金屬材料的使用性能

1、新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)1新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)金屬材料的使用性能新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)圖圖1-1 1-1 汽車(chē)曲軸、活塞、齒輪汽車(chē)曲軸、活塞、齒輪汽車(chē)曲軸、活塞、齒輪的主要性能有哪些？新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù) 力學(xué)性能力學(xué)性能是指金屬材料在是指金屬材料在外力外力的作用下表現(xiàn)出來(lái)的作用下表現(xiàn)出來(lái)的特性。的特性。力力 學(xué)學(xué) 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo)強(qiáng)度強(qiáng)度硬度硬度疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度塑性塑性沖擊韌性沖擊韌性一、力學(xué)性能新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)兩個(gè)定義：兩個(gè)定義： 載荷載荷: : 金屬材料在

2、加工及使用過(guò)程中所受到的金屬材料在加工及使用過(guò)程中所受到的外力外力。 變形變形: : 金屬材料受金屬材料受載荷載荷作用而發(fā)生的幾何形狀和尺寸作用而發(fā)生的幾何形狀和尺寸 的變化稱(chēng)為變形。的變化稱(chēng)為變形。分類(lèi)分類(lèi): : 靜載荷、沖擊載荷、變載荷靜載荷、沖擊載荷、變載荷分類(lèi)分類(lèi): : 彈性變形、塑性變形彈性變形、塑性變形新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)A.A.拉伸試樣拉伸試樣按國(guó)標(biāo)規(guī)定按國(guó)標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣可分為：可分為： （1 1）板形試樣：板形試樣：原材原材料為板材或帶材。料為板材或帶材。短試樣短試樣l l0 0 5d5d0 0。 l l0 0為為試樣標(biāo)距試樣標(biāo)距，d

3、d0 0為為試樣直徑試樣直徑。（2 2）圓形試樣：圓形試樣：長(zhǎng)試樣長(zhǎng)試樣l l0 010d10d0 0，強(qiáng)度強(qiáng)度和和塑性塑性是根據(jù)是根據(jù)拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)測(cè)定出來(lái)的。測(cè)定出來(lái)的。標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣d d1 1新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣d d1 1新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù) 縮頸現(xiàn)象縮頸現(xiàn)象 拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸力拉伸力F F與與伸長(zhǎng)量伸長(zhǎng)量L L的關(guān)系曲線(xiàn)。的關(guān)系曲線(xiàn)。 屈服屈服彈性彈性變形變形縮頸縮頸斷裂斷裂塑性塑性變形變形B.B.拉伸曲線(xiàn)（力拉伸曲線(xiàn)（力- -伸長(zhǎng)曲線(xiàn)）伸長(zhǎng)曲線(xiàn)）圖圖1-

4、4 1-4 低碳鋼低碳鋼的拉伸曲線(xiàn)（應(yīng)力的拉伸曲線(xiàn)（應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)）應(yīng)變曲線(xiàn)）強(qiáng)化強(qiáng)化新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)C.C.應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線(xiàn)應(yīng)變曲線(xiàn)（1 1）應(yīng)力應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上試樣承受的載荷。單位面積上試樣承受的載荷。（2 2）應(yīng)變：應(yīng)變：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的單位長(zhǎng)度的 伸長(zhǎng)量。伸長(zhǎng)量。應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線(xiàn)應(yīng)變曲線(xiàn)0 (MPa)FA0ll新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)1 1強(qiáng)度強(qiáng)度（1 1）屈服強(qiáng)度和規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力）屈服強(qiáng)度和規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力 材料的屈服強(qiáng)度（屈服極限），用材料的屈服強(qiáng)度（屈服極限），用 s s表示。表示。ss0 (MPa)FA 材料的材料的規(guī)定

