第2章 材料的性能講解

機(jī)械制造基礎(chǔ)工程材料篇第2章材料的性能

2.1材料的力學(xué)性能2.2材料的理化性能2.3材料的工藝性能使用性能：材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)的性能。包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。工藝性能：材料在加工過(guò)程中所表現(xiàn)的性能。包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和切削性能等。神舟一號(hào)飛船一、強(qiáng)度1、強(qiáng)度定義：材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。2、強(qiáng)度分類(lèi)：抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。3、應(yīng)力的定義：材料受外力時(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等方向相反的內(nèi)

力，單位截面上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。（用σ表示）彈性極限σe屈服強(qiáng)度σs抗拉強(qiáng)度σb2.1材料的力學(xué)性能4、變形的測(cè)量拉伸試驗(yàn)二、塑性斷面收縮率伸長(zhǎng)率定義：指金屬材料在載荷作用下，產(chǎn)生塑形變形而不破壞的能力。分為：伸長(zhǎng)率和斷面收縮率硬度：是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)，指材料抵抗表面局部塑性變形或破壞的能力。通過(guò)硬度試驗(yàn)測(cè)得的。HBHRCHV布氏硬度洛氏硬度維氏硬度三、硬度熱處理國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JB/T8555-2008規(guī)定，以常規(guī)熱處理作為最終熱處理狀態(tài)的零件一般標(biāo)注硬度，通常以布氏硬度或洛氏硬度表示。1、布氏硬度（HB）用實(shí)驗(yàn)力F除以壓痕表面積S的值為布氏硬度值，用符號(hào)HB。使用鋼球壓頭，用于布氏硬度值≤450的材料HBS使用硬質(zhì)合金球壓頭，用于布氏硬度值≤650的材料HBW布氏硬度的測(cè)量特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點(diǎn)：壓痕大，不能測(cè)量薄壁零件、成品件及比壓頭還硬的材料。而且試驗(yàn)過(guò)程比較麻煩。洛氏硬度的測(cè)量（壓入法）鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕2、洛氏硬度（HR）

20-88HRA用圓錐金剛石壓頭，測(cè)量高硬度材料。

20-100HRB用鋼球壓頭，測(cè)量低硬度材料。

20-70HRC用圓錐金剛石壓頭，測(cè)量中等硬度材料。洛氏硬度的測(cè)量操作簡(jiǎn)便迅速，可直接從硬度機(jī)的表盤(pán)上讀出硬度值壓痕小，適用范圍廣。由于壓很小，測(cè)得數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。通常在試樣不同部位測(cè)定三點(diǎn)取其算術(shù)平均值維氏硬度的測(cè)量原理與布氏硬度相同，不同的是它們的壓頭不同。四棱錐壓頭維氏硬度壓痕3、維氏硬度（HV）優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量范圍：5-1000HV，可以測(cè)量從軟到硬的各種材料。其結(jié)果精確可靠。缺點(diǎn)：測(cè)量較麻煩，工作效率不如洛氏硬度。定義：材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱沖擊韌性。指標(biāo)為沖擊韌性值ak四、沖擊韌性ak愈大，表明材料的韌性愈好。疲勞斷裂：材料在低于

s的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱疲勞斷裂。疲勞強(qiáng)度：材料經(jīng)受無(wú)數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度。交變應(yīng)力五、疲勞強(qiáng)度鋼鐵107次材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱疲勞極限，用-1表示。有色金屬108次六、斷裂韌性定義：材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力稱為斷裂韌性。斷裂力學(xué)認(rèn)為：材料中存在缺陷是絕對(duì)的，常見(jiàn)的缺陷是裂紋。在應(yīng)力的作用下，為擴(kuò)展，發(fā)生斷裂。

σb---抗拉強(qiáng)度2.2材料的理化性能一、物理性能1、密度：指的是單位體積中材料的質(zhì)量，常用符號(hào)“ρ”，抗拉強(qiáng)度與密度

