中職《金屬加工與實(shí)訓(xùn)-基礎(chǔ)常識(shí)與技能訓(xùn)練》-第1章-金屬材料的力學(xué)性能課件

1、P.10 課件制作：重慶市涪陵區(qū)職教中心 數(shù)控組 胡云天全國中職機(jī)械類規(guī)劃新教材（高教版）基礎(chǔ)常識(shí)與技能訓(xùn)練 第1章 金屬材料的力學(xué)性能（第2版）金屬加工與實(shí)訓(xùn)P.10 課件制作：全國中職機(jī)械類規(guī)劃新任務(wù)描述第1章 金屬材料的力學(xué)性能P.10 本章主要介紹金屬材料力學(xué)性能指標(biāo)的分類、含義、使用范圍等內(nèi)容。在學(xué)習(xí)中,要注意以下幾個(gè)方面: 第一，要準(zhǔn)確理解有關(guān)名詞的定義；第二，要學(xué)會(huì)利用掌握的知識(shí)對(duì)日常生活中的現(xiàn)象進(jìn)行分析和思考，試一試能否用學(xué)到的理論知識(shí)對(duì)遇到的實(shí)際問題或現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)解釋。任務(wù)描述第1章 金屬材料的力學(xué)性能P.10 P.10第1章 金屬材料的力學(xué)性能 強(qiáng)度與塑性金屬材料的力學(xué)性能

2、力學(xué)性能的概念拉伸試驗(yàn)過程分析強(qiáng)度塑性硬 度布氏硬度 HB洛氏硬度 HR(C)維氏硬度 HV 韌 性沖擊試樣擺錘沖出試驗(yàn)溫度對(duì)吸收能量的影響疲勞強(qiáng)度疲勞現(xiàn)象疲勞強(qiáng)度本章知識(shí)結(jié)構(gòu)P.10第1章 金屬材料的力學(xué)性能 強(qiáng)度與塑性金屬材教學(xué)要求P.10 通過實(shí)驗(yàn)或采用多媒體等教學(xué)手段： （1）理解金屬材料的力學(xué)性能及強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性的概念； （2）了解金屬疲勞的現(xiàn)象。第1章 金屬材料的力學(xué)性能教學(xué)要求P.10 通過實(shí)驗(yàn)或采用多媒體等教學(xué)手段：第P.10第1章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料性能使用性能工藝性能 物理、化學(xué)性能力學(xué)性能 強(qiáng)度、塑性、硬度.金屬材料性能 金屬材料在給定外界條件下的抵抗能力

3、。 鑄、鍛、焊、切削加工.P.10第1章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料性能使用性能工藝性 力學(xué)性能：是指金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來的一系列性能指標(biāo)，又稱機(jī)械性能。 力學(xué)性能主要包括強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。P.10第一節(jié) 金屬材料的強(qiáng)度與塑性 一、 力學(xué)性能的概念 內(nèi)力：導(dǎo)致物體內(nèi)部之間產(chǎn)生的相互作用的力，單位 N ； 應(yīng)力：單位面積上的內(nèi)力 ； 應(yīng)變：由外力所引起的物體原始尺寸或形狀的相對(duì)變化。 金屬材料的力學(xué)性能, 是評(píng)定金屬材料質(zhì)量的主要依據(jù), 也是金屬構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)選材和進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的主要依據(jù)。 力學(xué)性能：是指金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來P.10第一節(jié) 金屬材料的強(qiáng)度與塑性 二、

4、 拉伸試驗(yàn)過程分析 圓形拉伸試樣圖 拉伸試驗(yàn): 強(qiáng)度指標(biāo)獲得的方法. 試樣、試驗(yàn)機(jī) 試驗(yàn)結(jié)果：拉伸曲線P.10第一節(jié) 金屬材料的強(qiáng)度與塑性 圓形拉伸試樣圖P.11第一節(jié) 金屬材料的強(qiáng)度與塑性 二、 拉伸試驗(yàn)過程分析 載荷F和伸長量L之間的關(guān)系曲線，稱為拉伸曲線。 曲線的幾個(gè)變形階段：彈性變形階段 屈服階段強(qiáng)化階段明顯塑性變形階段縮頸階段試樣發(fā)生斷裂 拉伸曲線P.11第一節(jié) 金屬材料的強(qiáng)度與塑性 載荷F和伸長量LP.11第一節(jié) 金屬材料的強(qiáng)度與塑性 三、 強(qiáng)度 1.屈服強(qiáng)度和規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度 屈服極限 表示在外力作用下，材料剛開始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最小應(yīng)力值，以 Re 表示，即: 屈服強(qiáng)度是工程技

