材料的性能PPT精選文檔

1、1第一章第一章 材料的性能材料的性能2性性能能工藝性能：工藝性能：鑄造性能、可鍛性、可焊性、切削鑄造性能、可鍛性、可焊性、切削加工性和熱處理工藝性等加工性和熱處理工藝性等使用性能使用性能力學(xué)性能：力學(xué)性能：強(qiáng)度、硬度、塑性、強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度等韌性、疲勞強(qiáng)度等化學(xué)性能：抗氧化性和耐腐蝕化學(xué)性能：抗氧化性和耐腐蝕性性物理性能：物理性能：密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性和磁性性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性和磁性等等3l使用性能：使用性能：材料在使用材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能。過程中所表現(xiàn)的性能。包括包括力學(xué)性能、物理性力學(xué)性能、物理性能能和和化學(xué)性能?；瘜W(xué)性能。l工藝性能

2、：工藝性能：材料在加工材料在加工過程中所表現(xiàn)的性能。過程中所表現(xiàn)的性能。包括包括鑄造鑄造、鍛壓、焊接、鍛壓、焊接、熱處理熱處理和和切削性能等切削性能等。神舟一號飛船4l力學(xué)性能力學(xué)性能：在外力作用下反映出來的性能；：在外力作用下反映出來的性能；l材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形變形。l外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形彈性變形。l外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形塑性變形。 五萬噸水壓機(jī)五萬噸水壓機(jī)5應(yīng)力應(yīng)力 = p/f0應(yīng)變應(yīng)變 = (l-l0)/l0拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī)低

3、碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線拉伸前拉伸前斷裂后斷裂后拉伸試樣拉伸試樣6l彈性：彈性：即即材料承受最大彈材料承受最大彈性變形時(shí)的應(yīng)力。性變形時(shí)的應(yīng)力。指標(biāo)為指標(biāo)為彈性極限彈性極限 e e。l剛度：剛度：材料受力時(shí)抵抗彈材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。性變形的能力。指標(biāo)為指標(biāo)為彈彈性模量性模量e e： ）（ mpatge 彈性模量彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而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、冷熱加工、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?？梢酝ㄟ^增加橫截面積合金化等對彈性模

4、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。或改變截面形狀來提高零件的剛度。 7l強(qiáng)度：強(qiáng)度：材料在外力作用下材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。抵抗變形和破壞的能力。l屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 s：材料發(fā)生微材料發(fā)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。l條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度 0.2：殘余變形量為殘余變形量為0.2%時(shí)的應(yīng)力值。時(shí)的應(yīng)力值。l抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b：材料斷裂前所承受的最大材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。應(yīng)力值。0.28%100010 fff 斷面收縮率斷面收縮率 ：拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象%100001 lll 伸長率伸長率 ：拉伸前拉伸前

5、斷裂后斷裂后9l說明：說明：l 用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實(shí)變形。用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實(shí)變形。l 直徑直徑d0 相同時(shí)，相同時(shí)，l0 ， 。只有當(dāng)。只有當(dāng)l0/d0 為常數(shù)時(shí)，為常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。塑性值才有可比性。l當(dāng)當(dāng)l0=10d0 時(shí)，伸長率用時(shí)，伸長率用 表示；表示；l當(dāng)當(dāng)l0=5d0 時(shí)，伸長率用時(shí)，伸長率用 5 表示，顯然表示，顯然 5 l 時(shí)，無頸縮，為脆性材料表征時(shí)，無頸縮，為脆性材料表征 時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征無頸縮試樣無頸縮試樣有頸縮試樣有頸縮試樣10l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

6、破壞的能力。l指標(biāo)為沖擊指標(biāo)為沖擊韌性值韌性值ak(通通過沖擊實(shí)驗(yàn)過沖擊實(shí)驗(yàn)測得測得)。11l韌脆轉(zhuǎn)變溫度：韌脆轉(zhuǎn)變溫度：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。在某一溫度范圍內(nèi)沖在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變. .發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變溫度溫度。材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。變溫度。體心立方金體心立方金屬具有韌脆屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面而大多數(shù)面心立方金屬心立方金屬?zèng)]有沒有.解理斷口解理斷口韌窩斷口韌窩斷口12建造中的建造中的ti

7、tanic titanic 的沉沒的沉沒與船體材料的質(zhì)量與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)直接有關(guān)13titanic近代船用鋼板近代船用鋼板14l材料在低于材料在低于 s重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象.l材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱為大應(yīng)力稱為疲勞極限疲勞極限。用。用 -1表示。表示。l鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為，有色金屬合金為108。疲勞應(yīng)力示意圖疲勞應(yīng)力示意圖疲勞曲線示意圖疲勞曲線示意圖15通過通過改善材料形狀結(jié)構(gòu)改善材料形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷減少表面缺陷，提高表面提高表

8、面光潔度光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可提高材料疲勞抗力等方法可提高材料疲勞抗力.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）l材料抵抗表面局部塑性變形材料抵抗表面局部塑性變形的能力。的能力。1 1、布氏硬度、布氏硬度hb)(2102. 022ddddphb 布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì)布氏硬度測試原理布氏硬度測試原理17l壓頭為鋼球時(shí)壓頭為鋼球時(shí)，布氏硬度用符號，布氏硬度用符號hbs表示，適用于表示，適用于布氏硬度值在布氏硬度值在450以下的材料。以下的材料。l壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，用符號，用符號hbw表示，適用于表示，適用于布氏硬度在布氏硬度在6

