第七章 制冷空调设备常用材料第二部分金属材料的性能ppt

1、金属材料金属材料的性能的性能使用性能使用性能工艺性能工艺性能物理物理化学化学力学力学一一 金属材料的物理性能金属材料的物理性能 密度密度 熔点熔点 导电性导电性 导热性导热性 热膨胀性热膨胀性 磁性磁性二材料的化学性能二材料的化学性能化学性能：化学性能：材料在室温或高温时抵抗材料在室温或高温时抵抗各种化学介质的能力各种化学介质的能力。 耐腐蚀性：耐腐蚀性：金属及合金在常温下抵抗氧金属及合金在常温下抵抗氧、水以及制冷介质的侵蚀破坏的能力。水以及制冷介质的侵蚀破坏的能力。 抗氧化性：抗氧化性：金属材料在加热时抵抗氧化作金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力。用的能力。 化学稳定性：化学稳定性：耐腐性和

2、抗氧化性的总称。耐腐性和抗氧化性的总称。1 1 强度与塑性强度与塑性2 2 硬度硬度3 3 冲击韧性冲击韧性4 4 疲劳强度疲劳强度5 5 断裂韧度断裂韧度 重点掌握重点掌握 各种力学性能指标（强度各种力学性能指标（强度, , 塑性；冲击韧性；硬度塑性；冲击韧性；硬度HBHB，HRCHRC，HVHV；疲劳强度，断裂韧性。）的物理意；疲劳强度，断裂韧性。）的物理意义和单位。义和单位。三金属材料的力学性能三金属材料的力学性能一、静载单向静拉伸应力一、静载单向静拉伸应力应变曲线应变曲线 1.1.拉伸试样：拉伸试样：长试样：长试样：L L0 0= =1010d d0 0短试样：短试样：L L0 0=

3、=5 5d d0 01材料的强度与塑性材料的强度与塑性 LF0 0低碳钢拉伸曲线低碳钢拉伸曲线脆性材料拉伸曲线脆性材料拉伸曲线2.2.拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线：拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线：3.3.曲线分为四阶段曲线分为四阶段： 1 1）阶段）阶段I I（opeope）弹性变形阶段弹性变形阶段 p: Fpp: Fp ，e: Fe e: Fe （不产生永久变形的最大抗力）（不产生永久变形的最大抗力） opop段：段：L PL P 直线阶段直线阶段 pepe段：极微量塑性变形（段：极微量塑性变形（0.001-0.005%)0.001-0.005%) 2 2）阶段）阶段III

4、I（essess）段）段屈服变形屈服变形 S: S: 屈服点屈服点 FsFs 3 3）阶段）阶段IIIIII（s sb b）段）段均匀塑性变形阶段均匀塑性变形阶段 b:b: Fb Fb 材料所能承受的最大载荷材料所能承受的最大载荷 4 4）阶段）阶段IV(bKIV(bK) ) 段段局部集中塑性变形颈缩局部集中塑性变形颈缩 铸铁、陶瓷：只有第铸铁、陶瓷：只有第I I阶段阶段 中、高碳钢：没有第中、高碳钢：没有第IIII阶段阶段二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义1 1刚度和弹性刚度和弹性 刚度刚度: :材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。材料在受力时，抵抗弹

5、性变形的能力。 E=/E=/ 杨氏弹性模量杨氏弹性模量 GPa, MPaGPa, MPa 本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组织不敏感的力系指标。织不敏感的力系指标。 弹性：弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最大应力。的最大应力。 比例极限：比例极限：p=Fp/Aop=Fp/Ao 应力应力应变保持线性应变保持线性关系的极限应力值关系的极限应力值 弹性极限：弹性极限：e=Fe/Aoe=Fe/Ao 不产永久变形不产永久变形的最大抗力。的最大抗力。2.2.强度：材料在外力作用下抵抗强度：材料在外力作用下抵抗

