材料的性能PPT课件.ppt

u定定义义:材料在材料在使用使用和和加工加工过过程中表程中表现现出来的特性出来的特性。u分分类类:材料的性能材料的性能疲疲劳劳性性能能使用性能使用性能工工艺艺性能性能物理化学性能物理化学性能力学性能力学性能强强度度 塑塑性性硬硬度度韧韧性性耐耐磨磨性性铸铸造造性性能能锻锻造造性性能能焊焊接接性性能能切切削削加加工工性性能能热热处处理理性性能能第一章第一章 材料的性能材料的性能1.u 在在静静载载荷荷下下 强强度、塑性度、塑性 硬度硬度：布氏硬度、洛氏硬度等：布氏硬度、洛氏硬度等u 在在冲冲击载击载荷荷下下 冲冲击韧击韧度度u在在交交变载变载荷荷下下 疲疲劳劳强强度度定定义义：指材料在：指材料在外力外力的作用下所表的作用下所表现现出来的特性。出来的特性。载载荷荷1.11.1材料的使用性能材料的使用性能一、一、材料的力学性能材料的力学性能2.拉伸拉伸试样试样静静载载拉拉伸伸试试验验机机应应力力R()=F/S0应变应变e()=(l-l0)/l0（一）（一）弹弹性与性与刚刚度度3.典型材料的典型材料的Re曲曲线线（a a）无塑性）无塑性变变形的脆性材料（如形的脆性材料（如铸铁铸铁、陶瓷）、陶瓷）（b b）有明）有明显显屈服点的塑性材料（如低碳屈服点的塑性材料（如低碳钢钢）（c c）没有明）没有明显显屈服点的塑性材料（如退火屈服点的塑性材料（如退火铝铝合金、高碳合金、高碳钢钢）eeeRRRReL(a)(b)(c)4.弹弹性模量性模量E E标标志材料抵抗志材料抵抗弹弹性性变变形的能力，用以表示材料的形的能力，用以表示材料的刚刚度。度。弹弹性模量大小主要取决于性模量大小主要取决于材料的本性材料的本性，强强化材料的手段如化材料的手段如热处热处理、冷理、冷热热加加工、合金化等工、合金化等对弹对弹性模量影响很小。性模量影响很小。可通可通过过增加横截面增加横截面积积或改或改变变截面形状截面形状来提高零件的来提高零件的刚刚度。度。5.（二）（二）强强度度n强强度度：材料在外力作用下抵抗：材料在外力作用下抵抗变变形和破形和破坏的能力。坏的能力。弹弹性极限性极限Re：试样试样保持保持纯弹纯弹性性变变形形的的 最大最大应应力力值值。屈服屈服强强度度ReL：材料：材料发发生塑性生塑性变变形形时时的最小的最小应应力力值值。条件屈服条件屈服强强度度RP0.2：残余：残余变变形量形量为为0.2%时时的的应应力力值值。（。（RP0.2 与与ReL 的意的意义义相相同！同！）抗拉抗拉强强度度Rm：材料断裂前所承受的最大：材料断裂前所承受的最大应应力力值值。6.（三）塑性（三）塑性材料受力破坏前可承受最大塑性材料受力破坏前可承受最大塑性变变形的能力。形的能力。断后断后伸伸长长率：率：断面收断面收缩缩率：率：断裂后断裂后拉拉伸伸试试样样的的颈颈缩缩现现象象7.说说明：明：A和和Z，材料的塑性，材料的塑性 直径直径d0 相同相同时时，l0，A 。只有当。只有当l0/d0 为为常数常数时时，塑性，塑性值值才有可比性。才有可比性。n当当l0=10d0 时时，伸，伸长长率用率用A11.3表示；表示；n当当l0=5d0 时时，伸，伸长长率用率用A 表示。表示。显显然然A A11.3 A 5%时时，有，有颈缩颈缩，为为塑性材料塑性材料用断面收用断面收缩缩率表示塑性比伸率表示塑性比伸长长率更接近真率更接近真实变实变形。形。生生产产中中，为为了了提提高高安安全全性性，都都要要求求零零件件具具有有一一定定的的塑塑性性。一一般般，A A达达5 5或或Z Z达达1010的材料的材料，即可，即可满满足大多数零件的使用要求。足大多数零件的使用要求。8.（四）硬度（四）硬度材料抵抗表面局部塑性材料抵抗表面局部塑性变变形的能力。形的能力。是表征材料力学性能的是表征材料力学性能的综综合参数。合参数。一般，硬度一般，硬度强强度度耐磨性耐磨性塑性塑性1 1、布氏硬度、布氏硬度HBWHBW 优优点点：重复性重复性强强，测测量量误误差小差小。具有具有较较高的高的测测量精度。量精度。数据数据稳稳定。定。缺点缺点：压压痕大，痕大，测测量量费时费时，不能用于太薄件、成品件及比不能用于太薄件、成品件及比压头还压头还硬的材料。