材料的使用性能ppt课件

第一篇的性能和应用意义，第一章的使用性能，第一节的机械性能，第二节的物理性能，第三节的化学性能，金属材料的性能主要包括两个方面：工艺性能和使用性能。使用性能：金属材料在使用条件下的性能；包括机械性能、物理化学性能、工艺性能：材料在制造过程中对加工的适应性；如铸造性能、锻造性能等。金属材料的性能，第一节机械性能，材料的机械性能也叫机械性能，是指材料在载荷(外力)作用下的行为，包括强度、塑性、刚度、弹性、硬度、韧性、疲劳性能和耐磨性等。广义的强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。如果断裂被认为是变形的极限，那么强度被简单地称为抗变形能力。强度可根据国家标准通过拉伸试验获得。(1)分类：根据载荷的不同，可分为抗拉强度b、抗压强度bc、抗弯强度bb、抗剪强度b、抗扭强度t、e表示材料抵抗弹性变形的能力，用于表示材料的刚性。(3)拉伸试验测得 b，应力：=P/A0(兆帕)应变：= l/l0=(l-l0)/l0 * 100% 变形阶段：弹性变形阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段和断裂阶段。(3)强度指标：e弹性极限：材料保持弹性变形，不产生永久变形的最大应力，这是弹性零件的设计依据。s屈服极限(屈服强度):表示金属抵抗明显塑性变形的能力，0.2用于没有明显屈服的材料；b强度极限(抗拉强度):表示金属在受拉时能承受的最大应力。金属材料的强度与其化学成分、工艺过程和热处理工艺有关。2.硬度(刚性)。1.概念：材料抵抗弹性变形的能力。在应力-应变曲线的弹性变形阶段，应力-应变比是材料刚度，即材料的弹性模量，其数值等于直线的斜率。强度保证材料不会发生过度的塑性变形甚至断裂，刚性保证材料不会发生过度的弹性变形。(1)金属材料：电子由基体金属的性质决定，很难通过合金化、热处理、冷热加工等方式改变。e是一个结构不敏感参数。例如，对于钢铁材料(铁基合金)，无论成分和结构如何变化，室温下的e在(20 21.4)104兆帕的范围内。(2)陶瓷材料、聚合物材料和复合材料的弹性模量对它们的组成和结构敏感，可以通过不同的方法改变。2。刚度(刚性)，3。弹性，材料的弹性是用来描述材料在外力作用下的弹性行为的综合性能指标。弹性性能指标为：1。最大弹性应变e:材料在外力作用下可承受的最大恢复应变，即弹性变形能力。对应于弹性极限e处的弹性应变，e=e/E值表明弹性极限高、弹性模量低的材料具有较好的弹性。弹性功：材料吸收变形功而不产生永久变形的能力，即在弹性变形过程中吸收的最大弹性功。它可以用应力-应变曲线中弹性部分所包围的面积来表示，即弹性的比功=ee/2=e2/(2E)。增加弹性极限或降低弹性模量e，弹性的比功值越高，材料的弹性越好。(3)弹性，(3)滞后(弹性滞后):加载时应变不会立即达到平衡值，卸载时变形不会立即恢复。应变滞后于应力的现象称为滞弹性或弹性滞后。它可以用应力-应变曲线上的弹性磁滞回线的面积来表示。3.弹性4。可塑性(1)伸长率：拉伸试验中标准距离的伸长率与原始标准距离的百分比。(2)截面收缩率：拉伸试样后颈部截面面积最大减少量与原始截面面积的百分比。金属材料的伸长率和横截面收缩越大，材料的塑性越好。硬度：反映材料硬度和柔软度的性能指标。它表示在材料表面的局部区域抵抗变形，特别是塑性变形、压痕或擦伤的能力。它是表征材料性能的综合参数。硬度主要由布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度、莫氏硬度、锉刀硬度表示。1.布氏硬度，原理：将具有一定直径D的钢球或硬质合金球(压头)以相应的测试力F压入试样表面。