1绪论、工程材料的主要性能
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
低碳钢： σb≈0.36HBS(W) 高碳钢：σb≈0.34HBS(W) 灰铸铁：σb≈0.10HBS(W)
34
✓试验规范。 ✓表示方法：120HBS ✓120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢
球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保 持30s测得的布氏硬度值为120 ✓压痕较大，只适用于毛坯检验，不适合 成品。
据统计，在损坏的机 器零件中，80%是由 金属疲劳造成的！
42
24
25
二、强度 ——在外力作用下，材
料抵抗变形和破坏 的能力。
屈服点σs —— 材料开
始产生明显塑性变 形时的最低应力值。
26
σ 屈服强度 0.2 —— 试样标距长度产生0.2%塑性
变形时的应力值。
27
σ 抗拉强度 b——材料在断裂前所承受的最大应
力值。（Rm）
28
三、塑性 ——材料在外力作用下，产生永久变形而
金属材料获得广泛的应用的原因
• 优良的机械性能 • 优良的物理性能 • 优良的工艺性能
13
三、本课程主要内容
工程材料的主要性能 金属与合金的晶体结构与结晶 金属的塑性变形与再结晶 钢的热处理 常用金属材料 机械零件选材及工艺路线分析
14
四、学习本课程要求
• 上课认真听讲、做笔记； • 积极参加讨论、回答问题； • 独立完成作业，不要互相抄袭； • 认真完成实验，不缺勤。
35
（2）洛氏硬度HR
36
37
✓试验规范。 ✓表示方法：60HRC ✓洛氏硬度操作迅速、简便，压痕小可在工件
表面进行试验，可测各种金属。 ✓压痕较小，代表性差。由于材料成分偏析，
组织不均匀，使硬度值分散性大，应在不同 部位测量多次取平均值。
38
（3）维氏硬度(HV) 采用相对面夹角为136o金刚石正四棱锥压头，
成绩评定：平时作业10% 实验20% 期末70%
15
第一章. 工程材料的主要性能
内部结构与性能 成分——结构（组织）——性能
加工工艺与性能 切削加工 锻造 铸造 焊接
使用行为与性能 橡胶暴露在空气中逐渐硬化 金属在周期性载荷作用下会产生疲劳 普通钢钻头不能象高速钢钻头塑料齿轮重量轻、噪声低、 成本低、自润滑
陶瓷刀具：可在冰 冻条件下切削肉类 和其他食品，切削 水果不变色，切洋
葱不刺眼
8
信息科学
能源科学
现代科学技术的三大支柱
材料科学
材料的发展与历史时代的划分
旧石器时代----- 新石器时代 -----青铜器 时代 -----铁器时代-----人工合成材料时代
4
（二）按材料的使用性能分类: 结构材料:用于制造承受载荷、传递动力
的零件和构件的材料； 功能材料：具有特殊性能的元器件的材
料，一般不承受或承受很小的力。
5
• （三）按照材料的物理形态分类： • 晶体材料 • 非晶体材料 • 纳米材料 • （四）按照材料的几何形态分类（纳米
材料） • （五）按照材料的发展分类
低碳钢拉伸曲线
GB/T288-2002见附21 录1
一、弹性与刚度 弹性变形（不超过 0.5%~1%） 塑性变形
弹性极限σe
——材料不产生塑性变形 所能承受的最大应力。
（精密弹性元件、炮筒）
22
弹性模量 E= σ/ ε ——衡量材料抵抗弹性
变形的能力。表示材 料的刚度。
23
机器零件或构件刚度：E·A
不破坏的能力。 伸长率δ ——试样在拉断后的相对伸长量。
（A） δ={（L1-L0）/L0} ×100% L0——试样原始标距长度； L1——试样拉断后的标距长度。
29
断面收缩率ψ ——试样被拉断后横截面积的相 对收缩量。（Z）
Ψ={（A0-A1）/A0} ×100%
A0——试样原始横截面积； A1——试样拉断处的横截面积。
30
塑性的意义：
1.零件在使用过程中偶然过 载时，因发生塑性变形而 不至于突然断裂；
2.碰撞时吸收能量； 3.塑性成形。
31
四、硬度 ——材料抵抗外加载荷压入表面的能力。 （1）布氏硬度HBS（W）