硬的材料。适于适于：较软较软材料材料，如，如铸铁铸铁、退火或正火退火或正火钢钢及有色金属的硬度及有色金属的硬度压头压头淬火淬火钢钢球球硬硬质质合金球合金球符号符号 HBS HBW范范围围HB450HBW650应应用用 退火和正火退火和正火钢钢、铸铁铸铁、有色金属等、有色金属等软软材料材料 布氏硬度布氏硬度值值650HBW的材料的材料9.vHRAHRA、HRBHRB、HRCHRC分分别测别测得的硬度，得的硬度，不可直接比不可直接比较较大小大小。例如：例如：50HRC 40HRC HRA(HRA(高等硬度高等硬度)：硬硬质质合金、表面淬火合金、表面淬火层层和渗碳和渗碳层层。HRB HRB(低等硬度低等硬度)：有色金属、有色金属、铸铁铸铁和退火、正火和退火、正火钢钢等。等。HRC HRC(中等硬度中等硬度)：调质钢调质钢、淬火、淬火钢钢。优优点：点：操作迅速操作迅速、简简便，由表便，由表盘盘直接直接读读出硬度出硬度值值；压压痕小，适用范痕小，适用范围围广。广。缺点：缺点：精度精度较较差，硬度差，硬度值值波波动较动较大。大。不适于不适于测测量量组织组织不均匀材料不均匀材料。2 2、洛氏硬度、洛氏硬度HRB压头压头、硬度符号硬度符号120120金金刚刚石石圆锥圆锥体体淬火淬火钢钢球：球：HRAHRC10.优优点：点：维维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优优点。点。维维氏硬度可氏硬度可测测定从很定从很软软到很硬的各种材料，到很硬的各种材料，可可测测定定较较薄材料和各种表面渗薄材料和各种表面渗层层，且准确度高。，且准确度高。测测量薄件、化学量薄件、化学热处热处理件、表面硬化理件、表面硬化层层的硬度（的硬度（如渗如渗层层、表面淬硬表面淬硬层层、电镀层电镀层等），以及微等），以及微观组织观组织的硬度。的硬度。缺点：缺点：测试过测试过程程较较繁繁琐琐。不宜用于不宜用于成批生成批生产时产时的常的常规检验规检验。4、显显微硬度微硬度 显显微硬度微硬度实验实验原理与原理与维维氏硬度完全相同，但精度要求高。可用于金相氏硬度完全相同，但精度要求高。可用于金相组组织织中相的硬度以及材料表中相的硬度以及材料表层层硬度大小的硬度大小的测测量。量。3、维维氏硬度氏硬度HVu压头压头：锥锥面面夹夹角角为为136 的金的金刚刚石正四棱石正四棱锥锥体体11.（五）（五）韧韧性性 1 1、冲冲击击韧韧度度 材材料料抵抵抗抗冲冲击击载载荷荷而而不不破破坏坏的的能能力力称称为为冲冲击击韧韧度度。1)1)摆锤摆锤式一次冲式一次冲击试验击试验。2)2)小能量多次冲小能量多次冲击试验击试验。多次冲多次冲击击弯曲弯曲实验实验示意示意图图指指标为标为冲冲击韧击韧度度值值ak(冲冲击实验测击实验测得，即得，即为为冲断冲断单单位面位面积积所消耗的功所消耗的功)。2、断裂、断裂韧韧度度材料抵抗内部裂材料抵抗内部裂纹纹失失稳扩稳扩展的能力展的能力12.Titanic 号号钢钢板和近代船用板和近代船用钢钢板的冲板的冲击试验结击试验结果果Titanic近代船用近代船用钢钢板板13.（六）疲（六）疲劳劳n材料在低于材料在低于ReL的重复交的重复交变应变应力作用下力作用下发发生断裂的生断裂的现现象。象。n材料在材料在规规定次数定次数应应力循力循环环后仍不后仍不发发生断裂生断裂时时的最大的最大应应力称力称为为疲疲劳劳极限极限R-1。钢铁钢铁材料材料规规定次数定次数为为107，有色金属合金，有色金属合金为为108。疲疲劳劳寿命寿命材料材料发发生疲生疲劳劳破坏破坏时时的的应应力循力循环环次数，或从开始受次数，或从开始受载载到到发发生断裂所生断裂所经过经过的的时间时间称称为该为该材料的疲材料的疲劳劳寿命。寿命。（80%80%的断裂由疲的断裂由疲劳劳造成）造成）疲疲劳应劳应力示意力示意图图疲疲劳劳曲曲线线示意示意图图14.主要性能指主要性能指标标的的应应用用l弹弹性性指指标标：设设计计弹弹性性零零件件时时，需需考考虑虑弹弹性性极极限限R Re，如如各各类类弹弹簧和簧和弹弹性元件等。