教学课题1章工程材料的主要能ppt课件

1、教学课题：教学课题： 第第1 1章章 工程资料的主要性能工程资料的主要性能 p 1.资料的运用性能p 资料的力学性能p 资料的物理化学性能p 2.资料的工艺性能 经过本章的学习，掌握资料常用的力学性能目的及力学性能目的在选材中的运用1.常用的力学性常用的力学性 能目的能目的2.力学性能目的力学性能目的 在选材中的意义在选材中的意义思索：思索： o资料的性能有哪些？o资料的性能是由什么决议的？ o如何衡量这些性能？o钢丝、铁丝、铜丝和铝丝四者的性能有那些区别？o不同服役条件下应具备哪些性能？资料的性能有哪些？资料的性能有哪些？ 资料的性能包含工艺性能和运用性能。 运用性能：是指资料在服役条件下，

2、为保证平安可靠地任务，资料所必需具备的性能。如：力学性能、物理性能、化学性能。工程资料运用性能的好坏，决议了它的运用寿命和运用范围。 工艺性能：是指制造工艺过程中资料顺应某种成形加工的性能。如：铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性、热处置工艺性。工程资料工艺性能好坏，直接影响零件或构件的制造方法和制造本钱。1.1.1 1.1.1 资料的力学性能资料的力学性能o力学性能：是指金属资料在外力作用时表现出来的性能。力学性能：是指金属资料在外力作用时表现出来的性能。o外力方式：拉伸、紧缩、弯曲、剪切、改动等。外力方式：拉伸、紧缩、弯曲、剪切、改动等。o载荷方式：静载荷、冲击载荷、交变载荷等。载荷方式：静

3、载荷、冲击载荷、交变载荷等。一、低碳钢常温静载拉伸实验一、低碳钢常温静载拉伸实验 p 规范拉伸试样：规范拉伸试样：p 长试样长试样L0=10d0 L0=10d0 短试样短试样L0=5d0 L0=5d0 p 应力应力 () ()：单位：单位横截面积的内力横截面积的内力1.1.拉伸曲线分析拉伸曲线分析 n oe弹性变形阶段n csd屈服阶段n db强化阶段n bk缩颈阶段n k试样断裂1.1.拉伸曲线分析拉伸曲线分析 o弹性变形阶段弹性变形阶段 e点以前产生的变形是可以恢复的弹性变形，e点对应了弹性变形阶段的极限值，称为弹性极限，以e表示单位为Mpa。 oe段近似为不断线，直线的斜率代表弹性模量E

4、，弹性模量E是衡量资料产生弹性变形难易程度的目的。E愈大，使其产生一定量弹性变形的应力也应愈大。弹性模量的大小主要取决于金属的本性晶格类型和原子构造，而与金属的显微组织无关。工程上称为资料的刚度，表示资料弹性变形抗力的大小。1.1.拉伸曲线分析拉伸曲线分析 o屈服阶段屈服阶段 图形上出现平台，即载荷无明显添加，试样继续伸长，资料丧失了抵抗变形的才干，这种景象叫屈服。 当应力超越e时，试样开场出现塑性变形。 s为屈服阶段的最小应力，称为屈服强度屈服点。 )(0MPaSFSS式中 Fs屈服时的最小载荷N； S0试样原始截面积mm2其含义是：当=s时，以为资料开场产生塑性变形；当=b时，资料将会断裂

5、，当b时，资料不会断裂。 1.1.拉伸曲线分析拉伸曲线分析 o缩颈阶段缩颈阶段 当应力到达b时，试样就在某个薄弱部位构成缩颈。由于试样部分截面的逐渐减小，故应力也逐渐降低，当到达曲线上的k点时，试样发生断裂。 2.2.强度目的强度目的 o强度是指资料在静载荷作用下抵抗塑性变形和断强度是指资料在静载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的才干。裂的才干。 其中抵抗塑性变形的才干，用屈服强度s表示，无明显屈服阶段，可用规定剩余伸长应力0.2表示；抵抗断裂的才干，用抗拉强度b表示。 s与b的比值叫做屈强比，屈强比愈小，工程构件的可靠性愈高，屈强比太小，那么资料强度的有效利用率太低，普通取值在0.650.75。

