教學課題1章工程材料的主要能ppt課件

1、教學課題：教學課題： 第第1 1章章 工程資料的主要性能工程資料的主要性能 p 1.資料的運用性能p 資料的力學性能p 資料的物理化學性能p 2.資料的工藝性能 經過本章的學習，掌握資料常用的力學性能目的及力學性能目的在選材中的運用1.常用的力學性常用的力學性 能目的能目的2.力學性能目的力學性能目的 在選材中的意義在選材中的意義思索：思索： o資料的性能有哪些？o資料的性能是由什么決議的？ o如何衡量這些性能？o鋼絲、鐵絲、銅絲和鋁絲四者的性能有那些區(qū)別？o不同服役條件下應具備哪些性能？資料的性能有哪些？資料的性能有哪些？ 資料的性能包含工藝性能和運用性能。 運用性能：是指資料在服役條件下，

2、為保證平安可靠地任務，資料所必需具備的性能。如：力學性能、物理性能、化學性能。工程資料運用性能的好壞，決議了它的運用壽命和運用范圍。 工藝性能：是指制造工藝過程中資料順應某種成形加工的性能。如：鑄造性、鍛造性、焊接性、切削加工性、熱處置工藝性。工程資料工藝性能好壞，直接影響零件或構件的制造方法和制造本錢。1.1.1 1.1.1 資料的力學性能資料的力學性能o力學性能：是指金屬資料在外力作用時表現出來的性能。力學性能：是指金屬資料在外力作用時表現出來的性能。o外力方式：拉伸、緊縮、彎曲、剪切、改動等。外力方式：拉伸、緊縮、彎曲、剪切、改動等。o載荷方式：靜載荷、沖擊載荷、交變載荷等。載荷方式：靜

3、載荷、沖擊載荷、交變載荷等。一、低碳鋼常溫靜載拉伸實驗一、低碳鋼常溫靜載拉伸實驗 p 規(guī)范拉伸試樣：規(guī)范拉伸試樣：p 長試樣長試樣L0=10d0 L0=10d0 短試樣短試樣L0=5d0 L0=5d0 p 應力應力 () ()：單位：單位橫截面積的內力橫截面積的內力1.1.拉伸曲線分析拉伸曲線分析 n oe彈性變形階段n csd屈服階段n db強化階段n bk縮頸階段n k試樣斷裂1.1.拉伸曲線分析拉伸曲線分析 o彈性變形階段彈性變形階段 e點以前產生的變形是可以恢復的彈性變形，e點對應了彈性變形階段的極限值，稱為彈性極限，以e表示單位為Mpa。 oe段近似為不斷線，直線的斜率代表彈性模量E

4、，彈性模量E是衡量資料產生彈性變形難易程度的目的。E愈大，使其產生一定量彈性變形的應力也應愈大。彈性模量的大小主要取決于金屬的本性晶格類型和原子構造，而與金屬的顯微組織無關。工程上稱為資料的剛度，表示資料彈性變形抗力的大小。1.1.拉伸曲線分析拉伸曲線分析 o屈服階段屈服階段 圖形上出現平臺，即載荷無明顯添加，試樣繼續(xù)伸長，資料喪失了抵抗變形的才干，這種景象叫屈服。 當應力超越e時，試樣開場出現塑性變形。 s為屈服階段的最小應力，稱為屈服強度屈服點。 )(0MPaSFSS式中 Fs屈服時的最小載荷N； S0試樣原始截面積mm2其含義是：當=s時，以為資料開場產生塑性變形；當=b時，資料將會斷裂

5、，當b時，資料不會斷裂。 1.1.拉伸曲線分析拉伸曲線分析 o縮頸階段縮頸階段 當應力到達b時，試樣就在某個薄弱部位構成縮頸。由于試樣部分截面的逐漸減小，故應力也逐漸降低，當到達曲線上的k點時，試樣發(fā)生斷裂。 2.2.強度目的強度目的 o強度是指資料在靜載荷作用下抵抗塑性變形和斷強度是指資料在靜載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂的才干。裂的才干。 其中抵抗塑性變形的才干，用屈服強度s表示，無明顯屈服階段，可用規(guī)定剩余伸長應力0.2表示；抵抗斷裂的才干，用抗拉強度b表示。 s與b的比值叫做屈強比，屈強比愈小，工程構件的可靠性愈高，屈強比太小，那么資料強度的有效利用率太低，普通取值在0.650.75。

