金屬材料的力學性能

1、編輯ppt編輯ppt第一篇第一篇 第二篇第二篇 目目 錄錄編輯ppt編輯ppt本篇內容n緒緒 論論n第第1 1章章 工程材料的性能工程材料的性能n第第2 2章章 金屬材料的晶體結構與結晶金屬材料的晶體結構與結晶n第第3 3章章 鋼的熱處理鋼的熱處理n第第4 4章章 鋼鐵材料鋼鐵材料n第第5 5章章 非金屬材料與粉末冶金材料非金屬材料與粉末冶金材料n第第6 6章章 非金屬材料非金屬材料編輯ppt緒緒 論論編輯ppt 石器石器 青銅器青銅器 鐵器鐵器 鋼鐵、鋼鐵、 鋁合金鋁合金 復合材料、鈦鎂金屬、納米材料復合材料、鈦鎂金屬、納米材料編輯ppt編輯ppt 編輯ppt青銅青銅兵器兵器編輯ppt 編輯

2、ppt 編輯ppt 編輯ppt中國第一顆人中國第一顆人造衛(wèi)星造衛(wèi)星長征火箭大家族長征火箭大家族中國第一顆原子彈爆炸中國第一顆原子彈爆炸中國第一顆氫彈爆炸中國第一顆氫彈爆炸 編輯ppt鎂合金方鎂合金方向盤骨架向盤骨架鎂合金汽鎂合金汽缸蓋缸蓋鎂合金汽車鎂合金汽車輪轂輪轂編輯ppt 編輯ppt工程材料工程材料是用于制造工程結構和機械零件并主要要求力學是用于制造工程結構和機械零件并主要要求力學性能的結構的材料。性能的結構的材料。高分子材料高分子材料 （塑料、橡膠、膠粘劑等）（塑料、橡膠、膠粘劑等）陶瓷材料陶瓷材料 （陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷等）（陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷等）黑色金屬黑色金屬 （ 鋼、鐵）鋼、鐵

3、）有色金屬：有色金屬：除鋼鐵之外的其他金屬及其合金。除鋼鐵之外的其他金屬及其合金。（銅及其合金、鋁及其合金）（銅及其合金、鋁及其合金）金屬基復合材料金屬基復合材料陶瓷基復合材料陶瓷基復合材料高分子復合材料高分子復合材料編輯ppt編輯ppt？編輯ppt 性質：性質：金屬材料是一門研究常用金屬材料是一門研究常用工程材料坯工程材料坯件及機件及機器零件器零件成形工藝原理成形工藝原理的綜合性技術基礎學科。的綜合性技術基礎學科。學習目的：學習目的： 為后續(xù)課程的學習打基礎。培養(yǎng)選擇材料、為后續(xù)課程的學習打基礎。培養(yǎng)選擇材料、選擇零件結構、選擇加工方法的能力。選擇零件結構、選擇加工方法的能力。要求了解和掌握

4、要求了解和掌握 ：1.1.常用工程材料的性能特點；常用工程材料的性能特點；2.2.各種成形方法的原理、特點及適用范圍；各種成形方法的原理、特點及適用范圍；3.3.各種零件的結構工藝性。各種零件的結構工藝性。編輯ppt 掌握金屬材料的掌握金屬材料的強度強度和和塑性塑性的概念；的概念；掌握金屬材料的掌握金屬材料的疲勞強度疲勞強度的概念；的概念；掌握金屬材料掌握金屬材料沖擊韌性沖擊韌性的概念；的概念；掌握材料掌握材料硬度硬度的概念和三種硬度表示方法；的概念和三種硬度表示方法；了解材料性能的表示方法。了解材料性能的表示方法。編輯ppt一、強度、塑性；一、強度、塑性；二、疲勞強度；二、疲勞強度；三、沖擊

5、韌性；三、沖擊韌性；四、硬度四、硬度編輯ppt利用強度、硬度和塑性等指標綜合評價材料利用強度、硬度和塑性等指標綜合評價材料。強度、硬度、塑性和韌性的概念。強度、硬度、塑性和韌性的概念。編輯ppt編輯ppt具有金屬光澤。具有金屬光澤。具有較好的延展性，容易加工成型。具有較好的延展性，容易加工成型。易導電、傳熱，是熱和電的良導體。易導電、傳熱，是熱和電的良導體。編輯ppt使用性能使用性能力學性能力學性能 ( (強度、硬度、塑性、韌性等強度、硬度、塑性、韌性等) )物理性能物理性能（指熔點、導熱性、導電性、磁性等）（指熔點、導熱性、導電性、磁性等）化學性能化學性能 ( (抗氧化性、抗腐蝕性等抗氧化性