6、断面收缩率 o塑性是指资料断裂前发生最大变形的才干。塑性是指资料断裂前发生最大变形的才干。 3.3.塑性目的塑性目的 %100001LLL 断后伸长率 式中 L0，L1分别为试样原始标距和被拉断后的标距mm。 %100010SSS 式中 S0，S1分别为试样原始截面积和断裂后缩颈处的最小截面积mm2。 塑性对资料的意义 a.提高平安性：塑性好的资料，在受力过大时，首先产生塑性变形而不忽然断裂，因此比较平安。 b.便于压力加工成型：塑性好的资料可以发生大量塑性变形而不破坏，易于经过塑性变形加工成外形复杂的零件。 o加工硬化：资料经过加工产生塑性变形后，强度、加工硬化：资料经过加工产生塑性变形后，

7、强度、硬度上升，而韧性、塑性下降的景象。硬度上升，而韧性、塑性下降的景象。4.4.加工硬化加工硬化 二、硬度实验二、硬度实验 o资料抵抗另一硬物体压入其内的才干叫硬度，即受压时抵抗部分塑性变形的才干。 o硬度丈量可以给出金属资料软硬程度的数量概念。o硬度实验简单易行，又无损于零件，而且可以近似的推算出资料的其他机械性能，因此在消费和科研中运用广泛。o硬度实验方法很多，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。1.1.布氏硬度布氏硬度o实验过程实验过程 一定直径的球体(钢球或硬质合金球)在一定载荷作用下压入试样外表，坚持一定时间后卸除载荷，丈量其压痕直径, 计

8、算硬度值。布氏硬度值用球面压痕单位外表积上所接受的平均压力来表示。用符号HBS(当用钢球压头时)或HBW(当用硬质合金球时)来表示。 HBSHBW = F/A = 2F/DD - (D2-d2)1/2 1.1.布氏硬度布氏硬度o布氏硬度表示方法布氏硬度表示方法 标注：如120HBS10/1000/10，即表示用直径D=10mm的淬火钢球压头在1000kgf(9.8KN)的实验载荷作用下，坚持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的金属资料。 500HBW5/750表示用直径D=5mm 的硬质合金球压头在750kgf(7.35KN)的实验载荷作用下，坚持10-15秒(

9、不标注)所测得布氏硬度值为500 。HBW可用来测定硬度值450-650的金属资料。1.1.布氏硬度布氏硬度o布氏硬度特点布氏硬度特点 布氏硬度实验的压痕较大，丈量数值稳定，准确，能很好的反响资料的硬度；但操作时间较长，对不同资料需求不同的压头和实验力，压痕直径丈量费时，因此不适用批量消费、废品及薄件；在进展高硬度资料实验时，由于球体本身的变形会使丈量结果不准确，因此，用淬火钢球压头丈量时，资料硬度值必需小于450；用硬质合金球压头时，资料硬度值必需小于650。 o布氏硬度运用布氏硬度运用 布氏硬度测定主要适用于各种未经淬火的钢、退火、正火形状的钢；构造钢调质件；铸铁、有色金属、质地轻软的轴承

10、合金等原资料。 2.2.洛氏硬度洛氏硬度o实验过程实验过程 将金刚石压头(或钢球压头), 在先后施加两个载荷(预载荷F0和主载荷F1)的作用下压入金属外表。总载荷F为预载荷F0和主载荷F1之和。卸去主载荷F1后, 丈量其剩余压入深度h, 用h与h0之差h来计算洛氏硬度值。 预加载荷的目的是使压头与试样外表接触良好, 以保证丈量结果准确。硬度值的大小直接由硬度计表盘上读出。o布氏硬度表示方法布氏硬度表示方法2.2.洛氏硬度洛氏硬度 标注：如40-45HRCo常见洛氏硬度标尺的实验条件及运用常见洛氏硬度标尺的实验条件及运用硬度符号压头总载荷（kgf）表盘上刻度颜色常用硬度值范围使用范围HRA金钢石

