金属材料的性能.ppt

JINSHUCAILLIAODELIXUEXINGNENG 多媒体技术 金属材料的力学性能 金属材料的常用五大力学性能指标 掌握金属力学性能的基本概念及其指标 认识拉伸曲线图 掌握强度 塑性的衡量指标及其意义 掌握常用硬度的测试方法及适用范围 掌握冲击韧度 疲劳强度的衡量指标及其意义 知识目标 能力目标 能根据拉伸曲线图比较不同金属材料的强度 塑性 能根据材料及其热处理状态 正确选用硬度测试方法 能根据力学性能指标合理选用金属材料 重点及难点 铸造性 锻造性 焊接性 热处理工艺性 切削加工性 金属材料的性能 物理性能 化学性能 力学性能 使用性能 工艺性能 金属的力学性能 金属材料在各种载荷 外力 作用下表现出来的抵抗变形和破坏的能力 载荷 外力 形式 载荷分类 包括 强度 塑性 硬度 冲击韧度 疲劳强度 一 强度 2 拉伸试样 长试样 1 圆柱形试样 短试样 2 板状试样 L0 d0是规定的标准值通常 L0取100mm或者50mm 3 拉伸曲线分析 低碳钢 弹性变形变 微量塑变 屈服 均匀塑变 缩颈 局部塑变 断裂 4 低碳钢的应力 应变曲线 应力 F A0应变 L L0 几种常见金属材料的应力 应变曲线 1 铝青铜2 低碳钢 C 0 35 3 硬铝4 铜 抵抗塑性变形和断裂的能力越大 则强度越高 按载荷作用方式不同 强度可分为 抗拉强度 抗弯强度 抗压强度 抗剪切强度 工程上常用的强度指标 屈服强度 抗拉强度 1 屈服强度 屈服 1 符号 s 2 大小 s Fs Ao 3 意义 屈服强度表示材料抵抗塑性变形的能力 是塑性材料选材的依据 产生屈服现象的最低应力 弹变 塑变 2 抗拉强度 铸铁的应力 应变曲线 有些金属材料在拉伸时无明显的屈服现象 如左图的铸铁 无法测定其屈服强度 s 按GB T228 2002规定 可用条件屈服强度 0 2表示 含义 残余变形量为0 2 时的应力值 2 抗拉强度 强度指标 缩颈 1 符号 b 2 大小 b Fb Ao 3 意义 材料抵抗断裂的能力 是选材的依据 断裂前的最大应力 塑变 断裂 金属材料在断裂前产生永久变形的能力 塑性指标 伸长率 断面收缩率 二 塑性 L1 L0 L0 100 试样拉断后 标距的伸长量与原始标距的百分比 L0 试样原始标距 mm L1 试样拉断后标距 mm 注意 当L0 10d0时 伸长率用 10 表示 当L0 5d0时 伸长率用 5表示 直径d0相同时 L0 只有当L0 d0为常数时 塑性值才有可比性 同一材料的试样长短不同 测得的伸长率数值是不相等的 一般有 5 比较不同材料的伸长率时 应采用尺寸规格一样的试样 试样拉断后 缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比 A0 试样原始横截面积 mm2 A1 试样拉断后缩颈处最小横截面积 mm2 A0 A1 A0 100 说明 用断面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形 塑性指标 塑性好 利于材料成形加工 锻压 轧制等 塑性好 可以防止过载 避免突然断裂 伸长率和断面收缩率数值越大 材料的塑性越好 拉伸试样的缩颈现象 塑性意义 材料抵抗表面局部塑性变形的能力 衡量金属软硬程度的一种性能指标 三 硬度 硬度指标 布氏硬度 1 试验原理 布氏硬度 2 计算公式 布氏硬度 3 试验规范GB T231 1 2002压头 10mm 5mm 2 5mm 1mmF D2 30 15 10 5 2 5 1试验力 钢铁材料为10 15s 有色金属为30s 布氏硬度值 35时为60s 4 表示方法符号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压头直径 载荷及载荷保持时间 10 15s不标注 如120HBW10 1000 30表示直径为10mm的硬质合金球在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 优点 测量误差小 数据稳定 缺点 压痕大 不能用于太薄件 成品件及比压头还硬的材料 操作麻烦 适于测量退火 正火 调质钢 铸铁及有色金属的硬度 布氏硬度 5 优缺点及应用范围 洛氏硬度 1 试验原理 洛氏硬度用符号HR表示 HR k h1 h0 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 洛氏硬度 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 洛氏硬度 维氏硬度 维氏硬度用符号HV表示 符号前的数字为硬度值 后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间 根据载荷范围不同 规定了三种测定方法 维氏硬度试验 小负荷维氏硬度试验 显微维氏硬度试验 维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点 维氏硬度 硬度测试方法比较 金刚石圆锥 压痕面积 测量准确 损伤大操作繁 450HBW 软材料 有色 软钢毛坯半成品 淬火钢球 压痕深度 损伤小较迅速 不够准确不连续 45HRC 表层薄而硬 有色 软钢成品 薄件 各种淬火钢 金刚石四棱锥 压痕面积 准确连续性 不适于成批 800HV 从软到硬更宜 更薄更硬 硬质合金球 金刚石圆锥 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力 四 冲击韧度 冲击试验 指标为冲击韧性值ak 通过冲击实验测得 冲击韧性值 ak 试样冲断时所消耗的冲击功Ak为 Ak mgh mgh J 冲击韧性值 ak 就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功 测定冲击韧性值的意义1 评定材料相对韧性的大小2 评定材料的变脆倾向 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 五 疲劳强度 5 疲劳断裂原因与提高疲劳强度途径 影响疲劳强度的因素 应力集中 材料内部组织缺陷 机加工精度 表面状态 残余应力 提高疲劳强度的途径 零件结构设计尽量避免尖角 缺口和截面突变 减少材料组织缺陷 减小表面粗糙度 采用表面强化处理 动静万能疲劳试验机 六 小结 塑性判据 强度判据 疲劳强度 1 韧性判据 动载 维氏硬度5 1000HV 受循环交变载荷零件的选材 检验依据 金属力学性能 静载 屈服点 抗拉强度 b 断裂前的最大应力 断后伸长率 5 断面收缩率 10 硬度判据 布氏硬度 650HBW 洛氏硬度 冲击韧度 k 受冲击零件的选材 检验依据 疲劳判据 s 塑性材料产生明显塑性变形的抗力 抵抗塑性变形的指标 0 2 脆性材料无明显塑性变形的抗力 抵抗断裂的指标 设计选材依据 检查材料标准 可满足一般零件 设计选材参考安全可靠保证 用于测成品 薄