材料的機械性能

1、金屬材料的性能金屬材料的性能概 述1.材料科學的發(fā)展 天然材料 加工材料 高分子材料 復合材料。金屬材料的性能2.工程材料的分類 金屬材料的性能金屬材料的性能3.材料的性能分類 使用性能：使用中， 機械性能、理化性能。 工藝性能：加工中，可鑄性、 可鍛性、可焊性、 熱處理性能、 切削性能。金屬材料的性能4.材料的用途 黑色多于有色； 塑料：成本低、 成形容易、 美觀、耐腐蝕。 復合材料：技術、成本高， 主要用于航空航天領域。金屬材料的性能第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的機械性能金屬材料的機械性能 1. 機械性能 又稱力學性能，材料承受外力作用的能力。2. 機械性能指標 四大項：強度、硬度、塑性、韌性。

2、3. 材料性能手冊的使用 所查性能的測定條件與工作條件相一致，還要考慮尺寸因素等。金屬材料的性能一、強度1. 概念 定義 材料在外力作用下，抵抗變性和破壞的能力。 由于零件材料大多是在受拉時產(chǎn)生變形或破壞的，所以通常用受拉時的強度來代表材料的強度指標。金屬材料的性能 分類 受力方向 抗拉強度、抗壓強度、 剪切強度、彎曲強度等。 工作溫度 高溫強度、常溫強度、低溫強度。 受力性質(zhì) 一般強度、疲勞強度。金屬材料的性能 機械零件的失效形式 腐蝕 磨損 斷裂 強度值來源 實驗測定：主要來源。 理論計算：誤差比較大。金屬材料的性能2. 拉伸實驗拉伸試驗錄像 金屬材料的性能 實驗設備 材料試驗機。 拉伸試

3、樣 圓試樣 長試樣 扁試樣 短試樣 拉伸過程金屬材料的性能金屬材料的性能應力應變曲線的動畫過程金屬材料的性能 拉伸曲線原始曲線：載荷-伸長曲線經(jīng)過變換：應力-應變曲線金屬材料的性能 拉伸變形過程 彈性變形、 屈服、 均勻變形、 頸縮斷裂四個階段。 測定結(jié)果 e、E、s、0.2、。金屬材料的性能3. 常溫強度 概念 彈性、 彈性變形、 塑性、 塑性變形。金屬材料的性能 彈性極限 e=Pe/Fo (Mpa=N/2) 對彈簧設計意義最大的強度指標。 例 三峽施工77噸大卡車，合金彈簧鋼。金屬材料的性能 彈性模數(shù) E=e/e (Mpa) 衡量材料剛性， E大，剛性大，彈性變形小。 E性質(zhì)穩(wěn)定。例：單杠

4、 E=e/e=（P/Fo）(L/Lo) = P Lo/ FoL金屬材料的性能 屈服強度 有明顯屈服： s=Ps/Fo (Mpa) 低碳鋼、純鋁等。 無明顯屈服： 0.2=P0.2/Fo (Mpa) 鑄鐵、鋁合金等。 設計、使用中，s； s大，材料抵抗塑性變形能力大。金屬材料的性能低碳鋼和鑄鐵的應力低碳鋼和鑄鐵的應力應變曲線比較應變曲線比較金屬材料的性能 抗拉強度（強度極限） 定義 把試樣在拉伸過程中所能承受的最大應力值稱為材料的強度極限，又稱為抗拉強度，以b表示。 b=Pb/Fo (Mpa) 設計、使用中，b，斷裂。金屬材料的性能4. 高溫強度 飛機發(fā)動機、活塞、鍋爐等。 高溫瞬時強度 在規(guī)定

