第二章金屬材料的性能

1、金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能第二章 金屬材料的性能21 金屬材料的損壞與塑性變形22 金屬的力學(xué)性能23 金屬的工藝性能24 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn) 金屬材料的性能是零件設(shè)計(jì)中選材的主要依據(jù)，也是技術(shù)工人在加工過程中合理選擇加工方法、正確刃磨刀具、合理選擇切削用量的重要保證。金屬材料的性能使用性能工藝性能物理性能化學(xué)性能力學(xué)性能 金屬材料在使用條件下表現(xiàn)出來的性能 金屬材料在制造工藝過程中適應(yīng)加工的能力金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能機(jī)械零件常見的損壞形式金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能 因摩擦而使零件尺寸、表面形狀和表面質(zhì)量發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為

2、磨損。磨損 零件在外力作用下發(fā)生開裂或折斷的現(xiàn)象，稱為斷裂。斷裂 零件在外力作用下形狀和尺寸發(fā)生的變化稱為變形。變形分為彈性變形（外力消除后能夠恢復(fù)的變形）和塑性變形（外力消除后不能恢復(fù)的永久變形）。造成零件損壞的變形通常為塑性變形。鐵釘?shù)膹澢冃握f明圖樣分類齒輪的磨損斷裂的機(jī)械零件21金屬材料的損壞與塑性變形 合理地利用塑性變形有利的一面，可以作為零件成形和強(qiáng)化的重要手段。軋 制擠 壓冷 拔鍛 壓冷 沖 壓金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能一、與變形相關(guān)的幾個(gè)概念1、載荷 金屬材料在加工及使用過程中所受的外力稱為載荷。 （1）根據(jù)載荷作用性質(zhì)不同： 大小不變或變化過程緩慢的載

3、荷 在短時(shí)間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷 大小、方向或大小和方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能載荷靜載荷沖擊載荷交變載荷（2）根據(jù)載荷作用形式不同：金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能載 荷拉伸載荷壓縮載荷彎曲載荷剪切載荷扭轉(zhuǎn)載荷2、內(nèi)力 金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能 工件或材料在受到外部載荷作用時(shí)，為保持其不變形，在材料內(nèi)部產(chǎn)生的一種與外力相對(duì)抗的力，稱為內(nèi)力。 內(nèi)力的大小與外力相等，且作用于材料內(nèi)部3、應(yīng)力 應(yīng)力應(yīng)力假設(shè)作用在零件橫截面上的內(nèi)力大小均勻分布，單位橫截面積上的內(nèi)力。SFR R：應(yīng)力，Pa；F：

4、外力，N；S：橫截面面積，m2。 應(yīng)力的計(jì)算公式：應(yīng)力的計(jì)算公式：金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能二、金屬的變形 彈性變形彈性變形 彈塑性變形彈塑性變形 斷裂斷裂金屬變形實(shí)驗(yàn)金屬塑性變形的影響因素：金屬塑性變形的影響因素：1晶粒位向的影響2晶界的作用3晶粒大小的影響 滑移與位錯(cuò)金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化 金屬的塑性變形，在外形變化的同時(shí)，晶粒的形狀也會(huì)發(fā)生變化。通常晶粒會(huì)沿變形方向壓扁或拉長(zhǎng)。塑性變形后的金屬組織金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能 冷塑性變形除了使晶粒的

5、外形發(fā)生變化外，還會(huì)使晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)密度增加，晶格畸變加劇，從而使形變強(qiáng)化（加工硬化）形變強(qiáng)化（加工硬化） 金屬隨著變形量的增加，使其強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱為形變強(qiáng)化或加工硬化。22金屬的力學(xué)性能金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能 任何機(jī)械零件或工具，在使用過程中，往往要受到各種形式外力的作用，這就要求金屬材料必須具有一種承受機(jī)械載荷而不超過許可變形或不破壞的能力，這種能力就是材料的力學(xué)性能力學(xué)性能。一、強(qiáng)度二、塑性三、硬度四、沖擊韌性*五、疲勞強(qiáng)度金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能一、強(qiáng)度（一）強(qiáng)度的概念1. 定義 指金屬在靜載荷作用下，

