金属材料的力学性能63917PPT课件

1、金属材料和热处理，2，单元一金属材料的力学性能单元二金属材料的工艺性能，内容，3，把握金属材料的强度和塑性的概念把握金属材料的疲劳强度的概念把握金属材料的冲击韧性的概念把握材料的硬度的概念和三种硬度表示方法把握材料性能的表示方法。 用教学目的和要求、4、1、强度、塑性2、疲劳强度3、冲击韧性4、硬度、教学内容摘要、5、强度、硬度和塑性等指标对材料进行综合评价。 教学重点、难点、教学难点、强度、硬度、塑性和韧性概念。 教育重点，6，金属材料基本知识，1 .金属材料类型：7，有金属光泽。 具有优异的延展性，易于加工成形。 电和传热容易，是热和电的良导体。 2 .金属材料的特征：8、3 .金属材料的性能、使用性能、力学性能(强度、硬度、塑性、韧性等)物理性能(指熔点、导热性、导电性、磁性等)化学性能(耐氧化性、耐腐蚀性等)其他性能(耐磨性、热固性、减振性等)、工艺性能加工成形的性能、9， 静负荷是指外力的大小和方向不变或变化缓慢的负荷、冲击负荷是指急剧增加的负荷。疲劳负荷是指大小和方向随时间周期性变化的负荷。 根据负荷作用的性质，静负荷、冲击负荷、疲劳负荷是指金属材料所施加的负荷所表现的抵抗力。 1.1根据金属材料的力学性能、10、工件在不同载荷形式下产生的变形、11、拉伸强度、抗拉强度、抗剪强度、加载形式，强度表现为、12、拉伸试验、(金属的拉伸强度和塑性通过拉伸试验测定)、GB/T228.1-2010、13、拉伸试样(低碳钢) 长试样： L0=10d0，短试样： L0=5d0，14，液压式万能电子材料试验机，拉伸试验机，15，拉伸试验(应力-应变)曲线，e-弹性极限点s-屈服点b-极限载荷点(缩颈点) k-断裂点，16，(1)弹性变形阶段(2)屈服变形阶段(3)强化阶段(4)缩颈阶段， 拉伸过程变化的3阶段拉伸试料的颈缩现象，17，弹性和塑性，外力作用于弹性：金属材料时变形，外力被除去后恢复原来形状的性能称为弹性。 弹性变形例：通过消除外力消失的变形例称为弹性变形例。 塑性变形例：在外力消失后剩馀的这部分不能恢复的变形例称为塑性变形例。 18、脆性材料的拉伸曲线(与低碳钢试样相比)在脆性材料破坏前无明显屈服现象。 灰铸铁的拉伸曲线，19，强度：显示金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。 工程中常用的强度测量指标，屈服点屈服强度抗拉强度，注意：抗拉强度一般多用作判断金属强度高低的指标。 1.1.1强度、20、使具有明显屈服现象的材料的金属材料产生屈服现象的最低应力值称为屈服强度，用ReL表示，即，使不具有明显屈服现象的金属材料产生0.2%塑性应变的应力值称为名义屈服点，用Rp0.2表示。 例如高碳钢、铜合金、铝合金等。 (MPa )、(MPa )、条件屈服强度：1，1 .屈服点、屈服强度、屈服强度-塑性材料的选定和评价的依据。 屈服强度：21，脆性材料在破坏前无明显屈服现象。22、2 .抗拉强度(强度极限)是试料断裂前受到的最大应力。 即，式中： Fm试样在断裂前受到的最大负荷(n )、So试样的原来的断面积()。 Rm抗拉强度，抗拉强度-脆性材料选择的依据。 (MPa )、23、强度比(ReL/Rm):0.60.85强度比高、材料利用率高、强度比低、部件可靠性高的综合考虑材料利用率和安全性，塑料：的金属材料具有在外力作用下永久变形、不发生破坏的性能。塑性的测定(塑性指标):延伸率a和断面收缩率z。 a、z越高，材料塑性越好，A10%为塑性材料，良好的塑性是金属材料塑性加工的必要条件。25、2 .伸长率(a )是指试料拉伸后的间距伸长量与原来的间距之比。 用a表示，即，1 .截面收缩率(z )是试料断裂部的截面积的收缩量与原来的截面积之比。 由以下方程表示：26、1.1.3硬度、硬度的含义、布氏硬度维氏硬度是材料抵抗其他更硬的物体而压入表面的能力。 即，显示了金属材料抵抗局部变形的能力。 硬度的显示方法、常用的显示方法、压入法刮擦法跳跃法、27、用一定直径的压头(球体)，以相应的试验力压入被测定表面，保持规定时间卸载后，通过测定材料表面的压痕直径算出硬度值。 1、布氏硬度、(1)布氏硬度测定原理、布氏硬度计、28、淬火钢球HBS (硬度值450的材料)、硬质钢球HBW (硬度值450650的材料)、(2)压头： (3)表示方法，例如350HBS、600HBW，一般为数字布氏硬度符号或后压头直径单位为MPa (通常不明确记载)、29、布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：因为压痕大，所以不能测量完成零件或薄零件的硬度或比压头硬的材料。 布氏硬度适用：常用于测定较软材料、灰铸铁、有色金属、退火正火钢材的硬度。 调质处理钢，原材料，毛坯。 