金屬材料的性能課件

金屬工藝學(xué)3/31/2023零件的生產(chǎn)工藝過(guò)程選材選毛坯預(yù)先熱處理機(jī)械加工最終熱處理檢驗(yàn)應(yīng)根據(jù)零件的性能要求、受載情況、服役條件、工作環(huán)境等：其中選材：金屬材料種類繁多，性能不一，而且材料的發(fā)展日新月異，而零件的性能要求、服役條件各不相同，再加上材料的資源、價(jià)格等多方面考慮。3/31/2023毛坯選擇車削傳統(tǒng)的有現(xiàn)代的有有液態(tài)成形毛坯塑性成形毛坯連接成形毛坯粉末冶金成形型材等毛坯車削、刨削、銑削拉削、鏜削、磨削等數(shù)控加工、電火花加工、激光加工等特種加工方法機(jī)械加工方法3/31/2023一、金屬材料的歷史地位1.材料發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步有著密切關(guān)系,它是衡量人類社會(huì)文明程度的標(biāo)志之一。金屬材料是現(xiàn)代文明的基礎(chǔ)。石器時(shí)代（公元前10萬(wàn)年）→青銅器時(shí)代(公元前3000年)→鐵器時(shí)代（17世紀(jì)）2.目前，人類還處在金屬器時(shí)期。雖然無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料的使用量與日俱增，但在可預(yù)見(jiàn)的時(shí)期內(nèi)，仍不會(huì)改變這種狀況。3/31/2023金屬材料二、金屬材料的分類黑色金屬有色金屬鑄鐵鋼工程構(gòu)件用鋼機(jī)器零件用鋼工具鋼特殊性能用鋼(不銹鋼及耐熱鋼)輕金屬(鋁,鎂,鈦)

重金屬(銅,鋅,鉛,鎳)

貴重金屬(金,銀)稀有金屬(鎢鉬釩鈮鈷)

放射金屬(鐳鈾釷)結(jié)構(gòu)金屬材料功能金屬材料3/31/2023四、本課程的內(nèi)容金屬材料的性能金屬材料的加工

有液態(tài)成形毛坯、塑性成形毛坯塑性成形毛坯、連接成形毛坯、粉末冶金成形車削、刨削、銑削拉削、鏜削、磨削等數(shù)控加工、電火花加工、激光加工等特種加工方法3/31/2023第一章金屬材料材料的性能金屬材料性能使用性能工藝性能力學(xué)性能物理和化學(xué)性能鑄造性可鍛造性焊接性切削加工性能材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)的性能材料在加工中所表現(xiàn)的性能3/31/2023第一節(jié)力學(xué)性能指材料在外力或能量以及環(huán)境因素作用下表現(xiàn)出的變形和破斷的特性力學(xué)性能載荷主要力學(xué)性能指標(biāo)彈性、塑性、強(qiáng)度、硬度沖擊韌性、疲勞特性、耐磨性變形材料在外力作用下所發(fā)生的形狀和尺寸的變化彈性變形外力去除后可以恢復(fù)的變形塑性變形外力去除后不能夠恢復(fù)的變形3/31/2023拉伸試驗(yàn)及曲線拉伸試驗(yàn)評(píng)價(jià)材料力學(xué)性能最簡(jiǎn)單和最有效的方法就是測(cè)定材料的拉伸試驗(yàn)3/31/20231、彈性與剛度指不產(chǎn)生永久變形的能力材料在外力作用下抵抗彈性變形的能力E標(biāo)志材料抵抗彈性變形的能力，以表示材料的剛度；E越大，材料越不易發(fā)生彈性變形彈性模數(shù)E衡量彈性剛度剛度由E

=σ/ε決定零件剛度零件抵抗彈性變形的能力材料在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值σ/ε零件剛度是材料E和零件形狀與截面尺寸的函數(shù)。提高零件剛度的辦法是增加橫截面積或改變截面形狀3/31/20232、強(qiáng)度與塑性強(qiáng)度材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的能力屈服強(qiáng)度試件屈服時(shí)承受的最小應(yīng)力σs；基本上所有的機(jī)械零件都不允許塑性變形，所以強(qiáng)度計(jì)算常用屈服極限σs根據(jù)外力的作用方式，有多種強(qiáng)度指標(biāo)，如：抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度等等。其中以拉伸試驗(yàn)所得的強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)用最為廣泛屈服應(yīng)力不增加，但應(yīng)變?cè)黾拥默F(xiàn)象注：工程上規(guī)定，把試件產(chǎn)生的塑性變形為標(biāo)距長(zhǎng)度的0.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值為材料的屈服強(qiáng)度，用σ0.2表示屈服極限是具有屈服現(xiàn)象的材料所特有的強(qiáng)度指標(biāo)，除低碳鋼、中碳鋼等少數(shù)合金鋼之外，大多數(shù)合金都沒(méi)有屈服現(xiàn)象。在工程結(jié)構(gòu)上或機(jī)器工作時(shí)是不允許材料發(fā)生塑性變形的，因此屈服強(qiáng)度是工程設(shè)計(jì)和選材的重要依據(jù)之一3/31/2023CD段位均勻塑性變形階段，在這一階段，應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣黾?，產(chǎn)生應(yīng)變強(qiáng)化D點(diǎn)以后，試樣的局部截面積開(kāi)始急劇縮小，形成縮頸。試樣承受拉伸力的能力逐漸下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)E點(diǎn)時(shí)，試件斷裂。抗拉強(qiáng)度定義試件斷裂前所承受的最大拉力，用σb表示抗拉強(qiáng)度反映材料抵抗斷裂破壞的能力，其值越大，說(shuō)明材料抵抗斷裂的能力越強(qiáng)塑性材料受力破壞前承受最大塑性變形的能力塑性的常用指標(biāo)伸長(zhǎng)率δ＝(L1-L0)

