第一章 金属材料的性能.ppt

金属材料的性能 第一节 金属的力学性能 第二节 金属的物理化学性能 第三节 金属的工艺性能 学习要求 1.准确理解各种性能指标的含义、试验方法、适用范围； 2.学会利用掌握的理论知识对遇到的实际问题或现象进行科学的解释； 3.要学会对所学的知识进行分类、归纳和整理，提高学习效率； 4.该课程具有很强的实践性，在学习时应尽量将自己的感性认识与教学内容相联系，帮助理解和掌握有关术语的含义； 5.金工实习时，应尽量熟悉金属材料的性能特点，为学习该课程做准备。 第一节 金属的力学性能 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。 一、强度与塑性 在静载荷作用下，材料抵抗变形与断裂的能力称为强度。 静载荷是指载荷的大小由零缓慢增加到最大值或大小保持不变的载荷，如钢索的拉力。 在静载荷作用下，材料产生塑性变形但不发生破坏的能力称为材料的塑性。 金属材料的强度和塑性指标可以通过静拉伸试验测得。 ㈠静拉伸试验 缓慢地在试样两端施加载荷，使试样的工作部分受轴向拉力，引起试样沿轴向伸长，试验一般进行到试样被拉断为止。测定试样对外加载荷的抗力，可以求出材料的强度指标；测定试样在破断后塑性变形的大小，可以求出材料的塑性指标。 ㈡强度指标 弹性极限σe： 材料开始发生塑性变形 时的应力值。 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。 工作条件下不允许产生微量塑性变形的零件，设计时应该根据弹性极限σe来选材。如用弹簧 。 大多数金属合金没有屈服点。因此规定发生0.2%残余伸长的应力，作为条件屈服强度，以σ0.2表示 。 要求不十分严格的零件与结构，则要以材料的屈服强度（屈服点）作为设计和选材的主要依据。 塑性差的材料（脆性材料）一般不产生缩颈，其抗拉强度就是断裂强度。在这种情况下，抗拉强度是设计的主要依据。 ㈢刚度 材料受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度。指标为弹性模量E。 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。 ㈣塑性指标 材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 指标为： 伸长率： 断面收缩率： 通过塑性变形所伴随的硬化过程可使材料强度获得提高，所以塑性变形是改善金属材料性能的一个重要手段。另一方面，材料具有一定塑性可以提高零件使用的可靠性，防止突然断裂。 说明： ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 直径d0 相同时，L0?，??。只有当L0/d0 为常数时，塑性值才有可比性。 当L0=10d0 时，伸长率用? 表示； 当L0=5d0 时，伸长率用?5 表示。显然?5 ?。 ③ ? ? 时，无颈缩，为脆性材料表征； ? ? 时，有颈缩，为塑性材料表征。 二、硬度 材料抵抗表面局部塑性变形的能力。 布氏硬度HB 压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值, 符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 布氏硬度的缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适用范围：适于测量退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。 材料的?b与HB之间的经验关系： 对于低碳钢: ?b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢：?b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁： ?b(MPa)≈1HB或 ?b(MPa)≈ 0.6(HB-40) 洛氏硬度HR HR=（k-h）/0.002 根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。 符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。 HRA用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。 HRC用于测量中等硬度材料，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。 维氏硬度 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。 根据