《汽车材料》第一章-前言、金属材料的力学性能

《汽车材料》第一章金属材料的力学性能第二章黑色金属（钢铁材料）第三章有色金属及其合金第四章典型汽车零件金属材料的选用《汽车材料》目录第五章汽车常用非金属材料第六章汽车燃料第七章汽车润滑材料第八章汽车工作油液本书是根据教育部新颁发的《中等职业学校汽车运用与维修专业教学指导方案》，为了适应技工学校汽车专业主干课程汽车材料的教学基本要求，并参照有关行业职业技能鉴定规范及中级工、高级工等级考核标准编写的，适用于技工或职业学校汽车专业，也可作为相关行业岗位培训参考用书。根据高技能人才培养目标，本教材紧扣汽车运用与维修专业的特点，一够用为度，适用为主，应用为本，注重理论与实践紧密结合，教材中尽可能体现了汽车材料方面的新知识、新技术、新工艺和新材料，使学生毕业后能适应汽车材料技术及市场的变化和我发展需要。《汽车材料》是汽车检测与维修专业的一门技术基础课。其主要任务是通过本课程的学习，使学生对汽车用金属材料、非金属材料、润滑材料、汽车美容材料等各种材料有一个较全面的、概括性的了解；初步掌握汽车常用材料的牌号、性能，掌握常用金属材料热处理方法的原理、目的及应用；具备合理选材及应用的基本知识和相关技能；初步具备分析非金属材料特性及应用状况的能力。为学好后续专业课程及今后进一步学习打下基础。前言认识汽车工程材料性能特点及控制技术掌握汽车工程材料的类型、性能特点、牌号及应用。了解新型材料应用及发展趋势四.本课程学习目的及要求抓好基本学习环节注重理论知识的实际应用总结归纳本课程学习方法第一章金属材料的力学性能使用性能金属材料的性能金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两类：工艺性能1.力学性能——强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等；2.物理性能——密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性等；3.化学性能——耐蚀性、抗氧化性等1.铸造性能2.冷热压力加工性能3.焊接性能4.热处理性能5.切削加工性能变形的概念及载荷分类：机器上由金属材料制成的零部件，工作过程中在外力（又称载荷）的作用下，都会发生形状、尺寸改变，这种改变称为变形。根据载荷作用性质不同，可分为静载荷、冲击载荷、疲劳载荷等三种。(1)静载荷：大小不变或变动很慢的载荷，例如:床头箱对机床床身的压力。(2)冲击载荷：突然增加或消失的载荷，例如：空气锤锤头下落时锤杆所承受的载荷。(3)疲劳载荷：周期性的动载荷，例如：机床主轴就是在变载荷作用下工作的。常见的变形方式有：拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切等。力学性能概念：金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（或称为机械性能）。力学性能指标有强度、硬度、塑性、冲击韧性等。常用的试验方法有拉伸试验、硬度试验、冲击试验等。金属材料的力学性能是机械设计、材料选择、工艺评定及材料检验的主要依据。§1.1强度和塑性强度是指金属材料在载荷作用下抵抗破坏（永久变形或断裂）的性能。塑性是指金属材料在载荷作用下产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。一、拉伸试验拉伸试验是指用静拉伸力对试样进行轴向拉伸，测量拉伸力和相应的伸长，并测其力学性能的试验。拉伸试验机拉伸试样二、力—伸长曲线三、强度指标金属材料抵抗拉伸力的强度指标有屈服点、规定残余伸长应力、抗拉强度。1、屈服点和规定残余伸长应力式中：FS—试样屈服时的拉伸力，即拉伸曲线中S点所对应的外力（N）S0—试样的原始截面积（mm2）2、抗拉强度抗拉强度是金属材料断裂前所承受的最大应力，故又称强度极限。常用σb来表示。屈服强度和抗拉强度在机械设计和选择、评定金属材料时有重要意义，因为金属材料不能在超过其σS的条件下工作，否则会引起机件的塑性变形；金属材料也不能超过其σb的条件下工作，否则会导致机件的破坏。脆性金属材料的σr0.2也难测得，所以在使用脆性金属材料制造机械零件时，常以σb作为选材和设计的依据。三、强度指标四、塑性指标1、延伸率2、断面收缩率是衡量材料塑性变形能力大小的指标，、大，表示材料塑性好δ2~5%属于脆性材料，如铸铁、混凝土、石料等；δ≈5~10%属于韧性材料；δ10%属于塑性材料，如钢材、铜、铝等。