6、、抗腐蝕性等) )其它性能其它性能 ( (耐磨性、熱硬性、消振性等耐磨性、熱硬性、消振性等) )工藝性能工藝性能加工成形的性能加工成形的性能編輯ppt靜載荷靜載荷是指外力的大小和方向不變或變化很緩慢的載荷；沖擊載荷沖擊載荷是指突然增加的載荷；疲勞載荷疲勞載荷則是指大小和方向隨時間作周期性變化的載荷。 根據(jù)載荷作用性質不同 靜載荷沖擊載荷疲勞載荷是指材料在是指材料在外加載荷外加載荷作用下所表現(xiàn)出來的性能。作用下所表現(xiàn)出來的性能。編輯ppt工件在不同載荷形式下產生的變形變形 編輯ppt抗拉強度抗拉強度抗壓強度抗壓強度抗彎強度抗彎強度抗剪強度抗剪強度根據(jù)所加載荷形式的不同，強度表現(xiàn)為：根據(jù)所加載荷形

7、式的不同，強度表現(xiàn)為：編輯ppt（金屬的抗拉強度和塑性都是通過拉伸試驗測定）（金屬的抗拉強度和塑性都是通過拉伸試驗測定）GB/T228-2002GB/T228-2002編輯ppt d0L0長試樣長試樣：L L0 0 =10 =10d d0 0 短試樣短試樣：L L0 0 =5 =5d d0 0 編輯ppt液壓式萬能電子材料試驗機液壓式萬能電子材料試驗機編輯ppt e e 彈性極限點彈性極限點S S 屈服點屈服點b b 極限載荷點極限載荷點 （縮頸點）（縮頸點）K K 斷裂點斷裂點e 彈性極限彈性極限s 屈服點屈服點b 抗拉強度（強度極限）抗拉強度（強度極限）: 單位面積上的拉力單位面積上的拉力

8、L:單位長度上的伸長量單位長度上的伸長量編輯ppt（1 1） 彈性變形階段彈性變形階段（oeoe段）段）（2 2） 塑性變形階段塑性變形階段（ebeb段、屈服階段和強化階段）段、屈服階段和強化階段）（3 3） 斷裂階段斷裂階段（bkbk段）段）拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象編輯ppt彈性彈性: : 金屬材料受外力作用時產生變形，當外力去掉后能回復金屬材料受外力作用時產生變形，當外力去掉后能回復其原來形狀的性能，叫做彈性。其原來形狀的性能，叫做彈性。彈性變形彈性變形: : 隨著外力消失而消失的變形，叫做彈性變形。隨著外力消失而消失的變形，叫做彈性變形。塑性變形塑性變形: : 在外力消失后留

9、下來的這部分不可恢復的變形，叫在外力消失后留下來的這部分不可恢復的變形，叫做塑性變形。做塑性變形。編輯ppts0.2bbe 低碳鋼與鑄鐵的應力應變曲線低碳鋼與鑄鐵的應力應變曲線脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。編輯ppt強度強度：用于表征金屬材料在外力作用下抵抗塑性變：用于表征金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的能力。形和破壞的能力。工程上常用的工程上常用的強度衡量指標強度衡量指標屈服點屈服點屈服強度屈服強度抗拉強度抗拉強度注意：一般多用抗拉強度作為判別金屬強度高低注意：一般多用抗拉強度作為判別金屬強度高低的指標。的指標。編輯ppt對具有明顯屈服現(xiàn)象的

10、材料對具有明顯屈服現(xiàn)象的材料用屈服點屈服點來表征材料對產生明顯塑性變形明顯塑性變形的抗力。屈服點就是指材料產生屈服時的最小應力。如低碳鋼。s0sFA 對無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料對無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料常用其產生0.2%塑性應變所對應的應力值作為名義屈服點，稱為名義(條件)屈服強度，用 0.2表示。如高碳鋼、銅合金、鋁合金等。F0.2S00.2=（MPa）（MPa）條件屈服強度條件屈服強度: :屈服強度屈服強度 是塑性材料選材和評定的依據(jù)。是塑性材料選材和評定的依據(jù)。屈服點屈服點:編輯ppt脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。編輯ppt是指試樣在拉斷前所承受

