《chpt1材料性能》PPT课件.ppt

第一章 材料性能 n本章教学目的 u了解材料性能的概念以及材料性能的依 据 u了解与掌握材料的使用性能：指标、测 试方式及其意义 u了解材料的工艺性能 第一章 材料性能 n材料是人类社会经济地制造有用器件的物质。 n所谓有用，即能够满足使用性能（力学、物理 和化学的等性能）要求。 n所谓制造，是将材料变为产品的全过程。材料 对所涉及的加工工艺的适应能力即为工艺性能。包 括铸造、塑性加工、切削加工、焊接和热处理等性 能。 n对使用性能与工艺性能矛盾的合理解决，是材 料研究与应用的主要任务之一。 第一章 材料性能 材料性能的依据 n材料的性能是用于表征材料在给定条件 下所表现出来的行为的一种参量。 n材料的化学成分和内部结构是性能的内 部依据，性能是确定的成分和结构的材料 的外部表现。 n结构的概念。原子结构、结合键、原子 排列方式（晶体结构）和组织（显微和宏 观组织）四个层次。 第一章 材料性能 材料性能的依据 n材料科学是依据“工艺结构性能”的思路 控制或改造材料的性能的，即“工艺决定结构， 结构决定性能”。这里，“结构”是“成分、结 构”的简称；“工艺”主要是指材料的制备和加 工工艺。 n改变结构时，应注意它的可变性以及这种改变 对性能改变的敏感性。有些结构是难以改变的， 如原子结构；有些结构虽可以改变，但性能对这 种改变的敏感性却不同。强度与刚度。 第一章 材料性能 材料的使用性能 n材料使用性能的概念 n力学性能：在力载荷作用下的行为 n物理性能：在热、电、磁等介质作用下 的行为 n化学性能：在化学介质作用下的行为 n思考：为什么要了解材料的使用性能？ 第一章 材料性能 材料的力学性能 n概念：力学性能是指材料在外力作用下 所表现出的行为。 n作用的结果：发生变形（弹性的和塑性 的）与断裂（韧性的和脆性的）。 n思考： 生活中是否观察到过材料的变形与断裂 ？ 材料断裂有哪些形式？ 第一章 材料性能 材料的力学性能 n任务：建筑工地上有一台吊车，准备将 10T的预制件吊起。作为工程师，你怎么选 用钢丝绳才能保证安全？为什么？ n伽利略拉伸试验简介实验力学之起源 第一章 材料性能 材料的力学性能 n思考： n如何测试材料的力学性能？ n如何解决无限种服役形式与有限种测试 方法之间的矛盾？ 第一章 材料性能 材料的力学性能 n解决问题的思路： n寻找服役条件的无限性与性能的有限性 的共同点 n测试材料的受力与变形、断裂之间的关 系 n模拟实际服役情况，寻找规律，指导实 践 第一章 材料性能 材料的力学性能 n各种材料试验机 第一章 材料性能 材料的力学性能 n传统万能材料试验机 n人工读数和记录 n间断、误差 第一章 材料性能 材料的力学性能 n现代材料试验机 第一章 材料性能 材料的力学性能 n测试方法描述 n思考： n从这个试验可以得到什么结果？ n如何分析试验结果？ 第一章 材料性能 材料的力学性能 n低碳钢试样静拉伸试验 拉伸试样的颈缩现象 第一章 材料性能 材料的力学性能 n强度性能指标： n强度定义：材料在外力的作用下抵抗变形与 断裂的能力 n比例极限p n弹性极限e n屈服强度s n抗拉强度b n比强度s/ n屈强比 s/b 第一章 材料性能 材料的力学性能 n刚度性能指标 n刚度定义：抵抗弹性变形的能力 n弹性模量E= / n金属材料的组织结构对此不敏感。因此 ，金属材料构件刚度不够时通常不可通过 改换材料来解决。 n陶瓷、高分子、复合材料敏感。 第一章 材料性能 材料的力学性能 n弹性性能指标 n弹性：描述材料弹性行为的综合性能指 标 n最大弹性变形量 n弹性比功 n滞弹性 第一章 材料性能 材料的力学性能 n塑性性能指标 n塑性：材料发生塑性变形而不破坏的能 力 n延伸率=（L-L0 ） /L0100% n断面收缩率=（F0-F ） /F0100% n加工硬化率 第一章 材料性能 材料的力学性能 n塑性指标的应用意义： n缓解应力集中 n抵抗过载 n承受过载 n塑性成型 n金属材料之所以在过去、现在乃至将来 都有广泛应用，重要原因之一并不是它的 强度，而是其良好的塑性。 第一章 材料性能 材料的力学性能 n思考：还有什么简单方法可以测试材料 强度？ n硬度 n定义：材料抵抗局部变形或破裂的能力 n问题： n怎样测试材料的硬度？ 