金屬材料的力學(xué)性能ppt精選課件

.,金屬材料與熱處理,.,單元一金屬材料的力學(xué)性能單元二金屬材料的工藝性能,內(nèi)容,.,掌握金屬材料的強(qiáng)度和塑性的概念；掌握金屬材料的疲勞強(qiáng)度的概念；掌握金屬材料沖擊韌性的概念；掌握材料硬度的概念和三種硬度表示方法；了解材料性能的表示方法。,教學(xué)目的和要求,.,一、強(qiáng)度、塑性；二、疲勞強(qiáng)度；三、沖擊韌性；四、硬度,教學(xué)內(nèi)容摘要,.,利用強(qiáng)度、硬度和塑性等指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)材料。,教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn),教學(xué)難點(diǎn),強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性的概念。,教學(xué)重點(diǎn),.,金屬材料的基本知識(shí),1.金屬材料的類型：,.,具有金屬光澤。具有較好的延展性，容易加工成型。易導(dǎo)電、傳熱，是熱和電的良導(dǎo)體。,2.金屬材料的特點(diǎn)：,.,3.金屬材料性能,使用性能,力學(xué)性能(強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等)物理性能（指熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、磁性等）化學(xué)性能(抗氧化性、抗腐蝕性等)其它性能(耐磨性、熱硬性、消振性等),工藝性能加工成形的性能,.,靜載荷是指外力的大小和方向不變或變化很緩慢的載荷；沖擊載荷是指突然增加的載荷；疲勞載荷則是指大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的載荷。,根據(jù)載荷作用性質(zhì)不同,靜載荷,沖擊載荷,疲勞載荷,是指金屬材料在外加載荷作用下所表現(xiàn)出來的抵抗能力。,1.1金屬材料的力學(xué)性能,.,工件在不同載荷形式下產(chǎn)生的變形,.,抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度,根據(jù)所加載荷形式的不同，強(qiáng)度表現(xiàn)為：,.,拉伸試驗(yàn),（金屬的抗拉強(qiáng)度和塑性都是通過拉伸試驗(yàn)測(cè)定）,GB/T228.1-2010,.,拉伸試樣（低碳鋼）,長(zhǎng)試樣：L0=10d0,短試樣：L0=5d0,.,液壓式萬能電子材料試驗(yàn)機(jī),拉伸試驗(yàn)機(jī),.,拉伸試驗(yàn)（應(yīng)力應(yīng)變）曲線,e彈性極限點(diǎn)S屈服點(diǎn)b極限載荷點(diǎn)（縮頸點(diǎn)）K斷裂點(diǎn),.,（1）彈性變形階段（2）屈服變形階段（3）強(qiáng)化階段（4）縮頸階段,拉伸過程變化的三個(gè)階段,拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象,.,彈性與塑性,彈性:金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后能回復(fù)其原來形狀的性能，叫做彈性。彈性變形:隨著外力消失而消失的變形，叫做彈性變形。塑性變形:在外力消失后留下來的這部分不可恢復(fù)的變形，叫做塑性變形。,.,脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對(duì)比）,脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。,灰鑄鐵的拉伸曲線,.,強(qiáng)度：用于表示金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的能力。,工程上常用的強(qiáng)度衡量指標(biāo),屈服點(diǎn)屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度,注意：一般多用抗拉強(qiáng)度作為判別金屬?gòu)?qiáng)度高低的指標(biāo)。,1.1.1強(qiáng)度,.,對(duì)具有明顯屈服現(xiàn)象的材料金屬材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象的最低應(yīng)力值稱為屈服強(qiáng)度，用ReL表示，即,對(duì)無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料常用其產(chǎn)生0.2%塑性應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值作為名義屈服點(diǎn)，稱為名義(條件)屈服強(qiáng)度，用Rp0.2表示。如高碳鋼、銅合金、鋁合金等。,（MPa）,（MPa）,條件屈服強(qiáng)度:,1.屈服點(diǎn)、屈服強(qiáng)度,屈服強(qiáng)度是塑性材料選材和評(píng)定的依據(jù)。,屈服強(qiáng)度:,.,脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。