《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》第09章-金屬材料的性能

第九章金屬材料的性能9.1金屬材料的力學(xué)性能9.2金屬材料的工藝性能第九章金屬材料的性能學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.掌握金屬材料的力學(xué)性能；2.掌握金屬材料的工藝性能。1.拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)是將預(yù)先制成的拉伸試樣裝在拉力試驗(yàn)機(jī)上，隨后對(duì)試樣緩慢施加拉力，使試樣隨拉力的逐漸增加而不斷變形，直至拉斷為止。拉伸試樣

拉伸曲線

應(yīng)力應(yīng)變曲線2.強(qiáng)度金屬材料抵抗變形直至斷裂的能力稱為強(qiáng)度，是材料最重要、最基本的力學(xué)性能指標(biāo)之一。1)彈性與彈性極限當(dāng)外加應(yīng)力σ小于時(shí)，試樣的變形能在卸載后立即消失，即試樣恢復(fù)原狀，這種不產(chǎn)生永久變形的性能稱為彈性。在應(yīng)力應(yīng)變圖上，彈性變形區(qū)最高應(yīng)力值稱為彈性極限，用σe表示。2)屈服極限一些材料的應(yīng)力應(yīng)變圖上存在一段水平的臺(tái)階，即應(yīng)力不增加而應(yīng)變繼續(xù)增加，這種現(xiàn)象稱為材料的屈服，或者稱為流動(dòng)。這時(shí)的應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力，用σS表示。σS=Fs/A0式中：Fs——屈服載荷；

A0——試樣的原始橫截面積。條件屈服極限σ0.2對(duì)于無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料如高碳鋼、鑄鐵等，測(cè)量屈服點(diǎn)很困難，工程上規(guī)定產(chǎn)生0.2%塑性應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值作為屈服應(yīng)力，稱為條件應(yīng)力，用σ0.2表示。σ0.2=F0.2/A0式中：F0.2——試樣標(biāo)距產(chǎn)生0.2%殘余伸長(zhǎng)時(shí)的載荷；

A0——試樣的原始橫截面積。3)強(qiáng)度極限σb使材料喪失承載能力的最大應(yīng)力稱為強(qiáng)度極限，用σb表示。抗拉強(qiáng)度是評(píng)定金屬材料強(qiáng)度的重要指標(biāo)之一。σb=Fb/A0式中：Fb——試樣在斷裂前所承受的最大載荷；

A0——試樣的原始橫截面積。3.塑性金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生變形而不破壞的能力為塑性。1)延伸率（斷后伸長(zhǎng)率）試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距的百分比稱為延伸率。

式中：L0——試樣原始標(biāo)距（mm）；L1——試樣拉斷后的標(biāo)距（mm）2)斷面收縮率斷面收縮率是指試樣拉斷后，頸縮處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。

金屬材料的延伸率δ和斷面收縮率ψ也是重要的機(jī)械性能指標(biāo)，其數(shù)值越大，表明材料的塑性越好，顯然金屬材料的塑性越好,其使用的安全可靠性越好。4.硬度金屬材料的硬度指其抵抗比其更硬的物體壓入或刻劃其表面的能力。硬度是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)。1)布氏硬度HB布氏硬度一般不用計(jì)算，只需用專用刻度放大鏡測(cè)出壓痕平均直徑d，根據(jù)該直徑的大小及試驗(yàn)條件，查布氏硬度數(shù)值表可直接得出相應(yīng)的布氏硬度數(shù)值。布氏硬度試驗(yàn)原理圖2)洛氏硬度HR實(shí)際測(cè)量時(shí)，可以從洛氏硬度計(jì)的刻度盤上直接讀出硬度值。刻度盤讀數(shù)愈大，材料硬度愈高，反之材料硬度愈低。洛氏硬度試驗(yàn)原理圖5.沖擊韌度機(jī)器中的許多零件工作時(shí)受到?jīng)_擊載荷使用（或載荷速度增加）時(shí)，其性能就不能用上述的靜載荷下的性能來衡量，而必須用抵抗沖擊載荷而不被破壞的能力來衡量，這種抵抗能力稱為沖擊韌度。式中：Ak——沖擊吸收功（J）S——試樣缺口底部橫截面積（cm2）ak——沖擊韌性（J/cm2）

沖擊試驗(yàn)原理圖6.疲勞強(qiáng)度機(jī)器中的許多零件工作時(shí)受到?jīng)_擊載荷使用（或載荷速度增加金屬材料在交變應(yīng)力作用下，雖其所受應(yīng)力值小于材料的但經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后雖無顯著外觀變化仍發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱疲勞斷裂。金屬材料抵抗疲勞斷裂的能力用疲勞強(qiáng)度（疲勞極限）表示。對(duì)于對(duì)稱循環(huán)交變應(yīng)力，用表示。金屬材料的工藝性能指材料被加工成零件的難易程度。包括：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能及切削加工性能等。1.鑄造性能鑄造是將熔化了的金屬液注入已經(jīng)制好的鑄型型腔，經(jīng)冷卻凝固后獲得所需鑄件的一種熱加工工藝方法。2.鍛造性能鍛造采用塑性較好的金屬材料，通過加熱，塑性變形獲得所需毛坯或零件的一種熱加工工藝方法，其特點(diǎn)是零件機(jī)械性能好。3.焊接性能焊接是通過加熱（加壓或不加壓）使兩塊分離的金屬結(jié)合成整體的一種熱加工工藝方法，其特點(diǎn)是可以小拼大，采用雙金屬結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)等。4.熱處理性能熱處理是將金屬材料加熱到固態(tài)下的不同溫度保溫一段時(shí)間，以不同的速度冷卻獲得所需晶體結(jié)構(gòu)及相應(yīng)性能的一種工藝方法。熱處理的方法有普通熱處理：淬火、回火、退火、正火。表面熱處理（只改變金屬表層的性能）。表面化