機(jī)械工程材料課件-PPT-幻燈片PPT課件

1、 金屬材料金屬材料 黑色金屬黑色金屬 有色金屬有色金屬 鑄鐵鑄鐵 碳鋼碳鋼 合金鋼合金鋼 鋁合金鋁合金 銅合金銅合金 其它有色金屬其它有色金屬 非金屬材料非金屬材料 高分子材料高分子材料 陶瓷材料陶瓷材料 復(fù)合材料復(fù)合材料 塑料塑料 橡膠橡膠 合成纖維合成纖維 第一章 材料的性能 n使用性能：使用性能：材料在使用過材料在使用過 程中所表現(xiàn)的性能。程中所表現(xiàn)的性能。包括包括 力學(xué)性能、物理性能力學(xué)性能、物理性能和和化化 學(xué)性能。學(xué)性能。 神舟一號飛船 n工藝性能：工藝性能：材料在加工過材料在加工過 程中所表現(xiàn)的性能。程中所表現(xiàn)的性能。包括包括 鑄造、鍛壓、焊接、熱處鑄造、鍛壓、焊接、熱處 理理和

2、和切削性能等切削性能等。 n材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變 化，稱為變形?；Q為變形。 五萬噸水壓機(jī)五萬噸水壓機(jī) n外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。 n外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。 低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 拉伸試樣拉伸試樣 拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī) 應(yīng)力應(yīng)力 = P/F0 應(yīng)變應(yīng)變 = (l-l0)/l0 一、彈性和剛度一、彈性和剛度 n彈性：彈性：指標(biāo)為彈性極限指標(biāo)為彈性極限 e e， 即即材料承受最大彈性變形時材料承受最大彈性變形時 的

3、應(yīng)力。的應(yīng)力。 ）（MPatgE e 彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升 高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷 熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小。可以通過熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小。可以通過 增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。 n剛度：剛度：材料受力時抵抗彈性材料受力時抵抗彈性 變形的能力。變形的能力。指標(biāo)為彈性模指標(biāo)為彈性模 量量E E。 二、強(qiáng)度與塑性二、強(qiáng)度與塑性 n強(qiáng)度：強(qiáng)度：材料在外力作用下材料在外力作用

4、下 抵抗變形和破壞的能力。抵抗變形和破壞的能力。 s 0.2 n屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 s s：材料發(fā)生微材料發(fā)生微 量塑性變形時的應(yīng)力值。量塑性變形時的應(yīng)力值。 條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度 0.2 0.2： ：殘余變殘余變 形量為形量為0.2%0.2%時的應(yīng)力值。時的應(yīng)力值。 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b b：材料斷裂前所材料斷裂前所 承受的最大應(yīng)力值。承受的最大應(yīng)力值。 塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。 指標(biāo)為：指標(biāo)為： 伸長率：伸長率： %100 0 01 l ll %100 0 10 F FF 斷面收縮率：斷面收縮率： 斷裂后 拉伸試樣的頸縮

5、現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象 三、沖擊韌性三、沖擊韌性 n是指材料抵抗沖擊載荷是指材料抵抗沖擊載荷 作用而不破壞的能力。作用而不破壞的能力。 l指標(biāo)為沖擊韌指標(biāo)為沖擊韌 性值性值ak( (通過沖通過沖 擊實(shí)驗(yàn)測得擊實(shí)驗(yàn)測得) )。 韌脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度 n材料的沖擊韌性隨溫材料的沖擊韌性隨溫 度下降而下降。度下降而下降。在某在某 一溫度范圍內(nèi)沖擊韌一溫度范圍內(nèi)沖擊韌 性值急劇下降的現(xiàn)象性值急劇下降的現(xiàn)象 稱稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌發(fā)生韌 脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱 韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變溫度。溫度。材料材料 的使用溫度應(yīng)高于韌的使用溫度應(yīng)高于韌 脆轉(zhuǎn)變溫度。脆轉(zhuǎn)變溫度。 韌 體心立方金屬具

6、有韌脆體心立方金屬具有韌脆 轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面 心立方金屬沒有。心立方金屬沒有。 TITANIC 建造中的建造中的 Titanic Titanic 號號 TITANICTITANIC的沉沒的沉沒 與船體材料的質(zhì)與船體材料的質(zhì) 量直接有關(guān)量直接有關(guān) Titanic Titanic 號鋼板號鋼板（左圖）（左圖）和和近代船用鋼板近代船用鋼板（右（右 圖）的沖擊試驗(yàn)結(jié)果圖）的沖擊試驗(yàn)結(jié)果 Titanic近代船用鋼板近代船用鋼板 四、疲勞四、疲勞 n材料在低于材料在低于 s s的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。 疲勞應(yīng)力示意圖疲勞應(yīng)力示意圖 疲

