工程材料及热处理1 材料的性能.ppt

许多零件和工具在工作中，往往会受到冲击载荷的作用，如蒸汽锤的锤杆、冲床的冲模、内燃机的活塞销、变速齿轮等。冲击载荷的加载速度快，作用时间短，使金属内部的应力分布和变形很不均匀，所以受冲击零件只具有能抵抗静载荷破坏的足够强度是不够的，还必须具有抵抗冲击载荷作用下能力。金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为冲击韧性。为评定金属材料的冲击韧性，通常需进行夏比摆锤冲击试验，测出摆锤冲断标准试样所消耗的冲击吸收能量。指标为冲击韧性值ak材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力称为断裂韧性。有时，桥梁、转子等会在外部应力远低于材料屈服强度的情况下发生断裂。究其原因，是由工程材料中存在缺陷造成的。常见的缺陷有夹杂物、气孔、从断裂力学角度，我们将这些缺陷都看作裂纹。在应力的作用下，裂纹尖端部分产生应力集中，使得局部应力大于屈服点，裂纹失稳扩展，便会发生低应力脆性断裂。裂纹等。金属材料的工艺性能包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削加工性能等。材料工艺性能的好坏直接影响零件制造的工艺方法、质量和成本，是选材和制定零件加工工艺路线时应当考虑的因素之一。1.3.1铸造性能铸造是历史最为悠久的金属成形方法，是毛坯生产的主要方法。在机器设备中，如机床床身、电机外壳等使用了大量的铸件。铸造是将液态金属浇注到零件的铸型腔中，等待其冷却凝固后，获得铸件的方法。可铸性是指，材料通过铸造的方法，获得符合要求的、无缺陷的成型铸件的性能。材料的流动性好、易形成集中缩孔、偏析小等是铸造性能好的标志。一般，铸铁比钢的铸造性好，金属材料比工程塑料的铸造性好。1.3.2锻造性能锻造是金属零件重要的成型方法。锻造是利用冲击力或压力，使金属在砧铁间或锻模中变形，获得所需形状和尺寸锻件的工艺方法。锻造使金属材料具有更好的力学性能。可锻性，指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。它包括在热态或冷态下能够进行锤锻、轧制、拉伸、挤压等加工。一般合金钢和高合金钢的可锻性比碳钢差；而纯金属和铝等有色金属的可锻性比较好。1.3.3焊接性能焊接是一种永久性连接金属材料的工艺方法，在现代工业生产中具有非常重要的作用，如汽车车身、轮船船体、家用电器的成产等都离不开焊接。可焊性是指材料是否容易被焊到一起，并保证焊缝的质量。钢的含碳量直接影响金属材料可焊性，含碳量越低，可焊性越好。1.3.4切削加工性能大多数工程零件需要通过车削、铣削、刨削、磨削、镗削等传统机械加工方法成型，或者使用数控加工设备、电火花加工设备等加工成型。切削加工性能是指材料是否容易被切削加工成图纸要求的零件，这与材料的硬度、韧性、热处理等因素相关。1.1材料的物理和化学性能1.2材料的力学性能1.3金属材料的工艺性能目前，应用最广泛的工程材料仍是金属材料，本章主要介绍金属材料的性能。金属材料品种繁多并具有各种不同的性能，能满足各种场合对使用性能和和工艺性能要求。使用性能包括物理性能、化学性能和力学性能等，它决定了金属材料的使用范围与使用寿命。工艺性能是指金属材料在冷、热加工过程中应具备的性能，包括铸造性、可锻性、可焊性、热处理性能、切削加工性等，它决定了金属材料在制造过程中加工成形的适应能力。1.1.1物理性能材料的物理性能是指材料在各种物理条件下所表现出来的性能，包括：密度、熔点、导热性、热膨胀性、磁性等。1.1.2化学性能材料的化学性能是指材料在室温或高温下，抵抗各种介质化学作用的能力，包括耐腐蚀性和抗氧化性等。材料的力学性能是指材料在承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。常用的金属材料力学性能包括强度、硬度、塑性、刚度、冲击韧性、疲劳强度等，它们是通过各种力学性能试验得出的材料在各种载荷作用下抵抗破坏的能力。金属材料在静载荷作用下的强度、塑性及刚度一般可通过拉伸试验来测定，了解拉伸试验过程和拉伸曲线是掌握这些性能指标的基础。1.2.1.1拉伸试验：拉伸试验是将一定形状和尺寸的金属试样装夹在拉伸试验机上，对试样施加缓慢增加的拉伸载荷，使试样发生变形直至把试样拉断为止。在拉伸过程中，记录试样承受载荷数值和对应的变形量，就可做出该金属拉伸曲线。按国标统一规定了拉伸试样的形状、尺寸、加工要求和试验条件。低碳钢的应力-应变曲线拉伸试样拉伸试验机应力?=P/F0应变?=(l-l0)/l0拉伸力F与试样伸长量ΔL之间的关系曲线，称为力-伸长曲线（也称拉伸曲线）。通常把拉伸力F作为纵坐标，伸长量ΔL作为横坐标，可由拉伸试验机自动绘出，图1-2为低碳钢的力－伸长曲线。力－伸长曲线上的拉伸力F和伸长量ΔL不仅与试样的材质有关，还与试样的原始尺寸有关。为了消除试样尺寸的影