6、变形和破坏的能力。变形和破坏的能力。 屈服强度屈服强度 s s：材料发生微量塑性变形：材料发生微量塑性变形时的应力值。即时的应力值。即在拉伸试验过程中，载在拉伸试验过程中，载荷不增加，试样仍能继续伸长时的应力。荷不增加，试样仍能继续伸长时的应力。 条件屈服强度条件屈服强度 0.20.2：高碳钢等无屈服点，高碳钢等无屈服点，国家标准规定以国家标准规定以残余变形量为残余变形量为0.2%0.2%时的时的应力值作为它的条件屈服强度，以应力值作为它的条件屈服强度，以0.20.2来表示来表示 抗拉强度抗拉强度 b b：材料断裂前所承受的最：材料断裂前所承受的最大应力值。（材料抵抗外力而不致断裂大应力值。（

7、材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值）。的极限应力值）。 s0.2 延伸率延伸率 延伸率与试样尺寸有关；延伸率与试样尺寸有关；5 5、1010 (L (L0 0=5d,10d)=5d,10d) 断面收缩率断面收缩率 = =A/Ao=(Ao-Ak)/AoA/Ao=(Ao-Ak)/Ao x 100% x 100% 时，无颈缩，为脆性材料表征；时，无颈缩，为脆性材料表征； 时，有颈缩，为塑性材料表征。时，有颈缩，为塑性材料表征。断裂后拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象2 2 材料的硬度材料的硬度抵抗外物压入的能力，称为硬度抵抗外物压入的能力，称为硬度综合综合性能指标。性能指标。 1 1布氏硬度布氏硬

8、度2 2洛氏硬度洛氏硬度1 1布氏硬度：载荷淬火钢球或硬质合金压入试布氏硬度：载荷淬火钢球或硬质合金压入试样的表面，保持一定时间后卸载，试样表面出现样的表面，保持一定时间后卸载，试样表面出现压痕压痕 。压头为钢球压头为钢球时，布氏硬度用符号时，布氏硬度用符号HBSHBS表表示，适用于布氏硬度值在示，适用于布氏硬度值在450450以下的材以下的材料。料。压头为硬质合金压头为硬质合金时，用符号时，用符号HBWHBW表示，表示，适用于布氏硬度在适用于布氏硬度在650650以下的材料。以下的材料。符号符号HBSHBS或或HBWHBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序之前的数字表示硬度值，符号后

9、面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如如120HBS10/1000/30120HBS10/1000/30表示直径为表示直径为10mm10mm的钢球在的钢球在1000kgf1000kgf（9.807kN9.807kN）载荷作用下保持）载荷作用下保持30s30s测得的布氏硬度值为测得的布氏硬度值为120120。布氏硬度的优点：布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。测量误差小，数据稳定。 缺点：缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头 还硬的材料。还硬的材料。适于测量适于测量退火、正火、调质钢退火、正火、

10、调质钢, ,铸铁及有色金属的硬度。铸铁及有色金属的硬度。材料的材料的 b b与与HBHB之间的经验关系：之间的经验关系： 对于低碳钢对于低碳钢: : b b(MPa)(MPa)3.6HB3.6HB 对于高碳钢：对于高碳钢： b b( (MPa)MPa)3.4HB3.4HB 对于铸铁：对于铸铁： b b(MPa)(MPa)1HB1HB或或0.6(HB-40)0.6(HB-40)2 2洛氏硬度洛氏硬度用一个顶角为用一个顶角为120120度的金刚石圆锥体或直径为度的金刚石圆锥体或直径为1.5881.588的淬火钢球作的淬火钢球作为压头，先施加一个初载荷，然后在规定的主载荷作用下将压头为压头，先施加一

11、个初载荷，然后在规定的主载荷作用下将压头压入被测材料的表面。卸载后，根据压痕深度，可确定材料的洛压入被测材料的表面。卸载后，根据压痕深度，可确定材料的洛氏硬度，该值从表上可直接读出。氏硬度，该值从表上可直接读出。常用标尺有：常用标尺有：B B、C C、A A三种。三种。 HRA HRA 硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 HRB HRB 轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火钢等。轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火钢等。 HRC HRC 较硬，淬硬钢制品；如调质钢、淬火钢等。较硬，淬硬钢制品；如调质钢、淬火钢等。洛氏硬度的优点：操作

