1.材料的性能

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第一章 材料的性能,本章主要内容及要求：,理解工程材料力学性能、物理性能、化学性 能和工艺性能的意义；,掌握主要的力学性能指标，熟悉有关术语、,符号含义及应用场合，并了解其测定方法；,重点,：强度、塑性、硬度、冲击韧性,材料的性能,定义,:,材料在,使用,和,加工,过程中表现出来的特性,。,分类,:,材料的性能,使用性能,工艺性能,铸造性能,锻造性能,焊接性能,切削加工性能,热处理性能,疲劳性能,物理化学性能,力学性能,强度,塑性,硬度,冲击韧性,耐磨性,第一节 材料的力学性能,材料在,静载荷,下的力学性能,强度、塑性,硬度,材料在,冲击载荷,下的力学性能,冲击韧性,材料在,疲劳载荷,下的力学性能,疲劳强度,定义,：指材料在,外力,的作用下所表现出来的特性。,一、强度和塑性,强度,( strength ),指材料在外力的作用下，,抵抗变形和破断的能力,。,测试方法,静载拉伸试验法,塑性,( plasticity ),指在外力作用下，材料,产生塑性变形而不破断的能力,。,静载拉伸试验,拉伸试验过程,力,伸长曲线,F,e,s,b,k,L,F,s,F,b,O,屈服,弹性变形,缩颈,断裂,开始塑性变形,F,e,s,k,L,O,颈缩现象,1,.,强度指标,屈服强度 ：,材料在,屈服时,(,发生微量,（屈服极限）,塑性变形）的应力值。,抗拉强度 ：,材料在,断裂前所能承受的,最大应力值,。,（,强度极限）,弹性极限 ：,试样保持,纯弹性变形,的,最大应力值。,力,伸长曲线,F,e,s,b,k,L,F,s,F,b,O,强度的物理意义,表征材料在每个变形阶段的,应力极限值,。,应力：,应变,：,几种材料典型的,曲线,（,a,）无塑性变形的脆性材料（如铸铁、陶瓷）,（,b,）有明显屈服点的塑性材料（如低碳钢）,（,c,）没有明显屈服点的塑性材料（如退火铝合金、调质的合金钢）,s,(a),(b),(c),条件屈服强度,对,没有明显的屈服现象的材料,，用,试样标距长度产生,0.2%,塑性变形时的应力值,作为该材料的屈服强度，用,0.2,表示，称为,条件屈服强度,。,作图法确定,：,取,0.2,作平行于曲线直线段的直线,与曲线的交点,B,的应力值为条件屈服强度,0.2,0.2,与,s,的意义相同！,A,B,C,0.2%,强 度 是 零 件设计和选材的主要依据,当零件所受的工作应力：,e,时，材料只产生弹性变形；,e,S,（,0.2,）时，材料除发生弹性变形外，还发生微量塑性变形；,S,(,0.2,),b,时，零件产生裂纹，最终断裂。,零件设计和选材的一般原则,对工作条件不允许有微量塑性变形的零件，根据,弹性极限,e,选材，如精密弹簧、炮筒。,对工作条件不允许发生明显塑性变形的零件或构件，根据,屈服强度值,s,(,0.2,),选材，大多数机器可以预防事故发生。,对无明显屈服现象的脆性材料，依据,抗拉强度,b,选材。,2.,塑性指标,断面收缩率,：,指试样被拉断后，,横截面积的相对,收缩量,。,伸长率,：又称,延伸率,。,指,试样拉断后的,相对伸长量,。,材料的力学性能,提醒,：,生产中，为了提高安全性，都要求零件具有一定的塑性。,一般,，,伸长率达,5,或,断面收缩率达,10,的材料,，即可满足大多数零件的使用要求。,说明,：,和,值 材料的塑性,二、硬 度,常用测试方法,布氏硬度,HB,洛氏硬度,HR,维氏硬度,HV,静载压入法,定义,：,指材料表面抵抗,局部塑性变形,的能,力，衡量材料的,软硬,程度,。,是表征材料力学性能的综合参量。,（一）布氏硬度,HB (,Brinell,-hardness),压头,淬火钢球,硬质合金球,符号,HBS,HBW,范围,HBS,450,450HBS650,应用,退火和正火态钢、铸铁、有色金属等软材料的硬度。,布氏硬度值在,450,650HBS,的材料。,备注：新国标统一采用,HBW,。,布氏硬度试验原理,用一定直径的压头（球体），以相应试验力压入待测表面，并保持规定时间，卸载后，,测量材料表面压痕直径,，以此计算出硬度值。,压头,工件,材料的力学性能,布氏硬度试验过程,布氏硬度计,布氏硬度值的 表示方法：,硬度值放在,HBS,或,HBW,符号之前。,例如：,120HBS,布氏硬度特点,优点,：,缺点,：,应用,：,压痕大，测量误差小，数据稳定，重复性强,。