工程材料与热加工基础10.pptx

最大应力
E
弹性模量 完全弹性变形时应力与应变的比值，
表征材料产生弹性变形的抗力
1.2.2 硬度
硬度是材料表面抵抗局部压入变形或刻划 破裂等的能力。
工程中常用的硬度指标有： 布氏硬度、洛 氏硬度、维氏硬度等。
硬度的种类及测试方法
布氏硬度
材料表面抵抗 压入时引起塑 性变形的能力
压入法
硬度 试验 方法
工程材料及成形工艺基础
材料科学与技术学院 南京航空航天大学
第一章 材料的力学性能
材料的静载力学性能
◇拉伸试验 ◇硬度
材料的动载载力学性能
◇冲击试验 ◇疲劳试验
断裂韧性
学习目的和要求
1. 理解材料常用力学性能指标的物理意义。
2. 了解强度、塑性、硬度及冲击韧性指标的测试方 法以及使用这些指标时应注意的局限性，重点掌 握强度、塑性以及布氏硬度和洛氏硬度。
1. 布氏硬度( Brinell-hardness )
测定原理：
F
用一定大小的载荷F，把直 径为D的淬火钢球压入被测金 属的表面，保持一定的时间后 卸除载荷，用金属压痕的表面 积，除载荷所得的商值即为布 氏硬度值。
布氏硬度测量示意图
F
HBW F
2F
S D(D D2 d 2 )
D
如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在 1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏 硬度值为120。
材料具有一定塑性可保证某些成型工艺（如冷 冲压、轧制、冷弯等）顺利进行。
对于金属材料，塑性指标还反映了其冶金质量 的好坏。
拉伸试验的主要力学性能指标小结
力学 性能 强度 塑性

工程材料及热加工工艺根底
第一章 绪 论
一、材料科学的开展 二、物质的状态 三、原子间的结合键 四、工程材料的分类及热加工工艺
材料是人类生产和生活 所必须的物质根底。
“神舟”四号飞船成功返 回
锉刀
手
锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机
材料的开展水平和利用程度已成为人类文明进步的标志。
➢材料的发展与人类社会简图
包括： 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 高分子复合材料
玻璃纤维增强高分子复合材料
现代航空发动机燃烧室 温度最高的材料就是通 过粉末冶金法制备的氧 化物粒子弥散强化的镍 基合金复合材料。很多 高级游艇、赛艇及体育 器械等是由碳纤维复合 材料制成的，它们具有 重量轻，弹性好，强度 高等优点。
4、分子键
原子态惰性气体范德华力
特点：分子键很弱，晶体低熔点，低沸点，低硬度，易压缩
塑料，橡胶 链与链 → 范德华力 硬度<金属 耐热性差，不具有导电能力
机械零件加工工艺
铸造
锻压 材
料
焊接
型材
粉末冶金
毛
热处理
零
坯
件
切削加工
熔点高、硬度高、 耐腐蚀、脆性大
分为陶瓷、水泥、 玻璃、耐火材料
传统陶瓷又称普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、长石 等)为原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。 特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料的陶瓷，常 用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。
陶瓷制品
陶瓷发动机
高分子材料
共
以分子键和共价键为
1912年发现了X-射线对晶体的作用并在随后被用于晶体衍射 分析，使人们对固体材料微观构造的认识从最初的假想到科 学的现实。
Si表面的重构图象

拉伸试样的颈缩现象
指标
塑性—断裂前材料发生不可逆永久变形的能力
断后延伸率 d (L-L0)/ L0 断面收缩率y (A0-A)/A0
d 和y越高 材料的塑性越好
说明：
① 用断面缩率表示塑性比伸长率更接近真 实变形。
② 直径d0 相同时，l0，d。只有当l0/d0
为常数时，塑性值才有可比性。
当l0=10d0 时，伸长率用d 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用d5 表示。显然d5>
刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能 力。指标为弹性模量E。 E tg （MPa） 材料的E越大，刚度越大；
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐 降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等 对弹性模量的影响很小。可以通过增加横截面积或改变截面形 状来提高零件的刚度。
二、强度与塑性
强度: 材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。
当承受拉力时，主要是屈服强度和抗拉强度。
屈服强度s：材料发生微量塑性变 形时的应力值。即在拉伸试验过程 中，载荷不增加，试样仍能继续伸 长时的应力。
条件屈服强度0.2：高碳钢等无屈服 点，国家标准规定以残余变形量为 0.2%时的应力值作为它的条件屈服 强度，以σ0.2来表示。 抗拉强度σb：试样在断裂前所能承受的最大应力，表示材 料抵抗断裂的能力。
▪金属基复合材料 ▪陶瓷基复合材料 ▪树脂基复合材料
Space
复合材料的应用领域
Commercial
Military
Helicopters
根据材料的性能分类
结构材料 是指具有抵抗外场作用而保持自己的形状、结构
不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于结构目的的材 料。这种材料通常用来制造工具、机械、车辆和修建房屋、 桥梁、铁路等。是人们熟悉的机械制造材料、建筑材料，包 括结构钢、工具钢、铸铁、普通陶瓷、耐火材料、工程塑料 等传统的结构材料（一般结构材料）以及高温合金、结构陶 瓷等高级结构材料。

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•（三）选择变形工序
通常，自由锻件的成形过程是由一系列变形工序组合而成的，工 序的选择主要是根据锻件的形状和工序的特点来确定。一般可将锻件分 为六大类:
1．轴杆类锻件 包括各种圆形截面实心轴，如传动轴、轧辊、立柱、 拉杆等，还有矩形方形、工字形截面的杆件如摇杆、杠杆、推杆、连杆 等，锻造轴杆件的基本工序是拔长，但对于截面尺寸相差大的铸件，为 满足锻造比的要求，则需采取镦粗一拔长工序。
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第一节 金属的锻造性能
一、金属的塑性变形概述 金属塑性变形的实质，对于单晶体是由于金属原子某晶面两侧受切应力
作用产生相对滑移，或晶体的部分晶格相对于某晶面沿一定方向发生切变， 即滑移理论和孪生理论。
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•二、热锻、冷锻、温锻、等温锻
（四）高合金钢的锻后冷却 由于高合金钢的导热性差，塑性低，终锻温度较高，如果冷却速度
快，会因热应力和组织应力使锻件出现裂纹。因此，终锻后应尽快采取 工艺措施保证锻件缓慢冷却。
PPT造 利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法称 为模锻。
特点：与自由锻相比，模锻具有锻件精度高、流线组织 合理、力学性能高等优点，而且生产率高，金属消耗少，并 能锻出自由锻难以成形的复杂锻件。受设备吨位的限，模锻 件不能太大，一般重量不超过 150kg。 分类：按模具类型模锻可分为开式模锻（有飞边模锻）、闭 式模锻（无飞边模锻）和多向模锻等；按设备类型模锻可分 为锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻等。
2）锻件的尺寸和公差标注在尺寸线的上面，零件的尺寸和公差用 括号标注在尺寸线的下面或侧面。
3）图上无法标注的技术要求，如锻造温度范围、锻造比、氧化缺 陷、脱碳层深度等以技术条件方式用文字说明。