金屬材料的性能課件

鑄造性可鍛性可焊性切削加工性熱處理性金屬材料的性能

使用性能力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能

工藝性能金屬材料的性能——表征材料在給定外界條件下的行為金屬材料的力學(xué)性能一、定義:

力學(xué)性能是指材料在力的作用下抵抗變形和開裂的性能。力的型式：靜載荷、沖擊載荷、交變載荷。二、指標(biāo):

彈性、塑性、韌性、強度、硬度和疲勞強度等。三.拉伸試驗拉伸試樣拉伸試驗機(jī)拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象四、拉伸圖oe--彈性變形階段es--塑性變形階段屈服現(xiàn)象：金屬材料開始產(chǎn)生明顯塑性變形的標(biāo)志。四、拉伸圖oe--彈性變形階段es--塑性變形階段sb--強化階段bk--縮頸階段低Ｃ鋼、正火、退火調(diào)質(zhì)中Ｃ鋼，低、中C合金鋼某些Al合金及某些高分子材料具有類似曲線。鑄鐵、陶瓷：只有第I階段

1.彈性(elasticity):金屬材料受外力作用時產(chǎn)生變形,當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)原來形狀及尺寸的性能。彈性變形(elasticdeformation):隨載荷撤除而消失的變形。

彈性極限(elasticlimit):

Fe

彈性極限載荷(N)

σe

=

(Mpa)

S0

試樣原始橫截面積(mm2)2.強度(strength):

材料在載荷作用下抵抗變形和破壞的能力。種類:屈服強度、抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度、抗扭強度等。(2)屈服強度(yieldstrength):屈服點S

Fs

σs

=

(Mpa)

S0試樣屈服時的載荷(N)試樣原始橫截面積(mm2)

(3)條件屈服強度(塑性變形量為0.2%)(4)抗拉強度(tensilestrength):

試樣在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力。

F0.2

σ0.2

=

(Mpa)

S0試樣原始橫截面(mm2)試樣產(chǎn)生0.2%殘余塑性變形時的載荷(N)

Fb

試樣斷裂前的最大載荷(N)

σb

=

(Mpa)

S0試樣原始橫截面積(mm2)3、塑性(plasticity):是指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。1)斷面收縮率(percentagereductioninarea):是指試樣拉斷處橫截面積S1的收縮量與原始橫截面積S0之比。2)伸長率(延伸率)specificelongation:是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長量L1與原始標(biāo)距L0之比。δ<2~5%屬脆性材料δ≈5~10%屬韌性材料δ>10%屬塑性材料δ和ψ數(shù)值越大，表示材料的塑性越好。4、硬度(hardness):是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力。

布氏硬度HB

洛氏硬度HR

維氏硬度HV

肖氏硬度HS常用測量硬度的方法1）布氏硬度HB(Brinell-hardness)布氏硬度計

1）布氏硬度HB(Brinell-hardness)

一定直徑的硬質(zhì)合金球在一定載荷作用下壓入試樣表面，保持一定時間后卸除載荷，測量其壓痕直徑，計算硬度值。

布氏硬度值用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力來衡量，用符號HBW來表示。1）布氏硬度HB(Brinell-hardness)適用范圍:測得的值比較準(zhǔn)確穩(wěn)定，但只適宜于測量硬度較低的材料，如鑄鐵、有色金屬、調(diào)質(zhì)或退火鋼，且不適于測量成品件或薄壁件。1）布氏硬度HB(Brinell-hardness)

符號HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。如:120HBW10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（98.07kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。(若鋼球直徑為10mm，力為3000kgf，保持10s則可簡單記為120HBS)2)洛氏硬度HR(Rockwll—hardness)將120°金剛石圓錐體（或直徑1.588mm的淬火鋼球）壓頭，先后施加兩個載荷（預(yù)載荷F0和主載荷F1）壓入金屬表面，卸去主載荷F1后，測量其殘余壓入深度h1來計算洛氏硬度值。每0.002mm相當(dāng)于洛氏1度。2)洛氏硬度HR(Rockwll—hardness)h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計2、洛氏硬度HR(Rockwll—hardness)硬度可直接從洛氏硬度計表盤上讀數(shù)。根據(jù)壓頭的種類和總載荷的大小的不同洛氏硬度常用的表示方式有HRA、HRB、HRC三種試驗壓痕小、操作方便，可測低硬度、高硬度材料，應(yīng)用最廣泛。用于測量各種鋼鐵原材料、有色金屬、經(jīng)淬火后工件、表面熱處理工件及硬質(zhì)合金等。測量值不穩(wěn)定，測三點以上取平均值硬度實際上是強度的局部反應(yīng)，強度高其硬度必然高。2)洛氏硬度HR(Rockwll—hardness)HRA測量范圍：70～85

適于測量碳化物、硬質(zhì)合金等高硬度材料；HRB測量范圍：25～100

適于測軟鋼、銅鋁合金等材料；HRC測量范圍：20～67

適于淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等范圍較廣3)維氏硬度(diamondpenetratorhardness)

――科學(xué)試驗

維氏硬度的壓力一般可選5，10，20，30，50，100，120kg等，小于10kg的壓力可以測定顯微組織硬度。適用范圍:

測量薄板類;HV≈HBS;5、沖擊韌性(notchtoughness)

