工程材料-材料性能-R

1、金屬材料的性能材料的性能材料的性能使用性能力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能工藝性能鑄造鍛造焊接熱處理切削加工n使用性能：材料制成零件和構(gòu)件后在保證正常工作及一定使使用性能：材料制成零件和構(gòu)件后在保證正常工作及一定使用壽命應(yīng)具備的能力。包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。用壽命應(yīng)具備的能力。包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。n工藝性能：材料工藝性能：材料在加工成零件或構(gòu)件過程中材料適應(yīng)加工的在加工成零件或構(gòu)件過程中材料適應(yīng)加工的能力。包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和切削性能等。能力。包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和切削性能等。 什么是材料的性能？什么是材料的性能？性能是材料與工程聯(lián)系的紐帶性能是材料與工程聯(lián)系

2、的紐帶定義定義：指材料在外載作用下所表現(xiàn)出的性能，也叫機械性能。指材料在外載作用下所表現(xiàn)出的性能，也叫機械性能。l 材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。l 外力卸載后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。l 外力卸載后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。 材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能變形變形低碳鋼的應(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機拉伸試驗機應(yīng)力應(yīng)力 = P/S0應(yīng)變應(yīng)變 = (l1-l0)/l0一一 、材料、材料的力學(xué)性能（機械性能）的力學(xué)性能（機械性能） 2 . 0s 屈服強度屈服強度抗拉強度抗拉強度斷裂點斷裂點0SFbb0SFss屈服極限（屈服強度、屈服應(yīng)力）材

3、料抵抗外力作用開始產(chǎn)生明顯塑性變形的最低應(yīng)力強度極限、抗拉強度材料抵抗外力作用不致斷裂的最大應(yīng)力1 1、強度、強度材料在載荷作用下抵抗變形或斷裂的能力條件屈服強度條件屈服強度 0.20.2：殘余變形量為0.2%時的應(yīng)力值。0.2材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能彈性和剛度彈性和剛度彈性：指標為彈性極限，即材料承受最大彈性變形時的應(yīng)力。剛度：材料受力時抵抗彈性變形的能力。指標為彈性模量E。 EtgMPa （）%100001lll%100010SSS 斷面收縮率斷面收縮率 延伸率延伸率材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力2 2、塑性、塑性 5%脆性材料脆性材料 5%塑性材料塑性材料 韌性脆性 S

4、AaKk材料抵抗沖擊載荷的作用而不破壞的能力()kAM Hh g沖擊功：沖擊功：沖擊韌性：沖擊韌性：（單位面積沖擊功）3 3、韌性韌性（1 1）沖擊韌性）沖擊韌性H擺錘試驗機1)1)擺錘式一次沖擊實驗。擺錘式一次沖擊實驗。沖擊韌性1)1)擺錘式一次沖擊實驗擺錘式一次沖擊實驗使用不同類型的試樣使用不同類型的試樣(U(U形缺口或形缺口或V V形缺口形缺口) )，其沖擊吸收功分別為，其沖擊吸收功分別為A AKUKU或或A AKVKV，沖擊韌度則分別為，沖擊韌度則分別為a aKUKU 或或a aKVKV。 帶有雙沖點的錘頭以一定的頻率沖帶有雙沖點的錘頭以一定的頻率沖擊式樣，直至沖斷。擊式樣，直至沖斷。

5、 指標：某種沖擊吸收功作用下開始指標：某種沖擊吸收功作用下開始出現(xiàn)裂紋和最后斷裂的沖擊次數(shù)。出現(xiàn)裂紋和最后斷裂的沖擊次數(shù)。落錘試驗 沖擊功對于檢查金屬材料在不沖擊功對于檢查金屬材料在不同溫度下的脆性轉(zhuǎn)化最為敏感。同溫度下的脆性轉(zhuǎn)化最為敏感。實際服役條件下的災(zāi)難性破斷實際服役條件下的災(zāi)難性破斷事故，往往與材料的沖擊功及事故，往往與材料的沖擊功及服役溫度有關(guān)。服役溫度有關(guān)。沖擊韌性Titanic近代船用鋼板近代船用鋼板（2 2）斷裂韌性）斷裂韌性低應(yīng)力脆斷低應(yīng)力脆斷1943年美國年美國T-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂北極星導(dǎo)彈北極星導(dǎo)彈裂紋擴展的基本形式裂紋擴展的基本形式油輪斷裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)油輪斷