6、斷面收縮率 o塑性是指資料斷裂前發(fā)生最大變形的才干。塑性是指資料斷裂前發(fā)生最大變形的才干。 3.3.塑性目的塑性目的 %100001LLL 斷后伸長率 式中 L0，L1分別為試樣原始標距和被拉斷后的標距mm。 %100010SSS 式中 S0，S1分別為試樣原始截面積和斷裂后縮頸處的最小截面積mm2。 塑性對資料的意義 a.提高平安性：塑性好的資料，在受力過大時，首先產生塑性變形而不忽然斷裂，因此比較平安。 b.便于壓力加工成型：塑性好的資料可以發(fā)生大量塑性變形而不破壞，易于經過塑性變形加工成外形復雜的零件。 o加工硬化：資料經過加工產生塑性變形后，強度、加工硬化：資料經過加工產生塑性變形后，

7、強度、硬度上升，而韌性、塑性下降的景象。硬度上升，而韌性、塑性下降的景象。4.4.加工硬化加工硬化 二、硬度實驗二、硬度實驗 o資料抵抗另一硬物體壓入其內的才干叫硬度，即受壓時抵抗部分塑性變形的才干。 o硬度丈量可以給出金屬資料軟硬程度的數量概念。o硬度實驗簡單易行，又無損于零件，而且可以近似的推算出資料的其他機械性能，因此在消費和科研中運用廣泛。o硬度實驗方法很多，機械工業(yè)普遍采用壓入法來測定硬度，壓入法又分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。1.1.布氏硬度布氏硬度o實驗過程實驗過程 一定直徑的球體(鋼球或硬質合金球)在一定載荷作用下壓入試樣外表，堅持一定時間后卸除載荷，丈量其壓痕直徑, 計

8、算硬度值。布氏硬度值用球面壓痕單位外表積上所接受的平均壓力來表示。用符號HBS(當用鋼球壓頭時)或HBW(當用硬質合金球時)來表示。 HBSHBW = F/A = 2F/DD - (D2-d2)1/2 1.1.布氏硬度布氏硬度o布氏硬度表示方法布氏硬度表示方法 標注：如120HBS10/1000/10，即表示用直徑D=10mm的淬火鋼球壓頭在1000kgf(9.8KN)的實驗載荷作用下，堅持10秒所測得布氏硬度值為120。HBS只可用來測定硬度值小于450的金屬資料。 500HBW5/750表示用直徑D=5mm 的硬質合金球壓頭在750kgf(7.35KN)的實驗載荷作用下，堅持10-15秒(

9、不標注)所測得布氏硬度值為500 。HBW可用來測定硬度值450-650的金屬資料。1.1.布氏硬度布氏硬度o布氏硬度特點布氏硬度特點 布氏硬度實驗的壓痕較大，丈量數值穩(wěn)定，準確，能很好的反響資料的硬度；但操作時間較長，對不同資料需求不同的壓頭和實驗力，壓痕直徑丈量費時，因此不適用批量消費、廢品及薄件；在進展高硬度資料實驗時，由于球體本身的變形會使丈量結果不準確，因此，用淬火鋼球壓頭丈量時，資料硬度值必需小于450；用硬質合金球壓頭時，資料硬度值必需小于650。 o布氏硬度運用布氏硬度運用 布氏硬度測定主要適用于各種未經淬火的鋼、退火、正火形狀的鋼；構造鋼調質件；鑄鐵、有色金屬、質地輕軟的軸承

10、合金等原資料。 2.2.洛氏硬度洛氏硬度o實驗過程實驗過程 將金剛石壓頭(或鋼球壓頭), 在先后施加兩個載荷(預載荷F0和主載荷F1)的作用下壓入金屬外表?？傒d荷F為預載荷F0和主載荷F1之和。卸去主載荷F1后, 丈量其剩余壓入深度h, 用h與h0之差h來計算洛氏硬度值。 預加載荷的目的是使壓頭與試樣外表接觸良好, 以保證丈量結果準確。硬度值的大小直接由硬度計表盤上讀出。o布氏硬度表示方法布氏硬度表示方法2.2.洛氏硬度洛氏硬度 標注：如40-45HRCo常見洛氏硬度標尺的實驗條件及運用常見洛氏硬度標尺的實驗條件及運用硬度符號壓頭總載荷（kgf）表盤上刻度顏色常用硬度值范圍使用范圍HRA金鋼石

