材料的性能.pdf

第一章第一章 材料的性能材料的性能?使用使用性能：材料在使用过程使用过程中所表现的性能。包括力学力学性能、物理物理性能和化学化学性能。?工艺工艺性能：材料在加工过程加工过程中所表现的性能。包括铸造铸造、锻压锻压、焊接焊接、热处理热处理和切削性能切削性能等。力学力学性能4.硬度 与强度具有内在联系硬度 与强度具有内在联系，金属材料表面抵抗表面抵抗比他更硬的物体物体压入压入的能力1.脆性脆性 脆性是指材料在损坏之前、没有发生塑性变形损坏之前、没有发生塑性变形的一种特性。断裂强度和极限强度。铸铁、陶瓷及石头。2.强度强度 金属材料在静载荷静载荷作用下抵抗永久变形抵抗永久变形或断裂断裂的能力.同时，它可定义为比例极限、屈服强度、断裂强度或极限强度。3.塑性塑性 金属材料在载荷作用下产生永久变形永久变形而不破坏不破坏的能力.塑性变形发生在金属材料承受的应力超过弹性极限并且载荷去除之后，此时材料保留了一部分或全部载荷时的变形.蒙皮、翼肋、燃烧室零件蒙皮、翼肋、燃烧室零件 都是塑性材料冷压成型。力学力学性能8.延展性延展性 延展性是指材料在拉应力或压应力拉应力或压应力的作用下，材料断断裂前裂前承受一定塑性变形塑性变形的特性。塑性材料一般使用轧制轧制和锻造锻造工艺。钢材钢材既是塑性的也是具有延展性的。5.韧性韧性 金属材料抵抗冲击载荷抵抗冲击载荷而不被破坏不被破坏的能力.金属材料在拉应力拉应力的作用下，在发生断裂前断裂前有一定塑性变形塑性变形的特性。金、金、铝、铜铝、铜是韧性材料，它们很容易被拉成导线。6.疲劳强度疲劳强度 材料零件零件和结构零件对疲劳破坏的抗力对疲劳破坏的抗力。7.弹性弹性 弹性是指金属材料在外力消失外力消失时，能使材料恢复材料恢复原先尺寸的一种特性。9.刚性刚性 刚性是金属材料承受较高应力较高应力而没有发生很大应变没有发生很大应变的特性。刚性的大小通过测量材料的弹性模量弹性模量E来评价。10.屈服点屈服点或屈服应力 金属的应力水平金属的应力水平，用MPa度量。在屈服点以上，当外来载荷撤除后，金属的变形仍然存在，金属材料发生了塑性变形。化学性能化学性能：反映材料与各种化学试剂发生化学反应化学反应的可能性和反应速度大小的相关参数。1.氧化腐蚀（金属材料）2.耐酸碱性（无机非金属材料）3.耐有机溶剂性、耐老化性（高分子材料）物理性能物理性能:密度、粘度(粘度系数)、粒度、熔点、沸点、凝固点、燃点、闪点、热传导性能(比热、热导率、线胀系数)、电传导性能(电阻率、电导率、电阻温度系数)、磁性能(磁感应强度、磁场强度、矫顽力、铁损)。?材料在外力的作用下将发生形状和尺寸形状和尺寸变化，称为变形变形。?外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形弹性变形，?外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形塑性变形。拉.swf低碳钢(塑性材料塑性材料)的应力-应变曲线拉伸试样拉伸试验机应力拉伸试验机应力=P/F0应变应变=(l-l0)/l0一、一、一、一、弹性和刚度（弹性和刚度（弹性和刚度（弹性和刚度（自行车链条打滑自行车链条打滑）?弹性：弹性：材料承受最大弹性变形时的应力。指标为弹性极限e。?刚度：刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量E。EtgMPa=（）e二、二、二、二、强度与塑性强度与塑性强度与塑性强度与塑性?强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。屈服强度s：材料发生微量塑性微量塑性变形时的应力值。条件屈服强度0.2：残余变形量为0.2%时的应力值。抗拉强度b：材料断裂前（冷变形（冷变形（蒙皮、翼肋、燃烧室零件）：加工硬化加工硬化 0.2）所承受的最大应力值。s0.2？塑性：塑性：塑性：塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。指标为：指标为：指标为：伸长率：指标为：伸长率：100100%lll=010100%FFF=断面收缩率：断面收缩率：断裂后拉伸试样的颈缩颈缩现象?说明：说明：?用断面缩率断面缩率表示塑性塑性比伸长率更接近真实变形真实变形。?对于直径d0 相同的试样，l0，伸长率。只有当l0/d0为常数为常数时，塑性值才有可比性。当l0=10d0 时，伸长率用 表示；当l0=5d0 时，伸长率用5表示。显然，5?（微变微变）时，无颈缩无颈缩，为脆性脆性材料表征；（等体积截面）（等体积截面）时，有颈缩有颈缩（宏观变化宏观变化），为塑性塑性材料表征三、三、三、三、冲击韧性冲击韧性冲击韧性冲击韧性?是指材料抵抗冲击载荷抵抗冲击载荷作用而不破坏不破坏的能力。指标为冲击韧性值冲击韧性值a ak k。Shockwave Flash Object韧脆转变温度（韧脆转变温度（韧脆转变温度（韧脆转变温度（范围范围范围范围）?材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。韧建造中的建造中的Titanic 号号Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果四、四、四、四、疲劳（疲劳（疲劳（疲劳（稳定性也是低于屈服应力的破坏稳定性也是低于屈服应力的破坏）?