材料的結(jié)構(gòu)與性能

1、1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,1.2 金屬材料的性能,基本內(nèi)容和要求,一、金屬材料力學(xué)性能,1. 了解力學(xué)性能的種類、概念及指標(biāo)。,2. 了解拉伸實(shí)驗(yàn)過(guò)程及相關(guān)指標(biāo)概念和意義。,3. 了解各種硬度實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法和應(yīng)用范圍。,4. 了解沖擊實(shí)驗(yàn)方法和所測(cè)指標(biāo)的意義。,金屬材料的性能包含工藝性能和使用性能。,使用性能：是指金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來(lái)的性能。,如：機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能。,工藝性能：是指制

2、造工藝過(guò)程中材料適應(yīng)加工的性能。,如：鑄造性、鍛造性、焊接性、切削加工性、熱處理工藝性。,1,單元3,1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,1.2 金屬材料的性能,一、金屬材料的機(jī)械性能,是指金屬材料在外力作用時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的性能。,機(jī)械性能—,外力形式：拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)等。,載荷形式：靜載荷、沖擊載荷、交變載荷等。,指標(biāo)：強(qiáng)度、剛度、硬度、塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度等。,強(qiáng)度,金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。

3、,單位: MPa(MN/mm2),2,單元3,分：抗拉強(qiáng)度σb、抗壓σbc、抗彎σbb、抗剪τb、抗扭τt。,1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,4,靜載單向靜拉伸應(yīng)力――應(yīng)變曲線,介紹拉伸實(shí)驗(yàn)：彈性變形階段屈服階段強(qiáng)化階段縮頸階段試樣斷裂,1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,5,靜載單向靜拉伸應(yīng)力――應(yīng)變曲線,介紹拉伸實(shí)驗(yàn)：ob彈性變形階段bcd屈服階段db強(qiáng)化階段Bk

4、縮頸階段k試樣斷裂,1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,6,根據(jù)拉伸實(shí)驗(yàn)確定一些強(qiáng)度指標(biāo),① 彈性極限σe（elastic limit）,材料拉伸時(shí)保持彈性變形，不發(fā)生永久變形的最大應(yīng)力。,比例極限：σp=Pp/Fo   應(yīng)力―應(yīng)變保持線性關(guān)系的極限應(yīng)力值,彈性極限：σe=Pe/Fo,工程上，σp、σe視為同一值，,剛度—,表示材料彈性變形抗力的大小。,彈性模量E—是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易

5、程度的指標(biāo)。,E愈大，使其產(chǎn)生一定量彈性變形的應(yīng)力也應(yīng)愈大。,E=σ/ε 楊氏彈性模量 ,應(yīng)力應(yīng)變的比值。單位 MPa,1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,7,② 屈服極限σs（屈服強(qiáng)度或屈服點(diǎn)）,金屬材料開(kāi)始發(fā)生明顯塑性變形的抗力。,σs=Ps/Fo,條件屈服強(qiáng)度σ0.02 —,產(chǎn)生0.02%殘余塑性變形的抗力的極限應(yīng)力值。,用于無(wú)屈服點(diǎn)的中高碳鋼。,脆性材料：σb=σs 灰口鑄鐵,③ 抗拉強(qiáng)度σb

6、 （強(qiáng)度極限）,是試樣被拉斷前的最大承載能力，,σb=Pb/Fo,（MPa）,（MPa）,材料抵抗外力而不致斷裂的極限應(yīng)力值,屈強(qiáng)比——,σs與σb的比值。,屈強(qiáng)比愈小，工程構(gòu)件的可靠性愈高，,屈強(qiáng)比太小，則材料強(qiáng)度的有效利用率太低。,1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,11,延伸率,1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,9,3. 硬度,① 布氏硬度,是金屬材料表面在接觸應(yīng)力作用下抵抗塑性變

7、形的一種能力。,材料抵抗另一硬物體壓入其內(nèi)的能力。,硬度測(cè)量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念，,硬度試驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，又無(wú)損于零件，而且可以近似的推算出材料的其它機(jī)械性能，因此在生產(chǎn)和科研中應(yīng)用廣泛。硬度試驗(yàn)方法很多，機(jī)械工業(yè)普遍采用壓入法來(lái)測(cè)定硬度，壓入法又分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。,布氏硬度值HB是以試樣壓痕面積上的平均壓力P/F表示。,即單位面積所承受的壓力。,1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元

