第1章材料的性能详解.ppt

* 第1章 材料的性能 1.1 材料的力学性能 1.2 材料的物理和化学性能 1.3 材料的工艺性能 使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能。 工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。 1.1 材料的力学性能 低碳钢的应力-应变曲线 拉伸试样： 拉伸试验机： 1.1.1 弹性和刚度 弹性：即材料承受最大弹性变形时的应力。指标为弹性极限?e。 刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。 反映了材料内部原子结构应力的大小，组织不敏感的力系指标。 指标为弹性模量E： 弹性模量E: 衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。 弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。 1.1.2 强度与塑性 强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 屈服强度?s：材料发生微量塑性变形时的应力值。 条件屈服强度?0.2：残余变形量为0.2%时的应力值。 抗拉强度?b：材料断裂前所承受的最大应力值。 用于无屈服点的中高碳钢。 屈强比—— σs与σb的比值。 屈强比太小，则材料强度的有效利用率太低。 塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。指标为： 断面收缩率 ?： 伸长率 ?： 伸长率与试样尺寸有关：δ5、δ10 (L0=5d,10d) ? ? 时，无颈缩，为脆性材料表征； ? ? 时，有颈缩，为塑性材料表征。 1.1.3 硬度 抵抗外物压入的能力，称为硬度――综合性能指标。 测定硬度的方法常用压入法。即用一定的静载荷（压力）把压头压在金属表面上,然后通过测定压痕的面积或深度来确定其硬度。测定金属材料表面硬度最常用的方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。 1．布氏硬度 布氏硬度值HB是以试样压痕面积上的平均压力P/F表示。 即单位面积所承受的压力。 布氏硬度计 布氏硬度测试原理 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件 及比压头还硬的材料。 布氏硬度测定主要适用于各种未经淬火的钢、退火、 正火状态的钢；结构钢调质件；铸铁、有色金属、质地 轻软的轴承合金等原材料。 2、洛氏硬度 h1-h0 洛氏硬度测试示意图 洛氏硬度计 定义： HR=k-(h1-h0)/0.002 常用标尺有：B、C、A三种 ① HRA 硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 ② HRB 轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火钢等。 ③ HRC 较硬，淬硬钢制品；如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。 3.维氏硬度 维氏硬度试验原理 维氏硬度计 维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间. 维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。 1.1.4 冲击韧性 是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 指标为冲击韧性值ak (通过冲击实验测得)。 夏氏冲击试验示意图 ak =Ak/S (J/cm ) 其中：Ak ——冲击破坏所消耗的功 S——标准试样断口截面积 ak值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形，金属 光泽，呈结晶状 。 ak值高的材料叫做韧性材料，明显塑变，断口呈灰色纤 维状，无光泽。 韧脆转变温度：材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变.发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。 1.1.5 疲劳 疲劳：材料在低于?s重复交变应力作用下发生断裂的现象. 疲劳极限：材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用?-1表示。 钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。 1.1.6 断裂韧性 断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。 *