材料的力學(xué)性能

1、材料的力學(xué)性能材料是機(jī)械產(chǎn)品制造所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料的力學(xué)性能包括使用性能和工藝性能。使用性能:是指材料在使用過程中表現(xiàn)出來的性能，它包括力學(xué)性能和物理、化學(xué)性能等。工藝性能：是指材料對各種加工工藝適應(yīng)的能力，它包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理工藝性能等。切削加工的過程一般在常溫下，在不改變材料物理、化學(xué)性能的前提下，去除材料上多余金屬，使之成為成品的過程。材料的力學(xué)性能是指材料在外力作用下所表現(xiàn)的抵抗能力。材料的力學(xué)性能是確定材料切削加工方案的主要依據(jù)。1.1材料的強(qiáng)度強(qiáng)度是指金屬材料在靜載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。強(qiáng)度指標(biāo)一般用單位面積所承受的載荷即力表示，符號

2、為O，單位為MPa。工程中常用的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度是指金屬材料在外力作用下，產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的應(yīng)力，或開始出現(xiàn)塑性變形時的最低應(yīng)力值，用Os表示?？估瓘?qiáng)度是指金屬材料在拉力的作用下，被拉斷前所能承受的最大應(yīng)力值，用Ob表示。對于大多數(shù)機(jī)械零件，工作時不允許產(chǎn)生塑性變形，所以屈服強(qiáng)度是零件強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)；對于因斷裂而失效的零件，而用抗拉強(qiáng)度作為其強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)。結(jié)論一：在切削加工中，假定其他條件不變，則隨著被加工材料強(qiáng)度極限（或彈性模量）的增大，切削力也隨之增大，機(jī)床負(fù)荷增加。而且在工件安裝方面，注意要有足夠的夾緊力。2材料的塑性塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不斷裂

3、的能力。工程中常用的塑性指標(biāo)有伸長率和斷面收縮率。（1）伸長率AA二（L1-L0）/L0X100%式中：L0試樣原標(biāo)距的長度（mm）L1試樣拉斷后的標(biāo)距長度（mm）（2）斷面收縮率屮斷面收縮率是指試樣拉斷后斷面處橫截面積的相對收縮值。屮=（A0-A1）/AOX100%式中：A0一試樣的原始截面積（mm2）A1一試樣斷面處的最小截面積（mm2）伸長率和斷面收縮率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。良好的塑性是金屬材料進(jìn)行壓力加工的必要條件，也是保證機(jī)械零件工作安全，不發(fā)生突然脆斷的必要條件。（一般把AV5%的材料稱為脆性材料；把A25%的材料稱為塑性材料。）結(jié)論二：在切削加工中，假定其他條件不變，

4、則以被加工材料斷后伸長率5%為界，區(qū)別材料是塑性材料還是脆性材料，其結(jié)果是采用的加工方法和使用的刀具發(fā)生相應(yīng)變化。加工中切屑情況也有不同，即脆性材料切屑多為碎顆粒；而塑性材料的切屑多為條狀或帶狀。特別是塑性材料，材料的斷后伸長率A值越大，越不容易斷屑，給加工帶來困難和危險。1.3材料的硬度硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物體壓入的能力。硬度是材料的重要力學(xué)性能指標(biāo)。一般材料的硬度越高，其耐磨性越好。材料的強(qiáng)度越高，塑性變形抗力越大，硬度值也越高。金屬材料的硬度可用專門儀器來測試，常用的有布氏硬度機(jī)、洛氏硬度機(jī)等。（1）布氏硬度：HBS表示用淬火鋼球作為壓頭測出的硬度值。HBW表示用硬質(zhì)合金球作為

5、壓頭測出的硬度值。（2）洛氏硬度試驗(yàn)時，先加初試驗(yàn)力，然后加主試驗(yàn)力，壓入試樣表面之后，去除主試驗(yàn)力，在保留初試驗(yàn)力的情況下，根據(jù)試樣殘余壓痕深度增量來衡量試樣的硬度大小。布氏硬度與洛氏硬度的特點(diǎn)比較布氏硬度的特點(diǎn)：1）布氏硬度因壓痕面積較大，HB值的代表性較全面，而且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性也好，但由于淬火鋼球本身的變形問題，不能試驗(yàn)太硬的材料，一般在HB450以上的就不能使用。2）由于壓痕較大，成品檢驗(yàn)也有困難。3）通常用于測定鑄鐵、有色金屬、低合金結(jié)構(gòu)鋼等材料的硬度。洛氏硬度的特點(diǎn)：1）洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料,而且壓痕很小，幾乎不損傷工件表面，故在鋼件熱處理質(zhì)量檢查中應(yīng)用最多。2）但

6、洛氏硬度由于壓痕較小，硬度代表性就差些，如果材料中有偏析或組織不均的情況，則所測硬度值的重復(fù)性也差結(jié)論三：由于硬度是材料抵抗硬物體壓入的能力，故在切削加工中，刀具的硬度與工件硬度相比，其差值越大，切削越容易，否則刀具就容易磨損。特別是在微量加工時，有可能切不進(jìn)去。所以保持刀具與工件有較高的硬度差，對加工十分有利。結(jié)論四：在測試工件硬度時，應(yīng)按圖樣上給定的硬度符號，采取相應(yīng)的硬度計(jì)和測試壓頭進(jìn)行測試。1.4材料的疲勞強(qiáng)度工程上一些機(jī)件工作時受交變應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)力作用，即使工作應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過一定循環(huán)周次后仍會發(fā)生斷裂,這樣的斷裂現(xiàn)象稱之為疲勞。零件的疲勞斷裂過程可分為裂紋產(chǎn)生、裂紋擴(kuò)展和瞬間斷裂三個階段。疲勞強(qiáng)度的概念金屬材料在無數(shù)次重復(fù)或交變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，叫做疲勞強(qiáng)度。材料的疲勞強(qiáng)度通常在旋轉(zhuǎn)對稱彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上測定。結(jié)論五：在切削加工中，減小加工表面的表面粗糙度值有利于提高零件的抗疲勞能力，此外，為減少產(chǎn)生應(yīng)力集中的情況，工藝人員在審核圖樣時，應(yīng)從結(jié)構(gòu)工藝性上加以考慮。1.5材料的特殊力學(xué)性能在某些表面強(qiáng)化結(jié)構(gòu)鋼，具有一些特殊的力學(xué)性能，如工具鋼、軸承鋼等具有高耐磨性的耐磨鋼，在受到強(qiáng)烈沖擊載荷或高溫壓力的作用下，發(fā)生表面硬化的現(xiàn)象，而且沖擊作用越大，這種表面硬