/L0×100%L0為原長(zhǎng)，L1為斷裂后長(zhǎng)度；斷面收縮率ψ＝(F0-F1)/F0×100%F0為試件原始截面積，F(xiàn)1為斷口處的截面積δ和ψ愈大，材料的塑性愈好，通常ψ更接近真實(shí)應(yīng)變3/31/2023布氏硬度(HB)試驗(yàn)用壓頭為一淬火鋼球過(guò)硬材料會(huì)使鋼球變形甚至破壞它的使用范圍不能超過(guò)HB450對(duì)金屬來(lái)講，只適用于測(cè)定退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定壓痕大，不能用于太薄件或成品件3/31/2023洛氏硬度(HR)優(yōu)點(diǎn)根據(jù)壓頭的材料及壓頭所加的負(fù)荷HRA、HRB、HRCHRA適用于測(cè)量硬質(zhì)合金、表面淬火層或滲碳層HRB適用于測(cè)量有色金屬和退火、正火鋼等HRC適用于調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等HR操作簡(jiǎn)便、迅速壓痕小，可測(cè)量成品件硬度值可直接從表盤(pán)上讀出注：因壓痕小，受材料組織不均勻因素很大，所以對(duì)同一測(cè)試件，應(yīng)在不同部位測(cè)取三點(diǎn)后取平均值3/31/2023維氏硬度(HV)維氏硬度的試驗(yàn)原理與布氏硬度相同不同點(diǎn)是壓頭為金剛石四方角錐體，所加負(fù)荷較小優(yōu)點(diǎn)：2、維氏硬度值比布氏、洛氏精確1、深度淺3、改變負(fù)荷可測(cè)定從極軟到極硬的各種材料的硬度3/31/20235、疲勞定義：材料在交變載荷的作用下，在遠(yuǎn)低于其屈服強(qiáng)度的應(yīng)力下發(fā)生斷裂，而且沒(méi)有塑性變形征兆的現(xiàn)象特點(diǎn)：突發(fā)性，沒(méi)有先兆疲勞極限材料在規(guī)定次數(shù)（鋼材為107次，有色金屬及合金取108次）交變應(yīng)力作用下而不引起疲勞斷裂的最大應(yīng)力用σr表示提高疲勞強(qiáng)度的方法1、選擇合適的材料；2、注意結(jié)構(gòu)形狀，避免應(yīng)力集中，提高表面粗糙度，進(jìn)行表面強(qiáng)化。大小或方向隨時(shí)間而變化的載荷3/31/2023第二節(jié)材料的物理、化學(xué)性能化學(xué)性能物理性能密度熔點(diǎn)熱膨脹性導(dǎo)熱性導(dǎo)電性磁性耐腐蝕性抗氧化性3/31/2023物理性能密度熔點(diǎn)熱膨脹性材料單位體積的質(zhì)量密度小于5103Kg/m3的金屬稱為輕金屬密度大于5103Kg/m3的金屬稱為重金屬材料的熔化溫度陶瓷的熔點(diǎn)一般都顯著高于金屬及合金的熔點(diǎn)高分子材料一般不是完全晶體，所以沒(méi)有固定的熔點(diǎn)材料受熱后的體積膨脹，通常用線膨脹系數(shù)表示對(duì)精密儀器或機(jī)器的零件，熱膨脹系數(shù)是一個(gè)非常重要的性能指標(biāo)3/31/2023物理性能導(dǎo)電性材料的導(dǎo)電性一般用電阻率表示金屬的電阻率隨溫度升高而增加，而非金屬材料則與此相反金屬及其合金一般具有良好的導(dǎo)電性，銀的導(dǎo)電性最好，銅、鋁次之3/31/2023化學(xué)性能抗氧化性耐腐蝕性材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力非金屬材料的耐蝕性能總的說(shuō)來(lái)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于金屬材