5、術(shù)上重要的力學(xué)性能試驗(yàn)指標(biāo)之一,也是大多數(shù)機(jī)械零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。 強(qiáng)度 強(qiáng)度是指金屬材料在靜載荷作用下抵抗永久變形和斷裂的能力.P.11第一節(jié) 金屬材料的強(qiáng)度與塑性 1.屈服強(qiáng)度和P.11第一節(jié) 金屬材料的強(qiáng)度與塑性 三、 強(qiáng)度 殘余延伸強(qiáng)度 一些脆性材料（如高碳鋼、鑄鐵等）, 沒有明顯的屈服現(xiàn)象，可用殘余延伸強(qiáng)度來代替其屈服強(qiáng)度。 1.屈服強(qiáng)度和規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度P.11第一節(jié) 金屬材料的強(qiáng)度與塑性 殘余P.11第一節(jié) 金屬材料的強(qiáng)度與塑性 三、 強(qiáng)度 2.抗拉強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度也是工程技術(shù)上重要的力學(xué)性能試驗(yàn)指標(biāo)之一,是脆性材料（如鑄鐵等）零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。 抗拉強(qiáng)度是指拉伸試樣拉斷前所

6、承受的最大標(biāo)稱拉應(yīng)力,用符號(hào) Rm 表示。P.11第一節(jié) 金屬材料的強(qiáng)度與塑性 2.抗拉強(qiáng)度 P.11第一節(jié) 金屬材料的強(qiáng)度與塑性 四、 塑性 塑性是金屬在外力作用下，斷裂前產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力。 塑性指標(biāo)也由拉伸曲線試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，有斷后伸長率和斷面收縮率兩個(gè)指標(biāo)。 1. 斷后伸長率 試樣拉斷后標(biāo)距長度的伸長量與其原始標(biāo)距之比值的百分率，用符號(hào)A表示。 P.11第一節(jié) 金屬材料的強(qiáng)度與塑性 塑性P.11第一節(jié) 金屬材料的強(qiáng)度與塑性 四、 塑性 2.斷面收縮率 試件拉斷后斷口處（縮緊處）橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，用符號(hào) Z 表示。 材料的塑性表示材料在斷裂前能夠發(fā)生塑性

7、變形的程度，對(duì)材料的加工性能（如鍛壓性等）影響較大，通常要求機(jī)械零件除強(qiáng)度外，還要具有一定的塑性。 按材料的塑性不同，可把材料分為： 塑性材料：A 5%, 以低碳鋼為代表，還有金、銀、鋁合金、銅合金等。 脆性材料：A 5%, 以鑄鐵為代表，還有淬火鋼、形變鋁、純銅、黃銅等。P.11第一節(jié) 金屬材料的強(qiáng)度與塑性 2.斷面收縮率 P.14第二節(jié) 金屬材料的硬度 硬度是衡量軟硬程度的指標(biāo)，表示抵抗局部變形和破壞的能力，是重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一。 硬度指標(biāo)分類：洛氏硬度、布氏硬度和維氏硬度，其中應(yīng)用最廣泛的是洛氏硬度 HRC 和布氏硬度 HB。 硬度應(yīng)用廣泛：試驗(yàn)基本上不損傷工件,操作簡便、迅速,可直

8、接在工件上進(jìn)行測(cè)試；同時(shí), 硬度又是一項(xiàng)綜合力學(xué)性能指標(biāo), 硬度高低與強(qiáng)度和塑性相關(guān)；而且，硬度高低與零件耐磨性正相關(guān)；因此, 在零件圖上經(jīng)常標(biāo)注出各種硬度指標(biāo)作為技術(shù)要求。 試驗(yàn)方法：車間現(xiàn)場(chǎng)常用壓入法測(cè)定硬度，也有其它方法。P.14第二節(jié) 金屬材料的硬度 硬度是衡量軟硬程度的指標(biāo)，P.14第二節(jié) 金屬材料的硬度 一、 布氏硬度（HBW） 布氏硬度 其試驗(yàn)原理是用一定直徑的硬質(zhì)合金球, 以匹配的試驗(yàn)力壓入試樣表面, 保持規(guī)定的時(shí)間后, 卸除試驗(yàn)力,測(cè)量試樣表面的壓痕直徑 d, 然后根據(jù)壓痕直徑 d 計(jì)算其硬度值的方法。 布氏硬度指標(biāo) HBW 布氏硬度標(biāo)注 P.14第二節(jié) 金屬材料的硬度 布氏

