第七章制冷空調(diào)設(shè)備常用材料第二部分金屬材料的性能ppt

1、金屬材料金屬材料的性能的性能使用性能使用性能工藝性能工藝性能物理物理化學(xué)化學(xué)力學(xué)力學(xué)一一 金屬材料的物理性能金屬材料的物理性能 密度密度 熔點熔點 導(dǎo)電性導(dǎo)電性 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 熱膨脹性熱膨脹性 磁性磁性二材料的化學(xué)性能二材料的化學(xué)性能化學(xué)性能：化學(xué)性能：材料在室溫或高溫時抵抗材料在室溫或高溫時抵抗各種化學(xué)介質(zhì)的能力各種化學(xué)介質(zhì)的能力。 耐腐蝕性：耐腐蝕性：金屬及合金在常溫下抵抗氧金屬及合金在常溫下抵抗氧、水以及制冷介質(zhì)的侵蝕破壞的能力。水以及制冷介質(zhì)的侵蝕破壞的能力。 抗氧化性：抗氧化性：金屬材料在加熱時抵抗氧化作金屬材料在加熱時抵抗氧化作用的能力。用的能力。 化學(xué)穩(wěn)定性：化學(xué)穩(wěn)定性：耐腐性和

2、抗氧化性的總稱。耐腐性和抗氧化性的總稱。1 1 強(qiáng)度與塑性強(qiáng)度與塑性2 2 硬度硬度3 3 沖擊韌性沖擊韌性4 4 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度5 5 斷裂韌度斷裂韌度 重點掌握重點掌握 各種力學(xué)性能指標(biāo)（強(qiáng)度各種力學(xué)性能指標(biāo)（強(qiáng)度, , 塑性；沖擊韌性；硬度塑性；沖擊韌性；硬度HBHB，HRCHRC，HVHV；疲勞強(qiáng)度，斷裂韌性。）的物理意；疲勞強(qiáng)度，斷裂韌性。）的物理意義和單位。義和單位。三金屬材料的力學(xué)性能三金屬材料的力學(xué)性能一、靜載單向靜拉伸應(yīng)力一、靜載單向靜拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 1.1.拉伸試樣：拉伸試樣：長試樣：長試樣：L L0 0= =1010d d0 0短試樣：短試樣：L L0 0=

3、=5 5d d0 01材料的強(qiáng)度與塑性材料的強(qiáng)度與塑性 LF0 0低碳鋼拉伸曲線低碳鋼拉伸曲線脆性材料拉伸曲線脆性材料拉伸曲線2.2.拉伸機(jī)上，低碳鋼緩慢加載單向靜拉伸曲線：拉伸機(jī)上，低碳鋼緩慢加載單向靜拉伸曲線：3.3.曲線分為四階段曲線分為四階段： 1 1）階段）階段I I（opeope）彈性變形階段彈性變形階段 p: Fpp: Fp ，e: Fe e: Fe （不產(chǎn)生永久變形的最大抗力）（不產(chǎn)生永久變形的最大抗力） opop段：段：L PL P 直線階段直線階段 pepe段：極微量塑性變形（段：極微量塑性變形（0.001-0.005%)0.001-0.005%) 2 2）階段）階段III

4、I（essess）段）段屈服變形屈服變形 S: S: 屈服點屈服點 FsFs 3 3）階段）階段IIIIII（s sb b）段）段均勻塑性變形階段均勻塑性變形階段 b:b: Fb Fb 材料所能承受的最大載荷材料所能承受的最大載荷 4 4）階段）階段IV(bKIV(bK) ) 段段局部集中塑性變形頸縮局部集中塑性變形頸縮 鑄鐵、陶瓷：只有第鑄鐵、陶瓷：只有第I I階段階段 中、高碳鋼：沒有第中、高碳鋼：沒有第IIII階段階段二、拉伸曲線所確定的力學(xué)性能指標(biāo)及意義二、拉伸曲線所確定的力學(xué)性能指標(biāo)及意義1 1剛度和彈性剛度和彈性 剛度剛度: :材料在受力時，抵抗彈性變形的能力。材料在受力時，抵抗彈