12、简便，压痕小，适用范围广洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。缺点：测量结果分散度大。缺点：测量结果分散度大。h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理维氏硬度计维氏硬度计维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点：既可测量由极软到极硬的材料的优点：既可测量由极软到极硬的材料的硬度，又能互相比较。既可测量大块材硬度，又能互相比较。既可测量大块材料、表面硬化层的硬度，又可测量金相料、表面硬化层的硬度，又可测量金相组织中不同相的硬度。组织中不同相的硬度。 3 3 是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。是

13、指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。指标为冲击韧性值指标为冲击韧性值ak 。a a k k = =冲击破坏所消耗的功冲击破坏所消耗的功AkAk/ /标准试样断口截面积标准试样断口截面积S S (J/cm )(J/cm )a ak k值低的材料叫做脆性材料；值低的材料叫做脆性材料；a ak k值高，韧性材料。值高，韧性材料。材料的冲击韧性随温度下降材料的冲击韧性随温度下降而下降。而下降。疲劳：疲劳：承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于交变应力作用下，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。

14、屈服极限的应力下发生断裂。4 4 疲劳强度（疲劳强度（80%80%的断裂由疲劳造成的断裂由疲劳造成）周次5 5 材料的断裂韧性材料的断裂韧性断裂韧性是量度材料抵抗裂纹失稳扩展阻力的断裂韧性是量度材料抵抗裂纹失稳扩展阻力的物理量物理量, ,是材料抵抗应力脆性断裂的韧性参数是材料抵抗应力脆性断裂的韧性参数. . 铸造性能：铸造成形获铸造性能：铸造成形获得优良铸件的能力。得优良铸件的能力。一、流动性一、流动性 流动性是指流动性是指熔融金属的流动熔融金属的流动能力。能力。 在实际生产中，为了评定金在实际生产中，为了评定金属的流动性，通常将金属浇注成属的流动性，通常将金属浇注成螺旋形试样，如右图所示。浇

15、注螺旋形试样，如右图所示。浇注的试样越长，则其流动性越好。的试样越长，则其流动性越好。 四四 金属的工艺性能金属的工艺性能返 回金属材料在制造机械零件的过程中，适金属材料在制造机械零件的过程中，适应各种冷热加工的性能。应各种冷热加工的性能。 、影响流动性的因素、影响流动性的因素 （1 1）化学成分）化学成分 化学成分是影响合金流动性的本质因素化学成分是影响合金流动性的本质因素。实践证明，。实践证明，凝固温度范围小的合金流动性较好，凝固温度范围大的凝固温度范围小的合金流动性较好，凝固温度范围大的合金流动性较差。合金流动性较差。 在常用的铸造合金中，铸铁的流动性较好，铸钢的在常用的铸造合金中，铸铁

16、的流动性较好，铸钢的流动性较差流动性较差。 （2）工艺条件）工艺条件 较高的较高的浇注温度浇注温度能使金属保持液态的时间延长，并且能使金属保持液态的时间延长，并且能降低金属液的粘度能降低金属液的粘度,从而提高流动性；浇注时从而提高流动性；浇注时浇注压力浇注压力越大，流速就越大，也可以达到提高流动性的目的；越大，流速就越大，也可以达到提高流动性的目的；铸铸型型对液态金属的流动性也有一定的影响，金属在干砂型对液态金属的流动性也有一定的影响，金属在干砂型中的流动性优于湿砂型，在湿砂型中的流动性优于金属中的流动性优于湿砂型，在湿砂型中的流动性优于金属型。型。 返返 回回2 2、 流动性对铸件质量的影响

17、流动性对铸件质量的影响 金属液的金属液的流动性好，充型能力就强，容易获得尺寸准确、外形完流动性好，充型能力就强，容易获得尺寸准确、外形完整和轮廓清晰的铸件整和轮廓清晰的铸件；若流动性不好将出现铸；若流动性不好将出现铸件缺陷。件缺陷。（1 1） 浇不到与冷隔浇不到与冷隔 浇不到是指铸件残缺或可能轮廓不完整，或可能铸件完整，但浇不到是指铸件残缺或可能轮廓不完整，或可能铸件完整，但边角圆且光亮，这种缺陷常出现在边角圆且光亮，这种缺陷常出现在远离浇口的部位以及薄壁处远离浇口的部位以及薄壁处。 冷隔是指在铸件上穿透或不穿透，边沿成圆角状缝隙的缺陷。冷冷隔是指在铸件上穿透或不穿透，边沿成圆角状缝隙的缺陷。