5、溫度下，以一般加載速度拉伸，max。 火箭發(fā)動機。 高溫持久強度 高溫下長時間承受外力作用，抵抗變形和破壞的能力。 飛機發(fā)動機。 高溫蠕變強度 高溫下材料長時間工作產(chǎn)生兩種現(xiàn)象：蠕變、斷裂。 在規(guī)定溫度下、規(guī)定時間內(nèi)產(chǎn)生預定應變時的應力。 核電站鍋爐。金屬材料的性能金屬材料的性能5. 低溫強度 一般來說，鋼棒在室溫下難以敲斷，而將鋼棒放進液氮中降溫后取出，就很容易敲斷，這是由于材料在室溫與低溫下的性能有差異，在低溫下材料的脆性高。一些在低溫下工作的工件還應考慮其低溫性能，如我國南極科考隊所用的機械設備。金屬材料的性能6. 疲勞強度 曲軸、連桿、齒輪、彈簧等。 疲勞破壞 零件長期經(jīng)受即使小于其屈

6、服強度的交變載荷作用也會突然斷裂而破壞，這種破壞稱為疲勞破壞。 疲勞破壞危害比較大：低應力，無預兆，屬于低應力脆斷。 例:二戰(zhàn)后由商船改裝成的運兵船在港口停泊時沉入海底。金屬材料的性能疲勞極限獲得方法：通過轉(zhuǎn)旋彎曲試驗方法疲勞極限獲得方法：通過轉(zhuǎn)旋彎曲試驗方法n疲勞曲線動畫金屬材料的性能 疲勞強度 當交變應力循環(huán)次數(shù)N達到無限次時，材料仍不發(fā)生疲勞破壞所能承受的最大交變應力值作為該材料的疲勞強度。 碳素鋼N=107 高強度鋼N=108 r (Mpa) 交變應力循環(huán)系數(shù)r=最小應力/最大應力 r=1時：-1 (Mpa)金屬材料的性能 原因 材料內(nèi)部不可避免地存在一些缺陷，如裂紋、氣孔、縮松、夾渣

7、等，這些缺陷可以充當裂紋源，在交變載荷的作用下進行擴展，達到一定程度后，工件上剩余截面積不足以抵抗外力作用時，發(fā)生突然的斷裂 措施 降低工件表面粗糙度； 減少工件內(nèi)部缺陷； 提高工件表面強度； 減少和避免應力集中。金屬材料的性能二、塑性1. 定義 材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力。2. 拉伸實驗測定 、大，塑性好， 一般可鍛性、可焊性也好。金屬材料的性能3. 塑性、脆性材料的劃分5%：塑性材料，低碳鋼、銅合金5%：脆性材料，鑄鐵。4. 5與10長徑比Lo/ do=5：短試樣，用5表示；長徑比Lo/ do=10：長試樣，用10表 示，一般也可用表示。金屬材料的性能三、硬度1. 概念

8、定義 硬度是指材料抵抗壓入塑性變形、刻劃的能力。 數(shù)值意義 是衡量金屬軟硬的判據(jù)，壓痕越小，硬度越高，耐磨性越好。 例：以牙咬鑒定黃金與黃銅。 常用硬度 布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、 里氏硬度、肖氏硬度等。金屬材料的性能2.布氏硬度布氏硬度動畫金屬材料的性能 設備 布氏硬度計。 測試原理及過程 壓頭 淬火鋼球：HBS，450； 硬質(zhì)合金球：HBW，450-650。金屬材料的性能 硬度標注 150HBS10/300/30 150 HBS 150 HB 特點與應用 壓痕大，效率低；重復性、代表性好。 主要用于毛坯、原材料、半成品的單件、小批生產(chǎn)。金屬材料的性能3. 洛氏硬度洛氏硬度錄像洛氏硬度動

