第一章金属材料的性能.ppt

十五863子课题验收汇报,铸造性能可锻性能可焊性能切削加工性能热处理性工艺性,工程材料的性能,使用性能,力学性能物理性能化学性能,工艺性能,,,,,,,第一章金属材料的主要性能,使用性能材料在使用过程中所表现的性能。工艺性能材料在加工过程中所表现的性能。,十五863子课题验收汇报,1.1金属材料的力学性能mechanicalproperties定义金属材料的力学性能是指金属材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。指标弹性、刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧性、断裂韧度和疲劳强度等。,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。,,材料在外力作用下的表现行为变形断裂材料在外力作用下的行为过程弹性变形塑性变形断裂（永久变形）,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,应力P/F0应变l-l0/l0,长试样l010d0;短试样l05d0,十五863子课题验收汇报,曲线分为四阶段1．阶段I（oab）弹性变形阶段aσebσs（不产生永久变形的最大抗力）oa段△L∝F直线阶段ab段极微量塑性变形（0.001--0.0052．阶段II（bcd）段屈服变形c屈服点σs,拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线,屈服现象金属材料开始产生明显塑性变形的标志。,十五863子课题验收汇报,3．阶段IIIdB段均匀塑性变形阶段Bσb材料所能承受的最大载荷4．阶段IVBK段局部集中塑性变形,拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线,,低Ｃ钢、正火、退火调质中Ｃ钢，低、中C合金钢某些Al合金及某些高分子材料具有类似上述曲线。铸铁、陶瓷只有第I阶段中、高碳钢没有第II阶段,颈缩,十五863子课题验收汇报,1.强度strength定义外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。（1）弹性极限和弹性模量弹性极限弹性变形阶段所对应的最大应力，用，单位为MPa；弹性模量材料在弹性变形范围内的应力与应变的比值称为弹性模量，以E表示，单位为GPa，表达式为刚度将材料抵抗弹性变形的能力。零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有关。,退火低碳钢的拉伸曲线（a）和应力-应变曲线（b）,第一章材料的性能,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。,十五863子课题验收汇报,（2）屈服强度（屈服极限）yieldstrength定义材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值，用表示，单位为MPa，表达式为由于有很多材料的拉伸曲线上没有明显的屈服点，无法确定屈服极限，因此规定试样产生0.2％塑性变形时的应力值为该材料的屈服极限，称为条件屈服极限，以表示，如图所示。,条件屈服极限,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,,（3）抗拉强度tensilestrength定义试样拉断前最大载荷所决定的应力值，即试样所能承受的最大载荷除以原始截面积，以表示，单位为MPa，表达式为它是零件设计和选材的主要依据之一，也是评定金属强度的重要指标之一。,电子拉伸试验机,拉伸试样的颈缩现象,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,注意工程上延伸率和选取试样的关系,2.塑性plasticity,定义断裂前材料发生塑性变形的能力叫塑性，塑性以材料断裂后塑性变形的大小来表示。拉伸时用延伸率或伸长率δ和断面收缩率表示，两者均无单位量纲。1伸长率δ（specificelongation）表示试样拉伸断裂后的相对伸长量拉伸试样原始标距长度；拉伸试样拉断后的标距长度。2断面收缩率percentagereductioninarea表示试样断裂后截面的相对收缩量拉伸试样原始截面面积；拉伸试样拉断处的截面积。,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,δ10属塑性材料,思考同一材料δ5＞δ10,塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定塑性。防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。,十五863子课题验收汇报,拉力试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，经拉力试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若最后的标距长度为71mm，颈缩区的最小直径为4.9mm，试求该材料的伸长率和断面收缩率的值解δ５[（71-50）/50]x10042S03.14x10/2278.5mm2S13.14x4.9/2218.85mm2Ψ[S0-S1/S0]x10024,练习题一,十五863子课题验收汇报,练习题二,某工厂买回一批材料（要求бs≥230MPa；бb≥410MPa；δ5≥23；ψ≥50）．做短试样（ｌ05ｄ0；ｄ010mm）拉伸试验，结果如下Fs19KN，Fb34.5KN；l163.1mm；d16.3mm;问买回的材料合格吗解根据试验结果计算如下бs＝Fs／s０＝19x1000/3.14x52242＞230MPaбb＝Fb／s０＝34.5x1000/3.14x52439.5＞410MPaδ5＝[Δl／l0]x100＝[63.1-50/50]x10026.2＞23ψ＝[ΔS／S0]x100＝60.31＞50材料的各项指标均合格，因此买回的材料合格。,十五863子课题验收汇报,3.硬度hardness,布氏硬度测试原理图,定义硬度是衡量材料软硬程度的指标，表征材料抵抗比它更硬的物体压入或刻划的能力。材料抵抗表面局部塑性变形的能力。常用的硬度有布氏、洛氏、维氏（显微硬度）等。（１）布氏硬度HBBrinell-hardness用一定的载荷F，将直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入被测材料的表面，保持一定时间后卸除载荷，载荷与压痕表面积S的比值，作为布氏硬度值，用HB表示，即布氏硬度的单位为。,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,布氏硬度的特点优点压痕面积大，不受微小不均匀硬度的影响，试验数据稳定，重复性好。缺点；不适用于成品零件和额薄壁件的硬度检验。