機械制造工程

第一篇工程材料一、材料的分類二、材料的應(yīng)用情況；三、材料的重要性。概述第一章金屬材料的性能教學(xué)目的與要求：1.了解材料性能的分類。2.掌握性能參數(shù)的獲得方法。3.掌握金屬材料常用性能指標(biāo)的名稱、代表符號、單位、數(shù)值含義。教學(xué)內(nèi)容：

1.材料性能與應(yīng)用的關(guān)系。

2.性能的分類。

3.常用機械性能指標(biāo)的基本概念。

4.常用機械性能參數(shù)的測試方法。

5.拉伸，沖擊，硬度實驗。重點、難點：重點：常用機械性能指標(biāo)的名詞、代表符號、單位、數(shù)值含義。難點：常用機械性能參數(shù)的測試原理。概述第一節(jié)金屬材料的機械性能定義:表示材料承受外力作用的能力，又稱為力學(xué)性能。最常見實驗有:拉伸實驗、硬度實驗和沖擊實驗。四大項性能指標(biāo):強度、硬度、塑性和韌性。學(xué)習(xí)思路:定義、符號、單位、數(shù)值含義。一、強度拉伸試驗試樣：圖中d0和l0分別為試樣在拉伸前的計算直徑和計算長度，d和l分別為試樣在拉斷后的斷口直徑和計算長度。標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣示意圖

拉伸試驗設(shè)備：拉伸試驗機kbb—極限載荷點力學(xué)拉伸試驗過程Fee—彈性極限點sS—屈服點K—斷裂點拉伸曲線FFL應(yīng)力—應(yīng)變曲線縮頸o拉伸試驗的現(xiàn)場錄像

根據(jù)拉伸試驗研究表明，低碳鋼在外加載荷作用下的變形過程可分為三個階段，即彈性變形階段、塑性變形階段和斷裂階段。應(yīng)力—應(yīng)變曲線的動畫過程3、屈服強度（屈服極限）概念：材料抵抗應(yīng)力作用下，開始發(fā)生明顯塑性變形，拉力不增加，應(yīng)變增加，產(chǎn)生屈服現(xiàn)象的最小應(yīng)力值稱為屈服強度。單位：MPa（N/mm2）;表示符號：σs它表征了材料抵抗微量塑性變形的能力。屈服強度——是塑性材料選材和評定的依據(jù)。***條件屈服強度概念：某些材料（鑄鐵等）在做拉伸曲線時和低碳鋼不一樣，并沒有明顯的屈服現(xiàn)象(低碳鋼和鑄鐵的應(yīng)力——應(yīng)變曲線比較)。鑒于這種情況，我們?nèi)藶榈膶ｉT規(guī)定，把當(dāng)試樣產(chǎn)生的殘余塑性變形量為標(biāo)距長度的0.2%時所對應(yīng)的應(yīng)力值(σ0.2)定為該材料的屈服強度（條件屈服強度）。單位：MPa(N/mm2);表示符號：σ0.2實際意義：一些工程零件(如緊固螺栓)在使用時是不允許發(fā)生塑性變形的，因此屈服強度是工程設(shè)計與選材的重要依據(jù)之一。低碳鋼和鑄鐵的應(yīng)力——應(yīng)變曲線比較疲勞極限獲得方法：通過旋轉(zhuǎn)彎曲試驗方法3、條件疲勞極限

對于鋼鐵材料，取N=107的循環(huán)周次所對應(yīng)的最大應(yīng)力為它的σ-1。對于大多數(shù)非鐵金屬及其合金的疲勞曲線上沒有水平直線部分。示意圖這種情況要根據(jù)零件的工作條件及使用壽命確定一個疲勞極限的循環(huán)周次，并以此所對應(yīng)的應(yīng)力σN作為疲勞極限，亦稱條件疲勞極限。一般規(guī)定：鑄鐵取N=107次，非鐵金屬取N=108次；金屬的疲勞曲線二、塑性（一）布什硬度如圖所示：布氏硬度測試原理圖HBS(HBW)=P/F=0.102式中：P和F分別是載荷和壓痕面積。

三、硬度概念：硬度是指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，是衡量金屬軟硬的判據(jù)。常用方法：通常用布氏硬度、洛氏硬度等來表示材料的硬度。布什硬度的表示方法硬度值的標(biāo)注方法如下：硬度值

硬度代號

壓頭直徑D/載荷P/保荷時間T如：150HBS10/3000/30500HBW5/750表示用直徑10mm的淬火鋼球壓頭，在3000kgf載荷作用下保荷時間為30秒所測得的布氏硬度值為150。表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球在750kgf載荷作用下保荷時間為10~15秒所測得的布氏硬度值為500。（二）洛氏硬度如圖所示為洛氏硬度測試原理圖。HR=K-e/0.002式中：HR為洛氏硬度代號；K為常數(shù)，當(dāng)采用金剛石圓錐壓頭時K=100，用淬鋼球壓頭時K=130。

洛氏硬度測試現(xiàn)場錄像洛氏硬度的表示方法

硬度值

硬度代號如：60HRC表示用金剛石圓錐壓頭，載荷為150kgf所測得的硬度值為60。（三）布氏硬度與洛氏硬度的比較與選用共同點與不同點布什硬度和洛氏硬度特點比較：1、測定準(zhǔn)確性布什大于洛氏2、測量范圍洛什大于布氏3、測量效率洛什大于布氏4、應(yīng)用對象布什硬度：主要用于原材料、毛坯和半成品的硬度的單件、小批測量。不適合于測量厚度太小和成品零件的硬度。洛氏硬度：不僅可以用于測量原材料、毛坯和半成品的硬度，也可以用于測量成品的硬度，不僅可以用于單件、小批測量，也可以用于大批量測量。四、沖擊韌度概念：沖擊韌度表示材料抵抗沖擊載荷作用的能力，并以沖斷試樣每單位面積所消耗的功來表示。αk=Ak/F=G(H-h)/F(J/m2)第二節(jié)金屬的物理性能和化學(xué)性能一、物理性能

1.導(dǎo)熱性常用導(dǎo)熱系數(shù)λ來評價，λ值愈大，導(dǎo)熱性愈好，它對加工和使用都有很大的影響。2.熱脹冷縮性用線膨脹系數(shù)或體積膨脹系數(shù)來評價。線膨脹系數(shù)或體積膨脹系數(shù)愈大，材料的尺寸或體積隨溫度升高而增大愈多，隨溫度降低而減少愈多，不僅對零件的使用有很大影響，而且影響零件的加工。二、化學(xué)性能

化學(xué)性能是指金屬在室溫或者高溫抵抗各種介質(zhì)化學(xué)作用的能力，即化學(xué)穩(wěn)定性。1.抗氧化性

2.抗腐蝕性本章小節(jié)

本章的主要內(nèi)容為三個實驗：拉伸實驗、硬度測試、沖擊實驗；通過三個實驗可以掌握材料主要性能指標(biāo)：強度、硬度、塑性、韌性的基本概念、單位及其獲得方法。通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)了解材料性能的分類、掌握性能參數(shù)的獲得方法以及金屬材料常用性能指標(biāo)的名稱、代表符號、單位、數(shù)值含義。