第四章--金属材料的性能.

1、第二章是关于海洋工程材料的性质，第四章是关于金属材料的性质。工程材料的分类可以根据材料和粘结的性质来划分。首先，金属材料是使用最广泛的，黑色金属：铁、锰和铬或它们的合金，有色金属：除黑色金属及其合金以外的所有金属，铜、铝及其合金等。陶瓷材料(无机非金属材料)一种或多种金属元素和一种非金属元素的混合物。包括水泥、玻璃、耐火材料和陶瓷。主要原料是硅酸盐矿物，也称为硅酸盐材料。高分子材料分为天然高分子材料(蛋白质、淀粉、纤维素等)。)和人造聚合物材料(合成塑料、合成橡胶、合成纤维)。根据其性能和用途，可分为塑料、橡胶、粘合剂和涂料。4.复合材料由基体材料和增强材料复合而成。基质材料包括金属、陶瓷、塑

2、料等。增强材料包括各种纤维和无机化合物等。烯丙基氯-苯乙烯，玻璃纤维增强聚合物复合材料，材料性能，材料性能，加载金属上的外力称为载荷，可加载载荷可分为：1。静态负载：大小不变或变化缓慢的负载；2.冲击负荷：在短时间内突然高速增加的负荷；3.交变载荷：其大小或方向随时周期性变化的载荷。根据载荷的不同形式，它可以分为几种形式，如拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转。第一节中的金属材料的机械性能(机械性能)是指金属材料在各种载荷下抵抗变形或失效的能力。想想弯曲铁丝和钢丝的区别。常温下的机械性能包括硬度、强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。研究机械性能的意义：它是选择和使用金属材料的重要依据。常用试验：拉伸

3、试验、冲击试验、硬度试验和疲劳试验。1.室温力学性能指标、低碳钢拉伸试验、试样断裂K点、试样颈缩B点、试样在均匀塑性变形阶段的cb截面、试样在弹性变形阶段的oa截面、卸载后的形状、oe截面：弹性变形阶段的E点弹性极限；Ek部分：塑性变形阶段。包括es段：微塑性变形阶段ss段：屈服阶段；Sb阶段：强化阶段；Bk段：颈缩阶段；点乙：形成了“颈缩”；k点：样品断裂；弹性变形去除外力后，样品恢复到原来的状态。外力消失后，塑性变形是不可恢复的。塑性断裂韧性差的材料在断裂前没有明显的塑性变形。断裂塑性好的材料在断裂前有明显的塑性变形。变形过程，k，b，F，e，s，o，s，应力和应变曲线，应力：这里，样品承

4、受的载荷除以样品的原始横截面积F0，以表示： F=(M pa) F0应变：单位长度的伸长率。这里，样品的伸长率除以样品的原始标距表明， L=L0的应力-应变曲线(-曲线)与拉伸曲线基本相同，其单位不同。如何比较不同材料的抗外力能力？刚度是金属材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力。e越大，材料的刚度越大，即在一定应力下弹性变形越小；E的大小反映了金属材料弹性变形的难度，这主要取决于材料的性质。e随着温度的升高而逐渐降低。其他强化材料的方法如热处理、冷热加工和合金化对弹性模量影响不大。可以通过增加横截面积或改变横截面形状来提高零件的刚度。e与材料的金属性质、晶格类型和原子间距有关，但与材料的微观结构

5、无关。衡量材料刚度的指标是弹性模量：(2)强度金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。工程中常用的金属材料强度指标是屈服强度(s)抗拉强度(b)。屈服强度也称为屈服极限，是指材料抵抗微塑性变形的能力。将发生0.2%塑性变形时的应力指定为条件屈服强度非常重要。大多数零件不允许有塑性变形。规定的条件屈服强度为33，360。对于有明显屈服现象的材料，抗拉强度也称为无明显屈服现象材料的强度极限。金属材料抵抗断裂的能力材料从应力开始到断裂所能承受的最大应力，是机械设计的主要依据；表征金属对微塑性变形的抵抗力；评价金属材料质量的重要指标。屈服强度与抗拉强度的比值称为屈服比。屈强比越小，工程部件的储备

6、强度越大，可靠性越高，这意味着即使金属因外部载荷或某些意外因素而变形，也不会立即断裂。通常，用于制造弹性部件的材料具有高的屈强比，通常为0.8%。(3)塑性金属材料具有在外力作用下产生塑性变形而不损坏的能力。衡量金属材料塑性的指标包括延伸率、面积收缩率和延伸率。由于不同长度样品测得的相同材料的伸长率值不同，因此应注明样品尺寸比。例如， 10样本L0=10d0 5样本L0=5d0通常写成10，5=(1.21.5)10。根据延伸率，工程材料可分为两种类型：5%称为塑性材料，如钢、铝和铜；5%被称为脆性材料，如铸铁。面积收缩和断裂前用来判断材料的最大塑性变形。尺寸和数值越大，表面材料的塑性越好。良好

7、的塑性对机械零件的加工和使用具有重要意义。塑性对材料的意义。这是金属材料受压加工的必要条件；2.提高安全性：如果零件在工作过程中过载，材料将通过塑性变形得到加强，以避免突然断裂。(4)硬度：根据被测材料的不同类型、硬度和厚度，工程中常用的硬度指标如下：(1)金属表面抵抗局部塑性变形的能力；它是衡量金属材料硬度的一个指标。布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)和显微硬度(HM)以及各种硬度指标的值可以转换。布氏硬度，测定原理，布氏硬度计，计算公式，HBS:硬化钢球作为压头；适用于450 HBW:硬质合金压头；适用于450 HB 650，HB值越大，材料越硬。布氏硬度压痕布氏硬度优点

