金属材料的主要性能(金工第一章)

单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,*,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,第一篇金属材料,1,、金属材料与“金属”之间的区别：,纯金属,金属材料,合金,：以一种金属为基础，加入其它金属或非金,属，经过熔炼、烧结或其它方法而制成的,具有金属特性的材料。,机械制造业主要使用的金属材料是合金。因为合金比纯金属具有更好的机械性能和工艺性能。,2,、金属材料在机制行业中的重要地位和必要性,它是机械制造业最主要的材料，在机床、矿山机械、冶金设备、动力设备、农用机械、交通运输等机械设备中，金属制品占,8090%,。之所以如此，是因为：合金具有,好的使用性能,和,好的工艺性能,。,10/4/2024,1,2-1,金属材料的力学性能,2-1,金属材料的物理、化学及工艺性能,（自学）,第一章 金属材料的主要性能,（金工第一章）,10/4/2024,2,使用性能：,材料在使用过程中所表现的性能。,包括,力学性能、物理性能,和,化学性能等。,工艺性能：,材料在加工过程中所表现的性能。,包括,铸造、锻压、焊接、热处理,和,切削性能等,。,力学性能（,机械性能）,：,是指金属材料在外力作用下所表现出来的性能。在不同的外力作用下反映出不同的机械性能。,主要的,机械性能指标,有：,弹性、塑性、刚度、强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度和断裂韧性,等,。,10/4/2024,3,三、冲击韧性,一、弹性和刚度,二、强度与塑性,四、疲劳,五、硬度,力学性能指标,10/4/2024,4,1-1,金属材料的力学性能,基本概念：,拉伸试验,应力：单位截面上所受的力（应力,=,P,/,F,0,）,应变：单位长度所产生的变形量（,应变,=(,l,-,l,0,)/,l,0,）,先制成拉伸试样（如图,1-1,）（常用的有,10,倍和,5,倍试样），置于试验机夹头内，加拉力,P,，,产生伸长量,l,，,随着，,l,，,根据、,l,绘成的图叫,载荷,伸长图,。,根据应力,(,单位截面所受的载荷）与应变,(,单位长度所产生的伸长量）所绘制成的图叫,应力,应变图,。,拉伸图,（,载荷,伸长图、,应力,应变图）,10/4/2024,5,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,。,五万吨,水压机,10/4/2024,6,低碳钢的应力,-,应变曲线,拉伸试样,拉伸试验机,10/4/2024,7,10/4/2024,8,一、弹性和刚度,弹性：,指标为弹性极限,e,，,即,材料承受最大弹性变形时的应力。,刚度：,材料受力时抵抗弹性变形的能力,.,指标为弹性模量,E,。,弹性模量,是材料比较稳定的性能，其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。,10/4/2024,9,二、强度与塑性,条件屈服强度,0.2,:,残余变形量为,0.2%,时所对应的应力值。,抗拉强度,b,：,材料断裂前所承受的最大应力值。,s,0.2,强度：,材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。,屈服强度,s,：,材料发生微量塑性变形时的应力值。,10/4/2024,10,塑性：,材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。,指标为,：,伸长率：,断面收缩率：,断裂后,拉伸试样的颈缩现象,10/4/2024,11,说明：,用断面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。,直径,d,0,相同时，,l,0,，,。,只有当,l,0,/d,0,为常数时，塑性值才有可比性。,当,l,0,=10d,0,时，伸长率用,表示；,当,l,0,=5d,0,时，伸长率用,5,表示。显然,5,时，无颈缩，为脆性材料表征,时，有颈缩，为塑性材料表征,10/4/2024,12,三、冲击韧性,冲击韧性：,是指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,a,k,=A,k,/A(J/cm,2,),(,通过,冲击实验,测得,),10/4/2024,13,韧脆转变温度,材料的冲击韧性随温度下降而下降。,在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称,韧脆转变,。,发生韧脆转变的温度范围称,韧脆转变,温度,。,材料的使用温度应高于韧脆转变温度。,韧,体心立方金属具有韧脆转变温度，而大多数面心立方金属没有。,10/4/2024,14,四、疲劳,疲劳：,材料在低于,s,的,重复交变应力作用下发生断裂的现象。,材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为,疲劳极限,。用,-1,表示，,钢铁的,-1,只有,b,的一半左右。,。,钢铁材料规定次数为,10,7,，有色金属合金为,10,8,。,疲劳应力示意图,疲劳曲线示意图,10/4/2024,15,五、硬度,材料抵抗表面局部塑性变形的能力,。,布氏硬度,HB,布氏硬度计,10/4/2024,16,压头为钢球时,，布氏硬度用符号,HBS,表示，适用于布氏硬度值在,450,以下的材料。,压头为硬质合金球时,，用符号,HBW,表示，适用于布氏硬度在,650,以下的材料。,符号,HBS,或,HBW,之前的数字表示硬度值,符号后面的数字按顺序分别表示球体直径,、,载荷及载荷保持时间。,如,120HB,S,10/1000/30,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,。,布氏硬度压痕,10/4/2024,17,布氏硬度的优点：,测量误差小，数据稳定。,缺点：,压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。,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,:,b,(MPa),3.6HB,对于高碳钢：,b,(MPa),3.4HB,对于铸铁：,b,(MPa),1HB,或,b,(MPa,),0.6(HB-40),HB,b,(MPa,),钢,黄铜,球墨铸铁,10/4/2024,18,洛氏硬度,h,1,-,h,0,洛氏硬度测试示意图,洛氏硬度计,洛氏硬度用符号,HR,表示，,HR=,k,-(,h,1,-,h,0,)/0.002,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,。,10/4/2024,19,符号,HR,前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺,。,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。,洛氏硬度的优点：,操作简便，压痕小，适用范围广。,缺点：,测量结果分散度大。,钢球压头与金刚石压头,洛氏硬度压痕,10/4/2024,20,维氏硬度,维氏硬度计,维氏硬度试验原理,维氏硬度压痕,10/4/2024,21,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,。,小负荷维氏硬度计,显微维氏硬度计,10/4/2024,22,END,10/4/2024,23,