,.,2.抗拉強(qiáng)度（強(qiáng)度極限）,是指試樣在拉斷前所承受的最大應(yīng)力。即：,式中：,Fm試樣在拉斷前所受到的最大載（N）；,So試樣原始橫截面積（）。,Rm抗拉強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度是脆性材料選材的依據(jù)。,（MPa）,.,屈強(qiáng)比（ReL/Rm）：0.60.85屈強(qiáng)比高，材料利用率越高；屈強(qiáng)比低，零件的可靠性越高綜合考慮材料利用率和安全性,.,1.1.2塑性,塑性:金屬材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不致引起破壞的性能。塑性的衡量（塑性指標(biāo)）：伸長(zhǎng)率A和斷面收縮率Z。A、Z越高，材料的塑性越好,A10%屬塑性材料,良好的塑性是金屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。,.,2.伸長(zhǎng)率（A）是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距之比。用A表示，即,1.斷面收縮率（Z）是指試樣拉斷處橫截面積的收縮量與原始橫截面積之比。用下式表示，即：,.,1.1.3硬度,硬度的含義,布氏硬度洛氏硬度維氏硬度,是指材料抵抗其它更硬物體壓入其表面的能力。即表示金屬材料抵抗局部變形的能力。,硬度的表示方法,常用的表示方法,壓入法劃痕法回跳法,.,用一定直徑的壓頭（球體），以相應(yīng)試驗(yàn)力壓入待測(cè)表面，保持規(guī)定時(shí)間卸載后，測(cè)量材料表面壓痕直徑，以此計(jì)算出硬度值。,1.布氏硬度,（1）布氏硬度測(cè)量原理,布氏硬度計(jì),.,淬火鋼球HBS（硬度值450的材料）硬質(zhì)合金鋼球HBW（硬度值450650的材料）,（2）壓頭：,（3）表示方法,例如：350HBS、600HBW一般，數(shù)字+布氏硬度符號(hào)或后面依次注明壓頭直徑、實(shí)驗(yàn)力以及保存時(shí)間。單位為MPa（通常不標(biāo)明）,.,布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點(diǎn)：壓痕大，不宜測(cè)量成品零件或薄件的硬度，以及比壓頭還硬的材料。,布氏硬度適用于：常用于測(cè)量較軟材料、灰鑄鐵、有色金屬、退火正火鋼材的硬度。調(diào)質(zhì)處理鋼、原材料，毛坯。當(dāng)HBS450時(shí)有效（HBW450-650),（4）布氏硬度特點(diǎn),.,用錐頂角為120的金剛石圓錐或直徑1.588mm的淬火鋼球，以相應(yīng)試驗(yàn)力壓入待測(cè)表面，保持規(guī)定時(shí)間卸載后卸除主試驗(yàn)力，以測(cè)量的殘余壓痕深度增量來計(jì)算出硬度值。實(shí)際測(cè)量時(shí)，硬度值一般有硬度計(jì)的刻度盤上直接讀出。,(1)洛氏硬度測(cè)量原理,2.洛氏硬度,洛氏硬度計(jì),.,(2)洛氏硬度的分類及應(yīng)用,.,HRA、HRB、HRC分別測(cè)得的硬度，不可直接比較大小,表示為：硬度值+三種不同的標(biāo)尺代號(hào)。（無單位）例如：2085HRA20100HRB2070HRC,（3）洛氏硬度表示方法,HR=(k-h)/0.002不寫單位,.,（4）洛氏硬度特點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：,缺點(diǎn)：,測(cè)量操作簡(jiǎn)單，方便快捷，壓痕小；測(cè)量范圍大，能測(cè)較薄工件。,測(cè)量精度較低，可比性差，不同標(biāo)尺的硬度值不能比較。,是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的硬度試驗(yàn)方法?？捎糜诔善窓z驗(yàn)和薄件表面硬度檢驗(yàn)。不適于測(cè)量組織不均勻材料。,（5）洛氏硬度應(yīng)用：,.,布氏硬度與洛氏硬度的比較,洛式硬度壓痕很小，測(cè)量值有局部性，須測(cè)數(shù)點(diǎn)求平均值，適用成品和薄片，歸于無損檢測(cè)一類；布式硬度壓痕較大，測(cè)量值準(zhǔn)，不適用成品和薄片，一般不歸于無損檢測(cè)一類。洛式硬度的硬度值是一無名數(shù)，沒有單位。（因此習(xí)慣稱洛式硬度為多少度是不正確的。）布式硬度的硬度值有單位，且和抗拉強(qiáng)度有一定的近似關(guān)系。洛式硬度直接在表盤上顯示、也可以數(shù)字顯示，操作方便，快捷直觀，適用于大量生產(chǎn)中。布式硬度需要用顯微鏡測(cè)量壓痕直徑，然后查表或計(jì)算，操作較繁瑣。在一定條件下，HB與HRC可以查表互換。其心算公式可大概記為：1HRC1/10HB。,.,3.維氏硬度（HV）,.,維氏硬度（HV）測(cè)試計(jì),.,用壓頭為錐面夾角為136的金剛石四棱錐體。以一定的試驗(yàn)力將壓頭壓入試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間卸載后，在試樣表面留下一個(gè)四方錐形的壓痕，測(cè)量壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度，以此計(jì)算出硬度值。