9、硬度 其試驗(yàn)原理是用P.15第二節(jié) 金屬材料的硬度 一、 布氏硬度（HBW） 試驗(yàn)時(shí)金屬材料表面壓痕大, 能在較大范圍內(nèi)反映被測(cè)金屬材料的平均硬度, 測(cè)得的硬度值比較準(zhǔn)確, 數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 但由于壓痕較大, 對(duì)金屬表面的損傷較大, 不宜測(cè)定太小或太薄的試樣。 試驗(yàn)主要用于測(cè)定原材料的硬度, 如鑄鐵、非鐵金屬、經(jīng)退火處理或正火處理的金屬材料及其半成品。 布氏硬度試驗(yàn)的特點(diǎn) 布氏硬度應(yīng)用P.15第二節(jié) 金屬材料的硬度 試驗(yàn)時(shí)金屬P.15第二節(jié) 金屬材料的硬度 二、 洛氏硬度（HR） 洛氏硬度 其試驗(yàn)原理是將錐角為 120 的金剛石圓錐體或球(淬火鋼球或硬質(zhì)合金球)，分兩個(gè)步驟壓入試樣表面, 經(jīng)規(guī)定保持

10、時(shí)間后, 卸除主試驗(yàn)力,測(cè)量在初試驗(yàn)力下的殘余壓痕深度,根據(jù)試樣殘余壓痕深度增量來衡量試樣硬度的大小。 洛氏硬度指標(biāo) 有三個(gè)標(biāo)尺：HRA、HRB、HRC（多用） 洛氏硬度標(biāo)注 50HRC 如：淬火硬度 50HRC、刀具硬度 62HRCP.15第二節(jié) 金屬材料的硬度 洛氏硬度 其試驗(yàn)原理是將P.15第二節(jié) 金屬材料的硬度 二、 洛氏硬度（HR） 洛氏硬度試驗(yàn)特點(diǎn)： 洛氏硬度應(yīng)用： 硬度試驗(yàn)壓痕小，表面損傷小, 常用來直接檢驗(yàn)成品或半成品零件的硬度, 尤其是經(jīng)過淬火處理的零件, 常采用洛氏硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)試； 另外, 試驗(yàn)操作簡便,可直接從試驗(yàn)機(jī)上讀取硬度值。但是,由于壓痕小，硬度值的準(zhǔn)確性不如布氏硬

11、度高, 數(shù)據(jù)重復(fù)性差。因此, 在測(cè)試時(shí)要選取不同位置的三點(diǎn)測(cè)出硬度值, 將三點(diǎn)硬度的平均值作為被測(cè)金屬材料的洛氏硬度值。 洛氏硬度是生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種硬度試驗(yàn)方法，HRC 標(biāo)尺多用于測(cè)定淬火鋼、工具（刃具、量具、模具）的硬度。P.15第二節(jié) 金屬材料的硬度 洛氏硬度試P.16第二節(jié) 金屬材料的硬度 三、 維氏硬度（HV） 維氏硬度 維氏硬度的測(cè)定原理與布氏硬度的測(cè)定原理相似,用正四棱錐體金剛石作為壓頭,在規(guī)定試驗(yàn)作用下,壓入試樣表面,保持規(guī)定時(shí)間后,卸除試驗(yàn)力,用測(cè)微儀器測(cè)出壓痕的對(duì)角線長度, 查硬度值表即可得出維氏硬度值。 維氏硬度指標(biāo) HV5-1000，一個(gè)指標(biāo)從極軟到極硬拉通。 維氏硬

