普通高等专科教育机电类规划教材：《机械工程学》课程电子教案（PPT课件，第4版）第十二章 机械工程材料

第十二章机械工程材料 用以制造各种机械零件的材料统称为机械工程材料。一般将 其分为两大类:金属材料和非金属材料

第十二章 机械工程材料 用以制造各种机械零件的材料统称为机械工程材料。一般将 其分为两大类：金属材料和非金属材料

第一节金属材料的主要性能 、金属材料的力学性能 弹性 金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢复其原来形 状的性能,称为弹性。这种随外力消失而消失的变形,称为弹性变形, 其大小与外力成正比。 金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度。一般的机械零 件都要求有较好的刚度。 强度 强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力。材料的强度可分为 抗拉、抗压、抗弯、抗扭和抗剪等强度。 为了测定金属材料的强度,广泛地采用拉伸试验。拉伸试验中, 施加在试棒(见图12-1)上的载荷F和试棒发生相应的伸长变形量AC 之间的关系曲线称为拉伸曲线

第一节 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能 1. 弹性 金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形 状的性能，称为弹性。这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形， 其大小与外力成正比。 金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度。一般的机械零 件都要求有较好的刚度。 2. 强度 强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力。材料的强度可分为 抗拉、抗压、抗弯、抗扭和抗剪等强度。 为了测定金属材料的强度，广泛地采用拉伸试验。拉伸试验中， 施加在试棒(见图12-1)上的载荷F 和试棒发生相应的伸长变形量⊿l 之间的关系曲线称为拉伸曲线

A Al b 图12-1拉伸试棒 a)标准试棒b)拉断后的试棒

图12-1 拉伸试棒 a) 标准试棒 b) 拉断后的试棒

图12-2为低碳钢拉伸曲线。 e △l 图12-2低碳钢拉伸曲线

图12-2为低碳钢拉伸曲线。 图12-2 低碳钢拉伸曲线

金属材料的强度指标以应力表示,即 0= F/A 式中-应力(N/mm或MPa) F载荷(N); A—试棒的横截面积(mm2) 拉伸曲线对应于F、F的应力分别称为材料的屈服点和抗拉强 度,它们是金属材料的主要强度指标

金属材料的强度指标以应力表示，即 σ= F / A 式中 σ——应力 (N／mm2或 MPa)； F——载荷 (N)； A——试棒的横截面积 (mm2)。 拉伸曲线对应于Fs、Fb的应力分别称为材料的屈服点和抗拉强 度，它们是金属材料的主要强度指标

3.塑性 塑性是材料在外力作用下产生永久变形(即塑性变形)而不 断裂的能力。常用的塑性指标有伸长率δ和断面收缩率(见图 12-1)。即 6=[(1-0)/01×100% b=[(A-A1)/A4×100% 式中l——试棒的原始标距长度(m); —试棒拉断后的标距长度(mm) A0—试棒的原始横截面积(mm2); A1试棒的断口横截面积(mm2)。 6或ψ愈大,表示材料的塑性愈好。良好的塑性是金属材料进 行压力加工的必要条件,机器零件通常都具备一定的塑性

3．塑性 塑性是材料在外力作用下产生永久变形（即塑性变形）而不 断裂的能力。常用的塑性指标有伸长率δ和断面收缩率ψ（见图 12-1）。即 δ=[( l 1 -- l 0 )/l 0 ] ×100% ψ=[(A0 -- A 1)/A0 ] ×100% 式中 l 0——试棒的原始标距长度 (mm)； l 1——试棒拉断后的标距长度 (mm)； A 0 ——试棒的原始横截面积 (mm2)； A 1——试棒的断口横截面积 (mm2)。 δ或ψ愈大，表示材料的塑性愈好。良好的塑性是金属材料进 行压力加工的必要条件，机器零件通常都具备一定的塑性

4.硬度 硬度是指金属材料抵抗更硬物体压入的能力。材料的硬度高, 其耐磨性就好。 工业生产中常用的是布氏硬度和洛氏硬度。 布氏硬度布氏硬度的测试原理如图12-3所示。它是以直 径为D的淬火钢球或硬质合金球作为压头,用规定的载荷F将压头 垂直压入被测材料表面,材料越软,压痕直径越大,则布氏硬度值 越低。 布氏硬度指标用符号HB表示。当用淬火钢球为压头时,写成HBS, 适用于测量布氏硬度值在450以下的金属材料;当用硬质合金球为压 头时,写成HBW,适用于测量布氏硬度值在450以上的金属材料。硬 度数值均标写在布氏硬度符号之前,例如230HBS、500HBW

4．硬度 硬度是指金属材料抵抗更硬物体压入的能力。材料的硬度高， 其耐磨性就好。 工业生产中常用的是布氏硬度和洛氏硬度。 (1) 布氏硬度 布氏硬度的测试原理如图12-3所示。它是以直 径为D 的淬火钢球或硬质合金球作为压头，用规定的载荷F 将压头 垂直压入被测材料表面，材料越软，压痕直径越大，则布氏硬度值 越低。 布氏硬度指标用符号HB表示。当用淬火钢球为压头时，写成HBS， 适用于测量布氏硬度值在450以下的金属材料；当用硬质合金球为压 头时，写成HBW，适用于测量布氏硬度值在450以上的金属材料。硬 度数值均标写在布氏硬度符号之前，例如230HBS、500HBW

压头 试样 图12-3布氏硬度的测试原理

图12-3 布氏硬度的测试原理

(2)洛氏硬度洛氏硬度的测试也是用规定的载荷将压头垂 直压入被测材料的表面,它以压痕深度来确定硬度值。有三种洛 氏硬度符号:HA、HRB和HRC。其中,HA用于表示特硬材料(如 硬质合金、渗碳钢件等);HRB用于表示较软材料(如供应状态的 钢材、铜合金、铝合金等);HRC用于表示较硬材料(如一般淬火 钢件)

(2) 洛氏硬度 洛氏硬度的测试也是用规定的载荷将压头垂 直压入被测材料的表面，它以压痕深度来确定硬度值。有三种洛 氏硬度符号：HRA、HRB和HRC。其中，HRA用于表示特硬材料 (如 硬质合金、渗碳钢件等)；HRB用于表示较软材料 (如供应状态的 钢材、铜合金、铝合金等)；HRC用于表示较硬材料 (如一般淬火 钢件)

5.冲击韧度 在冲击载荷作用下,金属材料抵抗破坏的能力称为冲击韧度, 其值以来表征。值越大,材料的韧性就越好。 6.疲劳强度 金属材料在无限次交变应力作用下而不破坏的最大应力称为疲 劳强度。当应力呈对称循环时,疲劳强度以符号a-表示。工程实 际中有规定,钢在经受107次、有色金属在经受10次交变应力作用 下不发生破坏时的应力作为材料的疲劳强度

5．冲击韧度 在冲击载荷作用下，金属材料抵抗破坏的能力称为冲击韧度， 其值以来表征。值越大，材料的韧性就越好。 6．疲劳强度 金属材料在无限次交变应力作用下而不破坏的最大应力称为疲 劳强度。当应力呈对称循环时，疲劳强度以符号σ-1表示。工程实 际中有规定，钢在经受107次、有色金属在经受108次交变应力作用 下不发生破坏时的应力作为材料的疲劳强度