机械工程基础 教学课件 作者 曹志锡 第二章 工程材料及钢的热处理.pptVIP

第二章 工程材料及钢的热处理 材料是人类社会发展的重要物质基础，也是现代科学技术和生产发展的重要支柱之一。工程材料通常可分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料四大类。在现代工业中，特别是在各种机械设备中，目前应用最多、最广的仍然是金属材料，约占整个用材的80％～90％。 金属材料得各种性能取决于它的内部组织结构。因此，在选用金属材料时，必须熟悉金属材料内部组织与性能之间的关系及其相互的影响，才能根据零件的技术要求正确选用所需要的金属材料。 第二章 工程材料及钢的热处理 第一节 金属材料的性能 在机械工业中，金属材料获得广泛的应用，这是由于金属材料具有各种性能。金属材料的性能包含两类：一是使用性能；二是工艺性能。使用性能是指各个零件或构件在正常工作时金属材料应具备的性能，它决定了金属材料的应用范围，使用的可靠性和寿命。金属材料的使用性能包括力学性能（机械性能）、物理性能和化学性能；工艺性能是指金属材料在加工过程中对各种加工方法（铸造、锻造、焊接、切削加工等）的适应性，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。 第二章 工程材料及钢的热处理 一、金属材料的力学性能 金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性，如：强度、塑性、弹性、硬度、韧性、疲劳、蠕变等。力学性能指标反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，是设计金属构件和金属零件选材和进行强度计算的主要依据。 1. 强度 金属材料在静载荷作用下抵抗永久塑性变形和断裂的能力，称为强度。由于载荷方式不同，材料所表现出的强度也不同，其主要有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。上述强度指标可以通过材料的相应试验而测得。这些试验中，金属材料的拉伸试验应用较广，它可以测定金属材料的抗拉强度、刚度、弹性及塑性等指标。下面简要介绍拉伸曲线及由此得出的材料性能指标。 第二章 工程材料及钢的热处理 试验前，将金属材料制成具有一定形状和尺寸的标准试样（拉伸试样）。常用的试样截面为圆形，称为圆形拉伸试样（如图2-1所示），图中d0为试样的原始直径，l0为试样的原始标距。 试验时，将标准试样装夹在 拉伸试验机上，缓慢加载。随 着载荷的不断增加，试样的伸 长量逐渐增大，直至试样拉断 为止。然后将所加载荷与试样 的相应伸长量画在以载荷F为纵坐标、伸长量Δl为横坐标的坐标图上，便得到拉伸曲线，如图2-2所示。 第二章 工程材料及钢的热处理 第二章 工程材料及钢的热处理 Op段为一条直线，说明材料拉伸变形量Δl与拉力F成正比关系，完全符合虎克定律。在此拉力和变形范围内去除拉力，材料能恢复到原来的尺寸和形状，属弹性变形阶段。 pe段载荷与伸长量已不成正比关系，成为伸长量比载荷量增加得快的曲线，但此时变形仍属弹性变形阶段。 过了e点，开始有塑性变形产生，其后曲线呈现了水平或锯齿形，说明载荷不增加，伸长量却继续增加。去除载荷后，材料已不能恢复原状，此种变形称为塑性变形，该阶段称为屈服阶段。 sb段，在该区间若要使试样继续增长，则载荷也得继续增加，这说明经过屈服阶段后，材料的变形抗力增加，直至b点时，试样某处横截面将发生明显的收缩变形，出现了“缩颈”现象，此时的载荷达到金属材料所能抵抗破坏的最大载荷，该阶段称为强化阶段。 bk段，当试样伸长量超过b点后，随着试样某处截面的缩小，材料的变形抗力逐渐减小，最后在k点拉断。 第二章 工程材料及钢的热处理 对于同样的材料，这种以纵坐标表示拉力 ，以横坐标表示绝对伸长量 的图线，将随着试件的尺寸的改变而不同。为了消除试件尺寸的影响，常以轴向拉力 除以试样原始横截面积 （即拉应力 ）作为纵坐标；以绝对伸长量 除以试样的原始长度 （即应变 ）作为横坐标，绘成应力―应变图。图2-3为低碳钢的应力-应变曲线示意图。 把试样承受的载荷除以试样的原始横截面积A0，则得到试样所受的应力σ，即:σ=F/S0 （2-1） 把试样的伸长量除以试样的原始标距长度l0，则得到试样所受的应变ε，即:ε=Δl/l0 （2-2） 弹性极限σe是指材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力，它可按下式计算：σe=Fe/ S0 （2-3） 式中，Fe—试样产生完全弹性变形时的最大载荷；S0—试样的原始横截面面积。 第二章 工程材料