机械基础课件

Copyright机械工业出版社书名：机械基础（少学时）ISBN：978-7-111-38419-9作者：曾德江出版社：机械工业出版社本书配有电子课件机械基础（少学时）高职高专ppt课件Copyright机械工业出版社机械工程材料机械基础（少学时）高职高专ppt课件机械工业出版社案例导入汽车是一种生活中常用的机械产品，用多种材料生产制造出来。以下通过汽车中典型的零件来简单认识一下工程中常用的材料。某汽车主要零件应用材料活塞（铝合金）车身结构（冷轧钢板）挡风玻璃(夹层钢化玻璃发动机变速箱车身内饰连杆（40Cr）曲轴（球墨铸铁）齿轮（20CrMnTi）滚动轴承（轴承钢）变速器壳体（灰铸铁）保险杠（聚丙烯PP）仪表板(工程塑料ABS)安全带（尼龙）顶棚（复合纤维板）机械基础（少学时）高职高专ppt课件机械工业出版社案例导入问题：（1）常用工程材料有哪些？（2）如何根据零件工作要求选用材料？活塞（铝合金）车身结构（冷轧钢板）挡风玻璃(夹层钢化玻璃发动机变速箱车身内饰连杆（40Cr）曲轴（球墨铸铁）齿轮（20CrMnTi）滚动轴承（轴承钢）变速器壳体（灰铸铁）保险杠（聚丙烯PP）仪表板(工程塑料ABS)安全带（尼龙）顶棚（复合纤维板）某汽车主要零件应用材料机械基础（少学时）高职高专ppt课件机械工业出版社机械工程材料金属材料的性能1钢铁材料及应用2非铁金属和粉末冶金材料3金属材料的热处理及应用4常用非金属材料5机械基础（少学时）高职高专ppt课件机械工业出版社学习目标1熟悉常用金属材料和非金属材料种类、性能、用途与选用2了解常用金属材料热处理工艺的特点及应用3熟练高分子材料、陶瓷材料、复合材料的种类、性能和用途机械基础（少学时）高职高专ppt课件机械工业出版社学习重点、难点2常见非金属材料的性能及选用方法1常用钢材的牌号、分类及热处理工艺选用机械基础（少学时）高职高专ppt课件机械工业出版社2.1金属材料性能金属材料是目前应用最广泛的材料，常用的金属材料有碳素结构钢、合金钢、铸铁、非铁金属及合金、金属粉末冶金材料。一般联结件(普通碳素钢)机床床身（灰铸铁）中低压阀门（可锻铸铁）曲轴（球墨铸铁）热水器内胆（不锈钢）车刀刀片（硬质合金）制动器(粉末冶金摩擦材料)低载齿轮(粉末冶金结构材料)铣刀（刃具钢）冲压模具（模具钢）机床主轴(优质碳素钢)游标卡尺(碳素工具钢）锅炉结构件（耐热钢）挖掘机铲斗（高猛钢）深沟球轴承（轴承钢）蜗轮蜗杆（铜合金）自行车架（铝合金）滑动轴承（轴承合金）碳素钢合金钢有色金属铸铁粉末冶金材料常用金属材料应用案例机械基础（少学时）高职高专ppt课件机械工业出版社2.1金属材料的性能2.1.1金属材料力学性能1.强度强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力。当材料在满足强度的载荷作用范围内是不会发生破坏，只有当材料承受的载荷超过了自身的强度时才会发生断裂之类的破坏。车轴断裂机械基础（少学时）高职高专ppt课件机械工业出版社2.1金属材料的性能根据外力作用性质不同，主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。工程常用的是屈服强度和抗拉强度。相同条件下，材料的强度越高，则构件的承载力也就越高。材料的强度等力学性能须通过试验的方法进行测定。此类试验须按标准（如国家标准、部标准）中规定的方法进行。此处重点介绍低碳钢的拉伸强度测试实验。拉伸试验机机械基础（少学时）高职高专ppt课件机械工业出版社2.1金属材料的性能为了便于对试验结果进行比较，试验时首先要把待测试的材料加工成试件。我国国家标准GB/T228-1987《金属拉力试验法》中规定，拉伸试件截面可采用圆形（如图2-4a）或矩形，长度可根据其截面尺寸按规定比例或不按比例适当选取。按比例选取的试件长短两种规格。圆截面长试件其工作段长度（也称标距）l0=10d0，短试件l0=5d0。金属材料的压缩实验，一般采用短圆柱形试件，其高度为直径d0的1.5-3倍。拉伸试件压缩试件机械工业出版社2.1金属材料的性能拉伸实验机在实验过程中可以绘制出施加的载荷与试件变形的线图，一般称为拉伸曲线。随试件尺寸的不同，会使拉伸图在量的方面有所差异。