使用HBS450时有效的(HBW450-650 )、(4)布氏硬度特征、30、锥顶角120的金刚石圆锥或直径1.588mm的淬火钢球，以相应的试验力压入被测量面，保持规定时间卸载后解除主试验力，通过测量的残留压痕深度的增量实际测量时，硬度值通常从硬度计的刻度盘直接读取。 (1)洛氏硬度的测定原理，2 .洛氏硬度，洛氏硬度计，31，(2)洛氏硬度的分类和应用，32，HRA，HRB，HRC各自测定的硬度不应直接比较大小，表示硬度值的三种不同的标尺代码。 (无单位)例如2085HRA20100HRB2070HRC、(3)洛氏硬度的显示方法、不写HR=(k-h)/0.002单位的33、(4)洛氏硬度的特征：优点：缺点：测量操作简单、方便、凹陷小； 量测范围广，可量测薄工件。 测量精度低，比较性差，无法比较标尺硬度值。 在生产中应用了最广泛的硬度试验方法。 可用于成品检查及薄板表面硬度检查。 不适合测定组织不均匀的材料。 (5)洛氏硬度的应用：34，布氏硬度与洛氏硬度的比较，洛氏硬度的压痕小，测定值有局部性，应用测定点求平均值的产品和片材，分为无损检查的布式硬度压痕大，以测定值为基准，在产品和片材上锁定硬度的硬度值无名，没有单位。 (因此，洛氏硬度到什么程度是不正确的。 布式硬度的硬度值有单位，与拉伸强度有一定的近似关系。 低硬度直接显示在表盘上，可显示数字，操作方便，快捷直观，适于批量生产。 布的硬度需要用显微镜测量压痕的直径，检查表格和计算，操作很麻烦。 HB和HRC可以在一定的条件下交换表格。 其计算公式大致可记为1HRC1/10HB。 35、3 .维氏硬度(HV )、36、维氏硬度(HV )的测定器、37、压头为锥角136的金刚石四棱锥体。 以一定的试验力将压头压入试料表面，保持规定时间卸载后，在试料表面留下四角锥状的凹坑，通过测量凹坑的对角线的长度来计算硬度值。 (2)显示方法维氏硬度为符号HV，符号前的数字为硬度值，后的数字依次显示负荷值和负荷保持时间。例如，580HV/30/20、(1)维氏硬度测量原理、38、优点：适用范围广，从非常柔软的材料到非常硬的材料均可测量的测量精度高，可测量比较性高的薄工件。 缺点：测量操作麻烦，测量效率低。 (4)应用：广泛应用于科研单位和高中，以及薄零件的表面硬度检测。 不适合大量生产和测定组织不均匀的材料。(3)的特征：维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。39、1.1.4冲击韧性、1 .冲击韧性是指金属材料在冲击载荷下抵抗变形和破坏的能力。 夏比式一次冲击试验、小能量多次冲击试验、冲击韧性的测定方法、40、夏比式一次冲击试验、夏比式冲击试验机、41、试验原理、试样破坏过程中吸收的能量即冲击吸收功(Ak )等于夏比冲击试样前后的势差。 (j )、42、冲击韧性ak是试料缺失处的单位截面积消耗的冲击吸收功能。 (J/cm )，标准冲击试料有u形切口试料和v形切口试料两种。 冲击韧性值为aKU和aKV。 材料的ak值越大，韧性变好的材料的ak值越小，材料的脆性越大。 将ak值小的材料称为脆性材料的研究显示，材料的ak值会随着试验温度的降低而降低。43、2 .断裂韧性、低应力脆性断裂过程零(结构)零件在应力低于容许应力时可能突然断裂，称为低应力脆性断裂。 低应力脆性破坏的原因是实际应用的材料中存在裂纹和自身的缺陷，如夹杂物、气孔等加工和使用中产生的缺陷，裂纹在应力的作用下弯曲扩展，最终导致零部件的破坏。 44、1.1.5疲劳强度、疲劳破坏、零件、工具等即使在低于材料屈服强度的交变负荷下，经过一定的循环次数后突然断裂的现象称为疲劳破坏。 显示材料在无数的交变负荷下不会发生破坏的最大应力值。45、疲劳破坏、材料对称载荷下应力变化规律。46、疲劳强度、材料的交变应力与破坏前的应力循环次数的关系。有色金属循环次数一般为N=108，钢材循环次数一般为N=107，钢材疲劳强度与拉伸强度的关系：R-1=(0.450.55)Rm，疲劳曲线，47，疲劳破坏的原因，材料有杂质、表面损伤等缺陷，应力集中，微裂纹，裂纹扩展，破坏，47 在设计方面，为了避免应力集中及由此引起的疲劳裂纹，避免零件出现锐角、缺口、截面突变。 采用技术降低零件表面粗糙度、避免表面损伤、冲痕、防止这些场所产生疲劳裂纹的表面强化方法，如化学热处理、表面淬火、喷丸硬化、表面涂层等，降低材料表面出现裂纹的可能性。 49、1.2金属材料的物理性能和化学性能，1 .金属材料的物理性能：比重、密度、熔点、导电性、导热性、磁、热膨胀系数。 2 .金属材料的化学性能：耐酸性、耐碱性、耐氧化性。50，成型技术的应用，关键环节：热处理，51，1.3金属材料的工艺性能，金属材料的工艺性能：用不同的加工手段表现的难易度。 铸造性能(流动性、收缩、偏析等)锻压性能切削加工性焊接性热处理性能，52，总结：1 .强度、塑性拉深实验测试； 三种硬度的测定方法。 2、强度、塑性、韧性、硬度及疲劳强度的含义、特征、表示方法及测