主推进动力装置第四章轮机工程材料第一节金属材料的主要性能教案.docVIP

教案 一、授课教案 课程名称: 主动力推进装置 授课教师姓名: 李廷浪 职称（或学历）: 讲师、轮机员 授课对象：（12级轮机委培1、2班级学生） 授课时数: 4 课题名称: 主动力推进装置 授课类型: 理论授课 教材名称及版本: 主动力推进装置（船员适任考试培训教材） 本单元或章节的 第四章 轮机工程材料 第一节 金属材料的主要性能 教学目的及要求： 第一节 金属材料的主要性能 授课主要内容及课时分配 金属材料的主要性能 金属材料的性能是指用来表征材料在给定外界条件下的行为参量，包括使用性能和工艺性能。 §1-1 材料的使用性能 使用性能是指材料在使用过程中所表现出来的特性。包括材料的物理性能、化学性能和力学性能。 一、 材料的力学性能 金属材料的力学性能是指材料在载荷作用下所表现出来的特性（即金属材料在载荷作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及应力—应变关系的性能）。它取决于材料本身的化学成分和材料的微观组织结构。 常用的力学性能指标有强度、刚度、塑性、硬度、韧度等。 强度、刚度与塑性 金属材料的强度、刚度与塑性可通过静拉伸试验（工程力学已讲过）测得，如图1-1a）所示。 图1-1 力—伸长曲线和拉伸式样 1-2应力—应变曲线 力-伸长曲线（也叫拉伸曲线）为了消除试样尺寸影响，引入应力-应变曲线，如图1-2所示。 应力-应变曲线的形状与力-伸长曲线相似，只是坐标和数值不同，从中，可以看出金属材料的一些力学性能。 （1）强度 是指材料在载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力。强度的大小通常用应力表示，符号为σ，单位为MPa（兆帕）。工程上常用的强度指标有：屈服点和抗拉强度等。 ① 屈服点σs（σr0.2） 由曲线1-2可知：σe是试样保持弹性变形的最大应力；当应力＞σe时，产生塑性变形；当应力达σs时，试样变形出现屈服。此时的应力称为材料的屈服点（σs）： （MPa） 式中 Fs—试样屈服时所承受的载荷（N） S0—试样原始横截面积（mm2） 有些材料用规定残余伸长应力σr来表示它的屈服点，如图1-3所示。表示此应力的符号，如：σr0.2表示规定残余伸长率为0.2%时的应力值（经常写成σ0.2）： （MPa） 式中 Fr0.2—残余伸长率达0.2%时的载荷（N）； S0—试样原始横截面积（mm2）。 ② 抗拉强度σb 试样拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σb表示： (MPa) 式中 Fb—试样在拉伸过程中所承受的最大载荷（N） So—试样原始横截面积（mm2） 在实际生产中，σs是工程中塑性材料零件设计及计算的重要依据，σr0.2则是不产生明显屈服现象零件的设计计算依据。有时可直接采用抗拉强度σb加安全系数。 在工程上，把σs/σb称为屈强比。屈强比一般取值在0.65～0.75。 （2）刚度 材料受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度，它表示材料产生弹性变形的难易程度。刚度的大小，通常用弹性模量E（单向拉伸或压缩时）及G（剪切或扭转时）来评价。 （3）塑性 塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。常用的性能指标： ① 断后伸长率 断后伸长率是指试样拉断后标距长度的伸长量与原标距长度的百分比。用符号δ表示： 式中 L0—试样原标距长度（mm） L1—试样拉断后对接的标距长度（mm） 伸长率的数值和试样标距长度有关。δ10表示长试样的断后伸长率（通常写成δ），δ5表示短试样的断后伸长率。同种材料的δ5δ10，所以相同符号的伸长率才能进行比较。 ② 断面收缩率 断面收缩率是指试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号ψ表示： 式中 So—试样原始横截面积（mm2）； S1—试样拉断后缩颈处最小横截面积（mm2）。 断面收缩率不受试样尺寸的影响，比较确切地反映了材料的塑性。一般δ或ψ值越大，材料塑性越好。 2．冲击韧度 上述都是静态力学性能指标。在实际生产中，许多零件是在冲击载荷作用下工作的，如冲床的冲头、锻锤的锤杆、风动工具等。对这类零件，不仅要满足在静载荷作用下的性能要求，还应具有足够的韧性，可防止发生突然的脆性断裂。 图1-7夏比冲击试验原理图 图1-8钢的脆性转变温度 1-支座；2-试样；3-指针；4-摆锤； 韧性是指材料在塑性变形 和断裂过程中吸收能量的能力。 材料突然脆性断裂除取决于材料的本身因素以外，还和外界条件，特别是加载速率、