金屬材料的主要性能指標

第2章機械工程材料§2-1金屬材料的主要性能指標1整理ppt

材料是人類生產(chǎn)和生活所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)。手錘銼刀“神舟”四號飛船成功返回國產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動機材料的應用及發(fā)展：2整理ppt石器鐵器

象形尊(西周)石器時代青銅器時代鐵器時代

材料是人類進化的里程碑。由于材料的重要性，歷史學家根據(jù)人類所使用的材料來劃分時代。3整理ppt

材料的發(fā)展水平和利用程度已成為人類文明進步的標志。

材料的發(fā)展與人類社會簡圖4整理ppt龍芯聯(lián)想計算機沒有半導體材料的工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目前的計算機技術(shù)。

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沒有高溫高強度的結(jié)構(gòu)材料，就不可能有今天的航空工業(yè)和宇航工業(yè)。

在航天飛機表面裝陶瓷防護瓦片飛機發(fā)動機葉片波音客機6整理ppt沒有低消耗的光導纖維，也就沒有現(xiàn)代的光纖通訊。

二十世紀七十年代，人們把材料與能源和信息并列，稱作現(xiàn)代文明的三大支柱之一。

7整理ppt前蘇聯(lián)在1957年把第一顆人造衛(wèi)星送入太空，令美國人震驚不已，認識到在導彈火箭技術(shù)上落后了。因此在其后的十年里，在十多所大學中陸續(xù)建立了材料科學研究中心，并把約2/3大學的冶金系或礦冶系改建成了冶金材料科學系或材料科學與工程系。其涉及的材料由金屬擴展到了陶瓷和高分子聚合物材料?？梢?，高技術(shù)需要先進材料的支持。

前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星及其運載火箭8整理ppt

中華民族在人類歷史上為材料的發(fā)展和應用作出過重大貢獻。早在公元前6000~5000年的新石器時代，中華民族的先人就能用黏土燒制成陶器，到東漢時期又出現(xiàn)了瓷器，并流傳海外。9整理ppt4000年前的夏朝我們的祖先已經(jīng)能夠煉銅，到殷、商時期，我國的青銅冶煉和鑄造技術(shù)已達到很高水平。

司母戊鼎河南安陽晚商遺址出土青銅鑄造高133厘米重875kg飾紋優(yōu)美10整理ppt越王勾踐劍春秋晚期越國青銅兵器出土于湖北江陵楚墓長55.7厘米劍鍔鋒芒犀利鋒能割斷頭發(fā)11整理ppt古代劍刃制造中的特殊技術(shù)春秋戰(zhàn)國時代的青銅劍，劍身及劍鋒由不同成分的青銅組成，是復合材料很好的例子梯度材料古已有之這是古代劍刃截面圖12整理ppt黃石銅礦遺址春秋晚期礦井深達50m煉銅爐渣多達40萬噸實屬罕見13整理ppt我國從春秋戰(zhàn)國時期便開始大量使用鐵器，明朝科學家宋應星在《天工開物》一書中就記載了古代的滲碳熱處理等工藝。這說明早在歐洲工業(yè)革命之前，我國在金屬材料及熱處理方面就已經(jīng)有了較高的成就。

生鐵炒熟鐵圖宋應星14整理ppt鞍鋼攀鋼夜景

新中國成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、寶鋼等大型鋼鐵基地。鋼產(chǎn)量由49年的15.8萬噸上升到現(xiàn)在的一億噸。

15整理ppt中國第一顆人造衛(wèi)星長征火箭大家族中國第一顆原子彈爆炸中國第一顆氫彈爆炸原子彈、氫彈的爆炸，衛(wèi)星、飛船的上天等都說明了我國在材料的開發(fā)、研究及應用等方面有了飛躍的發(fā)展。16整理ppt中國的航天事業(yè)-“神舟”號飛船“神舟二號”飛船運往發(fā)射工位“神舟”一號飛船

“神舟”一號發(fā)射成功“神舟”二號發(fā)射成功17整理ppt中國的航天事業(yè)-“神舟”號飛船“神舟”三號發(fā)射成功“神舟”四號發(fā)射成功“神舟”三號飛船

