第2章 材料的力学性能 - 副本

1、1、强度、强度2、硬度、硬度3、塑性、塑性4、韧性、韧性5、疲劳、疲劳第第2 2章章 材料的力学性能材料的力学性能第一节第一节 概概 述述力学性能：力学性能：铸，锻，焊，切削，热处理铸，锻，焊，切削，热处理物理性能：物理性能：化学性能：化学性能：使用性能：使用性能：工艺性能：工艺性能：强度，硬度，塑性，韧性等强度，硬度，塑性，韧性等密度，导电，电磁，膨胀等密度，导电，电磁，膨胀等抗氧化，耐蚀性等抗氧化，耐蚀性等拉伸试样拉伸试样 一、拉伸试验一、拉伸试验第二节第二节 静载荷力学性能静载荷力学性能抗拉强度抗拉强度 b b屈服强度屈服强度 s s应力应力 =力力 /面积面积 应变应变 = (l-l0

2、)/l0三、强度三、强度 材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。抗拉强度抗拉强度 b b屈服强度屈服强度 s s屈强比：屈强比：bs/弹簧弹簧（大（大/ /小）？小）？对刚度要求高的情况：对刚度要求高的情况：车床主轴、曲轴、高压容器的螺栓车床主轴、曲轴、高压容器的螺栓二、弹性和刚度二、弹性和刚度弹性模量的大小主要取决于弹性模量的大小主要取决于材料的本性材料的本性，其他强化材料的手，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。2000GPa2000GPa，200GPa200GPa，0

3、.10.5GPa0.10.5GPa刚度：材料受力时抵抗刚度：材料受力时抵抗弹性弹性变形变形的能力。的能力。如：陶瓷如：陶瓷 钢钢 塑料塑料弹性模量弹性模量E弹性极限弹性极限 e e四、塑性四、塑性%100010AAA拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的性能。材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的性能。断面收缩率：断面收缩率：%100001 lll 延伸率：延伸率： 1 1、无颈缩，为？材料；有颈缩，为无颈缩，为？材料；有颈缩，为 ？材料？材料脆性材料脆性材料塑性材料塑性材料材料的超塑性（材料的超塑性（视频视频）第三节第三节 硬度试验硬度试验压头：钢球压头：

4、钢球硬度：衡量材料的软硬程度，材料对局部塑性变形的抗力。硬度：衡量材料的软硬程度，材料对局部塑性变形的抗力。一、布氏硬度一、布氏硬度 HBHB如：如：120HB120HB压痕越大，压痕越大，硬度越大硬度越大/ /小？小？二、洛氏硬度二、洛氏硬度 HRHR压头：顶角为压头：顶角为120120的金刚石的金刚石圆锥圆锥体或不同直径的体或不同直径的钢球钢球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HRCHRC使用最广泛使用最广泛压入深度压入深度维氏硬度压痕维氏硬度压痕压头：夹角为压头：夹角为136136的方锥形金刚石的方锥形金刚石三、维氏硬度三、维氏硬度 HVHV维氏硬度计维氏硬

5、度计三种硬度数值三种硬度数值不能不能直接比较，但有相互换算关系直接比较，但有相互换算关系HBHB：面积大，代表性好，不宜在成品上测，读数复杂：面积大，代表性好，不宜在成品上测，读数复杂HRHR：测量范围大，直接读数，压痕小，重复性差：测量范围大，直接读数，压痕小，重复性差HVHV：压力小，可测薄镀层材料：压力小，可测薄镀层材料各自特点：各自特点：HRCHRC（金刚石压头）：较硬材料，淬火钢（金刚石压头）：较硬材料，淬火钢HRBHRB（钢球压头）：较软材料，有色金属、退火钢（钢球压头）：较软材料，有色金属、退火钢第四节第四节 冲击韧性冲击韧性材料抵抗材料抵抗冲击载荷冲击载荷作用而不破坏的能力。作

6、用而不破坏的能力。冲击韧性值冲击韧性值面积冲击吸收功Kaakak值低为脆性值低为脆性/ /韧性材料？韧性材料？ 材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称冷脆转变。发生冷脆转变冲击韧性值急剧下降的现象称冷脆转变。发生冷脆转变的温度范围称冷脆转变温度。的温度范围称冷脆转变温度。冷（冷（韧）韧）脆转变：脆转变：材料的使用温度应高于冷脆转变温度。材料的使用温度应高于冷脆转变温度。TITANIC建造中的建造中的Titanic 号号TITANIC的沉没的沉没与船体材料的质量与船体材料的质量直接有关直接有关Titanic 号钢

7、板（左图）和近代船用钢板（右图）的号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果冲击试验结果Titanic近代船用钢板近代船用钢板第六节第六节 疲劳强度疲劳强度 金属材料的疲劳曲线金属材料的疲劳曲线材料在材料在交变载荷交变载荷下，承受下，承受低于抗拉强度低于抗拉强度的外力发生断裂失效。的外力发生断裂失效。第七节第七节 高温力学性能高温力学性能 金属在金属在高温高温和和恒定载荷恒定载荷下，即使下，即使低于屈服强度低于屈服强度，材料塑性变形量随时间延续而增加的现象。材料塑性变形量随时间延续而增加的现象。与普通拉伸试验的区别：与普通拉伸试验的区别： 加热炉里进行加热炉里进行蠕变：蠕变：铸造是金属

8、液态成形的典型方法，即将金属加热到液态，然后铸造是金属液态成形的典型方法，即将金属加热到液态，然后浇注到与零件的形状、尺寸相似的铸型中，待冷却凝固后获得浇注到与零件的形状、尺寸相似的铸型中，待冷却凝固后获得一定形状的毛坯或零件的生产方法。一定形状的毛坯或零件的生产方法。补充：补充： 金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能一、一、铸造铸造性能性能 金属材料铸造成形获得优良铸件的能力。金属材料铸造成形获得优良铸件的能力。1 1、 流动性流动性 ：熔融金属的：熔融金属的流动能力流动能力。尺寸精确、轮廓清晰的铸件。尺寸精确、轮廓清晰的铸件。3 3、偏析：金属凝固后，铸锭或铸件、偏析：金属凝固后，铸锭或铸

9、件化学成分和组织的不均匀化学成分和组织的不均匀现象。现象。 偏析大使铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低铸件的质量。偏析大使铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低铸件的质量。2 2、收缩性、收缩性 ： 铸件在凝固和冷却过程中，其铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减少体积和尺寸减少的现象。的现象。铸件收缩不仅影响尺寸，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形铸件收缩不仅影响尺寸，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开裂等缺陷。和开裂等缺陷。铸造用金属材料的收缩率越小越好。铸造用金属材料的收缩率越小越好。 二、锻造性能二、锻造性能 金属材料用锻压加工方法成形的适应能力。金属材料的金属材料用锻

10、压加工方法成形的适应能力。金属材料的 ? ? 性性越好，金属的锻造性能越好。（越好，金属的锻造性能越好。（视频视频）三、焊接性能三、焊接性能获得优质焊接接头的难易程度。获得优质焊接接头的难易程度。金属材料对焊接加工的适应性。金属材料对焊接加工的适应性。焊接缺陷和连接能力焊接缺陷和连接能力四、切削加工性能四、切削加工性能金属材料具有金属材料具有适当的硬度适当的硬度(170(170230 HBS)230 HBS) 时切削性良好。改变钢时切削性良好。改变钢的化学成分和进行适当的热处理可提高钢的切削加工性能。的化学成分和进行适当的热处理可提高钢的切削加工性能。用切削后的表面粗糙度和刀具寿命来表示。用切削后的表面粗糙度和刀具