为了消除尺寸的影响，将拉力除以试件横截面的原始面积A0，得出试件横截面上的正应力用σ表示；伸长量Δl除以标距的原始长度l0，得出试件在工作段内的相对伸长量ε，以σ为纵坐标、ε为横坐标绘出的曲线称为应力—应变图，它表明从加载开始到破坏为止，应力与应变的对应关系，反映了材料的性能。拉伸曲线图应力-应变图机械工业出版社2.1金属材料的性能拉伸实验机在实验过程中可以绘制出施加的载荷与试件变形的线图，阶段力学特性拉伸图（应力-应变线图）特征第Ⅰ阶段（弹性变形阶段）试件受力以后，长度增加，产生变形，这时如将外力卸去，试件工作段的变形可以消失，恢复原状。此类变形称为弹性变形，因此，称第Ⅰ阶段为弹性变形阶段。曲线呈直线状第Ⅱ阶段（屈服阶段）弹性变形阶段以后，试件的伸长显著增加，但外力却滞留在很小的范围内上下波动。外力不需增加，变形却继续增大，这种现象称为屈服或流动。屈服阶段中拉力波动的最低值称为屈服载荷，用Fs表示。所对应的应力称为屈服极限，用σs表示。曲线出现波动第Ⅲ阶段（强化阶段）过了屈服阶段以后，继续增加变形，需要加大外力，试件对变形的抵抗能力又获得增强，力与变形是非线性的关系。此阶段称为强化阶段。曲线非线性增长第Ⅳ阶段（颈缩阶段）当拉力继续增大达某一确定数值时，可以看到，试件某处突然开始逐渐局部变细，形同细颈，称颈缩现象。因此，第Ⅳ阶段称为颈缩阶段。颈缩出现前，试件所能承受的拉力最大值，称为最大载荷，用Fb表示。所对应的应力称为强度极限，用σb表示。曲线单调下降机械工业出版社2.1金属材料的性能2.强度塑性是指金属材料在给定载荷外力的作用下，产生永久变形而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸变形时，长度和横截面积都要发生变化。因此，金属的塑性可以用材料的伸长率δ和截面收缩率ψ两个指标来衡量。伸长率δ试件拉断后，工作段的残余伸长量Δl=l0-l1与标距长度l0的比值，代表试件拉断后塑性变形程度，称为材料的伸长率，用δ表示。即截面收缩率ψ试件断口处横截面面积的相对变化率称为截面收缩率，用ψ表示，即机械工业出版社2.1金属材料的性能金属材料的伸长率和截面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。工程上通常把常温、静载下伸长率大于5%的金属材料称为塑性材料，如低碳钢；而把伸长率小于5%的金属材料称为脆性材料，如灰口铸铁等。低碳钢是一种塑性极好的材料，在汽车制造业中常用这种材料通过冲裁、拉延、翻边等压力加工的方法来加工出汽车的车身覆盖件。压力加工汽车覆盖件机械工业出版社2.1金属材料的性能3.硬度硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力，是衡量材料软硬程度的指标。例如将一个坚硬的钢球压入钢板的表面，就会在钢板表面留下圆形痕迹，这个痕迹的大小就反映了材料的软硬程度。硬度是由硬度计测试出来的。硬度测试原理硬度计机械工业出版社2.1金属材料的性能硬度是由硬度计测试出来的。常用的硬度标准有三套：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度，这三种硬度标准有不同的测试方法和应用范围。布氏硬度测试原理洛氏硬度测试原理维氏硬度测试原理机械工业出版社2.1金属材料的性能硬度是由硬度计测试出来的。常用的硬度标准有三套：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度，这三种硬度标准有不同的测试方法和应用范围。类别测试方法应用范围布氏硬度（HB）用一定大小的试验力F,把直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面，保持规定时间后卸除试验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d，然后按公式求出-布氏硬度HB值，或者根据d从已备好的布氏硬度表中查出HB值。布氏硬度测量法适用于铸铁、非铁合金、各种退火及调质的钢材，不宜测定太硬、太小、太薄的工件。洛氏硬度（HR）洛氏硬度（HR）试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为/的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬度。