5、性變形的能力。 E=/E=/ 楊氏彈性模量楊氏彈性模量 GPa, MPaGPa, MPa 本質(zhì)是：反映了材料內(nèi)部原子結(jié)應(yīng)力的大小，組本質(zhì)是：反映了材料內(nèi)部原子結(jié)應(yīng)力的大小，組織不敏感的力系指標(biāo)。織不敏感的力系指標(biāo)。 彈性：彈性：材料不產(chǎn)生塑性變形的情況下，所能承受材料不產(chǎn)生塑性變形的情況下，所能承受的最大應(yīng)力。的最大應(yīng)力。 比例極限：比例極限：p=Fp/Aop=Fp/Ao 應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變保持線性應(yīng)變保持線性關(guān)系的極限應(yīng)力值關(guān)系的極限應(yīng)力值 彈性極限：彈性極限：e=Fe/Aoe=Fe/Ao 不產(chǎn)永久變形不產(chǎn)永久變形的最大抗力。的最大抗力。2.2.強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗

6、變形和破壞的能力。變形和破壞的能力。 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 s s：材料發(fā)生微量塑性變形：材料發(fā)生微量塑性變形時的應(yīng)力值。即時的應(yīng)力值。即在拉伸試驗過程中，載在拉伸試驗過程中，載荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力。荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力。 條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度 0.20.2：高碳鋼等無屈服點，高碳鋼等無屈服點，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以殘余變形量為殘余變形量為0.2%0.2%時的時的應(yīng)力值作為它的條件屈服強(qiáng)度，以應(yīng)力值作為它的條件屈服強(qiáng)度，以0.20.2來表示來表示 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b b：材料斷裂前所承受的最：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。（材料抵抗外力而不致斷裂大應(yīng)力值。（

7、材料抵抗外力而不致斷裂的極限應(yīng)力值）。的極限應(yīng)力值）。 s0.2 延伸率延伸率 延伸率與試樣尺寸有關(guān)；延伸率與試樣尺寸有關(guān)；5 5、1010 (L (L0 0=5d,10d)=5d,10d) 斷面收縮率斷面收縮率 = =A/Ao=(Ao-Ak)/AoA/Ao=(Ao-Ak)/Ao x 100% x 100% 時，無頸縮，為脆性材料表征；時，無頸縮，為脆性材料表征； 時，有頸縮，為塑性材料表征。時，有頸縮，為塑性材料表征。斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象2 2 材料的硬度材料的硬度抵抗外物壓入的能力，稱為硬度抵抗外物壓入的能力，稱為硬度綜合綜合性能指標(biāo)。性能指標(biāo)。 1 1布氏硬度布氏硬

8、度2 2洛氏硬度洛氏硬度1 1布氏硬度：載荷淬火鋼球或硬質(zhì)合金壓入試布氏硬度：載荷淬火鋼球或硬質(zhì)合金壓入試樣的表面，保持一定時間后卸載，試樣表面出現(xiàn)樣的表面，保持一定時間后卸載，試樣表面出現(xiàn)壓痕壓痕 。壓頭為鋼球壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號時，布氏硬度用符號HBSHBS表表示，適用于布氏硬度值在示，適用于布氏硬度值在450450以下的材以下的材料。料。壓頭為硬質(zhì)合金壓頭為硬質(zhì)合金時，用符號時，用符號HBWHBW表示，表示，適用于布氏硬度在適用于布氏硬度在650650以下的材料。以下的材料。符號符號HBSHBS或或HBWHBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)字按順序之前的數(shù)字表示硬度值，符號后

9、面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。如如120HBS10/1000/30120HBS10/1000/30表示直徑為表示直徑為10mm10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf1000kgf（9.807kN9.807kN）載荷作用下保持）載荷作用下保持30s30s測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為120120。布氏硬度的優(yōu)點：布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 缺點：缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭 還硬的材料。還硬的材料。適于測量適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼退火、正火、

