金属材料的主要性能指标ppt课件.ppt

1 第2章机械工程材料 2 1金属材料的主要性能指标 2 材料是人类生产和生活所必须的物质基础 材料的应用及发展 3 石器时代青铜器时代铁器时代 材料是人类进化的里程碑 由于材料的重要性 历史学家根据人类所使用的材料来划分时代 4 材料的发展水平和利用程度已成为人类文明进步的标志 材料的发展与人类社会简图 5 没有半导体材料的工业化生产 就不可能有目前的计算机技术 6 没有高温高强度的结构材料 就不可能有今天的航空工业和宇航工业 在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片 7 没有低消耗的光导纤维 也就没有现代的光纤通讯 二十世纪七十年代 人们把材料与能源和信息并列 称作现代文明的三大支柱之一 8 前苏联在1957年把第一颗人造卫星送入太空 令美国人震惊不已 认识到在导弹火箭技术上落后了 因此在其后的十年里 在十多所大学中陆续建立了材料科学研究中心 并把约2 3大学的冶金系或矿冶系改建成了冶金材料科学系或材料科学与工程系 其涉及的材料由金属扩展到了陶瓷和高分子聚合物材料 可见 高技术需要先进材料的支持 前苏联第一颗人造卫星及其运载火箭 9 中华民族在人类历史上为材料的发展和应用作出过重大贡献 早在公元前6000 5000年的新石器时代 中华民族的先人就能用黏土烧制成陶器 到东汉时期又出现了瓷器 并流传海外 10 4000年前的夏朝我们的祖先已经能够炼铜 到殷 商时期 我国的青铜冶炼和铸造技术已达到很高水平 司母戊鼎河南安阳晚商遗址出土青铜铸造高133厘米重875kg饰纹优美 11 越王勾践剑 春秋晚期越国青铜兵器出土于湖北江陵楚墓长55 7厘米剑锷锋芒犀利锋能割断头发 12 古代剑刃制造中的特殊技术 13 黄石铜矿遗址春秋晚期矿井深达50m炼铜炉渣多达40万吨实属罕见 14 我国从春秋战国时期便开始大量使用铁器 明朝科学家宋应星在 天工开物 一书中就记载了古代的渗碳热处理等工艺 这说明早在欧洲工业革命之前 我国在金属材料及热处理方面就已经有了较高的成就 15 新中国成立后 先后建起了鞍山 攀枝花 宝钢等大型钢铁基地 钢产量由49年的15 8万吨上升到现在的一亿吨 16 原子弹 氢弹的爆炸 卫星 飞船的上天等都说明了我国在材料的开发 研究及应用等方面有了飞跃的发展 17 中国的航天事业 神舟 号飞船 18 中国的航天事业 神舟 号飞船 19 复合材料 工程材料 金属材料 陶瓷材料 高分子材料 近代工业技术的发展 同样与材料紧密相连 能源 信息 材料 已成为现代技术的三大支柱 而前二者的发展均离不开材料 20 金属材料 黑色金属 有色金属 铸铁 碳钢 合金钢 铝合金 铜合金 其它有色金属 非金属材料 高分子材料 陶瓷材料 复合材料 塑料 橡胶 合成纤维 21 一 金属材料的主要性能 新授 2 1金属材料的主要性能指标 密度 熔点 热膨胀性 导电性 导热性 磁性等 2 化学性能 耐腐蚀性高温抗氧化性 3 力学性能 化学稳定性 强度 塑性 硬度 韧性 疲劳强度 断裂韧度 1 使用性能 1 物理性能 2 工艺性能 铸造性 锻造性 焊接性 切削加工性 热处理性等 22 二 金属材料的力学性能 力学性能是指金属在力或能的作用下 材料所表现的性能 它反映了金属材料在各种外力作用下抵抗变形和破坏的某些能力 是选用金属材料的重要依据 1 拉伸试验 2 硬度试验 3 冲击韧度试验 23 拉伸试验 1 该试验中采用了什么设备和试样 2 该拉伸过程中经历了哪几个变形阶段 3 该试验中可测得哪些性能指标 24 万能拉伸试验机 25 圆形拉伸试样 26 长试样 L0 10d0 短试样 L0 5d0 1 强度 指金属抵抗永久变形 塑性变形 和断裂破坏的能力 1 试样 圆形矩形 2 拉伸曲线 27 屈服极限 S 强化阶段 弹性极限 P 屈服阶段 强度极限 B 颈缩阶段 弹性阶段 低碳钢应力 应变图 28 屈服点 材料产生屈服点的最小应力 表征金属发生明显塑性变形的抗力 3 强度指标 抗拉强度 材料在拉断前所承受的最大应力 表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力 29 1 断后伸长率A Lu L0 L0 100 2 断面收缩率Z S0 Su S0 100 