根据实验材料硬度的不同，可分为三种不同标度来表示：HRA、HRB、HRC。测试当被测样品过小或者布氏硬度（HB）大于450时，就改用洛氏硬度计量。维氏硬度（HV）以49.03~980.7N的负荷,将相对面夹角为138°的方锥形金刚石压入材料表面,保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。维氏硬度还有小负荷维氏硬度和显微维氏硬度，试验负荷1.961N，试验负荷1.961~49.03N，它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。还适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定。机械工业出版社2.1金属材料的性能4.韧性韧性表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。韧性可在材料科学及冶金学上，韧性是指当承受应力时对折断的抵抗，其定义为材料在破裂前所能吸收的能量与体积的比值。通常以冲击强度的大小、晶状断面率来衡量。韧性是表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。衡量材料抗冲击能力的指标用冲击韧度来表示。冲击韧度是通过冲击实验来测定的。韧性测试原理韧性测试机机械工业出版社2.1金属材料的性能5.疲劳性能许多机械零件和工程构件，是承受交变载荷工作的。在交变载荷的作用下，虽然应力水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的应力反复循环作用以后，也会发生突然脆性断裂，这种现象叫做金属材料的疲劳。由于疲劳不易发现，所以对安全的影响是极大的。疲劳性能可以通过疲劳实验测出，主要设备为疲劳试验机，经过试验可以将实验数据整理成线图，即为疲劳曲线。疲劳试验机疲劳曲线机械工业出版社2.1金属材料的性能2.1.2金属材料工艺性能1.焊接性能金属的焊接性能又叫可焊性，一般是指两块相同的金属材料或两块不同的金属材料，在局部加热到熔融状态下，能够牢固地焊合在一起的性能。焊接性能好的金属，在焊缝部位不易产生裂纹、气孔、夹渣等缺陷，同时焊接接头具有一定的机械性能。常用焊接形式机械工业出版社2.1金属材料的性能2.1.2金属材料工艺性能2.切削性能切削加工性能是指金属材料在用切削刀具进行加工时，所表现出来的难易程度。它主要用切削速度、加工表面光洁度和刀具耐用度来衡量。通常灰铸铁有良好的切削加工性，钢的硬度在HBWl60-200范围内时，具有良好的切削加工性。常用切削加工方式机械工业出版社2.1金属材料的性能2.1.2金属材料工艺性能3.压力加工性能压力加工性能就是指金属材料在压力加工过程中成型的难易程度，例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。常用压力成型工艺机械工业出版社2.1金属材料的性能2.1.2金属材料工艺性能4.铸造性能铸造性能就是指反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的均匀性、致密性，以及冷缩率等。典型铸造件机械工业出版社2.2钢铁材料及应用在日常生活中到处都能看到钢铁材料的产品，从生活中的直尺到工程中的扳手，从小到一把瑞士军刀大到一台挖掘机。在这些不同的产品里，所用的钢铁材料有什么不同？它们的性能又如何？常见钢铁制品机械工业出版社2.2钢铁材料及应用2.2.1工业用钢1.普通碳素钢（1）碳素钢的应用与生产碳素钢是近代工业中使用最早、用量最大的基本材料。目前碳素钢的产量在各国钢总产量中的比重，约保持在80%左右，它不仅广泛应用于建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶和各种机械制造工业。工业用钢主要是由冶金厂生产的板材、棒材、型材、管材及线材等。钢材生产的主要流程是：炼铁、炼钢、铸锭、压力加工成各种规格的钢材。常用钢铁型材机械工业出版社2.2钢铁材料及应用（２）碳素钢中的化学成分及其影响碳素钢的性能主要取决于钢的含碳量和显微组织。在退火或热轧状态下，随含碳量的增加，钢的强度和硬度升高，而塑性和冲击韧性下降。所以工程结构用钢，常限制含碳量。碳素钢中的残余元素和杂质元素