18、冷隔多出现在隔多出现在薄壁处、金属流汇合处、激冷部位薄壁处、金属流汇合处、激冷部位等。等。（2 2） 气孔与夹杂物气孔与夹杂物 合金的流动性差，则粘度大，熔融金属中的气体和夹杂物不便上浮和排除，合金的流动性差，则粘度大，熔融金属中的气体和夹杂物不便上浮和排除，容易形成气孔、夹杂物一类铸件缺陷容易形成气孔、夹杂物一类铸件缺陷.气孔气孔是指内表面比较光滑，一般为圆形、是指内表面比较光滑，一般为圆形、椭圆形的椭圆形的孔洞孔洞。通常不露出铸件表面。通常不露出铸件表面。夹杂物是夹杂物是指在铸件内或表面上存在的指在铸件内或表面上存在的与基体金属成分不同的质点类缺陷，常见的有砂、渣、氧化物、硫化物等。与基体

19、金属成分不同的质点类缺陷，常见的有砂、渣、氧化物、硫化物等。返 回二、金属的收缩性二、金属的收缩性 收缩性是指液态金属在凝固并冷却到室温过程中，产生的体积和尺收缩性是指液态金属在凝固并冷却到室温过程中，产生的体积和尺寸减小的特性固态收缩是产生变形和裂纹的根本原因。寸减小的特性固态收缩是产生变形和裂纹的根本原因。返 回、 影响收缩性的因素影响收缩性的因素（1 1）化学成分）化学成分 化学成分是影响收缩性的根本原因，化学成分是影响收缩性的根本原因，灰铸铁灰铸铁的收缩率最的收缩率最小。这是因为合金在冷却过程中结晶出密度较小的石墨时，小。这是因为合金在冷却过程中结晶出密度较小的石墨时，产生的体积膨胀抵

20、消了部分收缩。产生的体积膨胀抵消了部分收缩。 几种常见合金的收缩率几种常见合金的收缩率体收缩率约等于收缩率的体收缩率约等于收缩率的3倍倍体收缩率体收缩率1.42.30.91.52.02.40.91.3线收缩率线收缩率铜铸铁铜铸铁铝铸铁铝铸铁球墨铸铁球墨铸铁灰铸铁灰铸铁合金种类合金种类返返 回回（2 2）工艺条件）工艺条件 合金的合金的浇注温度浇注温度超高，液态收缩越大，为减少收缩，浇注温度不超高，液态收缩越大，为减少收缩，浇注温度不宜过高。宜过高。2 2、 收缩性对铸件质量的影响收缩性对铸件质量的影响（1 1）缩孔和缩松）缩孔和缩松 缩孔缩孔是指铸件在凝固过程中，由于补缩不良产生的孔洞。是指铸

21、件在凝固过程中，由于补缩不良产生的孔洞。 缩松缩松是是指铸件断面上出现的分散而细小的缩孔铸件。指铸件断面上出现的分散而细小的缩孔铸件。有缩松的部位，在气密性有缩松的部位，在气密性试验时可能渗漏。试验时可能渗漏。 缩孔和缩松降低了铸件的力学性能。缩孔和缩松降低了铸件的力学性能。 （2） 变形和裂纹变形和裂纹 铸件在固态收缩的过程中，由于各部分冷却速度不同，将引起不均衡铸件在固态收缩的过程中，由于各部分冷却速度不同，将引起不均衡收缩，不均衡收缩产生的应力称为收缩，不均衡收缩产生的应力称为铸造热应力铸造热应力。铸造热应力是铸件产生。铸造热应力是铸件产生变形和裂纹的主要原因。变形和裂纹的主要原因。返 回缩孔缩缩孔孔 金属材料用锻压加工金属材料用锻压加工方法成形的适应能力方法成形的适应能力称锻造性。称锻造性。锻造性能锻造性能主要取决于金属材料主要取决于金属材料的塑性和变形抗力。的塑性和变形抗力。塑性越好，变形抗力塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性越小，金