8、：测量误差小，数据稳定。缺点：压痕很大，所以它不能用于太薄的零件，成品零件和比压头更硬的材料。用途：适用于普通钢、灰铸铁、有色金属及退火、正火、调质钢的测量。2。洛氏硬度，测量原理。在测试过程中，根据不同的待测材料、压头类型、测试力以及根据下表的选择，相应的洛氏硬度等级为HRA、HRB、HRC和HRD。表4-1洛氏硬度的测试条件和应用范围、符号、表示方法、硬度值，例如：52HRC 70HRA。优点：测量快速简单，压痕小，可检测成品零件。缺陷：不够准确。HBS 220，HRC : HB=1336010，维氏硬度，测量原理，用一定的测试力P，将顶角为1360的金刚石棱锥压入金属表面，保持一定时间，

9、然后去掉测试力，然后测量压痕对角线长度d1和d2(mm)，并求出压痕对角线的平均值D。计算公式，表达方法，硬度值HV，测试力/保持时间，例如：640HV30/20，应用程序显微硬度，用显微硬度计测量材料内部结构或相组成的硬度，显微硬度用HM表示。(5)冲击韧性。设计和制造冲击载荷下的零件和工具(如锻锤、冲压机、铆钉枪等)时。)，必须考虑所用材料的冲击吸收功或冲击韧性。摆锤冲击试验，将样品放在试验机的支撑面上，使样品的缺口背离摆锤的冲击方向。将质量为m的摆锤放在规定的高度h，然后放下摆锤，打碎样品，在支点上摆动摆锤上升到一定高度h。在一次性冲击试验力下，样品打碎时吸收的功为冲击吸收功ak。试样断

10、裂时消耗的冲击能量为：冲击韧性为金属材料抵抗冲击载荷而不损坏的能力，冲击吸收能量和冲击韧性为试样缺口处单位横截面积消耗的冲击能量。冲击吸收能Ak作为材料韧性的一个判据，与温度、试样形状、尺寸、表面粗糙度、内部结构和缺陷有关。1.冲击韧性对材料的内部缺陷很敏感，能敏感地显示材料的宏观缺陷和微观组织变化，因此可以用来检验冶金质量、热加工质量以及冲击韧性对材料生产的意义。材料的韧脆转变温度越低，低温冲击性能越好。ak不参与零部件的设计和计算过程，仅作为材料选择的参考。材料的a K值越大，韧性越好。材料的K值越小，材料的脆性越大。ak随着温度的降低而降低。ak值在一定温度范围内显著下降的现象称为冷脆性

11、或脆性转变，发生脆性转变的温度范围称为韧脆性转变温度。材料的应用温度应高于韧脆转变温度。材料的韧脆转变温度越低，材料的低温冲击越好。描述：泰坦尼克号，泰坦尼克号正在建造中，泰坦尼克号的沉没直接关系到船体材料的质量，泰坦尼克号钢板(左)和现代船用钢板(右)的冲击试验结果表明，船体钢板中硫和磷的含量过高，(6)疲劳强度，工程中的一些零件在交变应力或循环应力下工作，即使工作应力低于材料的s，经过一定次数的循环后仍会断裂。据统计，约80%的机器零件的失效是疲劳失效。当零件上的应力低于某个值时，即使循环次数是无限的，它也不会断裂。该应力值称为疲劳强度或疲劳极限(-1)，N0，N，钢：有色金属：N0循环基

12、数，疲劳曲线，以及疲劳失效的原因：材料的内部缺陷、表面划痕、残余应力和其他可能导致应力集中的缺陷。影响疲劳强度的因素有：内部缺陷、表面划痕、残余应力等。2.高温下的力学性能指标，蠕变：即使应力长时间小于S，金属材料也会经历缓慢的塑性变形，这就是所谓的蠕变。注：温度越高，蠕变越严重，甚至导致零件断裂；通常，当材料温度超过(0.30.4)Tm时，蠕变是明显的。金属材料的高温力学性能如下：(1)高温强度(热强度):应力、应变和时间综合作用的反映包括蠕变极限和持久强度蠕变极限(蠕变强度):金属材料在高温和长期应力下抵抗塑性变形的能力。表示在一定温度t，一定时间t，最大应力下产生一定量的塑性变形。MPa

13、持久强度：金属材料在高温和长时间应力下抵抗断裂的能力，是指在一定温度t下工作一定时间后的断裂应力；(2)热硬度(红色硬度或高温硬度):金属材料在高温下仍具有较高的硬度。注：这是零件在高温下工作的重要高温性能指标第二节金属材料的技术特性。技术特性：材料对各种加工技术的适应性，以及材料物理、化学和机械特性的综合体现；它直接影响零件的加工方法、加工质量和制造成本；金属材料的工艺性能主要包括：可铸性、可锻性、可焊性、热处理、可加工性、管材和型材的冷变形工艺性。(1)铸造性是指材料通过铸造方法获得完美铸件的能力。流体材料在熔化和铸造后具有良好的填充模具的能力。收缩率在液态金属在模具中冷却的过程中，内部会产生收缩孔，铸件的形状和尺寸会减小。凝固后析出的液态金属化学成分不均匀，灰铸铁和锡青铜具有良好的铸造性能。(2)可锻金属材料承受压力加工(锻造)的能力取决于材料的塑性和抗变形能力；塑性好，变形时不易开裂；变形阻力低，锻造时省力，耗电少。中低碳钢具有良好的可锻性，而高碳钢较差，因此灰铸铁无法锻造。(3)焊接性是指在一般工艺条件下焊接金属材料时获得高质量焊缝的能力。从焊接过程中的裂纹倾向和焊缝的可靠性来看，低碳钢和普通合金钢具有良好的焊接性，而灰铸铁和铝合金的焊接性较差。(4)可热处理金属材料的热处理