6、抵抗塑性變形或斷裂 的能力。 2. 應(yīng)用 強(qiáng)度是機(jī)械零件（或工程構(gòu)件）在設(shè)計(jì)、加工、使用過程中的主要性能指標(biāo)，特別是選材和設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能（二）強(qiáng)度的測(cè)定拉伸實(shí)驗(yàn)1. 拉伸試樣（GB/T228-2010）長(zhǎng)試樣：長(zhǎng)試樣：L L0 0= =1010d d短試樣：短試樣：L L0 0= =5 5d dd試樣直徑試樣直徑 Lo標(biāo)距長(zhǎng)度標(biāo)距長(zhǎng)度金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能2. 力伸長(zhǎng)曲線（以低碳鋼試樣為例）l 彈性變形階段l 屈服階段l 強(qiáng)化階段l 縮頸階段力拉伸曲線ABC強(qiáng)化強(qiáng)化低碳鋼拉伸試驗(yàn)金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章

7、金屬材料的性能3. 脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對(duì)比）LF0 0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。金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能（三）強(qiáng)度指標(biāo)1 1、屈服強(qiáng)度當(dāng)金屬材料出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在實(shí)驗(yàn)期間發(fā)生塑性變形而力不增加的應(yīng)力點(diǎn)。屈服強(qiáng)度分為上屈服強(qiáng)度ReH和下屈服強(qiáng)度ReL。ReL 試樣的下屈服強(qiáng)度，N/mm2；FeL 試樣屈服時(shí)的最小載荷，N；So 試樣原始橫截面面積，mm2。（ 大多數(shù)金屬材料沒有明顯屈服現(xiàn)象，這些材料規(guī)定產(chǎn)生0.2殘余伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力為條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度Rp0.2，替代ReL，稱為條件（名義）屈服強(qiáng)度條件（名

8、義）屈服強(qiáng)度。） 零件設(shè)計(jì)時(shí)常以屈服強(qiáng)度（ ReL 或Rp0.2 ）作為選用金屬材料的依據(jù)金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能2抗拉強(qiáng)度材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力。 Rm 抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，MPa； Fm 試樣在屈服階段后所能抵抗的最大力（無明試樣在屈服階段后所能抵抗的最大力（無明顯屈服的材料，為試驗(yàn)期間的最大力），顯屈服的材料，為試驗(yàn)期間的最大力）， N； So 試樣原始橫截面面積，試樣原始橫截面面積，mm2 。 金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能二、塑性塑性塑性材料受力后在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。 1斷后伸長(zhǎng)率A 試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距之比

9、的百分率。 uooLLALouo100%SSZSL0試樣原始的標(biāo)距長(zhǎng)度，mmLu試樣拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度，mm金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能2斷面收縮率Z Z 試樣拉斷后，縮頸處面積變化量與原始橫截面面積比值的百分率。 ouo100%SSZSS0試樣原始的橫截面面積，mm2Su試樣拉斷后所經(jīng)出的橫截面面積， mm2金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能 【例例】有一直徑 d =10mm，Lo=100mm 的低碳鋼試樣，拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)得FeL=21kN，F(xiàn)m=29kN，du=5.65mm，Lu=138mm。求此試樣的ReL、Rm、A11.3、Z。 解題過程 結(jié)論：金屬材

10、料的伸長(zhǎng)率和斷面收縮率越高，其塑性越好。塑性好的材料易于變形加工，而且在受力過大時(shí)，首先發(fā)生塑性變形而不致斷裂，比較安全。金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能三、硬度 硬度材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度是通過在專用的硬度試驗(yàn)機(jī)上實(shí)驗(yàn)測(cè)得的。 布氏硬度試驗(yàn)機(jī) 洛氏硬度試驗(yàn)機(jī) 維氏硬度試驗(yàn)機(jī) 金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能1布氏硬度（HBW） 布氏硬度原理布氏硬度原理 布氏硬度值用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力來表示，單位為MPa，但一般均不標(biāo)出，用符號(hào)HBW表示：2220.102 ()FFHBWSD DDd(1) 原理 金屬材料與熱

11、處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能（2）表示方法 布氏硬度用硬度值、硬度符號(hào)、壓頭直徑、實(shí)驗(yàn)力及實(shí)驗(yàn)力保持時(shí)間表示。當(dāng)保持時(shí)間為1015s時(shí)可不標(biāo)。 例：（a）170HBW10/1000/30： 直徑10mm的壓頭，在9807N（1000kg）的試驗(yàn)力作用下，保持30 s時(shí)測(cè)得的布氏硬度值為170。（b）600HBW1/30/20： 直徑為1mm壓頭，在294.2N（30kg）的試驗(yàn)力作用下，保持20 s時(shí)測(cè)得的布氏硬度值為600。 金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能（3）應(yīng)用范圍： 主要用于測(cè)定鑄鐵、有色金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)處理后的各種軟鋼等硬度較低的材料。 （4）優(yōu)缺

