材料的性能課件

定義:材料在使用和加工過程中表現(xiàn)出來的特性。分類:材料的性能疲勞性能使用性能工藝性能物理化學(xué)性能力學(xué)性能強(qiáng)度塑性硬度韌性耐磨性鑄造性能鍛造性能焊接性能切削加工性能熱處理性能第一章材料的性能定義:材料在使用和加工過程中表現(xiàn)出來的特性。材料的性能疲勞1

在靜載荷下

強(qiáng)度、塑性

硬度：布氏硬度、洛氏硬度等在沖擊載荷下

沖擊韌度在交變載荷下

疲勞強(qiáng)度定義：指材料在外力的作用下所表現(xiàn)出來的特性。載荷§1.1材料的使用性能

一、

材料的力學(xué)性能在靜載荷下定義：指材料在外力的作用下所表現(xiàn)出來的特性。載荷2拉伸試樣靜載拉伸試驗(yàn)機(jī)應(yīng)力R(

)

=F/S0應(yīng)變e()=(l-l0)/l0（一）彈性與剛度拉伸試樣靜載拉伸試驗(yàn)機(jī)應(yīng)力R()=F/S0（一）彈性3典型材料的R—e曲線

（a）無塑性變形的脆性材料（如鑄鐵、陶瓷）（b）有明顯屈服點(diǎn)的塑性材料（如低碳鋼）（c）沒有明顯屈服點(diǎn)的塑性材料（如退火鋁合金、高碳鋼）eeeRRRReL(a)(b)(c)典型材料的R—e曲線（a）無塑性變形的脆性材料（如鑄鐵、陶4彈性模量E標(biāo)志材料抵抗彈性變形的能力，用以表示材料的剛度。

彈性模量大小主要取決于材料的本性，強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量影響很小。可通過增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。彈性模量E標(biāo)志材料抵抗彈性變形的能力，用以表示材料的剛度。5（二）強(qiáng)度強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。彈性極限Re：試樣保持純彈性變形的最大應(yīng)力值。屈服強(qiáng)度ReL：材料發(fā)生塑性變形時(shí)的最小應(yīng)力值。條件屈服強(qiáng)度RP0.2：殘余變形量為0.2%時(shí)的應(yīng)力值。（RP0.2

與ReL的意義相同！）

抗拉強(qiáng)度Rm：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。（二）強(qiáng)度強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。6（三）塑性

材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。

斷后伸長率：斷面收縮率：斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象（三）塑性

材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。

7說明：①A和Z↑，材料的塑性↑②直徑d0相同時(shí)，l0，A

。只有當(dāng)l0/d0為常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。當(dāng)l0=10d0時(shí)，伸長率用A11.3表示；當(dāng)l0=5d0時(shí)，伸長率用A

表示。顯然A>A11.3

③

A

<5%

時(shí)，無頸縮，為脆性材料A

>5%

時(shí)，有頸縮，為塑性材料④用斷面收縮率表示塑性比伸長率更接近真實(shí)變形。生產(chǎn)中，為了提高安全性，都要求零件具有一定的塑性。一般，A達(dá)5％或Z達(dá)10％的材料，即可滿足大多數(shù)零件的使用要求。說明：8（四）硬度材料抵抗表面局部塑性變形的能力。是表征材料力學(xué)性能的綜合參數(shù)。

一般，硬度↑強(qiáng)度↑耐磨性↑塑性↓1、布氏硬度HBW優(yōu)點(diǎn)：重復(fù)性強(qiáng)，測量誤差小。具有較高的測量精度。數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

缺點(diǎn)：壓痕大，測量費(fèi)時(shí)，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。

適于：較軟材料，如鑄鐵、退火或正火鋼及有色金屬的硬度壓頭淬火鋼球硬質(zhì)合金球符號(hào)

HBS

HBW范圍HB≤450HBW≤650應(yīng)用退火和正火鋼、鑄鐵、有色金屬等軟材料布氏硬度值≤650HBW的材料（四）硬度材料抵抗表面局部塑性變形的能力。是表征材料力學(xué)性能9HRA、HRB、HRC分別測得的硬度，不可直接比較大小。例如：

50HRC<70HRA〤50HRB>40HRC

〤HRA(高等硬度)：硬質(zhì)合金、表面淬火層和滲碳層。HRB(低等硬度)

：有色金屬、鑄鐵和退火、正火鋼等。HRC(中等硬度)

：調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼。優(yōu)點(diǎn)：操作迅速、簡便，由表盤直接讀出硬度值；壓痕小，適用范圍廣。缺點(diǎn)：精度較差，硬度值波動(dòng)較大。

不適于測量組織不均勻材料。2、洛氏硬度HRB壓頭、硬度符號(hào)120o金剛石圓錐體淬火鋼球：

HRAHRCHRA、HRB、HRC分別測得的硬度，不可直接比較大小。例如10優(yōu)點(diǎn)：維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。維氏硬度可測定從很軟到很硬的各種材料，可測定較薄材料和各種表面滲層，且準(zhǔn)確度高。測量薄件、化學(xué)熱處理件、表面硬化層的硬度（如滲層、表面淬硬層、電鍍層等），以及微觀組織的硬度。缺點(diǎn)：測試過程較繁瑣。不宜用于成批生產(chǎn)時(shí)的常規(guī)檢驗(yàn)。