11、的最大應力。即：是指試樣在拉斷前所承受的最大應力。即：0bbAFbbF0A2mm式中：式中：試樣在拉斷前所受到的最大載（試樣在拉斷前所受到的最大載（N）；）； 試樣原始橫截面積（試樣原始橫截面積（ ）。）。抗拉強度抗拉強度抗拉強度抗拉強度 是脆性材料選材的依據(jù)。是脆性材料選材的依據(jù)。（MPaMPa）編輯ppt屈強比屈強比（ s / b ）： 0.60.85 屈強比高，材料利用率越高； 屈強比低，零件的可靠性越高 綜合考慮材料利用率和安全性注意：注意： 塑性變形中塑性變形中: s 2編輯ppt塑性塑性: 金屬材料在外力作用下，產生永久變形而不致引起金屬材料在外力作用下，產生永久變形而不致引起破壞

12、的性能。破壞的性能。塑性的衡量（塑性指標）：伸長率塑性的衡量（塑性指標）：伸長率 和斷面收縮率和斷面收縮率 。 、越高，材料的塑性越好越高，材料的塑性越好 10% 屬塑性材料屬塑性材料編輯ppt100L -L100%L是指試樣拉斷后的標距伸長量是指試樣拉斷后的標距伸長量 L L 1 1與原始標距與原始標距 L L 0 0之比。之比。用用 表示，即表示，即 是指試樣拉斷處橫截面積是指試樣拉斷處橫截面積A1的收縮量與原始橫截面積的收縮量與原始橫截面積A0之之比。比。用下式表示，即：用下式表示，即：%100AA-A010編輯ppt硬度的含義硬度的含義布氏硬度布氏硬度洛氏硬度洛氏硬度維氏硬度維氏硬度是

13、指材料抵抗其它更硬物體壓入其表面的能力。即表是指材料抵抗其它更硬物體壓入其表面的能力。即表示金屬材料抵抗局部變形的能力。示金屬材料抵抗局部變形的能力。硬度的表示方法硬度的表示方法常用的表示方法常用的表示方法壓入法壓入法劃痕法劃痕法回跳法回跳法編輯ppt 用一定直徑的壓頭（球體），以相應試驗力壓入待測表面，保持用一定直徑的壓頭（球體），以相應試驗力壓入待測表面，保持規(guī)定時間卸載后，規(guī)定時間卸載后，測量材料表面壓痕直徑，測量材料表面壓痕直徑，以此計算出硬度值。以此計算出硬度值。 （1 1）布氏硬度測量原理）布氏硬度測量原理布氏硬度計編輯ppt淬火鋼球淬火鋼球 HBS HBS （硬度值硬度值 450

14、450的材料）的材料）硬質合金鋼球硬質合金鋼球 HBWHBW （硬度值硬度值450450650650的材料）的材料）（2）壓頭：）壓頭： （3）表示方法）表示方法例如：例如：350HBS 、 600HBW一般，一般，數(shù)字數(shù)字+布氏硬度符號或后面依次注明壓頭直徑、實驗力布氏硬度符號或后面依次注明壓頭直徑、實驗力以及保存時間。以及保存時間。單位為單位為MPa（通常不標明）（通常不標明） 編輯ppt布氏硬度的優(yōu)點：布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點：缺點：壓痕大，不宜測量成品零件或薄件的硬度，以及比壓頭壓痕大，不宜測量成品零件或薄件的硬度，以及比壓頭還硬的材料。還硬的材

15、料。布氏硬度適用于：布氏硬度適用于：常用于測量較軟材料、灰鑄鐵、有色金屬、常用于測量較軟材料、灰鑄鐵、有色金屬、退火正火鋼材的硬度。調質處理鋼、原材料，毛坯。退火正火鋼材的硬度。調質處理鋼、原材料，毛坯。 當當HBS450 時有效（時有效（HBW450-650)（4）布氏硬度特點）布氏硬度特點編輯ppt用錐頂角為用錐頂角為120120的金剛石圓錐或直徑的金剛石圓錐或直徑1.588mm1.588mm的淬火鋼球，以相應試驗力壓的淬火鋼球，以相應試驗力壓入待測表面，保持規(guī)定時間卸載后卸入待測表面，保持規(guī)定時間卸載后卸除主試驗力，以測量的殘余壓痕深度除主試驗力，以測量的殘余壓痕深度增量來計算出硬度值。

