《材料主要性能》ppt课件

1、 挑战者号爆炸事故 55亿 1986年1月28日，“挑战者号航天飞机在升空后73秒之后发生爆炸坠毁，原因只是由于一个小密封圈出现缺点，呵斥液态氢走漏，最终引发大爆炸 该航天飞机的造价为45亿美圆，在用于事故调查、错误纠正、损失安装改换的费用也破费了10亿美圆运用性能： 资料在运用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能。工艺性能： 资料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、锻压、焊接、热处置和切削性能等。第第2 2章章 金属资料的主要性能金属资料的主要性能 资料在外力的作用下将发生外形和尺寸变化，称为变形。 当外力去除后可以恢复原来外形的性能称为弹性，外力去除后能够恢复的变为弹性变形

2、。 在外力作用下，产生永久变形而不至引起断裂的性能，称为塑性，在外力去除后保管下来的这部分不能恢复的变形，称为塑性变形。 五万吨水压机五万吨水压机2.1 静载下金属资料的力学性能静载下金属资料的力学性能 拉伸试样拉伸试样拉伸实验机拉伸实验机应力应力 = P/F0应变应变 = (l-l0)/l01、拉伸实验与应力应变曲线2.1 静载下金属资料的力学性能静载下金属资料的力学性能 2 2、刚度与强度、刚度与强度1弹性：目的为弹性极限e，即资料接受最大弹性变形时的应力。 在应力应变曲线中，在应力应变曲线中，OA段为弹性变形阶段，段为弹性变形阶段，A点所对应的点所对应的应力为资料接受最大弹性变形时的应力

3、，称为弹性极限，用应力为资料接受最大弹性变形时的应力，称为弹性极限，用 e表示。其中，表示。其中，OA部分为斜直线，应力应变成比例关系，部分为斜直线，应力应变成比例关系，A点所对应的应力为坚持这种比例关系的最大应力，称为比例点所对应的应力为坚持这种比例关系的最大应力，称为比例极限，用极限，用 p表示。对大多数资料来讲，表示。对大多数资料来讲，A、A几乎重合，故普几乎重合，故普通不做区分。通不做区分。2.1 静载下金属资料的力学性能静载下金属资料的力学性能 弹性模量的大小主要取决于资料的本性，同一种资弹性模量的大小主要取决于资料的本性，同一种资料的弹性模量料的弹性模量E E根本一样，但一样资料的

4、两个不同零根本一样，但一样资料的两个不同零件，其刚度不同，可以经过添加横截面积或改动截面件，其刚度不同，可以经过添加横截面积或改动截面外形来提高零件的刚度。外形来提高零件的刚度。 2刚度：资料受力时抵抗弹性变形的才干。目的为弹性模量E。2.1 静载下金属资料的力学性能静载下金属资料的力学性能 3强度：资料在外力作用下抵抗变形和破坏的才干。a屈服强度sBC段，发生塑性变形而应力不添加，这种景象叫做屈服。B点对应的应力称为屈服强度，用s表示。有的资料的屈服强度不明显，规定运用条件屈服强度0.2剩余变形量为0.2%时的应力值来标定。0.2 屈服强度反映资料抵抗永久变形的才屈服强度反映资料抵抗永久变形

5、的才干，是最重要的零件设计目的。干，是最重要的零件设计目的。2.1.1 静载下金属资料的力学性能静载下金属资料的力学性能 b抗拉强度b ：资料断裂前所接受的最大应力值。CD段为均匀塑性变形阶段，应力随着应变添加而添加，产生应变强化。超越D点后，式样开场发生部分塑性变形，即出现颈缩，随应变添加应力明显下降，并在E点迅速断裂。D点所对应的应力为抗拉强度b。l抗拉强度反映资料抵抗断裂破坏的才干，也是零抗拉强度反映资料抵抗断裂破坏的才干，也是零件设计的资料评价的重要目的。件设计的资料评价的重要目的。2.1.1 静载下金属资料的力学性能静载下金属资料的力学性能 塑性：资料受力破坏前可接受最大塑性变形的才