9、50以下的材料。以下的材料。l符號符號hbs或或hbw之前的數(shù)字表之前的數(shù)字表示硬度值，之后的數(shù)字按順序示硬度值，之后的數(shù)字按順序分別表示球體直徑分別表示球體直徑、載荷及載載荷及載荷保持時(shí)間荷保持時(shí)間, 如如120hbs10/1000/30 表示直徑為表示直徑為10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf(9.807kn)載荷載荷作用下保持作用下保持30s測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為120。布氏硬度壓痕布氏硬度壓痕l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。l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、成品件及比壓頭還硬的材料。

10、還硬的材料。l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。l材料的材料的 b與與hb之間經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：之間經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： 對于低碳鋼對于低碳鋼: b(mpa)3.6hb 對于高碳鋼對于高碳鋼: b(mpa)3.4hb 對于鑄鐵對于鑄鐵: b(mpa)1hb或或 b(mpa)0.6(hb-40)hb b(mpa)鋼黃銅球墨鑄鐵洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)l洛氏硬度用符號洛氏硬度用符號hr表示，表示，hr=k-(h1-h0)/0.002l根據(jù)壓頭類型和主載荷不同根據(jù)壓頭類型和主載荷不同, 分為九個(gè)標(biāo)尺分為九個(gè)標(biāo)尺, 常常用的標(biāo)尺為用的標(biāo)尺為a、b、c。 洛氏

11、硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖l符號符號hr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。lhra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。lhrb用于測量低硬度材料用于測量低硬度材料, 如如有色金屬和退火有色金屬和退火、正火鋼等。正火鋼等。lhrc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。鋼球壓頭與鋼球壓頭與金剛石壓頭金剛石壓頭

12、洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕維氏硬度計(jì)維氏硬度計(jì)維氏硬度原理維氏硬度原理維氏硬度壓痕維氏硬度壓痕l維氏硬度用符號維氏硬度用符號hv表示表示，符號前的數(shù)字為硬度值，符號前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間。示載荷值及載荷保持時(shí)間。小負(fù)荷維氏硬度計(jì)小負(fù)荷維氏硬度計(jì)顯微維氏硬度計(jì)顯微維氏硬度計(jì)l根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法種測定方法 維氏硬度試驗(yàn)維氏硬度試驗(yàn) 、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)、顯微維顯微維氏硬度試驗(yàn)氏硬度試驗(yàn)。l維氏硬度保留了布氏硬度和洛維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。23油輪斷裂

13、和北極星導(dǎo)油輪斷裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體爆炸與彈發(fā)動(dòng)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) 北極星導(dǎo)彈北極星導(dǎo)彈裂紋擴(kuò)展的基本形式裂紋擴(kuò)展的基本形式1943年美國年美國t-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂24l應(yīng)力強(qiáng)度因子：應(yīng)力強(qiáng)度因子：描述裂紋尖描述裂紋尖端附近應(yīng)力場強(qiáng)度的指標(biāo)。端附近應(yīng)力場強(qiáng)度的指標(biāo)。ayki 2/1)( cca ccicayk 23/mmnl斷裂韌性：斷裂韌性：材料抵抗內(nèi)部裂材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。l c為斷裂應(yīng)力，為斷裂應(yīng)力， ac為臨界裂為臨界裂紋半長，單位為紋半長，單位為 251.6.1 材料的物理性能材料的物理性能261. 金屬的物理

14、性能金屬的物理性能（1）密度）密度 單位體積物質(zhì)的質(zhì)量稱為該物質(zhì)的密度：單位體積物質(zhì)的質(zhì)量稱為該物質(zhì)的密度：=m/v272829303132材料材料抵抗環(huán)境介質(zhì)腐蝕的能力抵抗環(huán)境介質(zhì)腐蝕的能力叫做材料的抗叫做材料的抗蝕性。蝕性。1.6.2. 材料的化學(xué)性能材料的化學(xué)性能分為：化學(xué)腐蝕分為：化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕。(1) (1) 耐腐蝕性耐腐蝕性331）化學(xué)腐蝕）化學(xué)腐蝕 金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生純化學(xué)作用純化學(xué)作用產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)生的腐蝕金屬在干燥氣體中的腐蝕。金屬在干燥氣體中的腐蝕。如高溫燃?xì)鈱u輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的腐蝕。如高溫燃?xì)鈱u輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的腐蝕。金屬在非

15、電解液中的腐蝕。金屬在非電解液中的腐蝕。如飛機(jī)管路系統(tǒng)受汽油、滑油的腐蝕。如飛機(jī)管路系統(tǒng)受汽油、滑油的腐蝕。特點(diǎn)：腐蝕過程中特點(diǎn)：腐蝕過程中不產(chǎn)生電流不產(chǎn)生電流。腐蝕速度慢、危害。腐蝕速度慢、危害小。小。34i2）電化學(xué)腐蝕）電化學(xué)腐蝕指金屬和周圍介質(zhì)發(fā)生電指金屬和周圍介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生的腐蝕。化學(xué)作用而產(chǎn)生的腐蝕。特點(diǎn)：伴有電流產(chǎn)生，腐蝕特點(diǎn)：伴有電流產(chǎn)生，腐蝕速度快，危害大速度快，危害大35 材料材料抵抗高溫氧化的能力抵抗高溫氧化的能力叫做材料的抗氧化性。叫做材料的抗氧化性。 (2) (2) 抗氧化性抗氧化性 抗氧化的金屬材料經(jīng)常在表面形成一層致密的抗氧化的金屬材料經(jīng)常在表面形成一層致密的保護(hù)性氧化膜保護(hù)性氧化膜, ,阻礙氧的進(jìn)一步擴(kuò)散阻礙氧的進(jìn)一步擴(kuò)散. . 耐腐蝕性和抗氧化性統(tǒng)稱為材料的熱穩(wěn)定性耐腐蝕性和抗氧化性統(tǒng)稱為材料的熱穩(wěn)定性. .36澆注時(shí)澆