性元件等。l强强度和塑性度和塑性：一般零件的抗断裂一般零件的抗断裂设计设计对对工工作作条条件件不不允允许许发发生生明明显显塑塑性性变变形形的的零零件件或或构构件件，根根据据屈屈服服强强度度值值R ReLeL(R(RP P0.2)选选材，大多数机器可以材，大多数机器可以预预防事故防事故发发生。生。对对无明无明显显屈服屈服现现象的象的脆性材料脆性材料，依据，依据抗拉抗拉强强度度R Rm m选选材。材。l硬度硬度：设计设计耐磨零件耐磨零件时时，必，必须须考考虑虑的性能指的性能指标标，如，如滚动轴滚动轴承等。承等。l冲冲击击韧韧度度：零零件件工工作作中中，承承受受冲冲击击载载荷荷，如如汽汽车车齿齿轮轮、弹弹簧簧、冲冲压压模具等。模具等。(参考指参考指标标)其中，其中，对对某一零件有力学性能要求某一零件有力学性能要求时时，一般在，一般在设计图纸设计图纸上提出硬度技上提出硬度技术术要求，而不是要求，而不是强强度和塑性。度和塑性。15.二、材料的物理和化学性能二、材料的物理和化学性能 （一）物理性能（一）物理性能 物理性能物理性能物理性能物理性能BBE EC CDDAA导电导电性能性能折射、反射、吸折射、反射、吸收光及声学性能收光及声学性能密度、熔点密度、熔点磁性磁性热热效效应应及及导热导热性能性能16.材料的腐材料的腐材料的腐材料的腐蚀蚀蚀蚀:材料受材料受环环境介境介质质的化学、的化学、电电化学作用而引起的化学作用而引起的变质变质 或破或破环现环现象，分象，分为为化学腐化学腐蚀蚀和和电电化学腐化学腐蚀蚀。其它化学性能：其它化学性能：其它化学性能：其它化学性能：抗氧化性、抗渗入性、高分子材料的老化等抗氧化性、抗渗入性、高分子材料的老化等（二）（二）化学性能化学性能17.1.2 1.2 材料的工材料的工艺艺性能性能 金属材料的一般加工金属材料的一般加工过过程如下：程如下：1.1.铸铸造性能造性能2.2.锻锻造性能造性能 万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环精密铸件18.3.3.切削加工性能切削加工性能4.4.焊焊接性能接性能5.5.热处热处理性能理性能 “维克斯”3坦克原型车，其炮塔前半部分铸造而成，后半部分则为焊接结构19.一、填一、填 空空1.机械机械设计时设计时常用常用 和和 两种两种强强度指度指标标。2.屈屈强强比是指比是指 与与 之比。之比。3.材材料料主主要要的的工工艺艺性性能能有有 、和和 。4.金属材料常用的机械性能指金属材料常用的机械性能指标标有：抗拉有：抗拉强强度用度用 表示；屈服表示；屈服强强度用度用 表表示示；硬硬度度常常用用 和和 表表示示；常常用用塑塑性性指指标标有有 和和 ；冲冲击韧击韧性用性用 表示。表示。二、判断二、判断题题1.ReL 和和RP0.2都是材料的屈服都是材料的屈服强强度。度。2.材料的材料的弹弹性越好，其塑性也愈好。性越好，其塑性也愈好。3.零件零件设计时设计时，若，若对对力学性能有要求，力学性能有要求，图纸图纸上常上常对对硬度提出技硬度提出技术术要求。要求。20.三、三、选择题选择题1.在低碳在低碳钢钢拉伸拉伸应应力力应变应变曲曲线线上，上，对应对应的最大的最大应应力力值值称称为为 。A.弹弹性极限性极限 B.屈服屈服强强度度 C.抗拉抗拉强强度度 D.断裂断裂强强度度2.材料材料发发生塑性生塑性变变形形时时最小的最小的应应力力值值称称为为材料的材料的 。A.弹弹性极限性极限 B.屈服屈服强强度度 C.抗拉抗拉强强度度 D.断裂断裂强强度度四、四、简简答答题题1.检检测测淬淬火火钢钢成成品品件件一一般般用用 硬硬度度。检检测测退退火火和和正正火火钢钢件件常常用用 硬硬度度，检检测测渗碳件、渗氮件等薄渗碳件、渗氮件等薄层层的硬度常采用的硬度常采用 硬度。硬度。2.有有一一碳碳钢钢制制支支架架刚刚性性不不足足，有有人人要要用用热热处处理理强强化化方方法法；有有人人要要另另选选合合金金钢钢；有有人要改人要改变变零件的截面形状来解决。哪种方法合理？零件的截面形状来解决。哪种方法合理？为为什么？什么？21.