点：试样上压痕面积较大，能较好反映材料的平均硬度值，数据比较稳定，重复
性好。
缺点：测试麻烦，压痕较大，对材料表面的损伤也较大，不适合测试成品件及薄件
材料。布氏硬度适用于铸铁、非铁金属及经过退火、正火及调质处理的钢材，特别是 对于软金属，如铝、铅、锡等更合适。
二、洛氏硬度试验
2．布氏硬度规范
目前金属布氏硬度用符号HBW表示。 布氏硬度的表示方法为：硬度值﹢硬度符号﹢试验条件。
在进行布氏硬度试验时，试验力与压头直径平方的比值（0.102/2）应为30、15、10、 5、2.5、1中的一个。根据金属材料的种类、试样厚度及试样的硬度范围。按照表1-1的规 范选择合适的试验条件，在试样尺寸允许时，应优先选用直径为10㎜的球压头。
ψ= S0 S1 × 100％
S0
任何零件都要求材料具有一定的塑性。很显然，断后伸长率（δ ）与断面收缩率（ψ ） 越大，发生的塑性变形量越大，也就是材料的塑性越好。
问题落实
悬索桥承载安全分析
根据以上知识，为了保证悬索和吊索在使用过程中不产生塑性变形，设 计人员要以屈服点σ或屈服强度σ为设计依据，根据各悬索、吊索的受力大小 和所选用材料的屈服点σ或屈服强度σ，确定其尺寸。 由于各种桥梁用金属材料都具有良好的塑性，在受力过大时，首先产生 塑性变形，其变形抗力(即强度)会因加工硬化而自然提高，不至于发生突然断 裂，保证桥梁安全可靠。
1.洛氏硬度原理
h HR k 0.002
布氏硬度试验时，一般均由硬度计的指示器上直接读出。
2.洛氏硬度规范
不同的压头和载荷组成的A、B、C、D、E、F、G、H、K等9种洛氏硬度标尺，此外还有6种 表面洛氏硬度，共15种。最常用的是A、B、C三种标尺，分别记作HRA、HRB、HRC，其中 洛氏硬度C标尺应用最广。 洛氏硬度不标单位，是一个无量纲的力学性能指标，表示方法是将硬度值写在硬度符号前 面。例如，50HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度值为50。
3．简述低碳钢拉伸试验的基本过程。
4．弹性极限、屈服强度、抗拉强度在工程上各有什么实际意义？ 5．什么是塑性?衡量塑性的指标有哪些?分别用什么符号表示?在工程上有 什么实际意义？
1.2 硬度
问题提出 在机械制造中，各种机械金属零件和工、模具等都要求有一定的硬度， 根据工作条件对力学性能要求的不同，需要的硬度要求也不同。如轴承座、 汽车半轴、传动齿轮、钻头、滚动轴承和表面硬化齿轮等，需要进行硬度 测试，我们应该用什么样的方法进行测试？ 问题分析 硬度是衡量金属材料软硬程度的指标，是指金属材料在静载荷作用下抵 抗局部变形，特别是塑性变形、压痕、划痕的能力，硬度较高的金属材料 具有较强的抗磨损能力。它在一定成度上反应了材料的综合力学性能指标。 硬度值的大小不仅取决材料本身的性能，而且还取决于测量方法和条件。 用不同的方法测定的硬度值具有不同的意义。
图1-1 悬索桥结构示意图
一、载荷、变形与应力
1.载荷
金属材料在使用和加工过程中所受到的各种外力统称为载荷，用 符号表示。分为静载荷、冲击载荷及交变载荷三种。
2.变形
金属材料受到载荷作用而产生的几何变形和尺寸的变化称为变形。 变形分为弹性变形和塑性变形。
3.应力
金属材料在受到外力作用时，其内部作用着与外力相对抗的力， 称为内力。单位面积上的内力称为内应力，内应力能够准确地反映金 属材料内部的受力状态。
机械制造基础
第1章 金属的力学性能
知识点 1.理解金属的常用力学性能指标的含义及计算方法； 2.理解金属的常用力学性能对材料的应用范围和产品质量及工艺性能的影响； 3.了解常用物理性能和化学性能对材料的应用范围和产品质量及工艺性能的影响。 技能点 1. 掌握常用力学性能指标硬度测试方法及其应用； 2．了解强度、塑性、冲击韧度以疲劳极限等力学性能指标的测试方法及其应用； 3．能根据机件或工具的工作条件，分析对其制造材料力学性能的要求。
在实际设计中，为了确保桥梁使用安全，还应适当增大金属材料的截面 尺寸，具体办法将在相关学科中详细介绍。
综合训练
1．解释下列名词：
（1）拉伸试验 （2）弹性极限 （3）屈服现象 （4）强度 （5）屈服强 度 （6）抗拉强度 （7）塑性 （8）断后伸长率 （9）断面收缩率
2．什么是金属的力学性能?金属的力学性能有哪些?
1.1强度与塑性
问题提出 试分析设计人员是如何保证桥梁的承载安全的？
图1-1 悬索桥结构示意图
问题分析 从图中可以看出，悬索桥的桥体重量主要依靠“主索” (也称悬索或大缆) 和“吊索”(也称吊杆)吊拉，主索和吊索的承载能力是关键因素，它们在 使用过程中不能产生变形，更不能发生断裂。主索和吊索的截面尺寸过小 不能满足使用要求，截面尺寸过大又造成材料浪费，必须进行精确设计和 计算，其设计依据就是所选用材料的强度和塑性等力学性能指标。
二、金属室温静拉伸试验
1.拉伸试样 试样分长比例试样（0 = 100）和短比例试样（0 = 50）两种。拉伸试验时， 一般优先选用短比例试样。 2．拉伸曲线
拉伸试验机一般用液压万能试验机或电子万能试验机。 3．应力—应变曲线
三、强度与强度指标
1．强度及其意义
强度是指金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力，是工程技术上重要的力学性能 指标。材料强度的大小，通常用单位面积所受的力来表示，其单位为MPa。 2.屈服强度 屈服强度用符号σS表示