8、3,10,布氏硬度測(cè)定的原理—是把一定直徑的淬火鋼球，以規(guī)定的載荷P壓入被測(cè)材料表面，保持一定時(shí)間后卸除載荷，測(cè)出壓痕直徑d，求出壓痕面積F計(jì)算出平均應(yīng)力值，以此為布氏硬度值的計(jì)量指標(biāo)，并用符號(hào)HB表示。,,1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,12,布氏硬度測(cè)定主要適用于各種未經(jīng)淬火的鋼、退火、正火狀態(tài)的鋼；結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)件；鑄鐵、有色金屬、質(zhì)地輕軟的軸承合金等原材料。,標(biāo)注：D/P/T如120HB/10/3

9、000/10，即表示此硬度值120,在D=10mm，P=3000kgf，T=10秒的條件下得到的。,簡(jiǎn)單標(biāo)注：200～230HB或300～330HBS,布氏硬度試驗(yàn)只可用來(lái)測(cè)定小于HB450的金屬材料，,1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,14,②洛氏硬度（HR）,基本原理—洛氏硬度屬壓入法洛氏硬度測(cè)定時(shí)需要先后施加二次載荷（予載荷P1和主載荷P2）預(yù)加載荷的目的是使壓頭與試樣表面接觸良好以保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。

10、洛氏硬度就是以,主載荷引起的殘余壓入深度（,來(lái)表示,）。,為了與習(xí)慣上數(shù)值越大硬度越高的概念相一致采用一常數(shù)（k）減去（h3-h1）的差值表示硬度值。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)又規(guī)定每0.002mm壓入深度作為一個(gè)硬度單位（即刻度盤(pán)上一小格。）,洛氏硬度值公式如下：,采用金鋼石圓錐時(shí)k=0.2（用于HRA，HRC）,用鋼球時(shí)k=0.26（用于HRB）。,1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,15,布氏硬度實(shí)驗(yàn),1.材料的結(jié)構(gòu)

11、與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,17,,洛氏硬度測(cè)定僅產(chǎn)生很小壓痕，并不損壞零件，因而適合于成品檢驗(yàn),設(shè)備簡(jiǎn)單，操作迅速方便。但測(cè)一點(diǎn)無(wú)代表性，不準(zhǔn)確，需多點(diǎn)測(cè)量，然后取平均值。洛氏硬度雖可用來(lái)測(cè)定各種金屬材料的硬度 。,1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,18,③維氏硬度（HV）,為了從軟到硬的各種金屬材料有一個(gè)連續(xù)一致的硬度標(biāo)度，因而制定了維氏硬度試驗(yàn)法。,維氏硬度試驗(yàn)法是壓入試驗(yàn)法中較精

12、確的一種，它與布氏硬度試驗(yàn)法相同，是用一種頂角為136°的金鋼石角錐壓頭，在載荷p（kgf）作用下，試樣表面壓出一個(gè)四方錐形壓痕，測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度d（mm）供以計(jì)算壓痕面積F（m㎡）以P/F的數(shù)值表示試樣的硬度值。,維氏硬度值表示方法為HV硬度數(shù)值，有時(shí)為反映試驗(yàn)條件在硬度數(shù)值前用下標(biāo)加上負(fù)荷，例如HV20232，20為加載負(fù)荷。,維氏硬度試驗(yàn)主要用來(lái)測(cè)定金屬鍍層、薄片金屬以及化學(xué)熱處理（如氮化、滲碳等）后的表面硬

13、度。,維氏硬度的壓力一般可選5，10，20，30，50，100，120kg等，小于10kg的壓力可以測(cè)定顯微組織硬度。,1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,20,4. 沖擊韌性（Ak或ak ）,韌性：材料斷裂前吸收變形能量的能力----韌度,沖擊韌性（Ak） ：沖擊載荷下材料抵抗變形和斷裂的能力。,單位為焦耳/厘米²（J/cm²）,ak=沖擊破壞所消耗的功Ak/標(biāo)準(zhǔn)試樣斷口截面積F,ak值低

14、的材料叫做脆性材料，斷裂時(shí)無(wú)明顯變形，金屬光澤，呈結(jié)晶狀。,ak值高，明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無(wú)光澤，韌性材料。,Ak=mg(h1-h2),1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,22,沖擊韌性實(shí)驗(yàn),Ak=h1-h2,5. 疲勞強(qiáng)度σ-1,1.材料的結(jié)構(gòu)與性能 1.2 金屬材料的性能,單元3,23,80%的斷裂由疲勞造成,疲勞：承受載荷的大小和方同隨時(shí)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，