基本要求及重点 难点3 1机械常用材料3 2金属材料的力学性能3 3影响钢材力学性能的主要因素3 4材料的选用3 5机械零件制造工艺性 计划学时 2h 基本要求 1 了解机械中常用材料及其力学性能 2 了解热处理中与本课相关的基本概念 3 了解毛坯的制取方法和常用的切削加工方法 重点 难点 1 金属材料的力学性能 2 热处理工艺对钢材综合机械性能的影响 3 机械零件的制造工艺性 作业 3 1 3 3 3 4 3 5 3 6 3 1机械常用材料 机械常用材料的分类和应用举例续表 3 2金属材料的力学性能3 2 1材料的应力极限 低碳钢拉伸应力 应变图 力学性能 弹性 刚度 强度 塑性 硬度 冲击韧性及疲劳强度等 比例极限 p OA阶段称为弹性阶段 其变形称为弹性变形 对应的最大应力称为比例极限 屈服极限 s BC阶段称为屈服阶段 屈服阶段的最低应力称为屈服极限 残余变形 卸载时 沿DO 线回至点O OO 即为残余变形或称为永久性变形 缩颈 现象 材料屈服后 随着载荷的增加 金属开始产生明显的塑性变形 当载荷增加到c点的对应值时 变形集中发生在试件的某一部位上 该部位的截面积急剧缩小 出现了 缩颈 现象 强度极限 B 由于截面减小 载荷也随之下降 直至F点时 试件在 缩颈 处断裂 材料在断裂前的最大应力称为强度极限 冷作硬化 在常温下经过塑性变形使材料的强度提高 塑性降低的现象称为冷作硬化 在机械零件中常利用冷作硬化提高强度 几种不同材料拉伸时的应力 应变曲线见图 3 2 2材料的性能 1 弹性材料受外力作用时产生变形 当外力去掉后材料恢复其原来形状的性能 2 刚度材料在受力时抵抗弹性变形的能力 在比例极限范围内 应力 与应变 成正比 比例常数E 即为弹性模量 剪切时为切变模量G 弹性模量的大小反映了材料抵抗变形的能力 是衡量材料刚度的性能指标 3 强度材料在受力时抵抗塑性变形和断裂的能力 依载荷性质不同 强度分为抗拉强度 抗压强度 抗弯强度和抗剪强度 常见的强度指标是屈服强度 s和拉伸强度 B 4 延伸性延伸性是衡量材料塑性性能的指标 延伸率 试件拉断后 标距内的伸长量与标距原长之比的百分率 5 者为塑性材料 5 者为脆性材料 断面收缩率 试件拉断后 断裂处面积的缩小量与原面积之比的百分率 5 冲击韧性材料在冲击载荷作用下抵抗断裂的能力 冲击韧度是衡量材料承受冲击载荷能力的性能指标 在有缺口试件上 缺口底部单位截面积所能承受的冲击功称冲击韧度 6 硬度硬度表示材料表面在一个小面积范围内抵抗弹性变形 塑性变形或破裂的能力 常用的有布氏硬度 HBS 洛氏硬度 HRC 一般地说材料硬度愈高 强度 包括接触强度 和耐磨性亦愈高 但塑性愈低 7 疲劳强度在长时间交变载荷的作用下 有些零件会在应力远远小于屈服强度时发生突然断裂 这种现象称为疲劳 3 3影响钢材力学性能的主要因素 1 含碳量的影响 2 合金元素的影响 3 温度的影响 4 热处理工艺的影响热处理 将工件加热到一定温度 进行必要的保温 然后以一定的方法冷却 以改善其组织结构 从而得到所需的综合机械性能的工艺方法 热处理 退火 将工件加热到临界温度以上 进行必要的保温 然后随炉冷却 这种工艺方法称为退火 正火 将工件加热到临界温度以上 进行必要的保温 如果在空气中冷却称之为正火 淬火 将工件加热到临界温度以上 进行必要的保温 如果在水或油中冷却称之为淬火 回火 如果加热到临界温度以下 保温后空冷或油冷 称之为回火 调质 淬火后高温回火称为调质 表面淬火 如果将工件表面迅速加热到临界温度以上 不等热量传至工件中心就快速冷却的工艺方法称之为表面淬火 化学热处理 即将不同元素的活性原子渗入到工件表面的热处理方法 如渗碳 氮化和氰化等 表3 2主要热处理工艺的目的和应用 表3 2主要热处理工艺的目的和应用 3 4材料的选用原则 使用要求 工艺要求和经济要求 3 5机械零件的制造工艺性良好的工艺性 在一定的生产规模和生产条件下 花费劳动量最小 加工费用最少的零件 1 毛坯的制取 1 型材圆钢 方钢 钢管 钢板等 均可直接作毛坯 轧制 2 铸造将液态合金浇铸到具有与零件形状相适应的铸型的孔腔中 待其冷却凝固后 获得零件或毛坯的加工方法 3 压力加工在外力的作用下 通过使金属在固态下发生塑性变形 而获得具有一定形状 尺寸和力学性能的原材料 毛坯或零件的加工方法 挤压 拉拔 锻造 轧制 锻造 冲压 4 焊接实质是通过加热或加压 或两者并用 并且用填充材料 使焊件达到原子结合的一种加工方法 毛坯选择 综合考虑功能 制造 使用 成本等 2 常见的切削加工方法切削加工是通过机床用刀具从工件上切除多余材料 从而获得形状 尺寸精度及表面质量等合乎要求的零件加工过程 1 车削加工指在车床上用车刀加工工件的工艺过程 加工时 工件旋转为主运动 刀具作直线或曲线的进给运动 车削 2 铣削加工指在铣床上用铣刀加工工件的工艺过程 铣削加工时 刀具旋转为主运动 工件作直线的进给运动 铣削 3 刨削加工指在刨床上用刨刀加工工件的工艺过程 刨削加工时 刀具作往复直线运动为主运动 工件作直线的进给运动 刨削 4 磨削加工磨削加工是用砂轮或其他磨具切除工件多余材料的工艺过程 磨削加工时 刀具旋转为主运动 工件作直线的进给运动 磨削 5 钻削加工钻削加工是指在钻床上用钻头加工工件的工艺过程 钻孔时 钻头一方面作旋转主运动 另一方面作直线的进给运动 而工件固定不动 钻削 数控机床自动加工 3 零件的热处理及装配为了避免热处理时变形 开裂或降低热处理质量 零件的几何形状应简单 对称 长径比不可太大 应尽量减少应力集中源 截面均匀 无锐边和尖角 应避免盲孔 配作孔和局部渗碳 局部渗氮等 零件也应有足够的刚度 机器工作一定期限之后 需要进行检修 因此 工艺性还必须包括零件装拆的可能性和方便性 QVER