金属工艺学 第1章 金属材料的性能.ppt

1、金属工艺学,主讲人：,1.1 力学性能 1.2 物理化学性能 1.3 工艺性能 重点：金属材料的力学性能 难点：金属材料的力学性能,第一章 金属材料的性能,1.1 力学性能,力学性能是指金属材料在受外力作用时所反映出来的性能。 力学性能指标，是选择、使用金属材料的重要依据。金属材料的力学性能主要有：强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。 金属材料性能两大类： 1 使用性能：机械零件在正常工作情况下应具备的性能。包括：机械性能、物理、化学性能 2 工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、切削性能等。 载荷分类:静载荷、冲击载荷、疲劳载荷。,1.1.1强度,强度 材料在外力作用，抵抗

2、塑性变形或断裂的能力。抗拉强度 + ;抗压强度-; 抗弯强度w ;抗剪强度b;抗扭强度n 工程上常用的金属材料的强度指标 有屈服强度(s)和抗拉强度(b)等； 常用来表示金属材料强度的指标: 屈服强度s: (Pa N/m2) Ps-产生屈服时最大外力。 抗拉强度b (Pa N/m2) Pb-断裂前最大应力。 s b在设计机械和选择评定材料时有重要意义.因金属材料不能在超过s的条件下工作,否则会塑变.超过b工作,机件会断裂。 s-b之间塑性变形,压力加工。,拉伸试样,将金属材料制成标准式样。,拉伸曲线,有些材料在拉伸图中没有明显的水平阶段。通常规定产生0.2塑性变形的应力作为屈服极限,称为条件屈

3、服极限.对于塑性差的材料，用0.2来代替s；,1）弹性阶段oe：e弹性极限 2）屈服阶段：过e点至水平段右端 s塑性极限，s屈服点 过s点水平段说明载荷不增加，式样仍继续伸长。 发生永久变形 3）强化阶段：水平线右断至b点 P 变形 b强度极限，材料能承受的最大载荷时的应力。 4）局部变形阶段bk 过b点，试样某一局部范围内横向尺寸突然急剧缩小。 “缩颈” （试样横截面变小，拉力）,1.1.2塑性,塑性 材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的性能。 表示材料的塑性指标是：伸长率和断面收缩率； (1)伸长率 = （L1-L0）/L0 100% 式中： L0试样原标距的长度（mm） L1试样拉断后

4、的标距长度（mm） (2) 断面收缩率 断面收缩率是指试样拉断后断面处横截面积的相对收缩值。 = （A0-A1）/A0 100% * 1） 、越大，材料塑性越好 2）与区别：拉伸图中 =弹+塑 ， =mas塑 3）一般5%为塑性材料，5%为脆性材料。,1.1.3硬度,（1）布氏硬度（HB） 用布氏硬度机测试出来的硬度叫布氏硬度。 布氏硬度的特点： 布氏硬度因压痕面积较大，HB值的代表性较全面，而且实验数据的重复性也好，但由于淬火钢球本身的变形问题，不能试验太硬的材料，一般在HB450以上的就不能使用。 由于压痕较大，成品检验也有困难。 通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材料的硬度。表示

5、方法:120HBS或450HBW,式中 F试验力（N）； s 压痕表面积（mm2）； D球体直径（mm）； d压痕平均直径（mm）。,硬度是表征材料表面局部体积内抵抗其它物体压入时变形的能力。,(2) 洛氏硬度（HR）,在洛氏硬度机上测试出来的硬度叫洛氏硬度。 洛氏硬度的特点： 洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小，几乎不损伤工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。 但洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表性就差些，如果材料中有偏析或组织不均的情况，则所测硬度值的重复性也差。,表示方法:60HRA或HRB或HRC,1.1.4冲击韧度,冲击韧度 金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力。

6、常用的指标有冲击韧度(Ak)。常用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧性,标准试样一次击断,用试样缺口处单位截面积上的冲击功来表示ak ak=Ak/F(J/m2) Ak=G(H-h) G-重量 F-缺口截面 脆性材料一般不开口,因其冲击值低,难以比较差别.,1.1.5疲劳强度,疲劳强度 金属材料抵抗交变载荷的作用而不 破坏的能力。常用的指标有疲劳强度(-1) 。 问题提出：许多零件如曲轴、齿轮、连杆、弹簧等在交变载荷作用下，发生断裂时的应力远低于该材料的屈服强度，这种现象疲劳破坏。据统计，80%机件失效是由于疲劳破坏。 疲劳强度当金属材料在无数次交变载荷作用下而不致于引起断裂的最大应力。 1 疲劳曲线交变应力与断裂前的循环次数N之间的关系。 例如：纯弯曲，有色金属N108 钢材N107 不疲劳破坏 2 疲劳破坏原因 材料有杂质,表面划痕,能引起应力集中,导致微裂纹,裂纹扩展致使零件不能承受所加载荷突然破坏. 3预防措施 改善结构形状,避免应力集中,表面强化-喷丸处理,表面淬火等.,1.2物理化学性能,1、物理性能 金属材料的物理性能主要有：密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性等。 2、化学性能 它是金属材料在室温或高温时抵抗各种化学作用的能力，主要是指抵抗活泼介质的化学侵蚀能力，如耐酸性、耐碱性、抗氧化性等。,1.3工艺性能,