32
33
压头为淬火钢球时，HBS 小于450有效。 压头为硬质合金时，HBW 450-650有效。 经验关系：
40
由于各种硬度试验的条件不同，因此相互间没有
理论的换算关系，根据试验结果的粗略换算关系
如下：
硬度在200~600HBS（W） HRC ≈ 1/10HBS
硬度小于450HBS
HBS ≈HV
各种硬度间换算以及硬度与强度之间的换算 可查表。
41
五、疲劳强度 交变应力——应力的大小、方向随时间变化。 疲劳——承受交变应力的零件在工作过程中， 往往在工作应力低于其屈服强度的情况下发生 断裂，这种现象称为疲劳断裂。 特征：无征兆突然断裂，造成严重事故。
以规定的试验力F压入材料的表面，保持规 定时间后卸除试验力，用正四棱锥压痕单位 表面积上所受的平均压力表示硬度值。
39
✓载荷小，压入深度浅，适于测试零件 表面淬硬层及化学热处理的表面层。
✓连续一致的标尺，可测定从极软到极 硬的各种金属材料。
✓测定较麻烦，工作效率不如洛氏硬度 高。
✓可测量硬度为10~1000HV范围的材料。
9
航空航天
• 人类第一架飞机 1903 莱特兄弟 16公里/小时 • 螺旋桨飞机 300公里/小时 铝合金 • 民航喷气式飞机 500～1000公里/小时
高温合金 • 我国主力喷气战斗机歼八 2700公里/小时
10
人造卫星
钛合金： 密度小 耐高温 耐腐蚀
11
通信技术 12
现有太平洋海底光缆示意图
工程材料与热处理
1
绪论
机械制造的基本过程 工程材料分类及应用 本课程主要内容 学习本课程要求 参考书目
2
3
二、工程材料分类及应用
（一）按化学成分及结合键分类: 金属材料
黑色金属：钢、铁 有色金属：除钢铁以外的其它金
属及合金。 非金属材料
高分子材料：塑料、橡胶 陶瓷材料：碳化硅、氮化硅 复合材料：玻璃钢
力学性能：静力学性能指标、动力学性 能指标
物理性能 化学性能 工艺性能
17
1-1 力学性能
——材料在外力作用下所表现出的各种性能。 强度 硬度 塑性 疲劳强度 冲击韧性 断裂韧性
18
拉伸实验
19
电子拉伸试验机
20
GB/T288-1987
应力σ=F/S0 N/mm2(MPa)
应变ε =△L/L0
34
✓试验规范。 ✓表示方法：120HBS ✓120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢
球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保 持30s测得的布氏硬度值为120 ✓压痕较大，只适用于毛坯检验，不适合 成品。
据统计，在损坏的机 器零件中，80%是由 金属疲劳造成的！
42
24
25
二、强度 ——在外力作用下，材
料抵抗变形和破坏 的能力。
屈服点σs —— 材料开
始产生明显塑性变 形时的最低应力值。
26
σ 屈服强度 0.2 —— 试样标距长度产生0.2%塑性
变形时的应力值。
27
σ 抗拉强度 b——材料在断裂前所承受的最大应
力值。（Rm）
28
三、塑性 ——材料在外力作用下，产生永久变形而
金属材料获得广泛的应用的原因
• 优良的机械性能 • 优良的物理性能 • 优良的工艺性能
13
三、本课程主要内容
工程材料的主要性能 金属与合金的晶体结构与结晶 金属的塑性变形与再结晶 钢的热处理 常用金属材料 机械零件选材及工艺路线分析
14
四、学习本课程要求
• 上课认真听讲、做笔记； • 积极参加讨论、回答问题； • 独立完成作业，不要互相抄袭； • 认真完成实验，不缺勤。
35
（2）洛氏硬度HR
36
37
✓试验规范。 ✓表示方法：60HRC ✓洛氏硬度操作迅速、简便，压痕小可在工件
表面进行试验，可测各种金属。 ✓压痕较小，代表性差。由于材料成分偏析，
组织不均匀，使硬度值分散性大，应在不同 部位测量多次取平均值。
38
（3）维氏硬度(HV) 采用相对面夹角为136o金刚石正四棱锥压头，
成绩评定：平时作业10% 实验20% 期末70%
15
第一章. 工程材料的主要性能
内部结构与性能 成分——结构（组织）——性能