4、顯微硬度

顯微硬度實(shí)驗(yàn)原理與維氏硬度完全相同，但精度要求高?？捎糜诮鹣嘟M織中相的硬度以及材料表層硬度大小的測量。3、維氏硬度HV壓頭：錐面夾角為136o的金剛石正四棱錐體優(yōu)點(diǎn)：維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。3、維氏硬度H11（五）韌性

1、沖擊韌度材料抵抗沖擊載荷而不破壞的能力稱為沖擊韌度。1)擺錘式一次沖擊試驗(yàn)。2)小能量多次沖擊試驗(yàn)。多次沖擊彎曲實(shí)驗(yàn)示意圖指標(biāo)為沖擊韌度值ak(沖擊實(shí)驗(yàn)測得，即為沖斷單位面積所消耗的功)。2、斷裂韌度材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力（五）韌性1、沖擊韌度材料抵抗沖擊載荷而不破壞的能力稱為12Titanic號(hào)鋼板和近代船用鋼板的沖擊試驗(yàn)結(jié)果Titanic近代船用鋼板Titanic號(hào)鋼板和近代船用鋼板的沖擊試驗(yàn)結(jié)果Titan13（六）疲勞材料在低于ReL的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱為疲勞極限R-1

。鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為108。疲勞壽命——材料發(fā)生疲勞破壞時(shí)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，或從開始受載到發(fā)生斷裂所經(jīng)過的時(shí)間稱為該材料的疲勞壽命。（80%的斷裂由疲勞造成）疲勞應(yīng)力示意圖疲勞曲線示意圖（六）疲勞材料在低于ReL的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象14主要性能指標(biāo)的應(yīng)用彈性指標(biāo)：設(shè)計(jì)彈性零件時(shí)，需考慮彈性極限Re

，如各類彈簧和彈性元件等。強(qiáng)度和塑性：一般零件的抗斷裂設(shè)計(jì)對工作條件不允許發(fā)生明顯塑性變形的零件或構(gòu)件，根據(jù)屈服強(qiáng)度值ReL(RP0.2)選材，大多數(shù)機(jī)器可以預(yù)防事故發(fā)生。對無明顯屈服現(xiàn)象的脆性材料，依據(jù)抗拉強(qiáng)度Rm選材。硬度：設(shè)計(jì)耐磨零件時(shí)，必須考慮的性能指標(biāo)，如滾動(dòng)軸承等。沖擊韌度：零件工作中，承受沖擊載荷，如汽車齒輪、彈簧、沖壓模具等。(參考指標(biāo))其中，對某一零件有力學(xué)性能要求時(shí)，一般在設(shè)計(jì)圖紙上提出硬度技術(shù)要求，而不是強(qiáng)度和塑性。主要性能指標(biāo)的應(yīng)用彈性指標(biāo)：設(shè)計(jì)彈性零件時(shí)，需考慮彈性極限R15

二、材料的物理和化學(xué)性能

（一）物理性能物理性能BECDA導(dǎo)電性能折射、反射、吸收光及聲學(xué)性能密度、熔點(diǎn)磁性熱效應(yīng)及導(dǎo)熱性能二、材料的物理和化學(xué)性能（一）物理性能物理16材料的腐蝕:材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)作用而引起的變質(zhì)或破環(huán)現(xiàn)象，分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。其它化學(xué)性能：抗氧化性、抗?jié)B入性、高分子材料的老化等（二）化學(xué)性能材料的腐蝕:材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)作用而引起的變質(zhì)（二17

§1.2材料的工藝性能

金屬材料的一般加工過程如下：

1.鑄造性能2.鍛造性能

萬噸級(jí)水壓機(jī)模鍛的飛機(jī)大梁、火箭捆挷環(huán)精密鑄件§1.2材料的工藝性能金屬材料的一般加工過183.切削加工性能4.焊接性能5.熱處理性能

“維克斯”3坦克原型車，其炮塔前半部分鑄造而成，后半部分則為焊接結(jié)構(gòu)3.切削加工性能“維克斯”3坦克原型車，其炮塔前半部分鑄造而19一、填空1.機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)常用

和

兩種強(qiáng)度指標(biāo)。2.屈強(qiáng)比是指

與

之比。3.材料主要的工藝性能有

、

、

、

和

。4.金屬材料常用的機(jī)械性能指標(biāo)有：抗拉強(qiáng)度用

表示；屈服強(qiáng)度用

表示；硬度常用

和

表示；常用塑性指標(biāo)有

和

；沖擊韌性用

表示。二、判斷題

ReL

和RP0.2都是材料的屈服強(qiáng)度。材料的彈性越好，其塑性也愈好。零件設(shè)計(jì)時(shí)，若對力學(xué)性能有要求，圖紙上常對硬度提出技術(shù)要求。一、填空20三、選擇題1.在低碳鋼拉伸應(yīng)力—應(yīng)變曲線上，對應(yīng)的最大應(yīng)力值稱為

。A.彈性極限B.屈服強(qiáng)度C.抗拉強(qiáng)度D.斷裂強(qiáng)度2.材料發(fā)生塑性變形時(shí)最小的應(yīng)力值稱為材料的

。