（2）表示方法維氏硬度用符號(hào)HV表示，符號(hào)前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間。例如：580HV/30/20,（1）維氏硬度測(cè)量原理,.,優(yōu)點(diǎn)：適用范圍廣，從極軟到極硬材料都可測(cè)量;測(cè)量精度高，可比性強(qiáng)；能測(cè)較薄工件。,缺點(diǎn)：測(cè)量操作較麻煩，測(cè)量效率低。,（4）應(yīng)用：廣泛用于科研單位和高校，以及薄件表面硬度檢驗(yàn)。不適于大批生產(chǎn)和測(cè)量組織不均勻材料。,（3）特點(diǎn)：維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。,.,1.1.4沖擊韌性,1.沖擊韌性,是指金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。,擺錘式一次沖擊試驗(yàn),小能量多次沖擊試驗(yàn),沖擊韌性的測(cè)定方法,.,擺錘式一次沖擊試驗(yàn),擺錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)機(jī),.,試驗(yàn)原理,試樣被沖斷過程中吸收的能量即沖擊吸收功（Ak）等于擺錘沖擊試樣前后的勢(shì)能差。,(J),.,沖擊韌度ak,就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊吸收功。,(J/cm),標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣有兩種，一種是形缺口試樣，另一種是形缺口試樣。它們的沖擊韌度值分別以aKU和aKV。,材料的ak值愈大，韌性就愈好；材料的ak值愈小，材料的脆性愈大。通常把a(bǔ)k值小的材料稱為脆性材料研究表明，材料的ak值隨試驗(yàn)溫度的降低而降低。,.,2.斷裂韌性,低應(yīng)力脆斷工程零（構(gòu)）件有時(shí)在應(yīng)力低于許用應(yīng)力的情況下也會(huì)發(fā)生突然斷裂，稱為低應(yīng)力脆斷。低應(yīng)力脆斷的原因由于實(shí)際應(yīng)用的材料中常常存在一些裂紋和本身缺陷，如夾雜物、氣孔等或加工和使用過程中產(chǎn)生的缺陷，裂紋在應(yīng)力的作用下失穩(wěn)而擴(kuò)展，最終導(dǎo)致零（構(gòu)）件斷裂。,.,1.1.5疲勞強(qiáng)度,疲勞破壞,零件、工具等即使在低于材料屈服強(qiáng)度的交變載荷作用下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)后也會(huì)發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。表示材料經(jīng)無數(shù)次交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力值。,.,疲勞破壞,材料在對(duì)稱載荷下的應(yīng)力變化規(guī)律。,.,疲勞強(qiáng)度,材料交變應(yīng)力和斷裂前應(yīng)力循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系。,有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取N=108,鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取N=107,鋼材的疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系:R-1=(0.450.55)Rm,疲勞曲線,.,產(chǎn)生疲勞破壞的原因,材料有雜質(zhì)、表面劃傷等缺陷,應(yīng)力集中,微裂紋,裂紋擴(kuò)展,破壞,.,提高疲勞強(qiáng)度措施,材料方面保證冶煉質(zhì)量，減少夾雜物和熱加工產(chǎn)生的氣孔和疏松等缺陷。設(shè)計(jì)方面盡量使零件避免尖角、缺口和截面突變，以避免應(yīng)力集中及其所引起的疲勞裂紋。工藝方面降低零件表面粗糙度，并避免表面劃痕、碰傷，防止這些地方出現(xiàn)形成疲勞裂紋；采用表面強(qiáng)化方法，如化學(xué)熱處理、表面淬火、噴丸處理和表面涂層等，降低材料表面形成裂紋的可能性。,.,1.2金屬材料的物理性能和化學(xué)性能,1.金屬材料的物理性能：,比重、密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、磁性、熱膨脹系數(shù)。,2.金屬材料的化學(xué)性能：,耐酸性、耐堿性、抗氧化性。,.,成形工藝的應(yīng)用,重要環(huán)節(jié)：熱處理,？,.,1.3金屬材料的工藝性能,金屬材料的工藝性能：是指用不同的加工手段所表現(xiàn)出來的難易程度。,鑄造性能（流動(dòng)性、收縮、偏析等）鍛壓性能切削加工性焊接性熱處理性能,.,小結(jié)：,1.強(qiáng)度、塑性的拉深實(shí)驗(yàn)測(cè)試；三種不同硬度的測(cè)試方法。,2.強(qiáng)度、塑性、韌性、硬度以及疲勞強(qiáng)度的含義、