第一章 材料的种类与性能.pdf

材料的种类与性能材料的种类与性能 第 一 章第 一 章 机 械 制 造 基 础机 械 制 造 基 础 基本内容 1 1 1 2 2 2 3 3 3 材料的种类材料的种类 基本概念基本概念基本概念基本概念 金属材料的金属材料的金属材料的金属材料的力学性能力学性能力学性能力学性能 材料的种类 1 1 1 基本内容 1 1 1 2 2 2 3 3 3 材料的种类材料的种类 基本概念基本概念基本概念基本概念 金属材料的金属材料的金属材料的金属材料的力学性能力学性能力学性能力学性能 基本概念 金属 金属 合金 合金 由一种金属元素所组成 如由一种金属元素所组成 如Cu Al Mg Zn 由一种金属元素为主 加入其他金属 或非金属 元素所组成 例 由一种金属元素为主 加入其他金属 或非金属 元素所组成 例 Fe C 铁碳合金 铁碳合金 钢 铸铁钢 铸铁 Cu Zn 铜锌合金 铜锌合金 黄铜黄铜 2 2 2 基本内容 1 1 1 2 2 2 3 3 3 材料的种类材料的种类 基本概念基本概念基本概念基本概念 金属材料的金属材料的金属材料的金属材料的力学性能力学性能力学性能力学性能 金属材料的性能金属材料的性能 使用性能 工艺性能 使用性能 工艺性能 力学 机械 性能 强度 硬度 刚度 塑性 韧性等 物理性能 密度 熔点 热膨胀性 导热性 导电性等 化学性能 耐腐蚀性 耐高温性等 铸造性能 流动性 收缩性等 锻造性能 塑性 变形抗力等 焊接性能 热处理性能 切削加工性 力学 机械 性能 强度 硬度 刚度 塑性 韧性等 物理性能 密度 熔点 热膨胀性 导热性 导电性等 化学性能 耐腐蚀性 耐高温性等 铸造性能 流动性 收缩性等 锻造性能 塑性 变形抗力等 焊接性能 热处理性能 切削加工性 金属材料的力学性能 3 3 3 返回返回 外力作用下的变形与失效外力作用下的变形与失效 材料的力学性能指标材料的力学性能指标 失效形式与力学性能之间的关系失效形式与力学性能之间的关系 金属材料的力学性能 力学性能 材料在外力作用下所表现出来的性能力学性能 材料在外力作用下所表现出来的性能 3 3 3 外力作用下的变形与失效 3 3 3 外加载荷外加载荷 拉伸实验拉伸实验 两种变形两种变形 弹性变形 弹性变形 塑性变形 塑性变形 加力产生 去力消失 加力产生 去力保留 加力产生 去力消失 加力产生 去力保留 特点 特点 有力才有变形 去力见分晓 外力作用下的变形与失效 三个阶段三个阶段 弹性变形阶段弹性变形阶段 F Fe 弹塑性变形阶段弹塑性变形阶段 F Fb 断裂阶段断裂阶段 3 3 3 外力作用下的变形与失效 四种常见的失效形式四种常见的失效形式 断裂 轴 断裂 轴 塑性变形 发动机气缸上的螺钉 塑性变形 发动机气缸上的螺钉 过量的弹性变形过量的弹性变形 磨损 凸轮 磨损 凸轮 3 3 3 材料的力学性能指标 静载荷作用 延伸率延伸率 100 0 0 l llk 断面收缩率断面收缩率 100 0 0 S SS k 塑性 塑性 一般 一般 5 满足要求 满足要求 塑性 材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力塑性 材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力 表征材料抵抗断裂的能力 不易断裂表征材料抵抗断裂的能力 不易断裂 b 表征材料抵抗塑性变形的能力 不易产生塑性变形表征材料抵抗塑性变形的能力 不易产生塑性变形 s 名义屈服强度名义屈服强度2 0 强度 金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂 的能力强度 金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂 的能力 3 3 3 0 S Fb b 抗拉强度抗拉强度 材料产生材料产生0 2 的塑性变形时所具有的应力值的塑性变形时所具有的应力值 应用应用 静载荷作用的零部件 锻造 静载荷作用的零部件 锻造 材料弹性变形阶段的最大应力值弹性极限材料弹性变形阶段的最大应力值弹性极限 0 S Fe e 屈服强度屈服强度 0 S Fs s 材料的力学性能指标 静载荷作用 E 刚度 刚度 布氏硬度布氏硬度 HB 布氏硬度实验原理布氏硬度实验原理 洛氏硬度 洛氏硬度 HRC HRA HRB HRF 维氏硬度和显微硬度维氏硬度和显微硬度HV 硬度 材料抵抗硬物压入其表面的能力硬度 材料抵抗硬物压入其表面的能力 E 弹性模量弹性模量 刚度刚度 E 3 3 3 材料受力时抵抗弹性变形的能力 表征材料产生弹 性变形的难易程度 材料受力时抵抗弹性变形的能力 表征材料产生弹 性变形的难易程度 3 3 3 返回 Figure 2 12 General characteristics of hardness testing methods and formulas for calculating hardness The quantity P is the load applied Source H W Hayden et al The Structure and Properties of Materials Vol III John Wiley Sons 1965 Hardness Tests Hardness Conversion Chart Figure 2 14 Chart for converting various hardness scales Note the limited range of most scales Because of the many factors involved these conversions are approximate 材料的力学性能指标 动载荷作用 冲击韧性冲击韧性 材料抵抗冲击载荷的能力材料抵抗冲击载荷的能力 k 3 3 3 J m2 S Ak k k A S 摆锤冲断试样所消耗的冲击功摆锤冲断试样所消耗的冲击功 试样缺口处的横截面积 式中 试样缺口处的横截面积 式中 材料的力学性能指标 交变载荷作用 疲劳强度疲劳强度材料抵抗材料抵抗交变载荷交变载荷的能力的能力 1 作用载荷不变时 材料变形量随时间延长而缓慢增加作用载荷不变时 材料变形量随时间延长而缓慢增加 在给定温度 规定时间内 试样产生的蠕变量不超 过规定值时的最大应力 在给定温度 规定时间内 试样产生的蠕变量不超 过规定值时的最大应力 3 3 3 蠕变强度蠕变强度 材料经受无数次 材料经受无数次 108 交变载荷而不破坏所承受的最大 应力 交变载荷而不破坏所承受的最大 应力 大小与方向随时间变化的载荷大小与方向随时间变化的载荷 特点 特点 抵抗能力 交变载荷 破坏形式 突然断裂 抵抗能力 交变载荷 破坏形式 突然断裂 材料的力学性能指标 其他载荷作用 磨损磨损 机器运转时 任何零件在接触状态下的相 对运动都会产生摩擦 导致零件磨损 最后失 效 机器运转时 任何零件在接触状态下的相 对运动都会产生摩擦 导致零件磨损 最后失 效 按磨损的破坏机理 磨损可分为 按磨损的破坏机理 磨损可分为 1 黏着磨损 2 磨粒磨损 3 腐蚀磨损 1 黏着磨损 2 磨粒磨损 3 腐蚀磨损 3 3 3 失效形式与力学性能之间的关系 磨损磨损 断裂断裂 塑性变形塑性变形 过量弹性变形过量弹性变形 b