11、圓錐60黑 色2085碳化物、硬質合金、表面淬火層等HRB1.5875mm鋼球100紅 色25100有色金屬、退火及正火鋼等HRC金鋼石圓錐150黑 色2067調質鋼、淬火鋼等2.2.洛氏硬度洛氏硬度o洛氏硬度特點洛氏硬度特點 操作簡便迅速，能直接從刻度盤上讀出硬度值；壓痕小，可以測定廢品及較薄零件；測試的硬度值范圍大，從很軟到很硬的金屬資料均可丈量。缺陷是：壓痕小，丈量數值代表性差，通常需求在不同部位測試數次，取平均值。 3.3.維氏硬度維氏硬度o實驗過程實驗過程 是用一種頂角為的正四棱錐體金鋼壓頭，在載荷F(kgf)作用下，試樣外表壓出一個四方錐形壓痕，丈量壓痕對角線長度d(mm)供以計算

12、試樣的硬度值。 根據d值查表即可得到硬度值。 為了從軟到硬的各種金屬資料有一個延續(xù)一致的硬度標度，因此制定了維氏硬度實驗法。3.3.維氏硬度維氏硬度o維氏硬度表示方法維氏硬度表示方法 維氏硬度用符號HV表示，HV前面為硬度值，HV后面的數字按實驗載荷、實驗載荷堅持時間(1015s不標注)的順序表示實驗條件。例如： 640HV30表示用294.2N(30kgf)的實驗載荷，堅持1015s(不標出)測定的維氏硬度值為640； 640HV30/20表示用294.2N(30kgf)的實驗載荷，堅持20s測定的維氏硬度值為640。o維氏硬度運用維氏硬度運用 維氏硬度實驗主要用來測定金屬鍍層、薄片金屬以及

13、化學熱處置(如氮化、滲碳等)后的外表硬度。三、夏比沖擊實驗三、夏比沖擊實驗 資料斷裂前吸收變形能量的才干。o韌性韌性o沖擊韌性沖擊韌性 沖擊載荷下資料抵抗變形和斷裂的才干。三、夏比沖擊實驗三、夏比沖擊實驗o實驗過程實驗過程 Ak=mg(h1-h2) 單位為焦耳o沖擊吸收功沖擊吸收功Ako沖擊韌度沖擊韌度ak ak=沖擊破壞所耗費的功Ak/規(guī)范試樣斷口截面積F,單位為焦耳/厘米J/cm 三、夏比沖擊實驗三、夏比沖擊實驗 ak值低的資料叫做脆性資料，斷裂時無明顯變形；ak值高，明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無光澤，韌性資料。o韌脆轉變溫度韌脆轉變溫度 沖擊吸收功急劇 變化或斷口韌性急劇轉變的溫度區(qū)域

14、。四、疲勞強度四、疲勞強度o機械零件的斷裂80%由疲勞呵斥。o接受周期性循環(huán)應力或交變應力作用。o應力往往遠小于強度極限甚至屈服極限。o忽然斷裂。o疲勞斷裂過程：疲勞裂紋萌生、疲勞裂紋擴展、斷裂三個階段。四、疲勞強度四、疲勞強度o疲勞強度疲勞強度o影響要素影響要素 循環(huán)應力特征、溫度、資料成分和組織、夾雜物、外表形狀、剩余應力等。 資料經無數次應力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最高應力值。 循環(huán)基數：鋼鐵資料107；非鐵金屬108；腐蝕介質作用下106。 陶瓷、高分子資料的疲勞抗力很低，金屬資料疲勞強度較高，纖維加強復合資料也有較好的抗疲勞性能。1.1.2 1.1.2 資料的物理、化學性能資料的物理、化學性能 p 資料的物理性能p 密度p 熔點p 導熱性p 導電性p 熱膨脹性p 磁性1.1.2 1.1.2 資料的物理、化學性能資料的物理、化學性能o資料的化學性能資料的化學性能 金屬資料與周圍介質接觸時抵抗發(fā)生化學或電化學反響的性能。