,压痕面积较大，测量费时。,不适于测量,成品零件或薄件的硬度。,常用于,测量较软材料,，如灰铸铁、有色金属、退火正火钢材的硬度。,实验原理,：,用锥顶角为,120,的,金刚石圆锥,或直径,1.588mm,的,淬火钢球,，以相应试验力（预载荷主载荷）压入待测表面，保持规定时间,卸载后（卸除主载荷），测量的残余压痕深度增量，计算出硬度值。,实验过程,（二）洛氏硬度,HR,(,Rockwll,hardness ),洛氏硬度值的表示,7085HRA,25100HRB,2070HRC,例如：,50HRC 40HRC,HRA,、,HRB,、,HRC,分别测得的硬度，,不可直接比较大小,。,洛氏硬度特点及应用,优点,：,操作简单，方便，压痕小，测量范围大，,可用于,测量较薄件和成品件,。,缺点,：,精度较低，不同标度的硬度值不能比较，,不适于,测量组织不均匀材料,。,HRA:,硬质合金、表面淬火层或渗碳层；,HRB:,有色金属、铸铁、退火和正火态钢等,；,HRC:,调质态钢、淬火态钢等,。,应用,：（见表）,课 堂 练 习,入库钢材,、,淬火车刀,、,调质处理的主轴,、,（,HBS,或,HRB,） （,HRC),（,HRC,）,有色金属、灰口铸铁,，各用什么方法测量,（,HBS,或,HRB,）,其硬度,，写出硬度符号。,三、冲击韧性,（,韧度，,toughness,）,定义：,在,冲击载荷,作用下，材料抵抗破断的能力。,测定方法：,一次摆锤冲击试验法,衡量指标：,冲击韧性,a,k,物理意义,:,试样在冲断时，单位横截面积上所消,耗的冲击功,A,K,，单位为,J/cm,2,a,K,值越大，表示材料的冲击韧性越好,。,材料的性能,一次摆锤冲击试验,冲击韧性：,冲击功：,应 用,评价材料冶金质量和锻造及热处理的缺陷；,与屈服强度结合用于一般零件抗断裂设计；,测量金属材料的冷脆转变温度。,T,，,a,k,急剧，韧性脆性。,冷脆转变温度越低，材料的低温冲击韧性愈好。,a,K,值一般不直接用于计算。,原因,：,不同材料的,a,K,值可以是相同的。,Titanic,沉没原因：,与船体材料的质量直接有关。,冰山撞击船体产生断裂！,材料的使用温度应高于其冷脆转变温度,。,Titanic,号钢板（左图）和现代船用钢板（右图）的冲击试验结果：,Titanic,现代船用钢板,主要力学性能指标的应用,弹性指标,：,设计弹性零件时，需考虑弹性极 限，如各类弹簧和弹性元件等。,屈服强度和塑性,：,一般零件的抗断裂设计。,硬度,：,设计耐磨零件时，必须考虑的性能指标， 如滚动轴承等。,冲击韧性,：,零件工作中，承受冲击载荷，如汽车齿轮、弹簧、冲压模具等。,第二节 材料的工艺性能,铸造性能：,衡量指标是合金的流动性、收缩性、偏析等,锻压性能：衡量,指标是塑性和变形抗力,焊接性能：,对低合金结构钢可以用碳当量来衡量,切削加工性能：工件,材料的可加工性,热处理性能：,主要考虑淬透性,即钢接受淬火的能力,本 章 小 结,强度、塑性、硬度、韧性指标符号及含义。,2.,零件设计时，常用的强度指标,3.,各种硬度测量方法和适用范围,一、填 空,1.,机械设计时，常用,和,两种强度指标。,2.,屈强比是指,与,之比。,3.,金属材料常用的力学性能指标有：抗拉强度，用,表示；屈服强度，用,表示；硬度，常用,和,；常用塑性指标有,和,；冲击韧性，用,表示。,二、判断题,材料硬度越低，其切削加工性能就越好。,材料的弹性越好，其塑性也愈好。,硬度是表征金属材料力学性能的一个综合参量，因此零件图纸上常对硬度指标提出要求。,材料的使用温度应高于其冷脆转变温度。,课堂练习,三、选择题,1.,在低碳钢拉伸应力,应变曲线上对应的最大应力值称为,（ ）,。,A,.,弹性极限,B.,屈服强度,C.,抗拉强度,D.,断裂强度,2.,材料开始发生塑性变形的应力值称为材料的,（ ）,。,A,.,弹性极限,B.,屈服强度,C.,抗拉强度,D.,断裂强度,3.,测量硬度较高的钢件（如淬火钢件）的硬度时，一般应采用（ ）。,A,. HBS B. HRB C. HRC,4.,一般，钢材易于进行切削加工的硬度范围为（ ）。,A. ,250HBS,C. (,180,250)HBS,D,.,（,60,70,）,HRC,5.,下列硬度表示方法正确的是（ ） 。,A. 200HRC,B. 60HRC,C. HRC180,D.HBS250,E.220HBS,