“神舟”四號飛船

18整理ppt復合材料工程材料金屬材料陶瓷材料高分子材料

近代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，同樣與材料緊密相連，“能源、信息、材料”已成為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱，而前二者的發(fā)展均離不開材料。

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金屬材料

黑色金屬有色金屬

鑄鐵

碳鋼

合金鋼

鋁合金

銅合金

其它有色金屬

非金屬材料

高分子材料

陶瓷材料

復合材料

塑料

橡膠

合成纖維20整理ppt一、金屬材料的主要性能新授：§2-1金屬材料的主要性能指標密度、熔點、熱膨脹性、導電性、導熱性、磁性等。（2）化學性能耐腐蝕性高溫抗氧化性（3）力學性能化學穩(wěn)定性強度、塑性、硬度、韌性、疲勞強度、斷裂韌度1、使用性能（1）物理性能2、工藝性能鑄造性、鍛造性、焊接性、切削加工性、熱處理性等21整理ppt二、金屬材料的力學性能

力學性能是指金屬在力或能的作用下，材料所表現(xiàn)的性能。它反映了金屬材料在各種外力作用下抵抗變形和破壞的某些能力，是選用金屬材料的重要依據(jù)。（1）拉伸試驗（2）硬度試驗（3）沖擊韌度試驗22整理ppt拉伸試驗1、該試驗中采用了什么設(shè)備和試樣？2、該拉伸過程中經(jīng)歷了哪幾個變形階段？3、該試驗中可測得哪些性能指標？23整理ppt萬能拉伸試驗機24整理ppt圓形拉伸試樣25整理ppt長試樣：L0=10d0；短試樣：L0=5d01、強度

——

指金屬抵抗永久變形（塑性變形）和斷裂破壞的能力。（1）試樣圓形矩形（2）拉伸曲線26整理ppt屈服極限

S強化階段彈性極限

P屈服階段強度極限

B頸縮階段彈性階段低碳鋼應力-應變圖27整理ppt

①屈服點——材料產(chǎn)生屈服點的最小應力。表征金屬發(fā)生明顯塑性變形的抗力。（3）強度指標②抗拉強度——材料在拉斷前所承受的最大應力。表示材料抵抗均勻塑性變形的最大能力。28整理ppt（1）斷后伸長率

A=[(Lu-L0)/L0]×100%（2）斷面收縮率

Z=[(S0-Su)/S0]×100%

A和Z越大，材料的塑性越好。塑性對材料的意義：提高安全性2.便于壓力加工成型（板金件加工成型）——

產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力。2、塑性29整理ppt硬度試驗1、硬度測試的方法有哪些？2、各測量方法可測得哪些性能指標？3、它們有何區(qū)別？各應用在什么場合？30整理ppt

——指工程材料抵抗更硬的物體壓入其表面內(nèi)的能力，表示材料抵抗局部塑性變形或破壞的性能，是一個綜合反映材料彈性、塑性、強度和韌性的機械性能指標。常用的硬度指標布氏硬度HB

洛氏硬度HR

維氏硬度HV3、硬度31整理ppt布氏硬度計（1）布氏硬度

HB32整理ppt①試驗原理：

用一定直徑的壓頭（球體），以相應試驗力壓入待測表面，保持規(guī)定時間卸載后，測量材料表面壓痕直徑，以此計算出硬度值。33整理pptHBS（HBW）=F/S=2F/πD[D-(D2-d2)1/2]不寫單位：kgf/mm2

淬火鋼球：HBS

硬質(zhì)合金鋼球：HBW

當F的單位取N時，加系數(shù)0.102布氏硬度實驗原理②計算公式：34整理ppt③特點及應用：優(yōu)點：缺點：壓痕面積較大，測量費時。應用：常用于測量較軟材料、灰鑄鐵、有色金屬、退火正火鋼材的硬度。不適于測量成品零件或薄件的硬度。測量誤差?。ㄒ驂汉鄞螅?，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復性強。35整理ppt（2）洛氏硬度HR36整理ppt①試驗原理：