12、點(diǎn)： 壓痕大，測(cè)量準(zhǔn)確，但不能測(cè)量成品件。布氏硬度試驗(yàn)布氏硬度試驗(yàn)金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能2洛氏硬度（HR）(1) 原理 洛氏硬度原理洛氏硬度原理加初載荷加初載荷加主載荷加主載荷卸除主載荷卸除主載荷讀硬度值讀硬度值HR=100 002. 0h 洛氏硬度試驗(yàn)原理 洛氏硬度計(jì)表盤 金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能（2）表示方法 符號(hào)HR前面的數(shù)字表示硬度值。HR后面的字母表示不同的洛氏硬度標(biāo)尺。 例：45HRC表示用C標(biāo)尺測(cè)定的洛氏硬度值為45。 （3）應(yīng)用范圍：常用的三種洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和適用范圍 硬度標(biāo)尺壓頭類型總測(cè)試力(N)硬度值有效范圍應(yīng)用

13、舉例HRC120金剛石圓錐體1471.02067HRC一般淬火鋼HRB1.5875mm 硬質(zhì)合金球980.725100HRB軟鋼、退火鋼、銅合金等HRA120金剛石圓錐體588.46085HRA硬質(zhì)合金、表面淬火鋼等金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能（4）優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便、迅速，效率高，可直接測(cè)量成品件及高硬度 的材料。缺點(diǎn)：壓痕小，測(cè)量不準(zhǔn)確， 需多次測(cè)量。洛氏硬度試驗(yàn)洛氏硬度試驗(yàn)金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能四、沖擊韌性 沖擊韌性金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。（材料的沖擊韌性用夏比擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來測(cè)定） 1、沖擊試樣金屬材料與熱處理多媒

14、體課件 第二章 金屬材料的性能2、沖擊試驗(yàn)原理及方法 試驗(yàn)原理：試樣被沖斷過程中吸收的能量即沖擊吸收功（K ）等于擺錘沖擊試樣前后的勢(shì)能差。(用U形和V形缺口試樣測(cè)得的沖擊吸收能量分別用KU和KV表示。) 沖擊實(shí)驗(yàn)沖擊實(shí)驗(yàn)金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能*五、疲勞強(qiáng)度 由于所承受的載荷為交變載荷，零件承受的應(yīng)力雖低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的工作后，仍會(huì)產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂。金屬這樣的斷裂現(xiàn)象稱為疲勞疲勞斷裂斷裂。金屬材料抵抗交變載荷作用而不產(chǎn)生破壞的能力稱為疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度。疲勞極限用符號(hào)R1表示。 金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能23金屬材料的工藝

15、性能冶煉鑄造鑄件鑄錠熱鍛熱軋焊接機(jī)加工冷軋、冷拔、冷沖板料、棒材、型材、管材機(jī)加工機(jī)加工零件 金屬材料的工藝性能金屬材料對(duì)不同加工工藝方法的適應(yīng)能力。它包括鑄造性能、鍛造性能、切削加工性能和焊接性能、熱處理性能等。 金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能一、鑄造性能鑄造性能：金屬在鑄造成形的過程中，獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部 健全的鑄件的能力。主要取決于金屬的流動(dòng)性、收縮性和偏析傾向等。 金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能1、流動(dòng)性:熔融金屬的流動(dòng)能力稱為流動(dòng)性。2、收縮性：鑄造合金由液態(tài)凝固和冷卻至室溫的過程中，體積和尺寸減少的現(xiàn)象稱為收縮性。3、偏析傾向：金屬凝固后，內(nèi)

16、部化學(xué)成分和組織不均與的現(xiàn)象稱為偏析。 砂型鑄造砂型鑄造金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能二、鍛壓性能 用鍛壓成形方法獲得優(yōu)良鍛件的難易程度稱為鍛壓性能 。常用塑性和變形抗力兩個(gè)指標(biāo)來綜合衡量。 世界最大的18500噸油壓機(jī)油壓機(jī)鍛壓得到的各種零件金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能特點(diǎn)：塑性越好，變形抗力越小，金屬的鍛壓性能越好：碳素鋼中含碳量越低，鍛壓性能越好：合金鋼中合金元素的種類和含量越多，鍛壓性能越差，鋼中的硫會(huì)降低鍛壓性能。鍛造加工鍛造加工金屬材料與熱處理多媒體課件 第二章 金屬材料的性能三、焊接性能焊接性能：焊接性能是指金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性，也就是在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度 。對(duì)碳鋼和低合金鋼而言，焊接性能主要與其化學(xué)成分有關(guān)（其中碳的影響最大）。如低