3机械制造基础基础--三--金属的力学性能.

机械制造技术基础主讲：付江鹏1.1材料性能分析的关键要素a)材料的力学性能b)压力加工性能c)焊接性能d)热处理性能e)切削加工性能第三讲金属材料的力学性能第三讲金属材料的力学性能1.2金属材料力学性能基础知识一、强度图2-3低碳钢力-伸长曲线1）弹性变形阶段2）屈服变形阶段3）均匀塑性变形阶段4）局部集中变形阶段（缩颈）•强度指标：屈服点和抗拉强度。第三讲金属材料的力学性能1.2金属材料力学性能基础知识二、塑性断裂前材料发生不可逆永久变形的能力称为塑性。其计算公式为δ=(L1-L0)/L0×100%（2-4）式中δ——试样断后伸长率，%;L0——试样原始标距长度，mm;L1——试样拉断后的标距长度，mm。试样拉断后，缩颈处横截面面积的最大缩减量与原始横截面面积的百分比称为断面收缩率，其计算公式为ψ=(S0-S1)/S0×100%（2-5）式中ψ——断面收缩率，%;S0——试样原始横截面面积，mm2;S1——试样拉断后缩颈处的最小横截面面积，mm2。第三讲金属材料的力学性能1.2金属材料力学性能基础知识三、硬度①划痕硬度：如莫氏硬度②压入硬度。a)布氏硬度b)洛氏硬度c)维氏硬度③回跳硬度：如肖氏硬度④显微硬度⑤高温硬度第三讲金属材料的力学性能1.2金属材料力学性能基础知识四、韧性韧性指的是材料的断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力。与脆性相反，材料在断裂前有较大变、断裂时断面常呈现外延形变，此形变不能立即恢复，其应力-形变关系成非线性、消耗的断裂能很大材料。通常以冲击强度的大小来衡量。韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。第三讲金属材料的力学性能1.2金属材料力学性能基础知识五、疲劳强度许多机械零件，如轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等，在工作过程中各点的应力随时间作周期的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力（也称循环应力）。在交变应力的作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳强度第三讲金属材料的力学性能1.3减速器零件的材料性能确定过程一、轴类零件•工作条件主要用于支承传动零件（如齿轮、凸轮等）、传递运动和动力。工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用，有时也承受拉压应力；轴与轴上零件有相对运动，相互间存在摩擦和磨损•性能要求良好的综合力学性能；高疲劳强度，降低应力集中敏感性；表面要有高硬度、高耐磨性；特殊性能要求——如高温中工作的轴，抗蠕变性能要好；在腐蚀性介质中工作的轴，要求耐蚀性好等第三讲金属材料的力学性能1.3减速器零件的材料性能确定过程二、齿轮类零件•工作条件齿轮是各类机械、仪表中应用最多的零件之一，其作用是传递动力、调节速度和运动方向。只有少数齿轮受力不大，仅起分度作用。•性能要求(A)高的接触疲劳强度、高的表面硬度和耐磨性，防止齿面损伤。(B)高的抗弯强度、足够的弯曲疲劳强度、适当的心部强度和韧性，防止疲劳、过载及冲击断裂。(C)良好的切削加工性和热处理工艺性，以获得高的加工精度和低的表面粗糙度，提高齿轮抗磨损能力。第三讲金属材料的力学性能1.3减速器零件的材料性能确定过程三、箱体类零件•工作条件箱体是机器或部件的基础零件，由它将机器或部件中的有关零件连接成一个整体，以保持正确的相互位置，彼此能协调地运动。