用錐頂角為120°的金剛石圓錐或直徑1.588mm的淬火鋼球，以相應試驗力壓入待測表面，保持規(guī)定時間卸載后卸除主試驗力，以測量的殘余壓痕深度增量來計算出硬度值。鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕37整理ppt

HR=(k-h)/0.002

不寫單位對金剛石圓錐壓頭：

k=0.2mm

對鋼球壓頭：

k=0.26mm洛氏硬度實驗原理②計算公式：38整理ppt70~85HRA25~100HRB20~70HRC注意：HRA、HRB、HRC分別測得的硬度，不可直接比較大小例如：50HRC<70HRA〤

50HRB>40HRC〤③洛氏硬度值的表示：39整理ppt④特點及應用：優(yōu)點：測量操作簡單，壓痕小。缺點：測量精度較低，可比性差，不同標尺的硬度值不能比較。是生產(chǎn)中應用最廣泛的硬度試驗方法。用于成品檢驗和薄件表面硬度檢驗。不適于測量組織不均勻材料。應用：40整理ppt維氏硬度計（3）維氏硬度HV①試驗原理：

與布氏硬度試驗原理基本相同，只是壓頭改用了金剛石四棱錐體。41整理ppt②壓頭：

錐面夾角為136o的金剛石正四棱錐體HV=F/S42整理ppt③特點及應用：優(yōu)點：適用范圍廣，從極軟到極硬材料都可測量；測量精度高，可比性強；能測較薄工件。缺點：測量操作較麻煩，測量效率低。應用：廣泛用于科研單位和高校，以及薄件表面硬度檢驗。不適于大批生產(chǎn)和測量組織不均勻材料。43整理ppt沖擊韌度試驗1、該試驗中采用了什么試樣？2、該試驗的原理是什么？3、該試驗可測得什么性能指標？44整理ppt——材料抵抗沖擊載荷而不斷裂的能力。4、沖擊韌度45整理ppt夏比Ｖ形缺口沖擊試樣夏比Ｕ形缺口46整理ppt沖擊韌度：

Rk

=Ak/SN

（J/cm2）

Ak——沖斷試樣所消耗的沖擊功；（J）

SN——

試樣缺口處的截面積。沖擊吸收功對材料的意義：Ak

對材料內(nèi)部缺陷很敏感，可用來鑒定材料的冶金質(zhì)量、熱加工質(zhì)量；Ak

隨溫度降低而下降，可用來評定材料的冷脆現(xiàn)象（寒冷地區(qū)的機械）。

試樣沖斷時所消耗的沖擊功Ak為:

Ak=mgH–mgh(J)47整理ppt疲勞試驗疲勞曲線——材料經(jīng)無限多次應力循環(huán)而不斷裂的最大應力,用R-1表示。

影響材料疲勞強度的因素：材質(zhì)（組織、缺陷、夾雜、……）設(shè)計（尺寸變化、缺口、避免尖角……）工藝（降低表面粗糙度、表面強化……）5、疲勞強度(1)疲勞強度（疲勞極限）鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為108。48整理ppt

零件在循環(huán)應力作用下,在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累積損傷,經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后突然產(chǎn)生斷裂的過程,稱為疲勞斷裂。(2)

疲勞斷裂

疲勞斷裂由疲勞裂紋產(chǎn)生—擴展—瞬時斷裂三個階段組成。49整理ppt1、鑄造性能金屬在鑄造成形過程中獲得外形準確、內(nèi)部健全鑄件的能力稱為鑄造性能。鑄造性能包括流動性、吸氣性、收縮性和偏析等。在金屬材料中灰鑄鐵和青銅的鑄造性能較好。

2、鍛造性能金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難易程度稱為鍛造性能。鍛造性能的好壞主要同金屬的塑性和變形抗力有關(guān)。塑性越好，變形抗力越小，金屬的鍛造性能越好。三、金屬材料的工藝性能

工藝性能是指