文档介绍：第十二章机械工程材料
用以制造各种机械零件的材料统称为机械工程材料。一般将其分为两大类:金属材料和非金属材料。
第一节金属材料的主要性能
一、金属材料的力学性能
1. 弹性
金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢复其原来形状的性能,称为弹性。这种随外力消失而消失的变形,称为弹性变形,其大小与外力成正比。
金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度。一般的机械零件都要求有较好的刚度。
2. 强度
强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力。材料的强度可分为抗拉、抗压、抗弯、抗扭和抗剪等强度。
为了测定金属材料的强度,广泛地采用拉伸试验。拉伸试验中,施加在试棒(见图12-1)上的载荷F 和试棒发生相应的伸长变形量⊿l 之间的关系曲线称为拉伸曲线。
图12-1 拉伸试棒
a) 标准试棒 b) 拉断后的试棒
图12-2为低碳钢拉伸曲线。
图12-2 低碳钢拉伸曲线
金属材料的强度指标以应力表示,即
σ= F / A
式中σ——应力(N/mm2或 MPa);
F——载荷(N);
A——试棒的横截面积(mm2)。
拉伸曲线对应于Fs、Fb的应力分别称为材料的屈服点和抗拉强度,它们是金属材料的主要强度指标。
塑性是材料在外力作用下产生永久变形(即塑性变形)而不断裂的能力。常用的塑性指标有伸长率δ和断面收缩率ψ(见图12-1)。即
δ=[( l 1-- l 0 )/l 0 ] ×100%
ψ=[(A0-- A1)/A0 ] ×100%
式中 l 0 ——试棒的原始标距长度(mm);
l 1——试棒拉断后的标距长度(mm);
A0 ——试棒的原始横截面积(mm2);
A1——试棒的断口横截面积(mm2)。
δ或ψ愈大,表示材料的塑性愈好。良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件,机器零件通常都具备一定的塑性。
硬度是指金属材料抵抗更硬物体压入的能力。材料的硬度高,其耐磨性就好。
工业生产中常用的是布氏硬度和洛氏硬度。
(1) 布氏硬度布氏硬度的测试原理如图12-3所示。它是以直径为D 的淬火钢球或硬质合金球作为压头,用规定的载荷F 将压头垂直压入被测材料表面,材料越软,压痕直径越大,则布氏硬度值越低。
布氏硬度指标用符号HB表示。当用淬火钢球为压头时,写成HBS,适用于测量布氏硬度值在450以下的金属材料;当用硬质合金球为压头时,写成HBW,适用于测量布氏硬度值在450以上的金属材料。硬度数值均标写在布氏硬度符号之前,例如230HBS、500HBW。
图12-3 布氏硬度的测试原理
(2) 洛氏硬度洛氏硬度的测试也是用规定的载荷将压头垂直压入被测材料的表面,它以压痕深度来确定硬度值。有三种洛氏硬度符号:HRA、HRB和HRC。其中,HRA用于表示特硬材料(如硬质合金、渗碳钢件等);HRB用于表示较软材料(如供应状态的钢材、铜合金、铝合金等);HRC用于表示较硬材料(如一般淬火钢件)。
在冲击载荷作用下,金属材料抵抗破坏的能力称为冲击韧度,其值以来表征。值越大,材料的韧性就越好。
金属材料在无限次交变应力作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度。当应力呈对称循环时,疲劳强度以符号σ-1表示。工程实际中有规定,钢在经受107次、有色金属在经受108次交变应力作用下不发生破坏时的应力作为材料的疲劳强度。