6、裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)動機殼體爆炸與材料中存動機殼體爆炸與材料中存在缺陷有關(guān)在缺陷有關(guān) 應(yīng)力強度因子：描述裂紋尖端附近應(yīng)力場強度的指標。應(yīng)力強度因子：描述裂紋尖端附近應(yīng)力場強度的指標。aYKI ICCCKYa斷裂韌性：斷裂韌性：材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴展的能力材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴展的能力。 C C為斷裂應(yīng)力，為斷裂應(yīng)力，a aC C為臨界裂紋半長，為臨界裂紋半長，單位為單位為 Y 裂紋形狀系數(shù)裂紋形狀系數(shù), a 裂紋半長裂紋半長K1c 抵抗裂紋失穩(wěn)擴展能力的指標。抵抗裂紋失穩(wěn)擴展能力的指標。2/32/1/,mMNmMPa 5 5、疲勞強度、疲勞強度疲勞壽命疲勞壽命材料發(fā)生疲勞破壞時的應(yīng)力循環(huán)次材料發(fā)

7、生疲勞破壞時的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，或從開始受載到發(fā)生斷裂所經(jīng)數(shù)，或從開始受載到發(fā)生斷裂所經(jīng)過的時間稱為該材料的疲勞壽命。過的時間稱為該材料的疲勞壽命。疲勞疲勞材料在交變載荷作用下，經(jīng)過較材料在交變載荷作用下，經(jīng)過較長時間工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象長時間工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象（80%80%的斷裂由疲勞造成）的斷裂由疲勞造成）l 疲勞破壞特征突然性，破壞前沒有明顯的宏觀塑性變形，屬于脆性斷裂斷口與一般脆性斷口不同，可分為三個區(qū)域：裂紋源、裂紋擴展區(qū)和斷裂區(qū)對缺陷（包括缺口、裂紋及組織缺陷等）十分敏感 旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗軸向拉壓疲勞試驗機軸向拉壓疲勞試驗機l疲勞試驗疲勞試驗(1)(1)疲勞曲線和疲勞

8、強度疲勞曲線和疲勞強度材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍后仍不發(fā)生斷不發(fā)生斷裂時的最大應(yīng)裂時的最大應(yīng) 力力稱為疲勞強度。用稱為疲勞強度。用 -1-1表示。表示。鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為108。(2) (2) 提高零件抗疲勞的方法提高零件抗疲勞的方法可通過合理的選材，細化晶粒、減少材料和零件的缺陷可通過合理的選材，細化晶粒、減少材料和零件的缺陷；改善零件改善零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免應(yīng)力集中，減少零件的表面粗糙度的結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免應(yīng)力集中，減少零件的表面粗糙度；對零件對零件表面進行強化處理。表面進行強化處理。4 4、疲勞強度疲勞強度p 彈性與剛度彈性與剛度: 抗變形能力 剛

9、性大的物體在大載荷下變形小 柔性大的物體在小載荷下變形大p 強度與塑性強度與塑性: 抗失效的能力 強度大的物體能承受巨大的載荷不失效 強度小的物體在很小的載荷下會失效 p 韌性韌性: 耗散能 韌性大的物體在失效前可以吸收大量的能量 脆性物體失效前只能吸收很少的能量三個關(guān)鍵的材料力學(xué)性能變量三個關(guān)鍵的材料力學(xué)性能變量材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能HB3000布氏硬度計材料對局部塑性變形、壓痕或劃痕的抗力。 或：抵抗硬物體壓入其表面的能力、抵抗局部變形的能力5、硬度硬度布氏硬度試驗原理圖布氏硬度值試驗力/壓痕球冠表面積。布氏硬度記法：200HBS10/1000/30:表示直徑為10mm的鋼球在100

10、0kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為200。布氏硬度的優(yōu)點：被測面積大，測量布氏硬度的優(yōu)點：被測面積大，測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。不適于太薄、太誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。不適于太薄、太硬物體。與強度存在一定的經(jīng)驗關(guān)系。硬物體。與強度存在一定的經(jīng)驗關(guān)系。缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件；不能測高硬度材料。品件；不能測高硬度材料。l 壓頭為鋼球時，壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號布氏硬度用符號HBSHBS表示，適用于布氏硬表示，適用于布氏硬度值在度值在450450以下的材料。以下的材料。l壓頭為硬質(zhì)合金球時，壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號用符號HBWHB

11、W表示，適用于布氏硬度表示，適用于布氏硬度在在650650以下的材料。以下的材料。布氏硬度壓痕布氏硬度壓痕適測量適測量退火、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。洛氏硬度用符號洛氏硬度用符號HR表示。根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，表示。根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標尺，常用的標尺為分為九個標尺，常用的標尺為A、B、C。 洛氏硬度計l洛氏硬度計算公式洛氏硬度計算公式HR=（K-H）/C便可以計算出洛氏硬度。壓痕越淺，便可以計算出洛氏硬度。壓痕越淺，HR值值越大，材料硬度越高。越大，材料硬度越高。lK為常數(shù)，金剛石壓頭時為常數(shù)，金剛石壓頭時K=0.2MM