10、調(diào)質(zhì)鋼, ,鑄鐵及有色金屬的硬度。鑄鐵及有色金屬的硬度。材料的材料的 b b與與HBHB之間的經(jīng)驗關(guān)系：之間的經(jīng)驗關(guān)系： 對于低碳鋼對于低碳鋼: : b b(MPa)(MPa)3.6HB3.6HB 對于高碳鋼：對于高碳鋼： b b( (MPa)MPa)3.4HB3.4HB 對于鑄鐵：對于鑄鐵： b b(MPa)(MPa)1HB1HB或或0.6(HB-40)0.6(HB-40)2 2洛氏硬度洛氏硬度用一個頂角為用一個頂角為120120度的金剛石圓錐體或直徑為度的金剛石圓錐體或直徑為1.5881.588的淬火鋼球作的淬火鋼球作為壓頭，先施加一個初載荷，然后在規(guī)定的主載荷作用下將壓頭為壓頭，先施加一

11、個初載荷，然后在規(guī)定的主載荷作用下將壓頭壓入被測材料的表面。卸載后，根據(jù)壓痕深度，可確定材料的洛壓入被測材料的表面。卸載后，根據(jù)壓痕深度，可確定材料的洛氏硬度，該值從表上可直接讀出。氏硬度，該值從表上可直接讀出。常用標(biāo)尺有：常用標(biāo)尺有：B B、C C、A A三種。三種。 HRA HRA 硬、薄試件，如硬質(zhì)合金、表面淬火層和滲碳層。硬、薄試件，如硬質(zhì)合金、表面淬火層和滲碳層。 HRB HRB 輕金屬，未淬火鋼，如有色金屬和退火、正火鋼等。輕金屬，未淬火鋼，如有色金屬和退火、正火鋼等。 HRC HRC 較硬，淬硬鋼制品；如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。較硬，淬硬鋼制品；如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。洛氏硬度的優(yōu)點：操作

12、簡便，壓痕小，適用范圍廣洛氏硬度的優(yōu)點：操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。缺點：測量結(jié)果分散度大。缺點：測量結(jié)果分散度大。h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度計維氏硬度試驗原理維氏硬度試驗原理維氏硬度計維氏硬度計維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點：既可測量由極軟到極硬的材料的優(yōu)點：既可測量由極軟到極硬的材料的硬度，又能互相比較。既可測量大塊材硬度，又能互相比較。既可測量大塊材料、表面硬化層的硬度，又可測量金相料、表面硬化層的硬度，又可測量金相組織中不同相的硬度。組織中不同相的硬度。 3 3 是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。是

13、指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。指標(biāo)為沖擊韌性值指標(biāo)為沖擊韌性值ak 。a a k k = =沖擊破壞所消耗的功沖擊破壞所消耗的功AkAk/ /標(biāo)準(zhǔn)試樣斷口截面積標(biāo)準(zhǔn)試樣斷口截面積S S (J/cm )(J/cm )a ak k值低的材料叫做脆性材料；值低的材料叫做脆性材料；a ak k值高，韌性材料。值高，韌性材料。材料的沖擊韌性隨溫度下降材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。而下降。疲勞：疲勞：承受載荷的大小和方同隨時間作周期性變化，承受載荷的大小和方同隨時間作周期性變化，交變應(yīng)力作用下，往往在遠(yuǎn)小于強(qiáng)度極限，甚至小于交變應(yīng)力作用下，往往在遠(yuǎn)小于強(qiáng)度極限，甚至小于屈服極限的應(yīng)力下發(fā)生斷裂。

14、屈服極限的應(yīng)力下發(fā)生斷裂。4 4 疲勞強(qiáng)度（疲勞強(qiáng)度（80%80%的斷裂由疲勞造成的斷裂由疲勞造成）周次5 5 材料的斷裂韌性材料的斷裂韌性斷裂韌性是量度材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展阻力的斷裂韌性是量度材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展阻力的物理量物理量, ,是材料抵抗應(yīng)力脆性斷裂的韌性參數(shù)是材料抵抗應(yīng)力脆性斷裂的韌性參數(shù). . 鑄造性能：鑄造成形獲鑄造性能：鑄造成形獲得優(yōu)良鑄件的能力。得優(yōu)良鑄件的能力。一、流動性一、流動性 流動性是指流動性是指熔融金屬的流動熔融金屬的流動能力。能力。 在實際生產(chǎn)中，為了評定金在實際生產(chǎn)中，為了評定金屬的流動性，通常將金屬澆注成屬的流動性，通常將金屬澆注成螺旋形試樣，如右圖所示。澆