硬度的表示方法压头为淬火钢球时用HBS，适用于布氏硬度值在450以下的材料；压头为硬质合金球时用HBW，适用于布氏硬度在650以下的材料。硬度值写在符号HBS或HBW之前，符号之后按下列顺序用数值表示试验条件球体直径mm；试验力N；力保持时间s。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。,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。材料的b与HB之间的经验关系对于低碳钢bMPa≈3.6HB对于高碳钢bMPa≈3.4HB对于铸铁bMPa≈1HB或bMPa≈0.6HB-40,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,（2）洛氏硬度HRRockwllhardness原理在先后两次施加载荷初载荷及总载荷F的条件下，将标准压头顶角为120的金刚石圆锥或直径为1.588mm1/16英寸的钢球压入试样表面，然后根据压痕的深度来确定试样的硬度。其中，Ｋ和压头类型有关的常数。,洛氏硬度测试原理图,洛氏硬度计,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。HRA、HRB、HRC，最常用的是HRC。它们的数值直接可以从硬度试验机仪表盘上的指示针读出。HRA用于测量高硬度材料,如硬质合金、表淬层和渗碳层。HRB用于测量低硬度材料,如有色金属和退火、正火钢等。HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。洛氏硬度的测定操作迅速、简便，压痕面积小，适用于成品检验，硬度范围广，但由于接触面积小，当硬度不均匀时，数值波动较大，需多打几个点取平均值。注意不同方法、级别测定的硬度值无可比性，只有查表转换成同一级别后，才能比较硬度值的高低。,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,3维氏硬度diamondpenetratorhardness科学试验,维氏硬度的压力一般可选5，10，20，30，50，100，120kg等，小于10kg的压力可以测定显微组织硬度。,适用范围,测量薄板类;,HV≈HBS;,,维氏硬度施加载荷与压痕表面积的比值。,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。根据载荷范围不同，规定了三种测定方法维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,4.冲击韧性notchtoughness定义简称韧性，是材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。（材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力）。指标为冲击韧性值，一般用表示，单位为。,a试样放置b冲击试验机摆锤冲击实验示意图,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,冲击试验机,实际上，在冲击载荷下工作的机械零件，很少是受大能量一次冲击而破坏的，往往是经受小能量的多次冲击，因冲击损伤的积累引起裂纹扩展而造成断裂，故用αk值来反映冲击韧性有一定的局限性。研究结果表明，金属材料承受小能量多次重复冲击的能力取决于材料强度和塑性的综合性能指标。,就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。值低－脆性材料断裂时无明显变形，金属光泽，呈结晶状。值高－韧性材料明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽。,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,韧性与温度有关脆性转变温度TK,温度对冲击韧性的影响,十五863子课题验收汇报,5.疲劳强度fatiguestrength定义表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。钢材的循环次数一般取N107有色金属的循环次数一般取N108钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系σ-10.45～0.55σb,,,图1.8疲劳曲线,（80的断裂由疲劳造成）,影响因素循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力等。,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,1943年美国T-2油轮发生断裂,,钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系σ-10.45～0.55σb,陶瓷、高分子材料疲劳抗力很低；金属材料疲劳强度较高；纤维增强复合材料较好的抗疲劳性能。为提高零件的疲劳强度，除废改善其结构形状、减少应力集少外，还可采取表面强化的方法，如提高零件的表面质量、喷丸处理、表面热处理等。,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,6.比强度specificstrength材料的强度值与密度值之比。,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,,物理性能金属材料的物理性能主要有密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等。由于机器零件的用途不同，对其物理性能的要求也有所不同。化学性能金属材料的化学性能主要是指在常温或高温时，抵抗各种介质侵蚀的能力，如耐酸性、耐碱性、抗氧化性等,金属材料的物理、化学及工艺性能,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,,工艺性能工艺性能是金属材料物理、化学性能和力学性能在加工过程中的综合反映，是指是否易于进行冷、热加工的性能。按工艺方法的不同，可分为铸造性、可锻性、焊接性、热处理性和切削加工性等。,第一章金属材料的主要性能,十五863子课题验收汇报,1.铸造性能（流动性、收缩、偏析倾向）铸造铝、铜合金铸铁（灰口）铸钢（共晶点附近最好）2.锻造性能（塑性、变形抗力）低碳钢中碳钢（低合金钢）高碳钢（高合金钢）铸铁不可锻压3.焊接性能（可焊性、焊后开裂的倾向、焊区硬度）低碳钢中碳钢（低合金钢）高碳钢（高合金钢）铜、铝合金4.切削性能（切削难易程度、加工表面质量）5.热处理工艺性能（热处理难易程度及产生缺陷的倾向）淬透性、变形和开裂、过热敏感性、回火脆化和氧化脱碳等,十五863子课题验收汇报,作业,1.熟悉拉伸曲线2.掌握强度及塑性指标，了解这些指标在工程上的应用3.P11中的（1）、（5）,