1.材料的性能ppt课件

第一章材料的性能,本章主要内容及要求：理解工程材料力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能的意义；掌握主要的力学性能指标，熟悉有关术语、符号含义及应用场合，并了解其测定方法；重点：强度、塑性、硬度、冲击韧性,1,材料的性能,定义:材料在使用和加工过程中表现出来的特性。分类:,2,第一节材料的力学性能,材料在静载荷下的力学性能强度、塑性硬度材料在冲击载荷下的力学性能冲击韧性材料在疲劳载荷下的力学性能疲劳强度,定义：指材料在外力的作用下所表现出来的特性。,3,一、强度和塑性,强度(strength)指材料在外力的作用下，抵抗变形和破断的能力。,测试方法静载拉伸试验法,塑性(plasticity)指在外力作用下，材料产生塑性变形而不破断的能力。,4,静载拉伸试验,拉伸试验过程,5,力伸长曲线,F,e,s,b,k,L,Fs,Fb,O,屈服,弹性变形,缩颈,断裂,开始塑性变形,颈缩现象,6,1.强度指标,屈服强度：材料在屈服时(发生微量（屈服极限）塑性变形）的应力值。,抗拉强度：材料在断裂前所能承受的最大应力值。,（强度极限）,弹性极限：试样保持纯弹性变形的最大应力值。,7,强度的物理意义,表征材料在每个变形阶段的应力极限值。,应力：应变：,8,几种材料典型的曲线,9,条件屈服强度,对没有明显的屈服现象的材料，用试样标距长度产生0.2%塑性变形时的应力值作为该材料的屈服强度，用0.2表示，称为条件屈服强度。作图法确定：取0.2作平行于曲线直线段的直线与曲线的交点B的应力值为条件屈服强度0.20.2与s的意义相同！,10,强度是零件设计和选材的主要依据,当零件所受的工作应力：b时，零件产生裂纹，最终断裂。,11,零件设计和选材的一般原则,对工作条件不允许有微量塑性变形的零件，根据弹性极限e选材，如精密弹簧、炮筒。对工作条件不允许发生明显塑性变形的零件或构件，根据屈服强度值s(0.2)选材，大多数机器可以预防事故发生。对无明显屈服现象的脆性材料，依据抗拉强度b选材。,12,2.塑性指标,断面收缩率：指试样被拉断后，横截面积的相对收缩量。,伸长率：又称延伸率。指试样拉断后的相对伸长量。,材料的力学性能,13,提醒：生产中，为了提高安全性，都要求零件具有一定的塑性。一般，伸长率达5或断面收缩率达10的材料，即可满足大多数零件的使用要求。,说明：和值材料的塑性,14,二、硬度,常用测试方法,定义：指材料表面抵抗局部塑性变形的能力，衡量材料的软硬程度。是表征材料力学性能的综合参量。,15,（一）布氏硬度HB(Brinell-hardness),备注：新国标统一采用HBW。,16,布氏硬度试验原理,用一定直径的压头（球体），以相应试验力压入待测表面，并保持规定时间，卸载后，测量材料表面压痕直径，以此计算出硬度值。,17,材料的力学性能,布氏硬度试验过程,布氏硬度值的表示方法：,硬度值放在HBS或HBW符号之前。例如：,120HBS,18,布氏硬度特点,优点：,缺点：,应用：,压痕大，测量误差小，数据稳定，重复性强。,压痕面积较大，测量费时。不适于测量成品零件或薄件的硬度。,常用于测量较软材料，如灰铸铁、有色金属、退火正火钢材的硬度。,19,实验原理：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（预载荷主载荷）压入待测表面，保持规定时间,卸载后（卸除主载荷），测量的残余压痕深度增量，计算出硬度值。,实验过程,（二）洛氏硬度HR(Rockwllhardness),20,洛氏硬度值的表示,7085HRA25100HRB2070HRC,例如：50HRC40HRC,HRA、HRB、HRC分别测得的硬度，不可直接比较大小。,21,洛氏硬度特点及应用,优点：,操作简单，方便，压痕小，测量范围大，可用于测量较薄件和成品件。,缺点：,精度较低，不同标度的硬度值不能比较，不适于测量组织不均匀材料。,应用：（见表）,22,课堂练习,入库钢材、淬火车刀、调质处理的主轴、（HBS或HRB）（HRC)（HRC）有色金属、灰口铸铁，各用什么方法测量（HBS或HRB）其硬度，写出硬度符号。,23,三、冲击韧性（韧度，toughness）,定义：在冲击载荷作用下，材料抵抗破断的能力。,测定方法：一次摆锤冲击试验法,衡量指标：冲击韧性ak物理意义:试样在冲断时，单位横截面积上所消耗的冲击功AK，单位为J/cm2aK值越大，表示材料的冲击韧性越好。,24,材料的性能,一次摆锤冲击试验,冲击韧性：,冲击功：,25,应用,评价材料冶金质量和锻造及热处理的缺陷；与屈服强度结合用于一般零件抗断裂设计；测量金属材料的冷脆转变温度。T，ak急剧，韧性脆性。,冷脆转变温度越低，材料的低温冲击韧性愈好。aK值一般不直接用于计算。原因：不同材料的aK值可以是相同的。,26,Titanic沉没原因：与船体材料的质量直接有关。,冰山撞击船体产生断裂！,材料的使用温度应高于其冷脆转变温度。,27,Titanic号钢板（左图）和现代船用钢板（右图）的冲击试验结果：,Titanic,现代船用钢板,28,主要力学性能指标的应用,弹性指标：设计弹性零件时，需考虑弹性极限，如各类弹簧和弹性元件等。屈服强度和塑性：一般零件的抗断裂设计。硬度：设计耐磨零件时，必须考虑的性能指标，如滚动轴承等。冲击韧性：零件工作中，承受冲击载荷，如汽车齿轮、弹簧、冲压模具等。,29,第二节材料的工艺性能,铸造性能：衡量指标是合金的流动性、收缩性、偏析等锻压性能：衡量指标是塑性和变形抗力焊接性能：对低合金结构钢可以用碳当量来衡量切削加工性能：工件材料的可加工性热处理性能：主要考虑淬透性,即钢接受淬火的能力,30,本章小结,强度、塑性、硬度、韧性指标符号及含义。2.零件设计时，常用的强度指标3.各种硬度测量方法和适用范围,31,一、填空1.机械设计时，常用和两种强度指标。2.屈强比是指与之比。3.金属材料常用的力学性能指标有：抗拉强度，用表示；屈服强度，用表示；硬度，常用和；常用塑性指标有和；冲击韧性，用表示。二、判断题材料硬度越低，其切削加工性能就越好。材料的弹性越好，其塑性也愈好。硬度是表征金属材料力学性能的一个综合参量，因此零件图纸上常对硬度指标提出要求。材料的使用温度应高于其冷脆转变温度。,课堂练习,32,三、选择题1.在低碳钢拉伸应力应变曲线上对应的最大应力值称为（）。A.弹性极限B.屈服强度C.抗拉强度D.断裂强度2.材料开始发生塑性变形的应力值称为材料的（）。A.弹性极限B.屈服强度C.抗拉强度D.断裂强度3.测量硬度较高的钢件（如淬火钢件）的