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金属原料的力学功能

  

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  国家职业资格培训教材技能型人才培训用书 技能型人才培训用书 国家职业资格培训教材编审委员会 主编国家职业资格培训教材 国家职业资格培训教材 技能型人才培训用书 技能型人才培训用书 依据 制定的《国家职业标准》要求编写 培训学习目标 培训学习目标 掌握金属材料的力学性能;熟悉 金属材料的工艺性能;了解金属材料 的物理性能、化学性能。 第一章 第一章 金属材料的性能 金属材料的性能 第一章 金属材料的性能 第一节第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 一、强度 二、塑性 三、硬度 四、韧性 五、疲劳 第二节 第二节 金属材料的物理性能与化学性能 金属材料的物理性能与化学性能 一、金属材料的物理性能 二、金属材料的化学性能 第三节 第三节 金属材料的工艺性能 金属材料的工艺性能 一、铸造性能 二、压力加工性能 三、焊接性能 四、热处理性能 五、切削加工性能 复习思考题 复习思考题 第一章 第一章 金属材料的性能 金属材料的性能 第一章 金属材料的性能 使用性能 第一章 第一章 金属材料的性能 金属材料的性能 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能 工艺性能 保证零件的正常 工作应具备的性能, 即在使用过程中表现 出的性能,如力学性 能、物理性能、化学 性能等。 材料在被加工过程 中,适应各种冷热加工 的性能,如热处理性能、 铸造性能、锻压性能、 焊接性能、切削加工性 第一章金属材料的性能 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能是指在力的作用下所显示的与弹性和非弹 性反应相关或涉及应力-应变关系的性能,通俗地讲是指材料抵抗外力 引起的变形和破坏的能力。金属材料的力学性能主要有强度、塑性、 硬度、韧性、疲劳极限等。2019年固化剂市集调研及发达前景趋向预测 目次, 1.载荷 零件和工具在使用过程中所受的力按作用方式不同,可分为拉伸、 压缩、弯曲、剪切、扭转等,这种力又称为载荷。载荷分为静载荷与 动载荷。 (1)静载荷 力的大小不变或变化缓慢的载荷,如静拉力、静压力 (2)动载荷力的大小和方向随时间而发生改变,如冲击载荷、交变 载荷等。 第一章 金属材料的性能 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 2.应力 物体受外力作用后所导致物体内部之间的相互作用力称为内力,单 位面积上的内力,称为应力。 应力的计算公式为 3.变形金属在外力的作用下尺寸和形状的变化称为变形。 (1)弹性变形 去除外力后,物体的变形能完全恢复原状。 (2)塑性变形 当外力取消后,物体的变形不能完全恢复,而产生永 久变形。去除外力后,物体的变形能完全恢复原状。 式中σ——应力(MPa); F——内力(N); A——截面积(mm 第一章金属材料的性能 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 1.拉伸试样 一、强度 一、强度 材料在力的作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。 在机械制造中常通过拉伸试验测定材料的屈服强度和抗拉强度, 作为金属材料强度的主要判据。 拉伸试样的形状与尺寸取决于被测 试金属产品的形状和尺寸,试样的横截 面可以为圆形、矩形、多边形、环形等。 图1-1 圆形拉伸试样 常用的圆形拉伸试样的原始标距长 度(L0)与原始直径(d0)一般应符合 L0/d0=5(短试样),原始标距长度不小 于15mm;当试样横截面太小时,可采用 L0/d0=10(长试样),或采用非比例试 第一章金属材料的性能 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 2.拉伸曲线 拉伸试验中记录的拉伸力F与伸长量ΔL(某一拉伸力时试样的标距 长度与原始标距长度的差,ΔL=L1-L0)的关系曲线 拉伸曲线 a)低碳钢拉伸曲线 b)铸铁拉伸曲线 第一章 金属材料的性能 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 表1-1 金属材料强度与塑性的新、旧标准名称和符号对照 第一章 金属材料的性能 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 3.强度判据 强度测定一般用拉伸曲线上所对应某点的应力来表示。 (1)屈服点(σs) 金属材料出现屈服现象时,在试验期间产生塑性 变形而拉伸力不增加的应力点。亦表示材料发生明显塑性变形时的最低 应力值。 其计算公式为 Fs——发生屈服时的拉伸力(N),见图1-2a;A0——试样原始横截面积(mm 第一章金属材料的性能 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 (2)抗拉强度(σb)拉伸试验时,相应最大拉伸力时的应力。 亦表示材料能够承受的最大应力值。 其计算公式为 工程上把屈服点与抗拉强度的比值(σs/σb)称为屈强比,其值 越高,则强度的利用率越高,一般材料的屈强比以0.75为宜。 