12、，淬火鋼球壓頭時，淬火鋼球壓頭時K=0.26MM；H為主載菏為主載菏解除后試件的壓痕深度；解除后試件的壓痕深度；C也為常數(shù)，一般情況下也為常數(shù)，一般情況下C=0.002MM。 HRA 試驗載荷試驗載荷588.4N（60KG-F）使用頂角為）使用頂角為120度度的金剛石圓錐壓頭試壓；的金剛石圓錐壓頭試壓；HRB 表示試驗載荷表示試驗載荷980.7N（100KG-F）使用直徑）使用直徑1.59MM的淬火鋼球試壓；的淬火鋼球試壓；HRC 表示試驗載荷表示試驗載荷1471.1N（150KG-F）使用頂角為）使用頂角為120度的金剛石圓錐頭試壓。度的金剛石圓錐頭試壓。lHRC適用范圍適用范圍HRC 20

13、67，相當于，相當于HB225650。若硬度高于此范圍則用洛式硬度。若硬度高于此范圍則用洛式硬度A標尺標尺HRA。 若硬度低于此范圍則用洛式硬度若硬度低于此范圍則用洛式硬度B標尺標尺HRB。l通用通用HRC來表示刀鋒硬度，比如來表示刀鋒硬度，比如HRC60，即代表在試驗載荷為，即代表在試驗載荷為1471.1N、使用頂角為、使用頂角為120度度的金剛石圓錐壓頭時，被試材料的壓痕深度為的金剛石圓錐壓頭時，被試材料的壓痕深度為0.08MM。 l硬度越高，抗磨損能力越高，但脆性也越大。硬度最高不超過硬度越高，抗磨損能力越高，但脆性也越大。硬度最高不超過60HRC。 通常一把好刀的刀通常一把好刀的刀刃硬

14、度應(yīng)在洛氏硬度刃硬度應(yīng)在洛氏硬度50HRC以上，以上，60HRC以下。以下。lHRA用于測量高硬度材料用于測量高硬度材料, 如硬質(zhì)合如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層金、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, 如有色金如有色金屬和退火屬和退火、正火鋼等。正火鋼等。lHRC用于測量中等硬度材料，如調(diào)用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。質(zhì)鋼、淬火鋼等。l洛氏硬度法的洛氏硬度法的優(yōu)點：優(yōu)點：操作簡便、迅速、操作簡便、迅速、適用范圍廣（軟硬材料均適用）適用范圍廣（軟硬材料均適用） 。l缺點缺點：測量精度較差，波動較大。測量精度較差，波動較大。鋼球壓頭與鋼球壓頭與金剛石壓頭金剛石壓

15、頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕維氏硬度計維氏硬度計維氏硬度試驗原理維氏硬度試驗原理維氏硬度壓痕維氏硬度壓痕維氏硬度用符號維氏硬度用符號HVHV表示表示適用范圍：適用范圍： 表面硬化層表面硬化層 金屬鍍層金屬鍍層 薄片金屬薄片金屬特點：特點： 壓痕淺、適用范圍廣，標尺壓痕淺、適用范圍廣，標尺統(tǒng)一統(tǒng)一適用范圍： 金相顯微組織中相、薄、脆硬件特點： 載荷小(小于1KG)、壓痕極小各種硬度值各種硬度值之間理論上是之間理論上是不存在換算公式的不存在換算公式的。有些有些經(jīng)驗性的公式，只是實驗試驗數(shù)據(jù)平均值和近似值的換經(jīng)驗性的公式，只是實驗試驗數(shù)據(jù)平均值和近似值的換算公式而已，但有一定的參考價值。算公式而已，但

16、有一定的參考價值。 HB HB和和HVHV關(guān)系關(guān)系 當當HB400HB400時，時，HBHVHBHV； 當當HB400HB400時，時，HBHVHBHV HB HB和和HRHR關(guān)系關(guān)系HVHV和和HRCHRC關(guān)系關(guān)系1 1、物理性能、物理性能材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)作用而引起的變質(zhì) 或破環(huán)現(xiàn)象，分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。能夠加速化學(xué)反應(yīng)，且在反應(yīng)前后材料自身不被消耗?？寡趸?、抗?jié)B入性、高分子材料的老化等2 2、化學(xué)性能、化學(xué)性能金屬銹蝕塑料老化斷裂車、鉗、銑、刨、磨車、鉗、銑、刨、磨材料的切削材料的切削鑄造、拉拔、擠壓、鍛造、沖壓鑄造、拉拔、擠壓、鍛造、沖壓材料的材料的成型成型合金化、熱處理合金化、熱處理材料的改性材料的改性焊接、粘接焊接