7、勞曲線示意圖疲勞曲線示意圖 n材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的 最大應(yīng)力稱為最大應(yīng)力稱為疲勞極限疲勞極限。用。用 -1 -1表示。 表示。 n鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為10107 7，有色金屬合金為，有色金屬合金為10108 8。 疲勞斷口疲勞斷口 通過通過改善材料的形狀結(jié)構(gòu)改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷減少表面缺陷， 提高表面光潔度提高表面光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可提等方法可提 高材料疲勞抗力。高材料疲勞抗力。 軸的疲勞斷口軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）疲勞輝紋（掃描電鏡照片） 五、硬度五、硬度 n材料抵抗表面局

8、部塑性變材料抵抗表面局部塑性變 形的能力。形的能力。 n布氏硬度布氏硬度HBHB )( 2 102. 0 22 dDDD P HB 布氏硬度計布氏硬度計 五、硬度五、硬度 n壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號HBSHBS表示，適用于表示，適用于 布氏硬度值在布氏硬度值在450450以下的材料。以下的材料。 l符號符號HBSHBS或或HBWHBW之前的數(shù)字表之前的數(shù)字表 示硬度值示硬度值, , 符號后面的數(shù)字按順符號后面的數(shù)字按順 序分別表示球體直徑序分別表示球體直徑、載荷及載載荷及載 荷保持時間。荷保持時間。如如 120HBS10/1000/30120HBS10/1000

9、/30 表表 示示直徑直徑為為10mm10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf1000kgf（9.807kN9.807kN）載荷載荷 作用下作用下保持保持30s30s測得的測得的布氏硬度布氏硬度值為值為120120。 布氏硬度壓痕布氏硬度壓痕 n壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號HBWHBW表示，適用于表示，適用于 布氏硬度在布氏硬度在650650以下的材料。以下的材料。 n布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 HB b(MPa) 鋼 黃銅球墨鑄鐵 n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭

10、 還硬的材料。還硬的材料。 n適于測量適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼, , 鑄鐵及有色金屬的硬度。鑄鐵及有色金屬的硬度。 n材料的材料的 b b與與HBHB之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： 對于低碳鋼對于低碳鋼: : b b(MPa)(MPa)3.6HB3.6HB 對于高碳鋼：對于高碳鋼： b b(MPa)(MPa)3.4HB3.4HB 對于鑄鐵：對于鑄鐵： b b(MPa)(MPa)1HB1HB或或 b b(MPa)(MPa) 0.6(HB-40) 0.6(HB-40) 洛氏硬度洛氏硬度 h1-h0 洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖 洛氏硬度計洛氏硬度計 n洛氏硬度用符號洛

11、氏硬度用符號 HRHR表 示 ，表 示 ， HR=HR=k k-(-(h h 1 1 - - h h0 0)/0.002)/0.002 n根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標(biāo)尺，根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標(biāo)尺， 常用的標(biāo)尺為常用的標(biāo)尺為A A、B B、C C。 n符號符號HRHR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。 lHRAHRA用于測量高硬度材料用于測量高硬度材料, , 如如 硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。 鋼球壓頭與鋼球壓頭與 金剛石壓頭金剛石壓頭 洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕 lHRBHRB用于測量低硬度材料用于測量低硬度材

12、料, , 如如 有色金屬和退火有色金屬和退火、正火鋼等。正火鋼等。 lHRCHRC用于測量中等硬度材料，用于測量中等硬度材料， 如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。 l洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡便，操作簡便， 壓痕小，適用范圍廣。壓痕小，適用范圍廣。 l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：測量結(jié)果分散度大。測量結(jié)果分散度大。 維氏硬度維氏硬度 維氏硬度計維氏硬度計維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度壓痕維氏硬度壓痕 n維氏硬度用符號維氏硬度用符號HVHV表示，符號前的數(shù)字為硬度值，表示，符號前的數(shù)字為硬度值， 后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時間。后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時間。 小負(fù)荷維氏硬度計小負(fù)荷維氏硬度計 顯微維氏硬度計顯微維氏硬度計 n根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法維氏硬度維氏硬度 試驗(yàn)試驗(yàn) 、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)、顯微維氏硬度試驗(yàn)顯微維氏硬度試驗(yàn)。 n維氏硬度保留了布氏硬度和維氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。 六、斷裂韌性六、斷裂韌性 油輪斷裂和北極星導(dǎo)油輪斷裂和北極星導(dǎo) 彈發(fā)動機(jī)殼體爆炸與彈發(fā)動機(jī)殼體爆炸與 材料中存在缺陷有關(guān)材料中存在缺陷有關(guān) 1943年美國年美國T-2油輪發(fā)生油輪發(fā)生 斷裂斷裂 北極星導(dǎo)北極星導(dǎo) 彈彈 裂紋擴(kuò)展的基本形式裂紋擴(kuò)展