6、干。目的为： 伸长率：断面收缩率：断裂后拉伸试样的颈缩景象拉伸试样的颈缩景象3、塑性、塑性2.1 静载下金属资料的力学性能静载下金属资料的力学性能 阐明：阐明： 用断面缩率表示塑性比伸长率更接近真用断面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。实变形。 直径直径d0 一样时，一样时，l0，。只需当。只需当l0/d0 为常数时，塑性值才有可比性。为常数时，塑性值才有可比性。 当当l0=10d0 时，伸长率用时，伸长率用 表示；表示； 当当l0=5d0 时，伸长率用时，伸长率用5 表示。显然表示。显然5 时，无颈缩，为脆性资料表征，时，无颈缩，为脆性资料表征， 时，有颈缩，为塑性资料表征。时，有颈缩，为

7、塑性资料表征。2.1 静载下金属资料的力学性能静载下金属资料的力学性能 4、硬度、硬度 资料抵抗抵抗更硬物体压入其外表产生部分塑性变形的才干，是衡量资料软硬程度的目的。1布氏硬度HB布氏硬度计布氏硬度计2.1 静载下金属资料的力学性能静载下金属资料的力学性能 1 HBSHB：压头为淬火钢球，适用：压头为淬火钢球，适用于布氏硬度值在于布氏硬度值在450以下的资料。以下的资料。2 HBW：压头为硬质合金球，适用：压头为硬质合金球，适用于布氏硬度在于布氏硬度在650以下的资料。以下的资料。 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值, 符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷坚持时间。 例如：

8、120HBS10/1000/30 表示直径为10mm的钢球在1000kgf9.807kN载荷作用下坚持30s测得的布氏硬度值为120。布氏硬度压痕布氏硬度压痕布氏硬度的表示方法与测试范围：布氏硬度的表示方法与测试范围：2.1 静载下金属资料的力学性能静载下金属资料的力学性能 优点：丈量误差小，数据稳定。 缺陷：压痕大，不能用于太薄件、废品件及比压头还硬的资料。 顺应于：丈量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度。 资料的b与HB之间的阅历关系： 对于低碳钢: b(MPa)3.6HB 对于高碳钢：b(MPa)3.4HB 对于铸铁： b(MPa)1HB 或 b(MPa) 0.6(HB-40)H

9、B b(MPa)钢黄铜球墨铸铁2.1 静载下金属资料的力学性能静载下金属资料的力学性能 布氏硬度的特点与运用：布氏硬度的特点与运用：h1-h0洛氏硬度测试表示图洛氏硬度测试表示图洛氏硬度计洛氏硬度计2 2洛氏硬度洛氏硬度 洛氏硬度符号HR表示，丈量：顶角120金刚石圆锥压头，使一定压力，压入被测资料，据压痕深度度量资料软硬，压痕越深，硬度越低。范围20-67，每0.002mm的压痕深度为一个硬度单位。 根据压头类型和主载荷不同，分为用九个标尺，常用的标尺为A、B、C。 2.1 静载下金属资料的力学性能静载下金属资料的力学性能 符号符号HR前面的数字为硬度值，后面为运用的标尺。前面的数字为硬度值

10、，后面为运用的标尺。lHRA用于丈量高硬度资料用于丈量高硬度资料, 如硬质如硬质合金、表淬层和渗碳层。合金、表淬层和渗碳层。lHRB用于丈量低硬度资料用于丈量低硬度资料, 如有色如有色金属和退火、正火钢等。金属和退火、正火钢等。lHRC用于丈量中等硬度资料，如调用于丈量中等硬度资料，如调质钢、淬火钢等。质钢、淬火钢等。l洛氏硬度的优点：操作简便，压痕洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。小，适用范围广。l缺陷：丈量结果分散度大。缺陷：丈量结果分散度大。钢球压头与钢球压头与金刚石压头金刚石压头洛氏硬度压痕洛氏硬度压痕2.1 静载下金属资料的力学性能静载下金属资料的力学性能 3 3维氏硬度

11、维氏硬度HV:HV: 采用锥面夹角采用锥面夹角金刚石四棱锥体压头金刚石四棱锥体压头, ,卸载后得一对角卸载后得一对角线长线长d d的四方锥形压痕的四方锥形压痕, ,载荷除以压痕外表积的值为维氏载荷除以压痕外表积的值为维氏硬度硬度, ,单位单位MPaMPa。Pd维氏硬度用于丈量极软到极硬的薄片金属资料几种硬度之间的相互换算关系：几种硬度之间的相互换算关系：1HBS10HRC, 1HBS1HV维氏硬度实验原理维氏硬度实验原理维氏硬度计维氏硬度计特别提示 零(构)件服役的环境是多种多样的，对于工程上的零部件绝大多数是接受动载荷的作用，如汽车发动机里的连杆、曲轴等部件就是这种情况。因此。研讨资料的动载