A和Z越大 材料的塑性越好 塑性对材料的意义 提高安全性2 便于压力加工成型 板金件加工成型 产生塑性变形而不断裂的能力 2 塑性 30 硬度试验 1 硬度测试的方法有哪些 2 各测量方法可测得哪些性能指标 3 它们有何区别 各应用在什么场合 31 指工程材料抵抗更硬的物体压入其表面内的能力 表示材料抵抗局部塑性变形或破坏的性能 是一个综合反映材料弹性 塑性 强度和韧性的机械性能指标 常用的硬度指标 布氏硬度HB洛氏硬度HR维氏硬度HV 3 硬度 32 1 布氏硬度HB 33 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 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 34 HBS HBW F S 2F D D D2 d2 1 2 不写单位 kgf mm2淬火钢球 HBS硬质合金钢球 HBW当F的单位取N时 加系数0 102 布氏硬度实验原理 计算公式 35 特点及应用 优点 缺点 压痕面积较大 测量费时 应用 常用于测量较软材料 灰铸铁 有色金属 退火正火钢材的硬度 不适于测量成品零件或薄件的硬度 测量误差小 因压痕大 数据稳定 重复性强 36 2 洛氏硬度HR 37 试验原理 用锥顶角为120 的金刚石圆锥或直径1 588mm的淬火钢球 以相应试验力压入待测表面 保持规定时间卸载后卸除主试验力 以测量的残余压痕深度增量来计算出硬度值 38 HR k h 0 002不写单位对金刚石圆锥压头 k 0 2mm对钢球压头 k 0 26mm 洛氏硬度实验原理 计算公式 39 70 85HRA25 100HRB20 70HRC 注意 HRA HRB HRC分别测得的硬度 不可直接比较大小 例如 50HRC40HRC 洛氏硬度值的表示 40 特点及应用 优点 测量操作简单 压痕小 缺点 测量精度较低 可比性差 不同标尺的硬度值不能比较 是生产中应用最广泛的硬度试验方法 用于成品检验和薄件表面硬度检验 不适于测量组织不均匀材料 应用 41 维氏硬度计 3 维氏硬度HV 试验原理 与布氏硬度试验原理基本相同 只是压头改用了金刚石四棱锥体 42 压头 锥面夹角为136 的金刚石正四棱锥体 HV F S 43 特点及应用 优点 适用范围广 从极软到极硬材料都可测量 测量精度高 可比性强 能测较薄工件 缺点 测量操作较麻烦 测量效率低 应用 广泛用于科研单位和高校 以及薄件表面硬度检验 不适于大批生产和测量组织不均匀材料 44 冲击韧度试验 1 该试验中采用了什么试样 2 该试验的原理是什么 3 该试验可测得什么性能指标 45 材料抵抗冲击载荷而不断裂的能力 4 冲击韧度 46 夏比 形缺口 冲击试样 夏比 形缺口 47 冲击韧度 Rk Ak SN J cm2 Ak 冲断试样所消耗的冲击功 J SN 试样缺口处的截面积 冲击吸收功对材料的意义 Ak对材料内部缺陷很敏感 可用来鉴定材料的冶金质量 热加工质量 Ak随温度降低而下降 可用来评定材料的冷脆现象 寒冷地区的机械 试样冲断时所消耗的冲击功Ak为 Ak mgH mgh J 48 疲劳试验 疲劳曲线 材料经无限多次应力循环而不断裂的最大应力 用R 1表示 影响材料疲劳强度的因素 材质 组织 缺陷 夹杂 设计 尺寸变化 缺口 避免尖角 工艺 降低表面粗糙度 表面强化 5 疲劳强度 1 疲劳强度 疲劳极限 钢铁材料规定次数为107 有色金属合金为108 49 零件在循环应力作用下 在一处或几处产生局部永久性累积损伤 经一定循环次数后突然产生断裂的过程 称为疲劳断裂 2 疲劳断裂 疲劳断裂由疲劳裂纹产生 扩展 瞬时断裂三个阶段组成 50 1 铸造性能 金属在铸造成形过程中获得外形准确 内部健全铸件的能力称为铸造性能 铸造性能包括流动性 吸气性 收缩性和偏析等 在金属材料中灰铸铁和青铜的铸造性能较好 2 锻造性能 金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为锻造性能 锻造性能的好坏主要同金属的塑性和变形抗力有关 塑性越好 变形抗力越小 金属的锻造性能越好 三 金属材料的工艺性能 工艺性能是指金属材料在加工过程中是否易于成形的能力 51 3 焊接性能 焊接性能是指材料在限定的施工条件下焊接成按规定设