《 机械工程材料-1章 工程材料的性能及使用性能要求.ppt

Y--裂纹形状系数,无量纲，一般Y＝1～2；σ--外加拉应力（MPa）；α--裂纹长度的一半（m）。低应力脆断与材料缺陷和应力集中有关。根据断裂力学对裂纹尖端应力场的分析，裂纹前端附近应力场的强弱主要取决于一个力学参数---应力场强度因子ＫI，单位为MN?ｍ-3/2。断裂韧性是反映材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学性能指标，即抵抗脆性断裂能力的指标。当ＫIＫIC时，裂纹扩展很慢或不扩展；当ＫI≥ＫIC时，裂纹失稳，快速扩展，使零件发生脆断。应力σ越大，或裂纹长度2α增大，应力场强度因子ＫI随之增大，裂纹前端的应力场越强。当ＫI增大至某一临界值时，裂纹突然地失稳扩展，导致脆性断裂。这个应力场强度因子的临界值，用符号ＫIC表示，称为材料的断裂韧性，它由仅材料性质决定。温度对材料力学性能的影响很大。一般认为t＜200℃为常温考虑，200℃≤t≤400℃为中温考虑，温度再高为高温。低于0℃则为低温。以钢材为例，在常温、中温条件下，抗拉强度在250～300℃前随温度增加而逐渐升高，以后逐渐下降；屈服强度随温度升高而下降；延伸率和断面收缩率在300℃前略有下降，随后提高。钢材随温度升高力学性能变化的总趋势是：强度下降、塑性提高、韧性变化不大。6金属材料的高温力学性能材料在长时间恒温、恒应力作用下，即使所受到的应力小于屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象称为蠕变。由于蠕变变形而导致材料的断裂称为蠕变断裂。持久强度反映材料长期在高温应力作用下抵抗断裂的能力。持久强度用在一定温度下达到规定的使用时间而不断裂的最大应力来表示。高温韧性是判定材料高温脆化倾向的重要指标。材料的高温韧性用高温冲击试验测定，即将试样加热，在高温下进行冲击试验。密度单位体积材料的质量。轻金属：ρ＜5×103kg/m3重金属：ρ≥5×103kg/m31.1.2工程材料的物理化学性能用途：计算材料重量，确定材料成本；鉴定材料方法之一；选材时考虑的因素之一。重量轻、飞行速度快、有一定强度要求的零件：选用轻合金（铝合金、钛合金、镁合金），如航空上飞行器。1物理性能中国第1颗人造卫星熔点根据熔点不同，金属分为难熔金属和易熔金属。难熔金属：熔点高的金属。如，W：3410℃、Mo：2617℃。应用于火箭、导弹、燃气轮机等方面的高温零件、灯丝、线切割丝等；易熔金属：熔点低的金属，如，Sn：232℃、Pb：327.4℃。应用：制造保险丝、焊锡、防火安全阀等零件。指材料的熔化温度。热膨胀性体膨胀系数β：温升1℃引起的体积增长量与0℃时体积的比值。β=（Vt-V0）/V0t其中：V0-0℃时体积,Vt-t℃时体积线膨胀系数α：温升1℃引起的长度增长量与0℃时长度的比值。α=（Lt-L0）/L0t其中：L0-0℃时长度,Lt-t℃时长度材料随温度升高而体积膨胀的性能。精密仪器或精密机械零件等高精度配合零件，选用热膨胀系数相近或线膨胀系数小的材料；量具选用线膨胀系数小的材料。双金属片温控器活塞运动导热性材料传导热量的能力称作导热性，用导热系数λ表示。金属导热性好：银、铜最好，其次是Al。非金属材料导热性差。在所有固体中，金属是最好的导热体。纯金属的导热系数一般随温度升高而降低。碳钢导热性好，合金钢的导热性比碳钢低，钢中合金元素越多，导热性就越差。应用于散热器：选用铜合金保温材料：石棉、陶瓷材料导电性材料传导电流的能力称为导电性。用电阻率表示，电阻率↓，导电性↑。金属导电性好导电性最高金属：银（1.58X10-6Ω.cm）铜（1.682X10-6Ω.cm）金（2.21X10-6Ω.cm）铝（2.665X10-6Ω.cm）导电性较差金属：Cr：12.9X10-6Ω.cmFe：9.7X10-6Ω.cmNi：6.84X10-6Ω.cm纯金属导电性优于合金非金属材料：绝缘，不导电导电：银、铜、铝。电阻元件：镍铬合金绝缘体：陶瓷材料、塑料磁性材料被外界磁场磁化或吸引的能力。根据金属在磁场中到磁化程度的不同，可分为：铁磁性材料：在外磁场中能强烈被磁化，有较高磁性，如：铁、钴、镍；顺磁性材料：在外磁场中只能微弱被磁化，如：Mn、Cr；抗磁性材料：抵抗外部磁场对材料本身的磁化作用，如：Cu、Al、Zn、塑料等）。导磁性零件：选铁磁性材料（Fe、Co、Ni），如指南针、吸铁石、变压器、电机铁芯。避免磁性干扰零件：选抗磁性材料（铝合金、塑料），如仪器仪表外壳。1）耐腐蚀性金属材料抵抗水蒸气、酸、碱等介质的腐蚀能力称为耐腐蚀