在规定的保持时间后，卸载后测量试样表面的压痕直径D，并计算压痕球的凸度表面积，得到平均应力值，即布氏硬度值，该值由球形压痕单位表面积上的平均压力表示。HB表示方法：200HBS10/1000/30表示直径为10毫米的钢球，在9800牛顿(1000千克力)下30秒测得的布氏硬度为200。适用材料：钢、铸铁、有色金属等。在各种退火状态下，也用于经受淬火和回火处理的机械零件。(4)优缺点：操作复杂，需要查表，不常用。洛厄尔的使用程度(1)原理：在一定的测试力下，将一定规格的压头压入样品表面，然后测量压痕的深度，计算并表示其硬度值，用小时表示。小时越大，硬度越低。“人权行动”、“HRB”和“人权委员会”有三种表述。(2)适用材料：钢铁原料、有色金属、淬火工件、硬质合金等。优点：操作快捷简单，压痕小，不损伤工件表面，应用广泛。其他硬度，(1)维氏硬度：薄工件或薄硬化层的显微硬度：材料显微硬度的测量(单颗粒、夹杂物、某些成分相)；高压(2)莫氏硬度：这是一种用于陶瓷和矿物硬度测试的刻划硬度。这种硬度的等级是选择10种不同的矿物，并将莫氏硬度从软到硬分为10个等级。例如，钻石相当于10级莫氏硬度；HM(3)锉刀硬度：适用于大型零件的测量。各种硬度之间有一个粗略的经验换算关系。韧性是材料在塑性变形和断裂之前吸收变形能量的能力，是材料强度和塑性的综合表现。韧性、脆性、材料韧性决定了材料的断裂类型：延性断裂和脆性断裂。低韧性材料容易发生脆性断裂，危害极大，如压力容器和大型锅炉爆炸、船舶脆性断裂和沉没等。评价材料韧性的指标包括冲击韧性和断裂韧性。概念：指材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。冲击韧性用于评估材料在冲击载荷下的脆化趋势和程度(在大多数情况下，存在缺口连接效应)。由标准样品的冲击吸收功以断裂表面积表示，其中k是冲击韧性，j/cm2；Ak是减震功，j；A0是样本缺口的面积，cm2。(1)它反映了材料的冶金质量和各种热加工技术的质量。(2)反映材料被一次或几次大能量冲击损坏的能力，并评估材料在该工作条件下对缺口的敏感性；(3)评价材料的冷脆性。(1)冲击韧性，3。局限性：它仅用于评估中低强度钢的韧性，仅反映材料在大能量冲击载荷下抵抗变形和断裂的能力。(2)断裂韧性，1。概念：表征材料抵抗裂纹不稳定性和扩展的能力。介绍了应力场强度因子KI、裂纹几何形状因子Y、裂纹长度、名义工作应力。KI值越大，应力场越强可以解决以下问题：1 .根据零件的实际名义工作应力和裂纹长度A确定KIC，为正确选材提供依据；根据所用材料的断裂韧性KIC和所检测零件的内部尺寸，确定临界断裂应力c，为零件最大承载能力的设计提供依据。根据已知材料的断裂韧性和实际工作应力，估算出临界裂纹长度ac，为零件裂纹检测提供依据。疲劳性能(1)交变载荷：载荷的大小和方向随时周期性变化，也称为循环载荷。(3)特征：1)断裂应力远低于材料在静载荷下的抗拉强度，甚至低于屈服强度；2)当韧性材料或脆性材料断裂时，不会发生明显的塑性变形，这是一种突发的脆性断裂，危险性很大。(2)疲劳断裂：在交变载荷下，虽然零件承受的应力低于材料的屈服点，但经过长时间的工作后，零件会开裂或突然完全断裂。(2)裂纹扩展：裂纹形成后，在交变应力的作用下继续扩展和增长，出现裂纹扩展区。(3)最终断裂：随着疲劳裂纹的不断扩展，零件的有效承载面积逐渐减小，裂纹应力场的应力或强度因子不断增大。当达到临界值时，发生断裂。(1)裂纹萌生：零件结构设计中存在的材料本身或键槽、油孔等缺陷，当零件受力时，在局部区域产生应力集中，裂纹易于萌生。疲劳抗力指数、疲劳极限：当应力低于一定值时，试样可以经历无限循环而不损伤。该应力值称为材料的疲劳极限(也称为疲劳强度)。对于黑色金属，无断裂的107个循环的最大应力通常规定为疲劳极限。