Fb——最大拉伸力(N),见图1-2a;A0——试样原始横截面积(mm 第一章金属材料的性能 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 二、塑性 二、塑性 塑性是金属在外力作用下能稳定地改变自身的形状和尺寸,而各质 点间的联系不被破坏的性能。 1.断后伸长率(δ) 断后标距的残余伸长量(L1-L0)与原始标距长度(L0)之比的百分 L0——试样原始标距长度(mm);L1——试样拉断后的标距长度(mm)。 第一章 金属材料的性能 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 2.断面收缩率(ψ) 试样拉断后横截面积的最大缩减量(A0-A1)与试样原始横截面积(A0)的百分比,即为断面收缩率。 其计算公式为 断后伸长率δ和断面收缩率ψ的数值越大,表明材料的塑性越好。 材料的塑性是决定其能否进行塑性加工的必要条件,塑性良好的金属可 进行各种塑性加工,同时使用安全性也较好。 第一章金属材料的性能 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 三、硬度 三、硬度 压入法测量 硬度常用的方法 布氏硬度洛氏硬度 维氏硬度 图1-3 压入法测量硬度 a)压入法测量示意图 b)三种常用硬度测量法 材料抵抗局部变形,特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。 第一章 金属材料的性能 布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV 压头选取 直径为D的淬火钢 球或硬质合金球 金刚石圆锥或淬火 相对面夹角为136度的金刚石正四棱 锥压头 压入方法 以相应的试验力F压入材料的表面(见图1-4a),经保 持规定时间后卸除试验力 硬度值 测量 用读数显微镜测量 残余压痕平均直径 d(见图1-4b), 用球冠形压痕单位 表面积上所受的压 力表示硬度值 用残余压痕深度增 量计算硬度值,实 际测量时可通过试 验机的表盘直接读 出洛氏硬度的数值 根据压痕两对角线 长度的算术平均值 来计算硬度,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 应用范围 测量组织抵大或组 织不均匀的材料 (如铸铁) 测量成品或较薄的 工件 测量较薄的材料和 渗碳、渗氮等表面 硬化层 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 图1-4 布氏硬度测量原理 a)压头压入材料表面 b)读数显微镜测量压痕直径 布氏硬度值分为HBS和HBW两种 (1)HBS: (2)HBW: 表示用淬火钢球 压头测量的布氏硬度 值,用于测量硬度值 小于450HBS的材料。 表示用硬质合 金压头测量的布氏 硬度值,用于测量 硬度值为450~ 650HBW的材料。 第一章 金属材料的性能 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 表1-2 常用洛氏硬度的试验条件、硬度范围和应用举例 第一章 金属材料的性能 四、韧性 四、韧性 金属在断裂前吸收变形能量的能力,即抵抗冲击破坏的能力。韧 性的主要判据是冲击吸收功。冲击吸收功越大,材料承受冲击的能 力越强。 1.冲击吸收功(AK) 冲击吸收功可通过一次摆锤 冲击试验来测量。 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 图1-5 摆锤式冲击试验原理 第一章 金属材料的性能 试样在一次冲击试验力作用下,断裂时所吸收的功称为冲击吸收功, 用AKV(或AKU)表示,单位为J。 mgmgh mgH 第一节第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 冲击韧度是指冲击试样缺口底部单位横截面积上的冲击吸收功,用aK表示,单位为J/cm。 第一章金属材料的性能 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 2.韧脆转变温度 一般金属材料 的冲击吸收功随温 度的下降而降低, 即在高温下表现出 较好的韧性,而在 低温下则显得较脆。 3.小能量多次冲击试验的概念 图1-6 韧脆转变温度示意图 第一章 金属材料的性能 五、疲劳 五、疲劳 1.疲劳现象 材料在循环应力和交变应力作用下,尽管零件所受的应力低于屈 服点,但经过较长时间的工作后,在一处或几处产生局部永久性累积损 伤,经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂,这种现象称为 疲劳。 2.疲劳极限(σ-1) 循环应力越小,则断裂时的循环次数越大,当循环应力低于某一 值时,试样可经受无限次的循环而不破坏,此应力称为疲劳极限,用 σ-1表示。 机械零件失效约 60%~70%属于疲劳破坏 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 第一章 金属材料的性能 图1-7 钢铁材料的疲劳曲线.提高疲劳极限途径 疲劳极限σ-1与材料的抗拉强度σb存在一定的经验关系,一般对 抗拉强度σb低于1 400MPa的钢材,其疲劳极限σ-1(0.4~0.6)σb。 