加工工艺与性能 切削加工 锻造 铸造 焊接
使用行为与性能 橡胶暴露在空气中逐渐硬化 金属在周期性载荷作用下会产生疲劳 普通钢钻头不能象高速钢钻头塑料齿轮重量轻、噪声低、 成本低、自润滑
陶瓷刀具：可在冰 冻条件下切削肉类 和其他食品，切削 水果不变色，切洋
葱不刺眼
8
信息科学
能源科学
现代科学技术的三大支柱
材料科学
材料的发展与历史时代的划分
旧石器时代----- 新石器时代 -----青铜器 时代 -----铁器时代-----人工合成材料时代
4
（二）按材料的使用性能分类: 结构材料:用于制造承受载荷、传递动力
的零件和构件的材料； 功能材料：具有特殊性能的元器件的材
料，一般不承受或承受很小的力。
5
• （三）按照材料的物理形态分类： • 晶体材料 • 非晶体材料 • 纳米材料 • （四）按照材料的几何形态分类（纳米
材料） • （五）按照材料的发展分类
低碳钢拉伸曲线
GB/T288-2002见附21 录1
一、弹性与刚度 弹性变形（不超过 0.5%~1%） 塑性变形
弹性极限σe
——材料不产生塑性变形 所能承受的最大应力。
（精密弹性元件、炮筒）
22
弹性模量 E= σ/ ε ——衡量材料抵抗弹性
变形的能力。表示材 料的刚度。
23
机器零件或构件刚度：E·A
不破坏的能力。 伸长率δ ——试样在拉断后的相对伸长量。
（A） δ={（L1-L0）/L0} ×100% L0——试样原始标距长度； L1——试样拉断后的标距长度。
29
断面收缩率ψ ——试样被拉断后横截面积的相 对收缩量。（Z）
Ψ={（A0-A1）/A0} ×100%
A0——试样原始横截面积； A1——试样拉断处的横截面积。
30
塑性的意义：
1.零件在使用过程中偶然过 载时，因发生塑性变形而 不至于突然断裂；
2.碰撞时吸收能量； 3.塑性成形。
31
四、硬度 ——材料抵抗外加载荷压入表面的能力。 （1）布氏硬度HBS（W）
32
33
压头为淬火钢球时，HBS 小于450有效。 压头为硬质合金时，HBW 450-650有效。 经验关系：
40
由于各种硬度试验的条件不同，因此相互间没有
理论的换算关系，根据试验结果的粗略换算关系
如下：
硬度在200~600HBS（W） HRC ≈ 1/10HBS
硬度小于450HBS
HBS ≈HV
各种硬度间换算以及硬度与强度之间的换算 可查表。
41
五、疲劳强度 交变应力——应力的大小、方向随时间变化。 疲劳——承受交变应力的零件在工作过程中， 往往在工作应力低于其屈服强度的情况下发生 断裂，这种现象称为疲劳断裂。 特征：无征兆突然断裂，造成严重事故。
以规定的试验力F压入材料的表面，保持规 定时间后卸除试验力，用正四棱锥压痕单位 表面积上所受的平均压力表示硬度值。
39
✓载荷小，压入深度浅，适于测试零件 表面淬硬层及化学热处理的表面层。
✓连续一致的标尺，可测定从极软到极 硬的各种金属材料。
✓测定较麻烦，工作效率不如洛氏硬度 高。
✓可测量硬度为10~1000HV范围的材料。
9
航空航天
• 人类第一架飞机 1903 莱特兄弟 16公里/小时 • 螺旋桨飞机 300公里/小时 铝合金 • 民航喷气式飞机 500～1000公里/小时
高温合金 • 我国主力喷气战斗机歼八 2700公里/小时
10
人造卫星
钛合金： 密度小 耐高温 耐腐蚀
11
通信技术 12
现有太平洋海底光缆示意图
工程材料与热处理
1
绪论
机械制造的基本过程 工程材料分类及应用 本课程主要内容 学习本课程要求 参考书目
2
3
二、工程材料分类及应用
（一）按化学成分及结合键分类: 金属材料
黑色金属：钢、铁 有色金属：除钢铁以外的其它金
属及合金。 非金属材料
高分子材料：塑料、橡胶 陶瓷材料：碳化硅、氮化硅 复合材料：玻璃钢
力学性能：静力学性能指标、动力学性 能指标
物理性能 化学性能 工艺性能
17
1-1 力学性能
——材料在外力作用下所表现出的各种性能。 强度 硬度 塑性 疲劳强度 冲击韧性 断裂韧性
18
拉伸实验
19
电子拉伸试验机
20
GB/T288-1987
应力σ=F/S0 N/mm2(MPa)
应变ε =△L/L0