《授课教案》 第一篇　工程材料性质.doc

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课程名称:金属材料成形基础任课教师:徐晓峰
第一篇工程材料性质计划学时: 6
教学目的和要求:
本篇介绍了金属材料的主要性能、金属与合金的晶体结构及结晶过程、铁碳合金状态图及铁碳合金。学完本篇要求学生了解并掌握金属材料的主要性能、金属与合金的晶体结构及结晶过程和铁碳合金状态图。
重点:重点为金属材料的力学性能、铁碳合金;
难点:难点为铁碳合金状态图
思考题:
如何判断金属材料受力时,产生的是弹性变形还是塑性变形?
生产中常通过测量硬度来估算材料的强度,这是为什么?
合金的基本组成物有?那些试说明它们各自的结构特点和性能特点。
锯条、弹簧、轴各应进行那些热处理比较?合适?为什么?
何为合金状态图?它是如何绘制出来的?合金状态图有什么用途?
第一篇工程材料的性质
第一章材料的主要性能
材料的主要性能是指:

(1)力学性能
(2)物理性能
(3)化学性能

——加工成形的性能
第一节材料的力学性能
力学性能材料在外力作用下所表现出的特性。
一、外力作用下材料的变形与失效
作用在机件上的外力载荷
静载荷
动载荷
F
F
(MPa)
σ= F’/S

(1)弹性变形:
F = F’
F’
F
材料受外力作用时产生变形,当外力去除后恢复其原来形状,这种随外力消失而消失的变形,称为弹性变形。
(2)塑性变形:
材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形,称为塑性变形。

弹性变形
塑性变形
断裂
3. 常见的几种失效形式
(1)断裂(2)塑性变形(3)过量弹性变形
(4)磨损(5)腐蚀
二、材料的力学性能
拉伸实验
F
L
F
0
d
F
缩颈
b
s
k
e
o
拉伸曲线
应力应变曲线
e —弹性极限点 S —屈服点
K —断裂点 b —极限载荷点
:
材料在外力作用下,抵抗塑性变形和断裂的能力。
(1) 屈服强度(σS)
指材料在外力作用下,产生屈服现象时的应力。
σS =Fs/S0 (MPa)
它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。
当材料单位面积上所受的应力σe<σ<σs时,只产生微量的塑性变形。当σ>σs时,材料将产生明显的塑性变形。
=F (MPa)
条件屈服强度:
屈服强度—是塑性材料选材和评定的依据。
k
e
s
100%
%
b
F
(2)抗拉强度(σb )
抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。
σb =Fb/S0 (MPa)
它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。
抗拉强度—是脆性材料选材的依据。
2. 塑性
材料在外力作用下,产生永久变形而不引起破坏的能力。
常用δ和ψ作为衡量塑性的指标。
伸长率:

断面收缩率:
良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。
(E)
材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。
在弹性变形阶段:
所以:
E —材料抵抗弹性变形的能力越大。

是材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。
(1)布氏硬度(HB):
F
F
1200
布氏硬度适用HB<450
(2)洛氏硬度(HRC)
洛氏硬度一般用于HB>450
洛氏硬度与布氏硬度之间约为1:10的关系
同时硬度与强度之间也有一定的关系:
低碳钢: σb≈
高碳钢: σb≈
调质合金钢: σb≈

材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。

AK = G(H1 - H2)(J)
ak = AK /S (J/m2)



在冲击载荷下工作的零件,
很少是受大能量一次冲击而破
坏的;往往是受小能量多次重
复冲击而破坏的。

材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力。
受交变载荷作用的零件,在其所受应力远远低于该材料的屈服强度时,会发生突然的断裂。而且是脆性断裂。
据统计,约80%的机件失效为疲劳破坏。
—循环基数
钢:
有色金属:
三、力学性能与失效形式的关系
ss
力学性能失效形式
sb
强度
塑性断裂
刚度塑性变形
硬度过量弹变
韧性磨损
疲劳强度
第二节材料的物理、化学及工艺性能
一、材料的物理性能
比重、密度、熔点、导电性、导热性、磁性、热膨胀系数。
二、材料的化学性能
耐酸性、耐碱性、抗氧化性。
三、材料的工艺性能:加工性能
第二章金属及合金的结晶
第一节金属的晶体结构
晶体:原子作有序排列;有固定的熔点;各向异性。