5、殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力，用，用 0.20.2表示。表示。0.20.20 (MPa)FA 強(qiáng)度強(qiáng)度是材料在載荷（外力）作用下抵抗是材料在載荷（外力）作用下抵抗塑性變形塑性變形和和斷裂斷裂的的能力。能力。新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù) 在拉伸試驗(yàn)中具在拉伸試驗(yàn)中具有有屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象的金屬材的金屬材料稱(chēng)為料稱(chēng)為塑性材料塑性材料，而，而工程上使用的金屬材工程上使用的金屬材料，大多數(shù)料，大多數(shù)沒(méi)有明顯沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象的屈服現(xiàn)象，這類(lèi)金，這類(lèi)金屬材料稱(chēng)為屬材料稱(chēng)為脆性材料脆性材料。有些脆性材料，不僅有些脆性材料，不僅沒(méi)有屈服現(xiàn)象，而且沒(méi)有屈服現(xiàn)象，而且也也不產(chǎn)生縮頸不產(chǎn)生縮頸。鑄

6、鐵的拉伸曲線(xiàn)鑄鐵的拉伸曲線(xiàn) 新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)（2 2）抗拉強(qiáng)度）抗拉強(qiáng)度bb0 (MPa)FA 在工程上把在工程上把 稱(chēng)為稱(chēng)為屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比。 屈強(qiáng)比高屈強(qiáng)比高表示材料的抗變形能力較強(qiáng)，不易發(fā)生塑性變形表示材料的抗變形能力較強(qiáng)，不易發(fā)生塑性變形，材料強(qiáng)度的有效利用率高；材料強(qiáng)度的有效利用率高； 屈強(qiáng)比低屈強(qiáng)比低表示材料的塑性較好，零件的安全可靠性越高。表示材料的塑性較好，零件的安全可靠性越高。sb/屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度和和抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度是機(jī)械零件設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)。是機(jī)械零件設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)。 材料的材料的抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度，用，用 b b表示。表示。新 能 源

7、汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)2 2塑性塑性（1 1）斷后伸長(zhǎng)率）斷后伸長(zhǎng)率塑性塑性是材料斷裂前發(fā)生是材料斷裂前發(fā)生不可逆塑性變形不可逆塑性變形的能力。的能力。試樣拉斷后，試樣拉斷后，標(biāo)距伸長(zhǎng)量標(biāo)距伸長(zhǎng)量和和原始標(biāo)距原始標(biāo)距的百分比。的百分比。100100%lll 5% 5%，塑性塑性材料；材料； 5% 5%，脆性脆性材料。材料。 長(zhǎng)試樣：長(zhǎng)試樣： ；短試樣：短試樣： 。105新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù) 試樣拉斷后，試樣拉斷后，橫截面積的縮減量橫截面積的縮減量與與原始橫截面積原始橫截面積的的百分比。百分比。（2 2）斷面收縮率）斷面收縮率010100%AAA 材料的材料

8、的或或值越大值越大，表示材料的，表示材料的塑性越好塑性越好。塑性直接影。塑性直接影響到零件的成形加工及使用。響到零件的成形加工及使用。 新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)3 3硬度硬度 硬度硬度是指金屬材料抵抗是指金屬材料抵抗局部變形局部變形，特別是，特別是塑性變形、壓痕塑性變形、壓痕或或劃傷劃傷的能力。的能力。布氏硬度布氏硬度 HB HB 洛氏硬度洛氏硬度 HR HR 維氏硬度維氏硬度 HVHV壓入法壓入法硬度試驗(yàn)方法：硬度試驗(yàn)方法：新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)（1 1）布氏硬度）布氏硬度壓頭壓頭淬火鋼球淬火鋼球 HBSHBS：布氏硬度值：布氏硬度值 45045

9、0的材料；的材料；硬質(zhì)合金球硬質(zhì)合金球 HBWHBW：布氏硬度值：布氏硬度值450450650650的材料。的材料。222HBS(HBW)0.1020.1020.102 ()FFFADhD DDd新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差?。ㄒ驂汉鄞螅?，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：壓痕面積較大，測(cè)量費(fèi)時(shí)，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。應(yīng)用：應(yīng)用：測(cè)量較軟材料、灰鑄鐵、有色金屬、退火正火鋼材的硬度。測(cè)量成品零件或薄件的硬度。新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)（2 2）洛氏硬度）洛氏硬度壓頭壓頭120120金剛石圓錐體金剛石圓錐體 HRAHRA與