第一章 材料性能 材料的力学性能 n材料硬度测试原理 第一章 材料性能 材料的力学性能 n指标体系： n布氏硬度：HB n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。 n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。 n优点：测量误差小，数据稳定。 n缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件。 n适测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的 硬度。 第一章 材料性能 材料的力学性能 第一章 材料性能 材料的力学性能 n洛氏硬度：HR n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。 nHRA用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳 层。 nHRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢 等。 nHRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。 n洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 n缺点：测量结果分散度大。 第一章 材料性能 材料的力学性能 第一章 材料性能 材料的力学性能 n维氏硬度 第一章 材料性能 材料的力学性能 n硬度性能实验的优点： n设备简单，操作方便 n可进行成品试验 n可免做复杂试验 n可评定工艺性能 n可敏感反映材料组织结构变化，检验原 材料和控制冷热加工质量 第一章 材料性能 材料的力学性能 n几个有用的关系和数据： n布氏硬度值与洛氏硬度值之关系： n 1HRC 10HB n布氏硬度值与抗拉强度之关系： n b=K*HB n其中：K=0.30.5 第一章 材料性能 材料的力学性能 n韧性性能指标： n韧性，是指材料在变形和断裂全过程中 吸收能量的能力，是材料强度和塑性的综 合表现。 n思考：如何测试材料的韧脆程度？ 第一章 材料性能 材料的力学性能 n冲击试验机 第一章 材料性能 材料的力学性能 摆锤式一次冲击 实验 使用不同类型的试样 (U形缺口或V形缺口) ，其冲击吸收功分别 为AKU或AKV， 冲击韧度则分别为 aKU 或aKV。 第一章 材料性能 材料的力学性能 第一章 材料性能 材料的力学性能 第一章 材料性能 材料的力学性能 n冲击韧性的应用意义：成分、结构、工 艺敏感参数 n材料的冷脆性：冷脆转化温度概念 n冲击韧性实验的局限性：大能量一次冲 断 n对冲击实验的改进：小能量多次冲击 第一章 材料性能 材料的力学性能 n n 小能量多次冲击实验小能量多次冲击实验 n用带有双冲点的锤头以一定的频率和能 量冲击试样，直至冲断。 第一章 材料性能 材料的力学性能 n低应力脆断现象 n断裂韧度 nK1C指标简介 第一章 材料性能 材料的力学性能 n疲劳现象 n金属疲劳的概念 n疲劳断裂的特点 n低应力脆断 n无明显塑性变形 第一章 材料性能 材料的力学性能 n疲劳断口特点： n裂纹源 n扩展区 n最后断裂区 第一章 材料性能 材料的力学性能 n问题： n如何测试材料的疲劳性能？ n疲劳试验机 n疲劳性能指标 第一章 材料性能 材料的力学性能 n材料的疲劳曲线 第一章 材料性能 材料的力学性能 n材料的耐磨性能 n磨损：两种材料因摩擦而引起的表面材 料逐渐损伤现象。 n磨损形式和机理简介 n粘着磨损：冷焊与咬合 n磨粒磨损：犁切与微切削 第一章 材料性能 材料的力学性能 n各种磨损试验机 第一章 材料性能 材料的力学性能 n材料力学性能指标汇总 第一章 材料性能 材料的物理性能 n密度 n热学性能 n熔点 n热容 n热膨胀 n热传导 第一章 材料性能 材料的物理性能 n电学性能 n电阻率 n电阻温度系数 n介电性 n磁学性能 n磁导率 n饱和磁化强度和校顽力 第一章 材料性能 材料的化学性能 n化学腐蚀 n电化学腐蚀 n措施： n化学腐蚀：选择抗氧化材料和表面处理 n电化学腐蚀：选择耐蚀材料、进行表面 处理、电化学保护、加缓蚀剂