01第一章材料的性能.ppt

1、第一章 材料的性能,性 能,工艺性能：铸造性能、可锻性、可焊性、切削加工性和热处理工艺性等,使用性能,力学性能：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等,化学性能：抗氧化性和耐腐蚀性,物理性能：密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性和磁性等,使用性能：材料在使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：材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。,神舟一号飞船,力学性能：在外力作用下反映出来的性能； 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。,五万吨水压机,应力

2、= P/F0 应变 = (l-l0)/l0,一、弹性和刚度,弹性：即材料承受最大弹性变形时的应力。指标为弹性极限e。 刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量E：,弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，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。可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。,二、强度与塑性,强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。,条件屈服强度0.2：残余变形量为0.2%时的应力值。 抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力值。,塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变

3、形的能力。指标为：,断面收缩率 ：,拉伸试样的颈缩现象,伸长率 ：,说明： 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 直径d0 相同时，l0， 。只有当l0/d0 为常数时，塑性值才有可比性。 当l0=10d0 时，伸长率用 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用5 表示，显然5 时，无颈缩，为脆性材料表征 时，有颈缩，为塑性材料表征,三、冲击韧性,是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ak(通过冲击实验测得)。,韧脆转变温度：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韧脆转变.发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变

4、温度。,体心立方金属具有韧脆转变温度，而大多数面心立方金属没有.,TITANIC,建造中的Titanic,TITANIC 的沉没与船体材料的质量直接有关,Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果,四、疲劳,材料在低于s重复交变应力作用下发生断裂的现象. 材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。用-1表示。 钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。,疲劳断口,通过改善材料形状结构，减少表面缺陷，提高表面光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力.,五、硬度,材料抵抗表面局部塑性变形的能力。 1、布氏硬度HB,压头为钢球时，布氏硬度用符号H

5、BS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。,符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，之后的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间, 如120HBS10/1000/30,表示直径为10mm的钢球在1000kgf(9.807kN)载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。,布氏硬度压痕,布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度。 材料的b与HB之间经验关系： 对于低碳钢: b(MPa)3.6HB 对于高

6、碳钢: b(MPa)3.4HB 对于铸铁: b(MPa)1HB或 b(MPa)0.6(HB-40),2、洛氏硬度,洛氏硬度计,洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002 根据压头类型和主载荷不同, 分为九个标尺, 常用的标尺为A、B、C。,洛氏硬度测试示意图,符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。,HRA用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。 HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。 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。,3、维氏硬度,维氏硬度用符号HV表

7、示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。,根据载荷范围不同，规定了三种测定方法 维氏硬度试验 、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。 维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。,六、断裂韧性,油轮断裂和北极星导弹发动机壳体爆炸与材料中存在缺陷有关,应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。,1.6 材料的物理及化学性能,1.6.1 材料的物理性能,轻金属： 密度小于5103kgm3的金属，如铝、镁、钛及它们的合金。重金属：密度大于5103kgm3的金属，如铁、铅、钨等。,1. 金属的物理性能,（1）密度 单位体积物质的质量称为该物质的密度：=m/V,(2)

8、 熔点 金属从固态向液态转变时的温度称为熔点，纯金属都有固定的熔点。 难熔金属，如钨、钼、钒等，可以用来制造耐高温零件，如在火箭、导弹、燃气轮机和喷气飞机等方面得到广泛应用。 易熔金属，如锡、铅等，可用于制造保险丝和防火安全阀零件等。,(3) 导热性 导热性通常用热导率来衡量。热导率的符号是，单位是WmK。 热导率越大，导热性越好。金属的导热性以银为最好，铜、铝次之。合金的导热性比纯金属差。 在制造散热器、热交换器与活塞等零件时，要选用导热性好的金属材料。,(4) 导电性 传导电流的能力称导电性，用电阻率来衡量，电阻率的单位是m。 电阻率越小，金属材料导电性越好，金属导电性以银为最好，铜、铝次

9、之。合金的导电性比纯金属差。 电阻率小的金属(纯铜、纯铝)适于制造导电零件和电线。电阻率大的金属或合金(如钨、钼、铁、铬)适于做电热元件。,(5) 热膨胀性 热膨胀性用线膨胀系数aL和体胀系数av来表示。aL = L2-L1 L1tav3aL 由膨胀系数大的材料制造的零件，在温度变化时，尺寸和形状变化较大。轴和轴瓦之间要根据其膨胀系数来控制其间隙尺寸；在热加工和热处理时也要考虑材料的热膨胀影响，以减少工件的变形和开裂。,(6) 磁性铁磁性材料：在外磁场中能强烈地被磁化，如铁、钴等；顺磁性材料：在外磁场中只能微弱地被磁化，如锰、铬等；抗磁性材料：能抗拒或削弱外磁场对材料本身的磁化作用如铜、锌等。

10、 铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。抗磁性材料则用于要求避免电磁场干扰的零件和结构材料，如航海罗盘。铁磁性材料当温度升高到一定数值时，磁畴被破坏，变为顺磁体，这个转变温度称为居里点，如铁的居里点是770。,材料抵抗环境介质腐蚀的能力叫做材料的抗蚀性。,1.6.2. 材料的化学性能,分为：化学腐蚀 电化学腐蚀。,(1) 耐腐蚀性,1）化学腐蚀 金属与周围介质发生纯化学作用产生的腐蚀,金属在干燥气体中的腐蚀。如高温燃气对涡轮喷气式发动机零部件的腐蚀。 金属在非电解液中的腐蚀。 如飞机管路系统受汽油、滑油的腐蚀。,特点：腐蚀过程中不产生电流。腐蚀速度慢、危害小。,条件：必须有两相或两种电极电位不同的金属有电解液三者相互接触,i,2）电化学腐蚀指金属和周围介质发生电化学作用而产生的腐蚀。,特点：伴有电流产生，腐蚀速度快，危害大,材料抵抗高温氧化的能力叫做材料的抗氧化性。,(2) 抗氧化性,抗氧化的金属材料经常在表面形成一层致密的保护性氧化膜,阻碍氧的进一步扩散. 耐腐蚀性