9、畫金屬材料的性能金屬材料的性能 設備 洛氏硬度計。 測試原理與過程 壓頭 淬火鋼球：HRB（測量基體，較軟）； 金剛石圓錐：HRA（測量硬質(zhì)合金或表面硬化層）、HRC（測量硬基體）。金屬材料的性能 特點與應用 壓痕小、效率高；代表性、重復性差。 可用于成品、半成品、毛坯等的 單件、小批、大批測量。 例： 1000件45鋼調(diào)質(zhì)鋼軸的硬度測量。金屬材料的性能 4. 維氏硬度 維氏硬度計 應用：顯微硬度 硬度梯度 極薄試樣。 金屬材料的性能金屬材料的性能n5.里氏硬度n 應用：現(xiàn)場檢測、大型工件n時代TH120/TH121里氏硬度計 金屬材料的性能n問題：n金剛石的硬度如何測試？金屬材料的性能四、沖

10、擊韌性1. 沖擊韌性 定義 材料在沖擊載荷作用下抵抗斷裂的能力 大載荷一次沖擊：起落架； 小載荷多次沖擊：錘桿。 金屬材料的性能懸臂梁沖擊試驗機懸臂梁沖擊試驗機 金屬材料的性能 實驗原理與過程 圖1-8 沖擊彎曲試驗用試樣及試驗結(jié)果1-機架 2-試樣 3-刻度盤 4-指針 5-擺錘金屬材料的性能金屬材料的性能 數(shù)值意義 k大，沖擊韌性好， 沖斷時單位面積消耗能量大， 抵抗沖擊能力大。金屬材料的性能金屬材料的性能補充：阻尼性能金屬材料的性能金屬材料的性能金屬材料的性能金屬材料的性能金屬材料的性能第二節(jié) 金屬的物理性能和化學性能一、物理性能 金屬材料的物理性能物理性能主要是指其密度、熔點、導電性、

11、導熱密度、熔點、導電性、導熱性及熱脹冷縮性性及熱脹冷縮性等 。1、密度、密度 摩托車、飛機等高速運轉(zhuǎn)的機械產(chǎn)品摩托車、飛機等高速運轉(zhuǎn)的機械產(chǎn)品. 密度較低的鋁合金、鈦合金、樹脂基復合材料等。密度較低的鋁合金、鈦合金、樹脂基復合材料等。 金屬材料的性能2. 熔點 鑄型、高速飛機等高溫下工作的機械產(chǎn)品。 熔點更高的鈦合金。金屬材料的性能3. 導熱性 材料的導熱性對加工和使用都有很大的影響。 例如： 在確定鋼的鍛造加熱速度時就要考慮材料的導熱性，高合金鋼的導熱性比碳鋼差，所以要采用較慢的加熱速度加熱，避免工件內(nèi)外的溫差過大而導致工件的變形、開裂。 金屬材料的性能4. 導電性 用于制造電器設備的材料要

12、考慮材料的導電性。 如： 常用的導線，銅芯的導電性要優(yōu)于鋁芯的，而一些重要的觸點則要采用導電性更好的銀制造。金屬材料的性能5. 熱脹冷縮性 材料的熱脹冷縮性用線膨脹系數(shù)或體積膨脹系數(shù)來評價。 線膨脹系數(shù)或體積膨脹系數(shù)愈大，材料的尺寸或體積隨溫度升高而增大愈多，隨溫度降低而減少愈多，不僅對零件的使用有很大影響，而且影響零件的加工。 例如： 材料在鑄造過程中會發(fā)生尺寸和體積收縮，如果得不到補縮就會產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷，并且容易產(chǎn)生較大的鑄造應力。金屬材料的性能二、化學性能 化學性能是指金屬在室溫或者高溫抵抗各種介質(zhì)化學作用的能力，即化學穩(wěn)定性。主要化學性能有抗氧化性和抗腐蝕性。1. 抗氧化性 材料在使用過程中，尤其是在高溫下使用要考慮材料的抗氧化性。2. 抗腐蝕性 腐蝕也是零件失效的一個主要原因，根據(jù)零件的工作環(huán)境的不同，要考慮材料耐不同介質(zhì)腐蝕的能力。 金屬材料的性能思 考 題1.