12、度標(biāo)注 如：640HV30 維氏硬度試驗(yàn)特點(diǎn)：維氏硬度試驗(yàn)法適用范圍寬, 從很軟的材料到很硬的材料都可以測(cè)量, 其測(cè)量結(jié)果精確可靠。但測(cè)取維氏硬度操作較麻煩，對(duì)試樣表面的質(zhì)量要求也高, 測(cè) 量效率較低。因此, 維氏硬度沒有布氏、洛氏硬度使用方便。 維氏硬度試驗(yàn)主要用于精密、極薄板、滲碳層深度以及科研實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)合。 P.16第二節(jié) 金屬材料的硬度 維氏硬度 維氏硬度P.17第三節(jié) 金屬材料的韌性 工作在沖擊載荷作用下的零件，如鍛錘的錘桿、沖床的沖頭等。這些零件除要求具備足夠的強(qiáng)度、塑性、硬度外,還應(yīng)有足夠的韌性。 韌性 是金屬材料在斷裂前吸收變形能量的能力。 沖擊試驗(yàn) 金屬材料韌性的大小通常采用

13、吸收能量 K(單位為焦耳)指標(biāo)來衡量,而測(cè)定金屬材料的吸收能量,通常采用夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法來測(cè)定。P.17第三節(jié) 金屬材料的韌性 工作在沖擊載P.17第三節(jié) 金屬材料的韌性一、夏比擺錘沖擊試樣 夏比擺錘沖擊試樣有 V 形缺口試樣和 U 形缺口試樣兩種 ，在試樣上開缺口的目的: 在缺口附近造成應(yīng)力集中, 并保證在缺口處發(fā)生斷裂, 以便正確測(cè)定金屬材料承受沖擊載荷的能力。 試樣安放 裝置示意圖 沖擊實(shí)驗(yàn)裝置示意圖二、夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)是在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。 韌性指標(biāo)：沖擊功 KV 2 = Epv1 Epv2 三、溫度對(duì)吸收能量的影響 冷脆現(xiàn)象：當(dāng)溫度越低時(shí)，金屬材料的

14、韌性下降，脆性就增大。P.17第三節(jié) 金屬材料的韌性一、夏比擺錘沖擊試樣 試樣安P.20第四節(jié) 金屬材料的疲勞強(qiáng)度 一、疲勞現(xiàn)象 循環(huán)（交變）應(yīng)力 疲勞現(xiàn)象 載荷的形式不僅有靜載荷、沖擊載荷, 還有循環(huán)載荷（循環(huán)應(yīng)力）。常見的循環(huán)應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力 ，其應(yīng)力的大小、方向都隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的應(yīng)力 。 部分機(jī)械零件(如軸、齒輪、彈簧等)是在循環(huán)應(yīng)力作用下工作的。零件在低于材料的屈服強(qiáng)度的循環(huán)應(yīng)力作用下,經(jīng)過一定工作時(shí)間后會(huì)發(fā)生突然斷裂, 這種現(xiàn)象稱為金屬材料的疲勞。注意：疲勞破壞不同于零件一次超載引起的強(qiáng)度破壞。P.20第四節(jié) 金屬材料的疲勞強(qiáng)度 循環(huán)P.20第四節(jié) 金屬材料的疲勞強(qiáng)度 一、疲勞現(xiàn)象 疲勞破壞的危害 疲勞斷口 疲勞斷口特征明顯，有疲勞源、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)（光滑、面積較大）、最后脆斷區(qū)（粗糙新斷，面積較小）。 在工作應(yīng)力低于正常值下發(fā)生突然斷裂，斷前無預(yù)兆，易造成嚴(yán)重事故。機(jī)器零件損壞中的 80% 是疲勞破壞。國家規(guī)定20年的轎車強(qiáng)制報(bào)廢，就有避免零件疲勞的原因。P.20第四節(jié) 金屬材料的疲勞強(qiáng)度 疲勞破P.20第四節(jié) 金屬材料的疲勞強(qiáng)度 二、疲勞強(qiáng)度 金屬材料在循環(huán)應(yīng)力作用下能經(jīng)受無限多次循環(huán)而不的最大應(yīng)力值稱為金屬材料的疲勞強(qiáng)度。 對(duì)結(jié)構(gòu)鋼，疲勞強(qiáng)度約為其抗拉強(qiáng)度的二分之一。 防止零件發(fā)生