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 第一章 金属材料的性能 强度、硬度、塑性、韧性等是金属材料的常用力学性能判据 第一节 第一节 金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 表1-4 常用力学性能判据及含义 第一章金属材料的性能 第二节 第二节 金属材料的物理性能与化学性能 金属材料的物理性能与化学性能 一、金属材料的物理性能 一、金属材料的物理性能 物理性能是指材料固有的属性,金属材料的物理性能包括熔点、 密度、电性能、热性能、磁性能等。 1.密度 密度是指在一定温度下单位体积物质的质量,其表达式为 m——物质的质量(g);V——物质的体积(cm 第一章金属材料的性能 2.熔点 熔点是材料从固态转变为液态的温度。金属等晶体材料一般具有 固定的熔点,而高分子材料等非晶体材料一般没有固定的熔点。 第二节 第二节 金属材料的物理性能与化学性能 金属材料的物理性能与化学性能 钨、钼等金属具有高的熔点 3.电性能 描述材料电性能的物理量有电阻率ρ和电导率σ。电阻率ρ表 示单位长度、单位截面积的电阻值,其单位为Ωm。电导率σ为电阻 率的倒数,单位为Ω 银的导电性最好,铜与铝次之第一章 金属材料的性能 4.热性能 第二节 第二节 金属材料的物理性能与化学性能 金属材料的物理性能与化学性能 (1)热导率 用热导率λ表示金属导热性能,含义是在单位厚度金 属、温差为1时,每秒钟从单位截面通过的热量,单 位是W/(mK)。金属越纯,导热性越好。 (2)热膨胀性 材料随温度的改变而出现体积变化的现象。用线[膨] 胀系数α来表示热膨胀性,含义是温度上升1时,单 位长度的伸长量,单位是1/。 5.磁性 磁性能可分为非铁磁性物质和铁磁性物质。非铁磁性物质不能 被磁化。铁磁性物质在外磁场强度(H)的作用下产生很大的磁感应强 银、铜的导热性最好,铝次之Al、Cu Fe、Ni、Co 第一章 金属材料的性能 图1-8 铁磁性材料的磁化和退磁曲线 第二节 第二节 金属材料的物理性能与化学性能 金属材料的物理性能与化学性能 第一章 金属材料的性能 第二节 第二节 金属材料的物理性能与化学性能 金属材料的物理性能与化学性能 二、金属材料的化学性能 二、金属材料的化学性能 材料抵抗各种化学介质作用的能力,包括耐腐蚀性和高温抗氧化 1.耐腐蚀性金属材料在常温下抵抗氧、水及其他化学物质腐蚀破坏的能力称 为耐腐蚀性。 金属的腐蚀现象随处可见,如铁生红锈、铜生绿锈、铝生白点等。 2.高温抗氧化性 高温下使用的工件,要求材料具有高温抗氧化的能力。 第一章 金属材料的性能 第三节 第三节 金属材料的工艺性能 金属材料的工艺性能 金属的工艺性能主要有铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加 工性能、热处理性能。 一、铸造性能 一、铸造性能 铸造是指将熔化后的金属液浇入铸型中,待凝固、冷却后获得具 有一定形状和性能铸件的成形方法。铸造是获得零件毛坯的主要方法 之一。金属的流动性越好,收缩率越小,表明铸造性能越好。 (1)流动性 金属液本身的流动能力,流动性的好坏影响到金属液的 充型能力。 (2)收缩性 铸造合金从液态凝固和冷却至室温过程中产生的体积和 尺寸的缩减。 第一章 金属材料的性能 二、压力加工性能 二、压力加工性能 压力加工方法有锻造、轧制、挤压、拉拔、冲压等。利用压力 使金属产生塑性变形,使其改变形状、尺寸和改善性能,获得型材、 棒材、板材、线材或锻压件的加工方法。 金属的压力加工性能主要决定于塑性和变形抗力。塑性越好,变 形抗力越小,金属的压力加工性能就越好。 三、焊接性能 三、焊接性能 通过加热或加压,或两者并用,并且用或不用填充材料,使工件 达到结合的一种方法。 焊接性能是材料在限定的施工条件下焊接成规定设计要求的构件, 并满足预定工作要求的能力。 第三节 第三节 金属材料的工艺性能 金属材料的工艺性能 第一章 金属材料的性能 在一定的焊接工艺条件下,能否获得优质、无 缺陷的焊接接头的能力。 焊接接头或整体结构满 足技术要求所规定的各 种使用性能的程度,包 括力学性能及耐热、耐 蚀等特殊性能。 四、热处理性能 四、热处理性能 五、切削加工性能 五、切削加工性能 热处理是通过对固态下的材料进行加热、保温、冷却,从而获得 所需要的组织和性能的工艺。 材料接受各种切削加工的难易程度。 影响切削加工性能的主要因素是材料的硬度和组织状况,通常材 料的硬度在170~230HBS时较容易加工。 第三节 第三节 金属材料的工艺性能 金属材料的工艺性能 复习思考题 复习思考题 第一章 金属材料的性能 1.材料的使用性能与工艺性能有何区别? 2.金属常用的力学性能判据有哪些? 3.拉伸试验能测量哪些力学性能指标? 4.常用的硬度测量方法有哪些? 5.为什么铸铁等组织粗大的材料要用布氏硬度测量法? 6.为什么一般冲击试验要强调测量时环境的温度? 7.什么叫疲劳现象?疲劳断裂有何特征? 8.为什么飞机等要求质轻的构件采用密度小的材料? 9.举例说明高熔点的金属和低熔点的金属各有何用途? 10.材料的工艺性能有何意义? 11.常用的工艺性能有哪些? 复习思考题 复习思考题 第一章 金属材料的性能 1-3 低碳钢做成的d0 10mm的圆形短试样经拉伸试验, 得到如下数据: Fs 21100N,Fb 65mm,d0 6mm。试求低碳钢的σs、σb、δ5、ψ。

本站文章于2019-11-09 09:45,互联网采集,如有侵权请发邮件联系我们,我们在第一时间删除。 转载请注明:金属原料的力学功能

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