•性能要求具有较好的刚度和减振性。良好的抗拉强度第三讲金属材料的力学性能1.4拓展训练一、知识拓展:其它常见零件的选材和处理工艺表2-2轴杆类零件选材和处理工艺第三讲金属材料的力学性能1.4拓展训练一、知识拓展:其它常见零件的选材和处理工艺表2-3盘套类零件选材和处理工艺第三讲金属材料的力学性能1.4拓展训练一、知识拓展:其它常见零件的选材和处理工艺表2-4机架、箱体类零件选材和性能特点第三讲金属材料的力学性能1.4拓展训练二、训练拓展:发动机零件的选材和处理工艺2.1纯金属与合金的晶体结构纯金属的晶体结构晶格：表示原子在晶体中排列规律的空间格架晶胞：完整地反映晶格特征的最小几何单元（a）晶体中原子排列（b）晶格（c）晶胞第三讲金属材料的力学性能2.1纯金属与合金的晶体结构常见的晶格类型（a）体心立方（b）面心立方（c）密排立方第三讲金属材料的力学性能2.1纯金属与合金的晶体结构合金的晶体结构合金：一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的材料。合金的组织结构：固溶体、金属化合物和混合物合金相图：表示合金组织在平衡条件下，合金的成分、结构及性能之间相互关系的图形。第三讲金属材料的力学性能2.2铁碳合金相图基础知识纯铁的同素异构转变第三讲金属材料的力学性能2.2铁碳合金相图基础知识铁碳合金的基本相（1）铁素体：碳溶于-α-Fe的固溶体，用符号α或表示F。（2）奥氏体：碳溶于-γ-Fe的固溶体，用符号γ或表示A。（3）渗碳体：铁和碳形成的稳定化合物Fe3C，可用符号表示Cm。（4）珠光体：铁素体与渗碳体的机械混合物，用符号P表示，其含碳量为0.77%。（5）莱氏体：在727℃以上时，是奥氏体与渗碳体组成的机械混合物，用符号表示；在727℃以下，是珠光体与渗碳体组成的机械混合物，用符号表示。第三讲金属材料的力学性能2.2铁碳合金相图基础知识相图分析共晶线ECF，共晶点C高温莱氏体共析线PSK，共析点S珠光体PCLCFeAE3LeSACFeFP3第三讲金属材料的力学性能2.2铁碳合金相图基础知识铁碳合金分类：铁碳平衡合金三种类型：工业纯铁、钢及白口铸铁钢又可分成下列三种类型：共析钢:Wc=0.77%（S点）；亚共析钢:Wc=0.02%～0.8%（P～S点）过共析钢:Wc=0.8%～2.06%（S～E点）白口铸铁又可分成下列三种类型：共晶白口铸铁（C点4.3%）；亚共晶白口铸铁（2.11%～4.3%）；过共晶白口铸铁（4.3～6.69%）类型亚共析钢共析钢过共析钢钢号204560T8T10T12碳质量分数／％0.200.450.600.801.001.20第三讲金属材料的力学性能2.2铁碳合金相图基础知识工业纯铁结晶过程室温组织：F+IIICFe3第三讲金属材料的力学性能共析钢结晶过程室温组织：珠光体P2.2铁碳合金相图基础知识第三讲金属材料的力学性能2.2铁碳合金相图基础知识亚共析钢结晶过程室温组织：珠光体P+铁素体F第三讲金属材料的力学性能2.2铁碳合金相图基础知识过共析钢结晶过程室温组织：珠光体P+二次渗碳体Fe3CⅡ第三讲金属材料的力学性能2.2铁碳合金相图基础知识共晶白口铸铁结晶过程室温组织：低温莱氏体L’e第三讲金属材料的力学性能2.2铁碳合金相图基础知识亚共晶白口铸铁结晶过程室温组织：珠光体P+低温莱氏体L’e第三讲金属材料的力学性能2.3含碳量对铁碳合金机械性能的影响随成分增加，铁素体减少，渗碳体增加。硬度：随碳含量(C%)的增加而上升。强度：先上升后下降，碳含量(C%)=0.9%时最大。塑性、韧性：随碳含量(C%)的增加而下降。第三讲金属材料的力学性能谢谢观赏