12、力学性能才干接近实践情况。以便为处理实践工程问题提供了更适宜的评价方法。 1、冲击韧性、冲击韧性 是指资料抵抗冲击载荷作用而不破坏的才干。是指资料抵抗冲击载荷作用而不破坏的才干。l目的为冲击目的为冲击韧性值韧性值ak(经经过冲击实验过冲击实验测得测得)。2.2 动载和高温下金属资料的力学性能动载和高温下金属资料的力学性能 冲击实验测定原理冲击实验测定原理 1、冲击韧性、冲击韧性l冲击韧性值冲击韧性值ak=(GH1-GH2)/F9.8J/cm 2.2 动载和高温下金属资料的力学性能动载和高温下金属资料的力学性能 2 即试样缺口处单位面积上所吸收的冲击功。 ak 值与资料、温度、缺口外形、试样大小

13、有关，对组织缺陷很敏感，用来检验冶炼、热加工等的工艺质量的有效方法。 在实践中，零件经过一次冲击即发生断裂的情况极少。许多零件总是在很多次冲击之后才会断裂，且所接受的冲击能量也远小于一次冲断的能量。这种冲击称做多次冲击。 大能量一次冲击时，其冲击抗力主要取决于塑性；而小能量多次冲击时，其多冲抗力那么主要取决于强度。 2、疲劳强度、疲劳强度1资料在低于s的反复交变应力作用下发生断裂的景象。随资料接受的交变应力值的下降，其断裂时应力循环次数N值添加。资料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。对称循环交变的疲劳极限用-1表示。钢铁资料规定次数为107，有色金属合金为108。疲劳应

14、力表示图疲劳应力表示图2.2 动载和高温下金属资料的力学性能动载和高温下金属资料的力学性能 2、疲劳强度、疲劳强度1 1疲劳断裂：资料在低于疲劳断裂：资料在低于s s的反复交的反复交变应力作用下发生断裂的景象。变应力作用下发生断裂的景象。2 2疲劳曲线：资料所接受的交变应力疲劳曲线：资料所接受的交变应力与其断裂前的应力循环次数与其断裂前的应力循环次数N N的关系的关系图。图。(3(3疲劳极限疲劳极限-1 -1 ：资料在规定次数应：资料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。称为疲劳极限。 随资料接受的交变应力值的下降，其断裂时应力循环次数N值添

15、加。资料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。对称循环交变的疲劳极限用-1表示。钢铁资料规定次数为10，有色金属合金为10。782.2 动载和高温下金属资料的力学性能动载和高温下金属资料的力学性能 1-疲劳源、疲劳源、2-疲劳裂纹疲劳裂纹扩展区和扩展区和3-瞬时断裂区瞬时断裂区 疲劳断口表示图疲劳断口表示图 金属的疲劳极限遭到很多金属的疲劳极限遭到很多要素的影响，主要有：要素的影响，主要有：任务条件、外表形状、材质、任务条件、外表形状、材质、剩余内应力等。剩余内应力等。 改善零件的构造外形，改善零件的构造外形，防止应力集中，降低零件外防止应力集中，降低零件外表粗糙度值以及采

16、取各种外表粗糙度值以及采取各种外表强化的方法，都能提高零表强化的方法，都能提高零件的疲劳极限件的疲劳极限 2.2 动载和高温下金属资料的力学性能动载和高温下金属资料的力学性能 特别提示零(构)件服役的环境是多种多样的，如有的零件在高温下任务，有的零件在低温下任务，那么在室温下测定的性能目的就不能代表它在高温或低温下的性能。屈服强度与抗拉强度与温度有很大关系，普通温度升高，资料强度降低。2.2 动载和高温下金属资料的力学性能动载和高温下金属资料的力学性能 3、蠕变、蠕变 蠕变是指资料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的景象。 由于蠕变变形而最后导致金属资料的断裂称为蠕变断裂 。2.3 金属资料的物理、化学和工艺性能金属资料的物理、化学和工艺性能1、物理性能：主要有密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等。 飞机零件常选密度小的铝、镁、钛合金来制造。设计电器思索金属资料导电性。设计日用品-资料热成型性。2、化学性能:指其