16、增量來計算出硬度值。實際測量時，硬度值一般有硬度計的實際測量時，硬度值一般有硬度計的刻度盤上直接讀出?？潭缺P上直接讀出。(1)(1)洛氏硬度測量原理洛氏硬度測量原理洛氏硬度計洛氏硬度計編輯ppt(2) (2) 洛氏硬度的分類及應用洛氏硬度的分類及應用編輯pptHRA、HRB、HRC分別測得的硬度，不可直接比較大小表示為：表示為：硬度值硬度值+ +三種不同的標尺代號三種不同的標尺代號。（。（無單位）無單位）例如：例如：2085HRA2085HRA 20100HRB 20100HRB 2070HRC 2070HRC（3）洛氏硬度表示方法）洛氏硬度表示方法HR = (k-h) / 0.002 HR

17、= (k-h) / 0.002 不寫單位不寫單位編輯ppt（4）洛氏硬度特點：）洛氏硬度特點：優(yōu)點優(yōu)點：缺點缺點 ：測量操作簡單，方便快捷，壓痕?。粶y量測量操作簡單，方便快捷，壓痕小；測量范圍大，能測較薄工件。范圍大，能測較薄工件。測量精度較低，可比性差，不同標尺的硬測量精度較低，可比性差，不同標尺的硬度值不能比較。度值不能比較。（5）洛氏硬度應用：）洛氏硬度應用：編輯pptl 布氏硬度與洛氏硬度的比較u洛式硬度洛式硬度壓痕很小，測量值有局部性，須測數(shù)點求平均值，適壓痕很小，測量值有局部性，須測數(shù)點求平均值，適用成品和薄片，歸于無損檢測一類；用成品和薄片，歸于無損檢測一類；布式硬度布式硬度壓痕

18、較大，測量值壓痕較大，測量值準，不適用成品和薄片，一般不歸于無損檢測一類。準，不適用成品和薄片，一般不歸于無損檢測一類。u洛式硬度洛式硬度的硬度值是一無名數(shù)，沒有單位。（因此習慣稱洛式的硬度值是一無名數(shù)，沒有單位。（因此習慣稱洛式硬度為多少度是不正確的。）硬度為多少度是不正確的。） 布式硬度布式硬度的硬度值有單位，且和的硬度值有單位，且和抗拉強度有一定的近似關系?？估瓘姸扔幸欢ǖ慕脐P系。u洛式硬度洛式硬度直接在表盤上顯示、也可以數(shù)字顯示，操作方便，快直接在表盤上顯示、也可以數(shù)字顯示，操作方便，快捷直觀，適用于大量生產中。布式硬度需要用顯微鏡測量壓痕直捷直觀，適用于大量生產中。布式硬度需要用顯

19、微鏡測量壓痕直徑，然后查表或計算，操作較繁瑣。徑，然后查表或計算，操作較繁瑣。 在一定條件下，在一定條件下，HBHB與與HRCHRC可以查表互換。其心算公式可大概可以查表互換。其心算公式可大概記為：記為：1HRC1/10HB1HRC1/10HB。 編輯ppt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編輯ppt小負荷維氏硬度計小負荷維氏硬度計顯微維氏硬度計顯微維氏硬度計編輯ppt用壓頭為錐面夾角為用壓頭為錐面夾角為136136的金剛石四棱錐體。以一定的試驗的金剛石四棱錐體。以一定的試驗力將壓頭壓入試樣表面，保持規(guī)定時間卸載后，在試樣表面力將壓頭壓入試樣表面，保持

20、規(guī)定時間卸載后，在試樣表面留下一個四方錐形的壓痕，測量壓痕兩對角線長度，以此計留下一個四方錐形的壓痕，測量壓痕兩對角線長度，以此計算出硬度值。算出硬度值。（2 2）表示方法）表示方法 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。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。例如：例如：580580HVHV/30/20/30/20（1）維氏硬度測量原理）維氏硬度測量原理編輯ppt優(yōu)點：優(yōu)點：適用范圍廣，從極軟到極硬材料都可測量適用范圍廣，從極軟到極硬材料都可測量; ;測量測量精度高，可比性強；能測較薄工

