材料的结构与性能.ppt

1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 1 2金属材料的性能 基本内容和要求 一 金属材料力学性能 1 了解力学性能的种类 概念及指标 2 了解拉伸实验过程及相关指标概念和意义 3 了解各种硬度实验测试方法和应用范围 4 了解冲击实验方法和所测指标的意义 金属材料的性能包含工艺性能和使用性能 使用性能 是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能 如 机械性能 物理性能 化学性能 工艺性能 是指制造工艺过程中材料适应加工的性能 如 铸造性 锻造性 焊接性 切削加工性 热处理工艺性 1 单元3 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 1 2金属材料的性能 一 金属材料的机械性能 是指金属材料在外力作用时表现出来的性能 机械性能 外力形式 拉伸 压缩 弯曲 剪切 扭转等 载荷形式 静载荷 冲击载荷 交变载荷等 指标 强度 刚度 硬度 塑性 韧性和疲劳强度等 强度 金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力 单位 MPa MN mm2 2 单元3 分 抗拉强度 b 抗压 bc 抗弯 bb 抗剪 b 抗扭 t 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 4 静载单向静拉伸应力 应变曲线 介绍拉伸实验 弹性变形阶段屈服阶段强化阶段缩颈阶段试样断裂 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 5 静载单向静拉伸应力 应变曲线 介绍拉伸实验 ob弹性变形阶段bcd屈服阶段db强化阶段Bk缩颈阶段k试样断裂 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 6 根据拉伸实验确定一些强度指标 弹性极限 e elasticlimit 材料拉伸时保持弹性变形 不发生永久变形的最大应力 比例极限 p Pp Fo应力 应变保持线性关系的极限应力值 弹性极限 e Pe Fo 工程上 p e视为同一值 刚度 表示材料弹性变形抗力的大小 弹性模量E 是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标 E愈大 使其产生一定量弹性变形的应力也应愈大 E 杨氏弹性模量 应力应变的比值 单位MPa 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 7 屈服极限 s 屈服强度或屈服点 金属材料开始发生明显塑性变形的抗力 s Ps Fo 条件屈服强度 0 02 产生0 02 残余塑性变形的抗力的极限应力值 用于无屈服点的中高碳钢 脆性材料 b s灰口铸铁 抗拉强度 b 强度极限 是试样被拉断前的最大承载能力 b Pb Fo MPa MPa 材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值 屈强比 s与 b的比值 屈强比愈小 工程构件的可靠性愈高 屈强比太小 则材料强度的有效利用率太低 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 11 延伸率 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 9 3 硬度 布氏硬度 是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力 材料抵抗另一硬物体压入其内的能力 硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念 硬度试验简单易行 又无损于零件 而且可以近似的推算出材料的其它机械性能 因此在生产和科研中应用广泛 硬度试验方法很多 机械工业普遍采用压入法来测定硬度 压入法又分为布氏硬度 洛氏硬度 维氏硬度等 布氏硬度值HB是以试样压痕面积上的平均压力P F表示 即单位面积所承受的压力 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 10 布氏硬度测定的原理 是把一定直径的淬火钢球 以规定的载荷P压入被测材料表面 保持一定时间后卸除载荷 测出压痕直径d 求出压痕面积F计算出平均应力值 以此为布氏硬度值的计量指标 并用符号HB表示 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 12 布氏硬度测定主要适用于各种未经淬火的钢 退火 正火状态的钢 结构钢调质件 铸铁 有色金属 质地轻软的轴承合金等原材料 标注 D P T如120HB 10 3000 10 即表示此硬度值120 在D 10mm P 3000kgf T 10秒的条件下得到的 简单标注 200 230HB或300 330HBS 布氏硬度试验只可用来测定小于HB450的金属材料 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 14 洛氏硬度 HR 基本原理 洛氏硬度属压入法洛氏硬度测定时需要先后施加二次载荷 予载荷P1和主载荷P2 预加载荷的目的是使压头与试样表面接触良好以保证测量结果准确 洛氏硬度就是以 主载荷引起的残余压入深度 来表示 为了与习惯上数值越大硬度越高的概念相一致采用一常数 k 减去 h3 h1 的差值表示硬度值 为了简便起见又规定每0 002mm压入深度作为一个硬度单位 即刻度盘上一小格 洛氏硬度值公式如下 采用金钢石圆锥时k 0 2 用于HRA HRC 用钢球时k 0 26 用于HRB 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 15 布氏硬度实验 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 17 洛氏硬度测定仅产生很小压痕 并不损坏零件 因而适合于成品检验 设备简单 操作迅速方便 但测一点无代表性 不准确 需多点测量 然后取平均值 洛氏硬度虽可用来测定各种金属材料的硬度 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 18 维氏硬度 HV 为了从软到硬的各种金属材料有一个连续一致的硬度标度 因而制定了维氏硬度试验法 维氏硬度试验法是压入试验法中较精确的一种 它与布氏硬度试验法相同 是用一种顶角为136 的金钢石角锥压头 在载荷p kgf 作用下 试样表面压出一个四方锥形压痕 测量压痕对角线长度d mm 供以计算压痕面积F m 以P F的数值表示试样的硬度值 维氏硬度值表示方法为HV硬度数值 有时为反映试验条件在硬度数值前用下标加上负荷 例如HV20232 20为加载负荷 维氏硬度试验主要用来测定金属镀层 薄片金属以及化学热处理 如氮化 渗碳等 后的表面硬度 维氏硬度的压力一般可选5 10 20 30 50 100 120kg等 小于10kg的压力可以测定显微组织硬度 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 20 4 冲击韧性 Ak或ak 韧性 材料断裂前吸收变形能量的能力 韧度 冲击韧性 Ak 冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力 单位为焦耳 厘米 J cm ak 冲击破坏所消耗的功Ak 标准试样断口截面积F ak值低的材料叫做脆性材料 断裂时无明显变形 金属光泽 呈结晶状 ak值高 明显塑变 断口呈灰色纤维状 无光泽 韧性材料 Ak mg h1 h2 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 22 冲击韧性实验 Ak h1 h2 5 疲劳强度 1 1 材料的结构与性能1 2金属材料的性能 单元3 23 80 的断裂由疲劳造成 疲劳 承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化 交变应力作用下 往往在远小于强度极限 甚至小于屈服极限的应力