ρ的比稱為比強(qiáng)度，彈性模量E與密度ρ稱為比彈性模量。航空航

天的材料都要求高的比強(qiáng)度和高的比彈性模量。2、熔點(diǎn)：指材料的熔化溫度。熔點(diǎn)：金屬、合金晶體、陶瓷有固定的熔點(diǎn)；陶瓷的熔點(diǎn)較高；高分子材料沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。3、熱膨脹性：材料隨溫度變化而出現(xiàn)膨脹和收縮的現(xiàn)象。

用線性膨脹系數(shù)表示4、導(dǎo)電性：材料導(dǎo)電的能力。5、導(dǎo)熱性：材料傳導(dǎo)熱量的能力，一般用導(dǎo)熱系數(shù)表示。6、磁性：材料的導(dǎo)磁的性能。

分為軟磁材料（容易磁化）：工業(yè)純鐵、硅鋼片

硬磁材料（永磁材料）：淬火的鈷鋼、稀土鈷二、化學(xué)性能：1、耐腐蝕性能：是指材料抵抗空氣、水蒸氣及其它各種化學(xué)介質(zhì)腐蝕

能力。

非金屬材料的抗腐蝕性能遠(yuǎn)高于金屬材料；2、抗氧化性能：材料在加熱時(shí)抵抗氧化作用的能力。

在材料的表面形成一層氧化薄膜。3、化學(xué)穩(wěn)定性：是材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。

高溫下有稱為熱穩(wěn)定性。2.3材料的工藝性能工藝性能：是指材料在成形過(guò)程中，對(duì)某種加工工藝的適應(yīng)能力。

如：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、切削加工性能等。1、鑄造性能：衡量材料鑄造性能的指標(biāo)，流動(dòng)性、收縮性、偏析傾向；2、鍛造性能：是指材料是否容易進(jìn)行壓力加工的性能。3、焊接性能：是指材料是否容易易于焊接并能獲得優(yōu)質(zhì)焊縫的能力。與材料的化學(xué)成分有關(guān)，特別是鋼中含碳量影響較大。

低碳鋼的焊接性能好，高碳鋼、鑄鐵的焊接性能較差。4、熱處理性能：是指材料進(jìn)行熱處理的難易程度。5、切削加工性能：是指材料接受切削加工的難易程度。練一練——還缺點(diǎn)啥？下列情況分別是因?yàn)槟囊粋€(gè)力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)不到要求？1）緊固螺栓使用后發(fā)生塑性變形。 （）2）齒輪正常負(fù)荷條件下工作中發(fā)生斷裂。（）3）汽車(chē)緊急剎車(chē)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸發(fā)生斷裂。（）4）不銹鋼圓板沖壓加工成圓柱杯的過(guò)程中發(fā)生裂紋。 （）5）齒輪工作在壽命期內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重磨損。 （）屈服強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度沖擊韌度塑性硬度練一練——還缺點(diǎn)啥？1）金屬材料的性能包括

和

。2）力學(xué)性能包括

、

、

、

及

等。3）用于制造工程構(gòu)件和機(jī)械零件的材料為

材料。4）強(qiáng)度是指金屬材料在

作用下，抵抗＿＿＿

和

的能力。使用性能工藝性能強(qiáng)度塑性硬度沖擊韌性疲勞強(qiáng)度工程外力破壞塑性變形練一練——還缺點(diǎn)啥？5）

能力稱為塑性。常用

和斷面收縮率表示。6）材料硬度常用的有

硬度、

硬度、

硬度三種，其符號(hào)分別是

、

、

。7）

能力稱為沖擊韌性。沖擊韌性越小，表示材料的

越

。8）硬度是指材料抵抗局部

的能力。

金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的伸長(zhǎng)率布氏維氏洛氏HBHVHR金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的韌性差破壞練一練——說(shuō)錯(cuò)了沒(méi)有？1）金屬材料越軟，越好切削加工。 （）2）材料抵抗局部變形特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力稱為硬度。

（）3）使用性能是指金屬材料在加工條件下所表現(xiàn)出來(lái)的性能。

（）4）切削加工性與材料的硬度、韌性無(wú)關(guān)。（）5）金屬材料的力學(xué)性能可以理解為金屬材料的失效抗力。（）

×

√×

×

×練一練——這次該選誰(shuí)？1）機(jī)械零件失效中大約有80%以上屬于