10、與HRCHRC淬火鋼球淬火鋼球 HRBHRB初試驗(yàn)力初試驗(yàn)力F F1 1總試驗(yàn)力總試驗(yàn)力F F主試驗(yàn)力主試驗(yàn)力F F2 2F = FF = F1 1 + F+ F2 2新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)測(cè)量操作簡(jiǎn)單，方便快捷，壓痕?。粶y(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。例如：例如： 50HRC40HRC 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：應(yīng)用：應(yīng)用：成品檢驗(yàn)和薄件表面硬度檢驗(yàn)。測(cè)量組織不均勻材料。新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)（3 3）維氏硬度）維氏硬度 與布氏硬度試驗(yàn)原理基本相同，只是改用與布氏硬度試驗(yàn)原理基本相同，只是改用金剛石四棱

11、錐體金剛石四棱錐體作壓頭。作壓頭。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：可測(cè)較薄的硬化層可測(cè)較薄的硬化層及很軟、很硬的材料。及很軟、很硬的材料。2HV0.1020.1891壓痕FFSd新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)4 4沖擊韌性沖擊韌性 沖擊韌性沖擊韌性采采用的測(cè)定方法是用的測(cè)定方法是擺錘式一次沖擊擺錘式一次沖擊試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法。 沖擊韌性沖擊韌性是指金屬材料在沖擊載荷作用下是指金屬材料在沖擊載荷作用下斷裂時(shí)吸收變形斷裂時(shí)吸收變形能量能量的能力。的能力。新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)沖擊韌度沖擊韌度是指沖擊試樣是指沖擊試樣缺口處單位橫截面面積缺口處單位橫截面面積上的上的沖擊吸收功沖擊吸

12、收功。2KK(J/cm )NAS 沖擊韌度沖擊韌度（ ）：）：K沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)原理示意圖原理示意圖K () (J)AGHGhG Hh沖擊吸收功：沖擊吸收功：新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)-40-20020204060TT，k k 急劇急劇，韌性韌性脆性脆性。韌脆轉(zhuǎn)變溫度：材料由韌脆轉(zhuǎn)變溫度：材料由韌性韌性狀態(tài)向狀態(tài)向脆性脆性狀態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度。狀態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度。K()T 新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù) Titanic Titanic鋼板鋼板強(qiáng)度強(qiáng)度高，高，韌韌性性很差，特別是在低溫呈很差，特別是在低溫呈脆性脆性，沖擊試樣是典型的沖擊試樣是典型的脆性斷口脆性斷口，近代

13、船用鋼板的沖擊試樣則具近代船用鋼板的沖擊試樣則具有相當(dāng)好的有相當(dāng)好的韌性韌性。 Titanic Titanic鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗(yàn)結(jié)果鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗(yàn)結(jié)果TitanicTitanic沉沒(méi)原因：沉沒(méi)原因：新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù) 疲勞強(qiáng)度（疲勞強(qiáng)度（-1-1 ）是材料在無(wú)數(shù)次重復(fù)的交變載荷作用是材料在無(wú)數(shù)次重復(fù)的交變載荷作用下不發(fā)生斷裂的下不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力最大應(yīng)力，其大小與應(yīng)力變化的其大小與應(yīng)力變化的次數(shù)次數(shù)有關(guān)。有關(guān)。5.5.疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，零部件在一處或幾處產(chǎn)生局在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，零部件在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后，產(chǎn)生裂紋或突然產(chǎn)部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后，產(chǎn)生裂紋或突然產(chǎn)生斷裂的過(guò)程，這種破壞稱(chēng)為生斷裂的過(guò)程，這種破壞稱(chēng)為疲勞破壞疲勞破壞（或疲勞斷裂）。（或疲勞斷裂）。對(duì)于對(duì)于黑色金屬（鋼材）黑色金屬（鋼材）規(guī)定循環(huán)次數(shù)為規(guī)定循環(huán)次數(shù)為N=10N=107 7次，對(duì)于次，對(duì)于有有色金屬色金屬循環(huán)次數(shù)為循環(huán)次數(shù)為N=10N=108 8次。次。新 能 源 汽 車(chē) 技 術(shù) 教 學(xué) 資 源 庫(kù)二、物理性能1.1.密度；密度；2.2.熔點(diǎn)；熔點(diǎn)；3.3.導(dǎo)熱性；導(dǎo)熱性； 4.4.導(dǎo)電性；導(dǎo)電性；5