金屬材料性能PPT課件

1、一、材料的分類二、材料的應(yīng)用情況；三、材料的重要性。概 述第1頁(yè)/共37頁(yè)第2頁(yè)/共37頁(yè)第一章金屬材料的性能機(jī)械制造工程精品課程小組第3頁(yè)/共37頁(yè)教學(xué)目的與要求： 1.了解材料性能的分類。 2.掌握性能參數(shù)的獲得方法。 3.掌握金屬材料常用性能指標(biāo)的名稱、代表 符號(hào)、單位、數(shù)值含義。第4頁(yè)/共37頁(yè)教學(xué)內(nèi)容：1.材料性能與應(yīng)用的關(guān)系。2.性能的分類。3.常用機(jī)械性能指標(biāo)的基本概念。4.常用機(jī)械性能參數(shù)的測(cè)試方法。5.拉伸，沖擊，硬度實(shí)驗(yàn)。重點(diǎn)： 常用機(jī)械性能指標(biāo)的名詞、代表符號(hào)、單位、數(shù)值含義。難點(diǎn)： 常用機(jī)械性能參數(shù)的測(cè)試原理。第5頁(yè)/共37頁(yè)本章主要閱讀文獻(xiàn)：1、周鳳云主編. 工程材料

2、及應(yīng)用. 武漢：華中科技大學(xué)出 版社，2002。2、于永泗主編.機(jī)械工程材料. 大連：大連理工大學(xué)出版 社，2003。3、盧秉恒主編. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ). 北京：機(jī)械工業(yè)出 版社，1999 。第6頁(yè)/共37頁(yè)第一節(jié) 金屬材料的機(jī)械性能第7頁(yè)/共37頁(yè)定義：金屬材料的機(jī)械性能又稱為力學(xué)性能，表示材料承受外力作用的能力。 金屬材料的機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)有：拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、硬度、疲勞和沖擊等，通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)可以測(cè)出相應(yīng)的機(jī)械性能指標(biāo)，最常見(jiàn)的是拉伸實(shí)驗(yàn)、硬度實(shí)驗(yàn)和沖擊實(shí)驗(yàn)。機(jī)械性能指標(biāo)包括四大項(xiàng)：強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性。性能指標(biāo)：定義、符號(hào)、單位、數(shù)值含義。第8頁(yè)/共37頁(yè)一、強(qiáng)度第9頁(yè)/共37

3、頁(yè)力學(xué)拉伸試驗(yàn)：圖中d0和l0分別為試樣在拉伸前的計(jì)算直徑和計(jì)算長(zhǎng)度，d和l分別為試樣在拉斷后的斷口直徑和計(jì)算長(zhǎng)度。 圖1-1 標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣示意圖 第10頁(yè)/共37頁(yè)kbb 極限載荷點(diǎn)力學(xué)拉伸試驗(yàn)0ll0dFee 彈性極限點(diǎn)sS 屈服點(diǎn)K 斷裂點(diǎn)拉伸曲線dl應(yīng)力應(yīng)變曲線0SF0ll縮頸sFeFbFoFFL第11頁(yè)/共37頁(yè)第12頁(yè)/共37頁(yè)第13頁(yè)/共37頁(yè)3、屈服強(qiáng)度（屈服極限）概念：材料抵抗應(yīng)力作用下，開(kāi)始發(fā)生明顯塑性變形，拉力不增加，應(yīng)力增加，產(chǎn)生屈服現(xiàn)象的最小應(yīng)力值稱為屈服強(qiáng)度。單位：MPa（N/mm2）; 表示符號(hào)：s當(dāng)材料單位面積上所受的應(yīng)力es時(shí)，材料將產(chǎn)生明顯的塑性變形。它表征

4、了材料抵抗微量塑性變形的能力。屈服強(qiáng)度 是塑性材料選材和評(píng)定的依據(jù)。第14頁(yè)/共37頁(yè)*條件屈服強(qiáng)度概念：實(shí)際上，某些材料（鑄鐵、鑄鋁等）在做拉伸曲線時(shí)和低碳鋼不一樣，并沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象(低碳鋼和鑄鐵的應(yīng)力應(yīng)變曲線比較)。為此人為的專門(mén)規(guī)定，把當(dāng)試樣產(chǎn)生的殘余塑性變形量為標(biāo)距長(zhǎng)度的0.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值(0.2)定為該材料的屈服強(qiáng)度（條件屈服強(qiáng)度）。單位：MPa(N/mm2) ; 表示符號(hào)：0.2實(shí)際意義：一些工程零件(如緊固螺栓)在使用時(shí)是不允許發(fā)生塑性變形的，因此屈服強(qiáng)度是工程設(shè)計(jì)與選材的重要依據(jù)之一。第15頁(yè)/共37頁(yè)低碳鋼和鑄鐵的應(yīng)力低碳鋼和鑄鐵的應(yīng)力應(yīng)變曲線比應(yīng)變曲線比較較第16