材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。沖擊試驗機(jī)沖擊試樣和沖擊試驗示意圖試樣沖斷時所消耗的沖擊功Ak為:

Ak=mgH–mgh(J)沖擊韌性值k

就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。

Ak

或k越大，則材料的韌性越好。韌性與材料的組織有密切的關(guān)系。脆性材料：斷裂時無明顯變形，有金屬光澤，呈結(jié)晶狀。韌性材料：明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無光澤。此外還受外界溫度的影響。(J/cm2)韌性與溫度有關(guān)——脆性轉(zhuǎn)變溫度TK溫度對沖擊韌性的影響6、疲勞強度(fatiguestrength):交變載荷：在工作過程中零件各點受隨時間做周期性變化的載荷的作用。交變應(yīng)力（循環(huán)應(yīng)力）：在工作過程中零件各點受隨時間做周期性變化的應(yīng)力。金屬的疲勞：在交變應(yīng)力作用下，零件所受的應(yīng)力雖然遠(yuǎn)低于σb，甚至小于σs，但經(jīng)過較長時間的工作也會產(chǎn)生裂紋或發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象。這種斷裂方式稱為疲勞斷裂。80%的斷裂由疲勞造成）6、疲勞強度(fatiguestrength)

表示材料經(jīng)無數(shù)次交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力值。鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取

N=107有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取

N=108鋼材的疲勞強度與抗拉強度之間的關(guān)系:

σ-1

=(0.45～0.55)σb陶瓷、高分子材料－疲勞抗力很低；金屬材料－疲勞強度較高；纖維增強復(fù)合材料－較好的抗疲勞性能。影響因素：

循環(huán)應(yīng)力特征、溫度、材料成分和組織、夾雜物、表面狀態(tài)、殘余應(yīng)力等。金屬材料的工藝性能

一、鑄造性能鑄造是將熔化的金屬或合金，注入鑄型型腔內(nèi)以獲得相應(yīng)鑄件的工藝方法。金屬的鑄造性能是指能否將金屬材料用鑄造方法制成優(yōu)良鑄件的性能。它取決于金屬的流動性、收縮性和偏析等。兩高一低：高效率、高質(zhì)量、低成本流動性好的金屬，其充填鑄型的能力較強，澆注后的鑄件輪廓清晰，無澆注不足現(xiàn)象。流動性的好壞主要與金屬的性質(zhì)有關(guān)，關(guān)鍵是化學(xué)成分。鑄鐵的流動性好。1、流動性是指液態(tài)金屬充滿鑄型的能力。2、收縮性是指金屬澆注后在鑄型中凝固時鑄件體積的收縮量。收縮率小的金屬，鑄件冷卻后縮孔小、縮松傾向小，表面無空洞，不容易因收縮不均勻而引起開裂，尺寸比較穩(wěn)定。鑄鐵、鋼、有色金屬是常用的鑄造材料，其中灰鑄鐵和青銅鑄造性能較好。3、偏析即金屬凝固后其化學(xué)成分的不均勻性，嚴(yán)重的偏析將影響到鑄件的力學(xué)性能及化學(xué)性能。鑄造能生產(chǎn)其它加工方法難以加工的箱體、殼體等形狀復(fù)雜、大小不等的零件或毛坯。二、焊接性能

焊接是將兩部分金屬，通過加熱或加壓借助原子間的結(jié)合力，使它們牢固地連接成整體的工藝方法。可分為熔化焊、壓力焊、釬焊三種。焊接性能是指能否將金屬用一定的焊接方法，焊成優(yōu)良接頭的性能。焊接性能可以通過焊接試驗來評定，其主要標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)生裂縫的可能性和裂紋的多少以及有無氣孔產(chǎn)生。焊接后金屬產(chǎn)生裂紋的可能性與金屬本身的化學(xué)成分和性能有關(guān)。含碳和合金元素量。

焊接的優(yōu)點：減輕零件或結(jié)構(gòu)件的重量，生產(chǎn)周期短，效率高，成本低；焊接結(jié)構(gòu)的強度高，氣密性好；能節(jié)約金屬，減少切削加工量，并能制造鍛造、鑄造等加工方法無法生產(chǎn)的大型容器和框架結(jié)構(gòu)件等。三、金屬的壓力加工與鍛壓性能

壓力加工性能是指能否用壓力加工方法將金屬加工成優(yōu)良工件（或毛坯）的性能。金屬壓力加工性能的好壞，主要取決于金屬本身塑性的好壞和變形抗力的大小.金屬的壓力加工方法很多，有自由鍛、模鍛、軋制、拉制、擠壓、沖壓等。壓力加工是使金屬在體積不變的前提下，經(jīng)外力作用產(chǎn)生塑性變形而成形并改善組織和性能。機(jī)械工業(yè)中，普遍使用的是鍛造，包括自由鍛和模鍛。

鍛造是使加熱后的工件坯料利用靜壓力或沖擊力作用而產(chǎn)生塑性變形，從而獲得一定形狀工件的工藝方法。金屬的鍛壓性能是指金屬鍛壓的難易程度。常用金屬中，低碳鋼、中碳鋼及部分有色金屬和合金鍛壓性能良好，鑄鐵不能鍛造。有的金屬在加熱狀態(tài)下才可以鍛