绪论金属材料的性能亮

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,简 介,一、材料科学的重要地位与作用,二、工程材料的分类,三、本课程的任务和内容,石器,铁器,象形尊(西周),石器时代,青铜器时代,铁器时代,材料是人类进化的里程碑。,一、材料科学的重要地位与作用,二、工程材料的分类,按材料的化学组成分类,（,1,）金属材料,（,2,）无机非金属材料,（,3,）高分子材料,（,4,）复合材料,三、本课程的任务和内容,（,1,）金属力学性能,（,2,）工程材料的基本理论,即材料的结构与性能、金属材料的组织与性能控制,(,纯金属凝固、金属塑变与再结晶、钢的热处理,),（,3,）常用工程材料,即金属材料,(,工业用钢、铸铁、有色金属及合金,),、高分子材料、无机非金属材料、复合材料。,定义,:,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、疲劳强度和断裂韧度等。,绪论 金属的力学性能,低碳钢的应力-应变曲线,拉伸试样,拉伸试验机,应力,=,P,/,F,0,应变,=(,l,-,l,0,)/,l,0,一、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,。,e,二、强度与塑性,强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。,屈服强度,s,：材料发生微量塑性变形时的应力值。,抗拉强度,b,：材料断裂前所承受的最大应力值。,条件屈服强度,0.2,：残余变形量为,0.2%,时的应力值。,s,0.2,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,三、冲击韧性,是指材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。,指标为冲击韧性值,a,k,(,通过,冲击实验,测得,),。,试样冲断时所消耗的冲击功A,k,为:,A,k,=m g H m g h(J),冲击韧性值,a,k,就是试样缺口处单位,截面积上所消耗的冲击功。,A,K,a,k,=(J/cm,),S,0,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,TITANIC,建造中的Titanic 号,TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关,Titanic,号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果,Titanic,近代船用钢板,四、疲劳极限,材料在低于,s,的重复交变应力作用下发生断裂的现象。,材料在规定循环次数条件下，进行应力循环后仍不发生断裂，此时的最大应力称为疲劳极限。用,-1,表示。,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,五 硬 度,布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV,锉刀法,硬度:,是指材料抵抗其它硬物体压入其表面的能力。,常用测量硬度的方法,1,、布氏硬度,HB,布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。,布氏硬度计,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,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,。,布氏硬度压痕,洛氏硬度,洛氏硬度是以顶角为,120,的金刚石圆锥体,或直径为,1.588,的淬火钢球作压头，,以规定的试验力使其压入试样表面。,试验时，先加初试验力，然后加主试验力。,压入试样表面之后卸除主试验力，,在保留初试验力的情况下，根据试样表面压痕深,度，确定被测金属材料的洛氏硬度值。,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,。,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,六、断裂韧性,1943年美国T-2油轮发生断裂,北极星导弹,裂纹扩展的基本形式,断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。,