21、件。精度高，可比性強；能測較薄工件。缺點：缺點：測量操作較麻煩，測量效率低。測量操作較麻煩，測量效率低。（4）應用：）應用：廣泛用于科研單位和高校，以及薄件表面硬度廣泛用于科研單位和高校，以及薄件表面硬度檢驗。不適于大批生產和測量組織不均勻材料。檢驗。不適于大批生產和測量組織不均勻材料。（3）特點：）特點：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。洛氏硬度的優(yōu)點。編輯ppt 是指金屬材料在是指金屬材料在沖擊載荷作用下沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。抵抗變形和斷裂的能力。擺錘式一次沖擊試驗擺錘式一次沖擊試驗小能量多次沖擊試驗小能量多次沖擊試驗沖擊韌性的測定方法沖擊韌性

22、的測定方法編輯ppt編輯ppt試樣被沖斷過程中吸收的能量即試樣被沖斷過程中吸收的能量即沖擊吸收功沖擊吸收功（A Ak k ）等于擺錘沖擊試樣前后的勢能差。等于擺錘沖擊試樣前后的勢能差。()kuAmg Hh( J )( J )編輯ppt沖擊韌度沖擊韌度ak就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊吸收功。就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊吸收功。ak=AkAq(J/cm)n 材料的材料的ak值愈值愈大大，韌性就愈好韌性就愈好；n 材料的材料的ak值愈值愈小小，材料的脆性愈大。材料的脆性愈大。n 通常把通常把ak值值小小的材料稱為的材料稱為脆性材料脆性材料n 研究表明，材料的研究表明，材料的ak值

23、隨試驗值隨試驗溫度的降低而降低溫度的降低而降低。編輯pptl 低應力脆斷低應力脆斷 工程零（構）件有時在應力低于許用應力的情況工程零（構）件有時在應力低于許用應力的情況下也會發(fā)生突然斷裂，稱為低應力脆斷。下也會發(fā)生突然斷裂，稱為低應力脆斷。l 低應力脆斷的原因低應力脆斷的原因 由于實際應用的材料中常常存在一些裂紋和本身由于實際應用的材料中常常存在一些裂紋和本身缺陷，如夾雜物、氣孔等或加工和使用過程中產生缺陷，如夾雜物、氣孔等或加工和使用過程中產生的缺陷，裂紋在應力的作用下失穩(wěn)而擴展，最終導的缺陷，裂紋在應力的作用下失穩(wěn)而擴展，最終導致零（構）件斷裂。致零（構）件斷裂。編輯ppt 零件、工具等即

24、使在零件、工具等即使在低于材料屈服強度的交變載荷低于材料屈服強度的交變載荷作用下，作用下，經過一定的循環(huán)次數(shù)后也會發(fā)生經過一定的循環(huán)次數(shù)后也會發(fā)生突然斷裂突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。斷裂。表示材料經無數(shù)次交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應力值。表示材料經無數(shù)次交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應力值。編輯ppt材料在對稱載荷下的應力變化規(guī)律。材料在對稱載荷下的應力變化規(guī)律。編輯ppt材料交變應力和斷裂前應力循環(huán)次數(shù)之間的關系。材料交變應力和斷裂前應力循環(huán)次數(shù)之間的關系。有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取 N = 108鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取 N = 10N = 107 7鋼材的鋼材的疲勞強度疲勞強度與與抗拉強度抗拉強度之間的關系之間的關系: -1 = (0.45 (0.450.55) 0.55) b疲勞曲線疲勞曲線1編輯ppt 材料有雜質、表面劃傷等缺陷材料有雜質、表面劃傷等缺陷應力集中應力集中 微裂紋微裂紋 裂紋擴展裂紋擴展 破破 壞壞編輯ppt 材料方面材料方面 保證冶煉質量，保證冶煉質量，減少夾雜物減少夾雜物和熱加工產生的和熱加工產生的氣孔和疏松等缺陷氣孔和疏松等缺陷。設計方面設計方面 盡量使零件避免尖角、缺口和截面突變，以盡量使零件避免尖角、缺口和截面突變，以避免應力集避免應力集中