汽车机械基础第二金属材料与热处理基础.pdf

第二章 金属材料与热处理基础 第二章 金属材料与热处理基础 第二章 金属材料与热处理基础 学习目的： 学习目的： 通过本章的学习具备所必需的汽车所使用的金属材料基本知 识。 学习要求： 学习要求： 掌握金属的力学性能指标及常用数据。 掌握钢的热处理的基本知识及常用的热处理方法、工艺特点和 应用范围。 掌握常用的机械工程材料类型、牌号、力学性能及用途。 初步具有选择工程材料的能力。 第一节 金属的力学性能 材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出来的特性。力学 性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧度及疲劳强度等。 一、强度 一、强度 强度是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。 强度指标一般可以通过金属拉伸试验来测定。把标准试样装夹在 试验机上，然后对试样缓慢施加拉力，使之不断变形直到拉断为止。 在此过程中，试验机能自动绘制出载荷F和试样变形量AL的关系曲线。 此曲线叫做拉伸曲线。 1．拉伸曲线 1．拉伸曲线 图2-1为低碳钢的拉伸曲线，图中纵坐标表示载荷单位为N；横坐 标表示绝对伸长量△L，单位为mm。 从图2-1中可以看出下面几个变形阶段： （1）Oe———弹性变形阶段 （2）es———屈服阶段 （3）sb———强化阶段 （4）bk———缩颈阶段 2．强度指标 2．强度指标 材料受到外力作用会发生变形，同时在材料内部产生一个抵抗变形 的力称为内力。单位面积上的内力称为应力，单位为Pa（帕），即N/m2 工程上常用MPa(兆帕)，1MPa=106pa，或1Pa=1N/m2，或1MPa=1N/mm2。 （1）屈服点σs材料产生屈服时的最小应力。单位为MPa。 Fs/AO （2-1） σs= 式中，Fs是屈服时的最小载荷(N)；A0是试样原始截面积。 对于无明显屈服现象的金属材料（如高碳钢、铸铁），测量屈服点 很困难，工程上经常采用残余伸长为0.2％原长时的应力σ0.2作为屈服 强度指标，称为规定残余伸长应力。 F0.2/AO （2-2） σ0.2= （2）抗拉强度σb材料在拉断前所承受的最大应力，单位为MPa。 抗拉强度表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力，也是设计机械零件和 选材的主要依据。 σb= Fb/AO （2-3） 式中，Fb是试样断裂前所承受的最大载荷（N）。 二、塑性 二、塑性 金属材料在载荷的作用下，产生塑性变形而不断裂的能力称为塑 性。通过拉伸试验测得 的常用塑性指标有：断后伸长率和断面收缩 率。 1．断后伸长率 δ 1．断后伸长率 δ 试样拉断后的标距伸长量和原始标距之比 δ=(L1—L0)/L0×100％ （2-4） 式中，L1试样原始标距长度。L0试样拉断后的标距长度。 2．断面收缩率ψ 2．断面收缩率ψ 试样拉断处ψ=×100％横截面积的缩减量与原始横截面积之比 ψ= =(A0—A1)/AO ×100％ （2-5） 式中，Ao是试样的原始横截面积；A．是试样断口处的横截面积。 三、硬度 三、硬度 硬度是指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。 常用来测定硬度的方法有布氏硬度试验法和洛氏硬度试验法。 1．布氏硬度试验法 1．布氏硬度试验法 如图2-2所示采用 直径为D的淬火钢球或 硬质合金球，在规定载 荷F的作用下，压入被 测金属表面，保持一 定时间后卸除载荷，测 定压痕直径，求出压痕 球形的表面积，压痕单 位表面积上所承受的平 均压力（F/A）即为布 氏硬度值，压头为淬火 钢球时用HBS表示，压 头为硬质合金球用时 HBW表示。例如120HBS， 450HBW。 2．洛氏硬度试验法 2