§1.2硬度硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标，它是指金属表面抵抗局部塑性变形或破坏的能力。目前生产中测定硬度方法有压入法、划痕法、回弹高度法等。其中压入法的应用最为普遍，它是在规定的静态试验力作用下，将压头压入被测试的金属材料表面，根据被压入程度来测定其硬度值。在压入法中根据试验力、压头和表示方法的不同，常用的硬度试验方法有布氏硬度（HBS或HBW）、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)和维氏硬度（HV）。一、布氏硬度一、布氏硬度布氏硬度的标注方法：符号HBS或HBW之前为硬度值，符号后面按以下顺序用数值表示试验条件：球体直径/试验力/试验力保持时间(10～15s不标注)。例如：125HBSl0/1000/30表示用直径10mm的淬火钢球在1000kgf(9.807kN)试验力作用下保持30s测得的布氏硬度值为125；布氏硬度试验的优点是测出的硬度值准确可靠，因压痕面积大，能消除因组织不均匀引起的测量误差；布氏硬度试验的缺点是压痕大，不适宜测量成品件或太小太薄的试样硬度，且测量速度较慢，测得压痕直径后还需计算或查表。二、洛氏硬度二、洛氏硬度洛氏硬度试验操作简便、迅速，效率高，可以测定软、硬金属的硬度；压痕小，可用于成品检验。但压痕小，测量组织不均匀的金属硬度时，重复性差，测得的硬度值不够准确，一般需测三次以上，取其平均值。而且不同的硬度级别测得硬度值不可直接比较大小。三、维氏硬度维氏硬度的优点是适用范围宽，试验时加载小，压痕深度浅，可测量零件表面淬硬层，测量对角线长度d误差小，结果精确可靠。其缺点是生产率比洛氏硬度试验低，不宜于成批生产检验，且对试样表面质量要求较高。§1.3冲击韧性生产中许多机器零件，都是在冲击载荷(载荷以很快的速度作用于机件)下工作。试验表明，载荷速度增加，材料的塑性、韧性下降，脆性增加，易发生突然性破坏断裂。因此，这种情况使用的材料就不能用静载荷下的性能来衡量，而必须用抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力，即冲击韧性来衡量。一、夏比冲击试验二、韧脆转变温度材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内Ak值发生急剧下降的现象称为韧脆转变，发生韧脆转变的温度范围称为韧脆转变温度，冲击吸收功与温度之间的关系曲线如图1-3-4所示。金属的韧脆转变温度越低，说明金属的低温抗冲击性能就越好。§1.4疲劳许多机器零件都是在循环载荷下工作的，如轴类、弹簧、齿轮、滚动轴承等。虽然零件所承受的交变应力数值小于材料的屈服强度，但在长时间运转后也会发生断裂，这种现象叫疲劳断裂。复习与练习一一、选择题1.表示金属材料屈服强度的符号是（）。A.σeB.σsC.σbD.σ-12.表示金属材料弹性极限的符号是（）。A.σeB.σsC.σbD.σ-13.在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是（）。A.HBB.HRC.HVD.HS4.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（）。A.强度B.硬度C.塑性D.弹性二、填空1.金属的性能分为性能和性能。2.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、和三个阶段。3.金属塑性的指标主要有和两种。4.金属材料的机械性能是指在载荷作用下其抵抗或的能力。5.常用测定硬度的方法有、和维氏硬度测试法。6.疲劳强度是表示材料经作用而的最大应力值。7.疲劳断裂的过程包括、和。复习与练习一三、判断题1.所有金属在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。2.用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。3.用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号HBW表示。4.金属材料的机械性能可以理解为金属材料的失效抗力。复习与练习一四、简答题1.说明下列机械性能指标符合所表示的意思：σS、σ0.2、HRC、σ-1。2.说明下列机械性能指标符合所表示的意思：σb、δ5、HBS、akv。3.颈缩现象发生在拉伸图上哪一点?如果没发生颈缩,是否表明该试样没有塑性变形?σ0.2的意义?能在拉伸图上画出吗?复习与练习一