5、頁(yè)/共37頁(yè)第17頁(yè)/共37頁(yè)疲勞極限獲得方法：通過(guò)旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(yàn)方疲勞極限獲得方法：通過(guò)旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(yàn)方法法第18頁(yè)/共37頁(yè)3、條件疲勞極限 對(duì)于鋼鐵材料，取N=107的循環(huán)周次所對(duì)應(yīng)的最大應(yīng)力為它的-1。 對(duì)于大多數(shù)非鐵金屬及其合金的疲勞曲線上沒(méi)有水平直線部分。如圖曲線2所示 這種情況要根據(jù)零件的工作條件及使用壽命確定一個(gè)疲勞極限的循環(huán)周次，并以此所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力N作為疲勞極限，亦稱條件疲勞極限。 一般規(guī)定：鑄鐵取N=107，非鐵金屬取N=108第19頁(yè)/共37頁(yè)金屬的疲勞曲線第20頁(yè)/共37頁(yè)二、塑性第21頁(yè)/共37頁(yè)（一）布什硬度如圖所示：布氏硬度測(cè)試原理圖 三、硬度概念：硬度是指材料抵抗局

6、部變形，特別是塑性變形、壓痕或 劃痕的能力，是衡量金屬軟硬的判據(jù)。常用方法：通常用布氏硬度、洛氏硬度、李氏硬度、肖氏硬 度、維氏硬度等來(lái)表示材料的硬度。第22頁(yè)/共37頁(yè)第23頁(yè)/共37頁(yè)布布 氏氏 硬硬 度度 計(jì)計(jì) 第24頁(yè)/共37頁(yè)第25頁(yè)/共37頁(yè)布什硬度的表示方法硬度值的標(biāo)注方法如下： 硬度值 硬度代號(hào) 壓頭直徑D/載荷P/保荷時(shí)間T如：150HBS10/3000/30 表示用直徑10mm的淬火鋼球壓頭，在3000kgf載荷作用下保荷時(shí)間為30秒所測(cè)得的布氏硬度值為150。第26頁(yè)/共37頁(yè)（二）洛氏硬度如圖所示為洛氏硬度測(cè)試原理圖。HR=K-e/0.002 式中：HR為洛氏硬度代號(hào)；

7、K為常數(shù)，當(dāng)采用金剛石圓錐壓頭時(shí)K=100，用淬鋼球壓頭時(shí)K=130。 第27頁(yè)/共37頁(yè)洛 氏 硬 度 計(jì) 第28頁(yè)/共37頁(yè)第29頁(yè)/共37頁(yè)洛氏硬度的表示方法 硬度值 硬度代號(hào)如：60HRC 金剛石圓錐壓頭 載荷為150 kgf 所測(cè)得的硬度值為60。 洛氏硬度值沒(méi)有單位， 硬度值越大材料硬度越高， 材料的耐磨性越好。第30頁(yè)/共37頁(yè)（三）布氏硬度與洛氏硬度的比較與選用 第31頁(yè)/共37頁(yè)布什硬度和洛氏硬度特點(diǎn)比較：1、測(cè)定準(zhǔn)確性 布什大于洛氏2、測(cè)量范圍 洛什大于布氏3、測(cè)量效率 洛什大于布氏4、應(yīng)用對(duì)象布什硬度：主要用于原材料、毛坯和半成品的硬度的單件、小批測(cè)量。不適合于測(cè)量厚度太

8、小和成品零件的硬度。洛氏硬度：不僅可以用于測(cè)量原材料、毛坯和半成品的硬度，也可以用于測(cè)量成品的硬度，不僅可以用于單件、小批測(cè)量，也可以用于大批量測(cè)量。 第32頁(yè)/共37頁(yè)四、沖擊韌度 概念：沖擊韌度表示材料抵抗沖擊載荷作用的能力，并以沖斷試樣每單位面積所消耗的功來(lái)表示。沖擊韌度值k愈大，材料韌性愈好，抵抗沖擊載荷作用的能力愈強(qiáng)。 k=Ak/F=G(H-h)/F (J/m)式中：k沖擊韌度值；Ak沖擊吸收功；G實(shí)驗(yàn)機(jī)擺錘質(zhì)量；H擺錘原始高度；h沖斷試樣后擺錘的終止擺動(dòng)高度F試樣斷口處的橫截面積。第33頁(yè)/共37頁(yè)一、物理性能 金屬材料的物理性能主要是指其密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及熱脹冷縮性等

9、。1、導(dǎo)熱性 金屬的導(dǎo)熱性常用導(dǎo)熱系數(shù)（W/( m*K)）來(lái)評(píng)價(jià)，值愈大，導(dǎo)熱性愈好。材料的導(dǎo)熱性對(duì)加工和使用都有很大的影響。2、熱脹冷縮性 材料的熱脹冷縮性用線膨脹系數(shù)（1/）或體積膨脹系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。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(duì)零件的使用有很大影響，而且影響零件的加工。 第二節(jié) 金屬的物理性能和化學(xué)性能第34頁(yè)/共37頁(yè)二、化學(xué)性能 化學(xué)性能是指金屬在室溫或者高溫抵抗各種介質(zhì)化學(xué)作用的能力，即化學(xué)穩(wěn)定性。主要化學(xué)性能有抗氧化性和抗腐蝕性。1. 抗氧化性 材料在使用過(guò)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(gè)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。 第35頁(yè)/共37頁(yè)本章小節(jié)： 本章的主要內(nèi)容為三個(gè)實(shí)驗(yàn)：