15、注螺旋形試樣，如右圖所示。澆注的試樣越長，則其流動性越好。的試樣越長，則其流動性越好。 四四 金屬的工藝性能金屬的工藝性能返 回金屬材料在制造機(jī)械零件的過程中，適金屬材料在制造機(jī)械零件的過程中，適應(yīng)各種冷熱加工的性能。應(yīng)各種冷熱加工的性能。 、影響流動性的因素、影響流動性的因素 （1 1）化學(xué)成分）化學(xué)成分 化學(xué)成分是影響合金流動性的本質(zhì)因素化學(xué)成分是影響合金流動性的本質(zhì)因素。實踐證明，。實踐證明，凝固溫度范圍小的合金流動性較好，凝固溫度范圍大的凝固溫度范圍小的合金流動性較好，凝固溫度范圍大的合金流動性較差。合金流動性較差。 在常用的鑄造合金中，鑄鐵的流動性較好，鑄鋼的在常用的鑄造合金中，鑄鐵

16、的流動性較好，鑄鋼的流動性較差流動性較差。 （2）工藝條件）工藝條件 較高的較高的澆注溫度澆注溫度能使金屬保持液態(tài)的時間延長，并且能使金屬保持液態(tài)的時間延長，并且能降低金屬液的粘度能降低金屬液的粘度,從而提高流動性；澆注時從而提高流動性；澆注時澆注壓力澆注壓力越大，流速就越大，也可以達(dá)到提高流動性的目的；越大，流速就越大，也可以達(dá)到提高流動性的目的；鑄鑄型型對液態(tài)金屬的流動性也有一定的影響，金屬在干砂型對液態(tài)金屬的流動性也有一定的影響，金屬在干砂型中的流動性優(yōu)于濕砂型，在濕砂型中的流動性優(yōu)于金屬中的流動性優(yōu)于濕砂型，在濕砂型中的流動性優(yōu)于金屬型。型。 返返 回回2 2、 流動性對鑄件質(zhì)量的影響

17、流動性對鑄件質(zhì)量的影響 金屬液的金屬液的流動性好，充型能力就強(qiáng)，容易獲得尺寸準(zhǔn)確、外形完流動性好，充型能力就強(qiáng)，容易獲得尺寸準(zhǔn)確、外形完整和輪廓清晰的鑄件整和輪廓清晰的鑄件；若流動性不好將出現(xiàn)鑄；若流動性不好將出現(xiàn)鑄件缺陷。件缺陷。（1 1） 澆不到與冷隔澆不到與冷隔 澆不到是指鑄件殘缺或可能輪廓不完整，或可能鑄件完整，但澆不到是指鑄件殘缺或可能輪廓不完整，或可能鑄件完整，但邊角圓且光亮，這種缺陷常出現(xiàn)在邊角圓且光亮，這種缺陷常出現(xiàn)在遠(yuǎn)離澆口的部位以及薄壁處遠(yuǎn)離澆口的部位以及薄壁處。 冷隔是指在鑄件上穿透或不穿透，邊沿成圓角狀縫隙的缺陷。冷冷隔是指在鑄件上穿透或不穿透，邊沿成圓角狀縫隙的缺陷。

18、冷隔多出現(xiàn)在隔多出現(xiàn)在薄壁處、金屬流匯合處、激冷部位薄壁處、金屬流匯合處、激冷部位等。等。（2 2） 氣孔與夾雜物氣孔與夾雜物 合金的流動性差，則粘度大，熔融金屬中的氣體和夾雜物不便上浮和排除，合金的流動性差，則粘度大，熔融金屬中的氣體和夾雜物不便上浮和排除，容易形成氣孔、夾雜物一類鑄件缺陷容易形成氣孔、夾雜物一類鑄件缺陷.氣孔氣孔是指內(nèi)表面比較光滑，一般為圓形、是指內(nèi)表面比較光滑，一般為圓形、橢圓形的橢圓形的孔洞孔洞。通常不露出鑄件表面。通常不露出鑄件表面。夾雜物是夾雜物是指在鑄件內(nèi)或表面上存在的指在鑄件內(nèi)或表面上存在的與基體金屬成分不同的質(zhì)點類缺陷，常見的有砂、渣、氧化物、硫化物等。與基體

