项目1-金属材料的性能

,项目1：金属材料的性能,材料的性能：工艺性能、使用性能。,2.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：物理性能、化学性能、力学性能。,1.工艺性能：是指制造工艺过程中材料适应加工的性能。,如：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理工艺性等。,金属的密度就是单位体积金属的质量,熔点：,导电性：,导热性：,热膨胀性：,磁性：,缓慢加热时金属由固态转变为液态的温度,材料传导热量的能力,是材料传导电流的能力,材料因温度变化而引起的体积变化现象,材料在磁场中能被磁化或导磁的能力称为导磁性或磁性,密度：,物理性能,1.材料的使用性能,金属材料与周围介质接触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。,耐腐蚀性指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。,抗氧化性指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮的能力。,耐腐蚀性材料如：不锈钢、塑料、陶瓷、钛及其合金等,如：耐热钢、铬镍合金、铁铬合金等,化学性能,是指金属材料在载荷作用下所表现出来的性能,力学性能,力学性能指标：强度、刚度、硬度、塑性、韧性等。,1.1强度、刚度与塑性,一般用静拉伸实验来测得,应力（）：单位横截面积的内力,标准拉伸试样规格：长试样L0=10d0短试样L0=5d0,=F/S,第1章金属材料的力学性能,7,静载荷静拉伸曲线,第1章,k,（1）强度,弹性极限e,金属材料发生弹性变形时所能承受的最大应力。,金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。,屈服极限s（屈服强度或屈服点）,s=Fs/So,金属材料发生明显的塑性变形时所能承受的最小应力。,e=Fe/So,抗拉强度b（强度极限）,是试样被拉断前的所能承受的最大应力,b=Fb/So,材料抵抗外力而不致断裂的最大应力值,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。,弹性模量E,E愈大，刚度越大，弹性变形越不容易进行。,（3）塑性,断后伸长率,断面收缩率,是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。,材料在断裂前发生塑性变形的能力。,（2）刚度,表示材料抵抗弹性变形的能力。,、越大，材料塑性越好,1.1.2.硬度,材料抵抗局部变形、特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。,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。,（1）布氏硬度（HB）,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。,布氏硬度测定的原理是把一定直径的淬火钢球或硬质合金球，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，实验载荷除以球面压痕表面积所得的商即为布氏硬度。,第1章金属材料的力学性能,第1章,13,布氏硬度测试原理示意图,布氏硬度适用于未经淬火的钢、铸铁、有色金属或质地轻软的轴承合金。,120HBS10/1000/10表示用直径D=10mm的淬火钢球压头在1000kgf（9.8KN）的试验载荷作用下，保持10秒所测得布氏硬度值为120。HBS只可用来测定硬度值小于450的金属材料。500HBW5/750表示用直径D=5mm的硬质合金球压头在750kgf（7.35KN）的试验载荷作用下，保持10-15秒（不标注）所测得布氏硬度值为500。HBW可用来测定硬度值450-650的金属材料。,布氏硬度的表示方法（HBS或HBW）,（2）洛氏硬度（HR）,洛氏硬度测试原理以顶角为120的金刚石圆锥体或一定直径的淬火钢球作为压头，以规定的试验力使其压入试样表面，根据压痕的深度确定被测金属的硬度值。,硬度值的大小直接由硬度计表盘上读出,洛氏硬度表示方法如4045HRC,常见洛氏硬度的试验条件及应用范围,特点与应用,洛氏硬度可用于测量淬火钢、硬质合金等材料。,1）试验简单、方便、迅速2）压痕小，可测成品，薄件3）数据不够准确，应测三点取平均值4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。,（3）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。,是用一种顶角为136的正四棱锥体金钢压头，在载荷F作用下，试样表面压出一个四方锥形压痕，测量压痕两对角线的平均长度d计算硬度的一种试验方法。一般根据d值查表即可得到硬度值。,维氏硬度试验法原理,维氏硬度主要用来测定薄件、镀层、化学热处理后的表层等。,维氏硬度用符号HV表示。例如：640HV30/20,维氏硬度的表示方法,1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）2）可测成品与薄件3）试样表面要求高，费工时。,维氏硬度的特点,1.1.3.冲击韧性（Ak或ak）,韧性：材料断裂前吸收变形能量的能力,冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。,ak=Ak/So,冲击吸收功Ak=mg(h1-h2),冲击韧度（ak）：,指冲击试样缺口处单位横截面积上的冲击吸收功。,冲击韧性实验,Ak=mg(h1-h2),Titanic含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低温呈脆性。所以，冲击试样是典型的脆性断口。近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。,Titanic号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果,Titanic沉没原因,1.1.4.疲劳强度,80%的断裂由疲劳造成,疲劳断裂：材料在承受大小和方同随时间作周期性变化（包括交变应力和重复）的载荷作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。,陶瓷、高分子材料的疲劳强度很低，金属材料疲劳强度较高，纤维增强复合材料也有较好的抗疲劳性能。,疲劳强度（疲劳极限）：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。疲劳强度大小用循环基数表示。,循环基数：钢铁材料10；非铁金属10；腐蚀介质作用下10,7,8,6,1.铸造性能指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，,2.焊接性能指材料焊接时其工艺方法的难易程度及接口处是否能满足使用目的的特性。,3.锻造性能金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。,2.材料的工艺性能,含碳量4.3%的铁碳合金铸造性最好。,含碳量越高，焊接性越差。,含碳量越高，锻造性越差。,指材料适应加工工艺要求的能力,4.