有色金属和不锈钢取108。影响疲劳极限的因素：材料性质、零件表面强化处理、零件表面状况、载荷类型、工作温度和腐蚀介质等。耐磨性：由两部分之间的摩擦引起的表面材料逐渐损坏(表面尺寸变化和材料损失)的现象称为磨损。主要有粘着磨损、磨料磨损和接触疲劳磨损。(1)粘着磨损：摩擦副接触表面局部出现金属粘着，这些粘着点的强度往往大于金属本身的强度。在随后的相对运动中，损坏将发生在强度较低的地方，并且将出现一种磨损形式，其中金属碎屑从零件表面被拉下或者零件表面被刮伤。(2)磨粒磨损：在滑动摩擦过程中，零件表面的摩擦区域存在硬磨粒，导致磨削表面局部塑性变形，磨粒嵌入并被磨粒切割，导致材料磨削表面逐渐丧失。1.磨损的主要类型和机理：2。提高材料耐磨性的方法，1)提高材料硬度，增强零件抗变形和抗断裂能力；2)改善两个接触面的接触状态以减少摩擦。第2节物理性质1。密度：单位体积物质的质量称为物质的密度，其中是物质的密度(kg/m3)；m是物质的质量(千克)；v是物质的体积(m3)。密度小于5103千克/立方米的金属称为轻金属，如铝、镁、钛及其合金。密度大于5103千克/立方米的金属称为重金属，如铁、铅、钨等。熔点：物质从固态变为液态的温度称为熔点。熔点高的金属称为难熔金属，如钨、钼、钒等。它们可用于制造耐高温零件，如火箭、导弹、燃气轮机和喷气式飞机等。熔点低的金属称为易熔金属，如锡和铅，可用来制造保险丝和消防安全阀零件。热容：温度每上升1K所需的能量，记录为c。物质每单位质量的热容称为比热容。聚合物材料具有最高的热容量和比热容，其次是陶瓷其中l为线性膨胀系数(1/K或1/)；L1是膨胀前的长度(m)；L2是展开长度(m)；t是温度变化(k或c)。导热系数导热系数通常用导热系数来衡量。热导率的符号是，单位是W/(mK)。热导率越大，热导率越好。银是金属中导热性最好的，其次是铜和铝。电学性质，电阻率:测量材料的电导率(用电导率表示)；固体材料通常根据其导电性分为四类：超导体、导体、半导体和绝缘体。电阻温度系数：材料的电导率随温度而变化。电介质：能够分离带电导体并能长时间承受电场的绝缘材料称为电介质材料。表征介电特性的参数包括：介电常数、介电强度、介电损耗等。铁磁性材料：顺磁性材料，如铁和钴，可以在外部磁场中被强磁化；反磁性材料，如锰和铬，只能在外部磁场中微弱磁化；能够抵抗或削弱外部磁场对材料本身的磁化的材料，例如铜和锌；材料在电磁场作用下的行为称为磁性。它可分为以下几个部分：表征磁性的主要性能指标是：磁导率:单位磁场强度的外磁场作用下材料内部的磁通密度。饱和磁化强度Ms和矫顽磁力Hc:铁磁材料能达到的最大磁化强度称为饱和磁化强度，其值越大，其铁磁性越强；经过饱和磁化后，铁磁材料仍然可以保持一定程度的磁化，除了外部磁场，这是剩磁现象。为了使剩磁为零(退磁)，需要添加一个反向磁场，称为矫顽力。第三节材料的化学性质材料在生产、加工和使用过程中会与环境发生复杂的化学反应，从而使其性能恶化或丧失功能，其中腐蚀最为严重。化学腐蚀：指材料与周围介质直接反应，但反应过程中不产生电流的腐蚀过程，如金属在干燥气体和非电解质溶液中的腐蚀，以及陶瓷材料在某些介质中的腐蚀。钢铁材料易受化学腐蚀。电化学腐蚀是指材料和电解质发生电化学反应并产生电流的腐蚀过程。金属材料的电化学腐蚀很常见。提高零件耐腐蚀性的主要措施第3节化学性质1。提高零件耐化学腐蚀性能的措施(1)选择耐热钢、耐热铸铁、耐热合金、陶瓷等抗氧化材料。(2)表面处理，如表面涂层、表面涂层等。(1)选择耐腐蚀材料，如不锈钢、铜合金、陶瓷、高分子材料等。(2)表面处理，如涂层、热喷涂陶瓷、喷涂塑料、涂层等。(3)电化学保护，如牺牲阳极保护；(4)添加缓蚀剂，降低电介质的电解容量。材料的性能包括机械性能、物理性能和化学性