金属材料的性能教学课件PPT.ppt

第1章 材料的性能,材料的性能,使 用 性 能,材料制成零件或构件后，为保证其正常工作和一定的工作寿命所必须具备的性能,工 艺 性 能,材料在冷、热加工过程中，为保证加工过程的顺利进行材料所必须具备的性能,力学性能,物理性能,化学性能,铸造性能,锻造性能,焊接性能,热处理性能,切削加工性能,1.1 力学性能,力学性能：指材料抵抗各种外加载荷的能力，其中包括弹性、刚度、强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。,低碳钢拉伸曲线试验机&试样,拉伸试验机,拉伸试样(gbt228-2002),p,e,s,b,k,应力：单位面积上试样承受的载荷，=f/ao (mpa)；,应变：单位长度的伸长量，=l/l0,o,弹性：金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能；,弹性变形：随载荷撤除而消失的变形；,e,弹性极限：e=fe/ao,塑性：材料在外力作用下，产生永久变形而不破坏的性能；,塑性变形：不随外力去除而消失的变形；,屈服：外力不增加而试样继续发生变形的现象；,抗拉强度： b=fb/ao 试样在断裂前所能 承受的最大应力,s,b,屈服强度：s=fs/ao,比例弹性变形,非比例弹性变形,颈缩,弹性模量e：材料在弹性范围内，应力与应变的比值，e=/，e标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度；,名义屈服强度0.2 ：,o,0.2%,a,b,0.2,延伸率：试样拉断后的标距伸长量l与原始标距l0之比；,断面收缩率 ：是指试样拉断处横截面积的收缩量a与原始横截面积a0之比。,新、旧国家标准性能名称和符号对照表：,硬度,硬度是指材料对局部塑性变形的抗力； 常用的硬度测量方法是压入法；,种类,布氏硬度hb，brinell hardness,洛氏硬度hr，rockwell hardness,维氏硬度hv，vickers hardness,布氏 硬度,布氏硬度值是外力除以压痕球冠表面积；,在实际操作中，不需计算，用刻度放大镜测出压坑直径d，然后查表。,淬火钢球：用以测定硬度450的金属材料，硬度值用hbs表示； 硬质合金球：用以测定硬度在450-650之间的材料，其硬度值用hbw表示；,布氏硬度压痕,如：120hbs表示用淬火钢球测得的布氏硬度值为120； 优缺点：较高的测量精度，反映材料的平均性能，与0.2有存在一定的经验关系；不能测定高硬度材料。,洛氏 硬度,以顶角为120的金刚石圆锥压入试样表面；,先加初载荷，然后加主载荷；,压入试样表面之后，去除主载荷；,保留初载荷的情况下，根据试样表面压痕深度(h=h3-h1)确定被测材料的洛氏硬度。,常用标尺：hrc； 压头类型： 120金刚石圆锥体； 应用：一般淬火钢件。,洛氏硬度压痕,优点：操作迅速、简便，可由表盘上直接读出硬度值，可测较薄工件； 缺点：精度较差，硬度值波动较大。,维氏硬度,与布氏法相似； 金刚石四棱锥体； 正方形压痕； 根据对角线平均长度查表，获得硬度值。,优点：可用同一标尺测定从极软到极硬的材料，可测较薄材料和各种表面渗层，且准确度高； 缺点：需测量压痕对角线长度，测试手续相对较繁。,韧性,冲击韧性：材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。,国家标准测试方法：gb/t 229-1994 金属夏比缺口冲击试验方法； 冲击韧度ak：冲断时，在试样横截面的单位面积上所消耗的功称为冲击韧性值， ak=ak/s 由于冲击试验采用的是标准试样，目前一般用冲击功ak表示冲击韧性值。,titanic的沉没与船体材料的质量直接有关,建造中的titanic 号,疲劳,1842年5月10日，法国国王在凡尔赛宫举行庆典，人们乘火车回城途中，机车车轴断裂，数十人丧生； 疲劳“晶化理论”； 20世纪50年代世界上第一批喷气客机“彗星号”连续失事； 1954年1月10日，英国海外航空公司“彗星”1号客机机身突然在空中破碎，坠入地中海； 不到1年的时间里，有3架以完全相同的方式在空中解体； 彗星客机总共生产114架，有13架发生事故而损坏。,fatigue,彗星号,疲劳：在交变应力(随时间做周期性变化的应力)作用下，零件所承受的应力虽然低于屈服强度，但经过较长时间的工作会产生裂纹或突然断裂； 疲劳强度：当应力低于一定值时，试样可经受无限个周期循环而不破坏，此应力值称为材料的疲劳强度；,n1,n2,n3,n4,n,2,3,1,4,黑色金属： 107周次； 有色金属、不锈钢： 108周次。,1.2 物理和化学性能,1.2.1 物理性能,1.密度单位体积的物质的质量；,比强度：强度b与密度之比；,2.熔点材料的熔化温度；,陶瓷金属、合金；高分子材料没有固定的熔点；,低熔点合金,耐高温难熔材料,3.导热性材料传导热量的性能；,金属及合金的导热系数远高于非金属材料；,阿基米德法：, =,wa fl,wa wfl,4.导电性材料传导电流的能力；,iacs=international annealed copper standard 国际退火铜标准；,金属及其合金具有良好的导电性：银铜铝铁；,高分子材料大多是绝缘体，高分子复合材料也有良好的导电性；,陶瓷材料是绝缘体、半导体；,5.热膨胀性材料随着温度变化而膨胀收缩的特性；,陶瓷金属高分子,6.磁性材料导磁的性能；,软磁材料：易磁化、导磁性好，外磁场去除后，磁性基本消失；,永磁材料：经磁化后，保持磁场，磁性不易消失；,铁、镍、钴,铝、铜、铅、不锈钢,居里点：磁性材料当温度升高到一定值时，磁性消失；铁-770 ,1.2.2 化学性能,1.耐腐蚀性：是指材料抵抗各种介质侵蚀的能力；,非金属材料金属材料,2.抗氧化性：材料在加热时抵抗氧化作用的能力；,3.化学稳定性：是材料耐腐蚀性和抗氧化性的总称；,金属及合金的抗氧化机理：氧化膜,热稳定性：高温下的化学稳定性。,1.3 工艺性能1 铸造性能,铸造：金属材料的液态成型工艺。将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔，凝固后使之成为具有一定形状和性能的铸件； 流动性、收缩性、偏析。,是否易于进行压力加工； 取决于材料的塑性和变形抗力； 纯铜、碳钢、铸铁。,2 锻造性能,焊接性能：两块材料在局部加热至熔融状态下能牢固地焊接在一起的能力； 低碳钢具有良好的焊接性，而高碳钢、铸铁的焊接性不好。,3 焊接性能,热处理：就是通过加热、保温、冷却的方法使材料在固态下的组织结构发生改变，从而获得所要求的性能的一种加工工艺； 淬火、回火、退火、正火、表面热处理。,4 热处理性能,淬火quenching：将钢或合金加热，以获得相应的高温相，然后快速冷却，获得低温亚稳相的热处理工艺； 回火tempering：淬硬钢加热到临界点a1以下预定的温度的热处理。通过松弛淬火应力和使组织向稳定状态过度，改善材料延性和韧性，使钢获得一定的力学性能和稳定的几何尺寸；,退火annealing：软化材料的热处理，将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却(随炉冷却)，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺； 正火no