19、金屬成分不同的質(zhì)點類缺陷，常見的有砂、渣、氧化物、硫化物等。返 回二、金屬的收縮性二、金屬的收縮性 收縮性是指液態(tài)金屬在凝固并冷卻到室溫過程中，產(chǎn)生的體積和尺收縮性是指液態(tài)金屬在凝固并冷卻到室溫過程中，產(chǎn)生的體積和尺寸減小的特性固態(tài)收縮是產(chǎn)生變形和裂紋的根本原因。寸減小的特性固態(tài)收縮是產(chǎn)生變形和裂紋的根本原因。返 回、 影響收縮性的因素影響收縮性的因素（1 1）化學(xué)成分）化學(xué)成分 化學(xué)成分是影響收縮性的根本原因，化學(xué)成分是影響收縮性的根本原因，灰鑄鐵灰鑄鐵的收縮率最的收縮率最小。這是因為合金在冷卻過程中結(jié)晶出密度較小的石墨時，小。這是因為合金在冷卻過程中結(jié)晶出密度較小的石墨時，產(chǎn)生的體積膨脹抵

20、消了部分收縮。產(chǎn)生的體積膨脹抵消了部分收縮。 幾種常見合金的收縮率幾種常見合金的收縮率體收縮率約等于收縮率的體收縮率約等于收縮率的3倍倍體收縮率體收縮率1.42.30.91.52.02.40.91.3線收縮率線收縮率銅鑄鐵銅鑄鐵鋁鑄鐵鋁鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵灰鑄鐵灰鑄鐵合金種類合金種類返返 回回（2 2）工藝條件）工藝條件 合金的合金的澆注溫度澆注溫度超高，液態(tài)收縮越大，為減少收縮，澆注溫度不超高，液態(tài)收縮越大，為減少收縮，澆注溫度不宜過高。宜過高。2 2、 收縮性對鑄件質(zhì)量的影響收縮性對鑄件質(zhì)量的影響（1 1）縮孔和縮松）縮孔和縮松 縮孔縮孔是指鑄件在凝固過程中，由于補(bǔ)縮不良產(chǎn)生的孔洞。是指鑄

21、件在凝固過程中，由于補(bǔ)縮不良產(chǎn)生的孔洞。 縮松縮松是是指鑄件斷面上出現(xiàn)的分散而細(xì)小的縮孔鑄件。指鑄件斷面上出現(xiàn)的分散而細(xì)小的縮孔鑄件。有縮松的部位，在氣密性有縮松的部位，在氣密性試驗時可能滲漏。試驗時可能滲漏。 縮孔和縮松降低了鑄件的力學(xué)性能?？s孔和縮松降低了鑄件的力學(xué)性能。 （2） 變形和裂紋變形和裂紋 鑄件在固態(tài)收縮的過程中，由于各部分冷卻速度不同，將引起不均衡鑄件在固態(tài)收縮的過程中，由于各部分冷卻速度不同，將引起不均衡收縮，不均衡收縮產(chǎn)生的應(yīng)力稱為收縮，不均衡收縮產(chǎn)生的應(yīng)力稱為鑄造熱應(yīng)力鑄造熱應(yīng)力。鑄造熱應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生。鑄造熱應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的主要原因。變形和裂紋的主要原因。返 回縮孔縮縮孔孔 金屬材料用鍛壓加工金屬材料用鍛壓加工方法成形的適應(yīng)能力方法成形的適應(yīng)能力稱鍛造性。稱鍛造性。鍛造性能鍛造性能主要取決于金屬材料主要取決于金屬材料的塑性和變形抗力。的塑性和變形抗力。塑性越好，變形抗力塑性越好，變形抗力越小，金屬的鍛造性越小，金