材料在低于低于s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。?材料在规定次数应力循环规定次数应力循环后仍不发生断裂不发生断裂时的最大最大应力称为疲劳极限。用-1表示。?钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。疲劳应力示意图疲劳曲线示意图（微观裂纹）疲劳应力示意图疲劳曲线示意图（微观裂纹）疲劳断口（疲劳断口（赵永翔赵永翔）通过改善材料的形状结构材料的形状结构，减少表面缺陷减少表面缺陷，提高表面表面光洁度光洁度，进行表面强化表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。轴的疲劳断口疲劳裂纹（扫描电镜照片）轴的疲劳断口疲劳裂纹（扫描电镜照片）五、五、五、五、硬度硬度硬度硬度 HardnessHardness（压强（压强N/mN/m2 2）材料抵抗表面局部塑性变形表面局部塑性变形的能力。?布氏硬度HBShockwave Flash Object2220.102()PHBD DDd=淬透性:淬硬层深度淬硬性:淬硬层硬度淬硬钢球淬硬钢球?压头为钢球钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下以下的材料。?压头为硬质合金硬质合金时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下以下的材料。?符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径球体直径、载荷载荷及载荷保持载荷保持时间时间。如120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。?布氏硬度的优点优点：测量误差小，数据稳定。?缺点缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。?适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。?材料的抗拉强度抗拉强度b与HB之间的经验关系：对于低碳钢:b(MPa)3.6HB对于高碳钢：b(MPa)3.4HB对于铸铁：b(MPa)1HB或0.6(HB-40)洛氏硬度洛氏硬度?洛氏硬度用符号HR表示，根据压坑深度计量硬度?根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。?符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。?HRA用于测量高硬度材料高硬度材料，如硬质合金硬质合金、表面淬火层表面淬火层和渗碳层渗碳层。?HRB用于测量硬度较低的材料硬度较低的材料，如有色金属有色金属和退火退火、正火钢正火钢等。?退火退火：目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。?正火钢：正火钢：将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却产生。?HRC用于测量中等硬度的材料，如调质钢、淬火钢等。?调质钢：调质钢：含碳量在0.3-0.6%的中碳钢，这类钢制作的零件要求具有很好的综合机械性能，较高的强度、很好的塑性和韧性。?洛氏硬度的优点优点：操作简便，压痕小，适用范围广。?缺点缺点：测量结果分散度大。维氏硬度（维氏硬度（维氏硬度（维氏硬度（相对面夹角相对面夹角1361360 0方锥形金刚石）维氏硬度试验原理维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度计49.03980.7N维氏硬度试验较大工件、较深表面硬度层较大工件、较深表面硬度层1.96149.03N小负荷维氏较薄工件、工具表面或镀层较薄工件、工具表面或镀层 1.961显微维氏金属泊、较薄表面层金属泊、较薄表面层?维氏硬度用符号HV（Vickers）表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。?维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点，既可测量由极软到极硬的材料的硬度，又能互相比较。既可测量大块材料、表面硬化层的硬度，又可测量金相组织中不同相的硬度。六、六、六、六、断裂韧性断裂韧性断裂韧性断裂韧性北极星导弹1943年美国T-2油轮发生断裂裂纹扩展的基本形式发生断裂?应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。IKYa=1/2()ccaICCCKYa=断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。C为断裂应力，aC为临界裂纹半长，单位为3 2/MNm七、高温性能七、高温性能七、高温性能七、高温性能?蠕变：材料长时间在一定温度和一定应力作用下，即使应力小于0.2，也会缓慢发生塑性变形的情况；?蠕变极限：材料在高温长时间载荷作用下抵抗塑性变形的能力。1、在规定的时间内达到规定的变形量，记作：2、稳态如边速度达到规定值，记作：TtTv?持久强度：材料在高温长时间载荷作用下抵抗断裂的能力.一般记为：?高温疲劳：又称蠕变范围内的疲劳。一般记为：TtT1