11、圆锥60黑 色2085碳化物、硬质合金、表面淬火层等HRB1.5875mm钢球100红 色25100有色金属、退火及正火钢等HRC金钢石圆锥150黑 色2067调质钢、淬火钢等2.2.洛氏硬度洛氏硬度o洛氏硬度特点洛氏硬度特点 操作简便迅速，能直接从刻度盘上读出硬度值；压痕小，可以测定废品及较薄零件；测试的硬度值范围大，从很软到很硬的金属资料均可丈量。缺陷是：压痕小，丈量数值代表性差，通常需求在不同部位测试数次，取平均值。 3.3.维氏硬度维氏硬度o实验过程实验过程 是用一种顶角为的正四棱锥体金钢压头，在载荷F(kgf)作用下，试样外表压出一个四方锥形压痕，丈量压痕对角线长度d(mm)供以计算

12、试样的硬度值。 根据d值查表即可得到硬度值。 为了从软到硬的各种金属资料有一个延续一致的硬度标度，因此制定了维氏硬度实验法。3.3.维氏硬度维氏硬度o维氏硬度表示方法维氏硬度表示方法 维氏硬度用符号HV表示，HV前面为硬度值，HV后面的数字按实验载荷、实验载荷坚持时间(1015s不标注)的顺序表示实验条件。例如： 640HV30表示用294.2N(30kgf)的实验载荷，坚持1015s(不标出)测定的维氏硬度值为640； 640HV30/20表示用294.2N(30kgf)的实验载荷，坚持20s测定的维氏硬度值为640。o维氏硬度运用维氏硬度运用 维氏硬度实验主要用来测定金属镀层、薄片金属以及

13、化学热处置(如氮化、渗碳等)后的外表硬度。三、夏比冲击实验三、夏比冲击实验 资料断裂前吸收变形能量的才干。o韧性韧性o冲击韧性冲击韧性 冲击载荷下资料抵抗变形和断裂的才干。三、夏比冲击实验三、夏比冲击实验o实验过程实验过程 Ak=mg(h1-h2) 单位为焦耳o冲击吸收功冲击吸收功Ako冲击韧度冲击韧度ak ak=冲击破坏所耗费的功Ak/规范试样断口截面积F,单位为焦耳/厘米J/cm 三、夏比冲击实验三、夏比冲击实验 ak值低的资料叫做脆性资料，断裂时无明显变形；ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性资料。o韧脆转变温度韧脆转变温度 冲击吸收功急剧 变化或断口韧性急剧转变的温度区域

14、。四、疲劳强度四、疲劳强度o机械零件的断裂80%由疲劳呵斥。o接受周期性循环应力或交变应力作用。o应力往往远小于强度极限甚至屈服极限。o忽然断裂。o疲劳断裂过程：疲劳裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、断裂三个阶段。四、疲劳强度四、疲劳强度o疲劳强度疲劳强度o影响要素影响要素 循环应力特征、温度、资料成分和组织、夹杂物、外表形状、剩余应力等。 资料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。 循环基数：钢铁资料107；非铁金属108；腐蚀介质作用下106。 陶瓷、高分子资料的疲劳抗力很低，金属资料疲劳强度较高，纤维加强复合资料也有较好的抗疲劳性能。1.1.2 1.1.2 资料的物理、化学性能资料的物理、化学性能 p 资料的物理性能p 密度p 熔点p 导热性p 导电性p 热膨胀性p 磁性1.1.2 1.1.2 资料的物理、化学性能资料的物理、化学性能o资料的化学性能资料的化学性能 金属资料与周围介质接触时抵抗发生化学或电化学反响的性能。