《金属工艺学》第一章金属材料力学性能.ppt

第一章 钢铁材料及热处理 一、钢铁材料与热处理的关系 基本知识点： 1.钢铁自身固有的力学性能一般是不能满足零件的受力性要求。 2.钢铁机械零件必须经过热处理才能用。 机械中的大多数金属零件是用钢或铸铁制造的，但钢铁材料自身固有的性能，是不能满足如受力性、可切削加工性。必须要经过热处理： 1）提高零件的受力性； 2）调整毛坯的硬度，以利于切削加工； 3）消除毛坯的内应力，防止零件的变形。 二、钢铁生产 基本知识点： 铸铁件生产 炼钢的原料----生铁 钢锭 型材 1. 钢铁生产 是以铁矿石为原料经在高炉冶炼成生铁（含硅量较高，硬度较低） ，一部分用于浇注成铸铁件（毛坯），即铸造生产。另一部分浇注成生铁块，用作炼钢的原料。 2. 钢锭 是用转炉、平炉、电炉对生铁进一步精炼成钢液，并浇注到锭模，冷却凝固成钢锭。 3. 钢锭的性能 钢的冶炼只是保证钢具有一定的化学成分，力学性能很差，不能直接用做零件的材料。 4. 型材 是钢锭经轧制、挤压、锻造等压力加工，使金属产生塑性变形，内部质量改善，机械性能提升，而制成的各种规格的钢板、圆钢、条钢、工字钢、槽钢等。 §1-1 金属及合金的性能 金属材料的性能包括：使用性能和工艺性能。 使用性能 指金属材料在使用中表现出的特征，包括力学性能、物理性能、化学性能。   从机械零件和工程结构件设计角度，重点放在金属材料的力学性能。 一、 金属材料的力学性能 力学性能又称机械性能，是材料在力的作用下所表现出来的特征。 机械力的作用形式 金属材料的力学性能指标 主要有强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度和刚度。 以上指标是机械零件和工程结构件选材和强度设计的主要依据。 强度 是金属在外力作用下，抵抗永久变形和断裂的能力。 强度的定义式 强度是用应力表示，即 机械零件设计常用的强度指标 抗拉强度 屈服点 金属材料的抗拉强度与屈服点 金属材料这两个强度指标，是通过对金属试样做拉伸试验测定出的。 （1）低碳钢的拉伸试验 是将低碳钢棒料加工成标准试样，装在拉伸机上，在试样两端缓慢施加轴向载荷，使其发生拉伸变形直至断裂。 低碳钢的拉伸曲线理论 要点知识： oe直线—弹性变形特征。去掉外力后伸长变形立即恢复。 e点处的应力 ：为不产生永久变形的最大应力，称为材料的弹性极限。  oe直线的斜率值：称为材料的弹性模量，用E表示。表征材料抵抗弹性变形的能力，技术上表示金属的刚度。 es曲线—屈服特征。即载荷超过Fe再卸载时，试样的伸长只能部分地恢复，产生了部分塑性变形。 S处水平段——称作“屈服点”。即当载荷增加到Fs时，拉力无需再增大，试样仍可继续伸长。 金属材料屈服点的工程意义： 1）锅炉、压力容器、汽车发动机缸体上的紧固螺栓、键、销等零件，在受载时是不允许屈服的，其工作应力必须小于材料的屈服点。  sb曲线—强化阶段。材料屈服后随变形程度的增大，金属内部要产生变形抗力，须不断增大载荷，试样才能继续伸长。  bz曲线—缩颈阶段。即当载荷超过Fb值，试样出现局部 “缩颈” 直至断裂。 “缩颈” ：零件受力横截面积变小，是零件发生断裂的前奏。 要点： 1）Fb——是零件产生“缩颈”所能承受的最大拉力。  2）规定：b点处的拉应力值为低碳钢材料的抗拉强度，用 3）抗拉强度 的工程意义 金属零件所承受的最大工作应力值不允许超过 ，否则会断裂。 2. 塑性 是指金属在外力作用下产生永久变形而不断裂的能力。 （1）塑性指标 是用拉伸试验测得的试样伸长率 和端面收缩率 来衡量。 要点知识： 2）应用知识 如车身架材料，要用塑性好的低合金钢制造，如受力过大（超载）时，先产生塑性变形而不致突然断裂。 3）塑性好的金属材料是进行锻造、冲压、焊接的必要条件。 3. 硬度 是指材料抵抗局部变形，特别是局部塑性变形、压痕、划痕的能力。 基本知识点： 硬度是机械零件、工具等必须具有的机械性能指标。 如制造业用的刀具、量具、锻锤及模具等，都