《材料的性能》PPT课件.ppt
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1、材料的性能材料的性能是指材料的性质和功能。性质是本身所具有是指材料的性质和功能。性质是本身所具有的特性或本性;功能是人们对材料的某种期待与要求可的特性或本性;功能是人们对材料的某种期待与要求可以承担的功效,以及承担该功效下的表现或能力。以承担的功效,以及承担该功效下的表现或能力。第一章 材料的性能力学性能力学性能物理性能物理性能化学性能化学性能工艺性能工艺性能使用性能使用性能1、力学性能:在外力或能量作用下表现出来的变形和、力学性能:在外力或能量作用下表现出来的变形和破坏的特征。破坏的特征。 通常把作用在材料上的外力或能量称为通常把作用在材料上的外力或能量称为载荷或负载荷或负荷荷。对结构零件,
2、力学性能是工程设计的重要依据。对结构零件,力学性能是工程设计的重要依据。材料的常用力学性能指标有材料的常用力学性能指标有:静载静载时材料的力学性能:时材料的力学性能: 弹性,强度,塑性,硬度弹性,强度,塑性,硬度动载动载时材料的力学性能:时材料的力学性能: 冲击韧性冲击韧性 疲劳特性疲劳特性 耐磨耐磨性性高、低温下的力学性能:高温高、低温下的力学性能:高温蠕变,低温蠕变,低温脆性断裂脆性断裂载荷大小不变或变化缓慢载荷大小不变或变化缓慢由于运动而产生的作用在构件上的作用力。由于运动而产生的作用在构件上的作用力。静力拉伸试验静力拉伸试验万能材料试验机万能材料试验机静力拉伸试验静力拉伸试验变形和断裂
3、行为变形和断裂行为材料在外力作用下将发生形状和尺寸变化,称为材料在外力作用下将发生形状和尺寸变化,称为变形变形。外力去除后能恢复的变形称为外力去除后能恢复的变形称为弹性变形。弹性变形。外力去除后不能恢复的变形称为外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。塑性变形。0/F S00()/lll为消除试样几何尺寸为消除试样几何尺寸对实验结果的影响:对实验结果的影响:拉伸试验拉伸试验 P :比例极限比例极限 e :弹性极限弹性极限E:弹性模量:弹性模量 s :屈服强度屈服强度( 0.2) b : 抗拉强度抗拉强度弹性和刚性弹性变形:弹性变形:在在OA段,外力卸载后试样恢复到段,外力卸载后试样恢复到原始长度
4、。通常用原始长度。通常用弹性极限弹性极限 e e表表示材料可以承受最大弹性变形的示材料可以承受最大弹性变形的应力。应力。0eeFS工程实际中,一般规定以残余应工程实际中,一般规定以残余应变量变量为为0.01%时时的应力值作为的应力值作为“条件弹性极限条件弹性极限”。弹性和刚性弹性变形:弹性变形:在在OA段为直线,即应力与应段为直线,即应力与应变成正比,变化规律服从虎变成正比,变化规律服从虎克定律,其极限应力为克定律,其极限应力为比例比例极限极限 p 。弹性和刚度刚度:刚度:材料受力时抵抗弹性变材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量形的能力。指标为弹性模量E。取。取应力应变曲线上的弹性变形
5、阶段,应力应变曲线上的弹性变形阶段,实际工件的刚度实际工件的刚度首先取决于材料首先取决于材料的弹性模量(即基体金属的性的弹性模量(即基体金属的性质),又与该工件的形状和尺寸质),又与该工件的形状和尺寸有关;但是难于通过合金化、热有关;但是难于通过合金化、热处理、冷热加工等方法使之改变,处理、冷热加工等方法使之改变,即即E是结构不敏感参数。是结构不敏感参数。强度与塑性 强度:强度:在外力作用下抵抗塑在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。性变形和断裂的能力。( (单位单位MPa) )屈服强度屈服强度 s s:材料产生屈服(塑材料产生屈服(塑性变形)时的最小应力,表示材性变形)时的最小应力,表示材料
6、抵抗塑性变形的能力。料抵抗塑性变形的能力。 0ssFS条件屈服强度条件屈服强度 0. 2:对于无明显对于无明显屈服现象的材料,规定以残余应屈服现象的材料,规定以残余应变量达到变量达到0.2%时的应力值作为屈时的应力值作为屈服强度。服强度。强度与塑性 抗拉强度抗拉强度 b b:材料能承受的最材料能承受的最大拉应力,表示材料抵抗破断大拉应力,表示材料抵抗破断的能力。的能力。0bbFS抗拉强度又称为强度极限,是抗拉强度又称为强度极限,是零件因断裂而失效的主要设计零件因断裂而失效的主要设计和选材依据之一。与弹性极限和选材依据之一。与弹性极限和屈服强度相比,抗拉强度具和屈服强度相比,抗拉强度具有易于测定
7、的优点,得到广泛有易于测定的优点,得到广泛应用。应用。强度与塑性强度与塑性 塑性:塑性:金属材料在外力金属材料在外力作用下发生永久变形而不作用下发生永久变形而不断裂的能力。断裂的能力。断面收缩率是试样被拉断后断面收缩率是试样被拉断后截面积的相对收缩量。截面积的相对收缩量。强度与塑性强度与塑性塑性指标的工程意义:塑性指标的工程意义:p 一般不直接用于机械设计计一般不直接用于机械设计计算;算;p 当零件遭受意外过载或冲击当零件遭受意外过载或冲击时,通过塑性变形和应变强时,通过塑性变形和应变强化可避免突然断裂;化可避免突然断裂;p 零件因存在台阶、沟槽及表零件因存在台阶、沟槽及表面粗糙时,通过塑性变
8、形可面粗糙时,通过塑性变形可缓和应力集中的作用,防止缓和应力集中的作用,防止破坏;破坏;p 保证某些成形工艺和修复工保证某些成形工艺和修复工艺的顺利进行;艺的顺利进行;p 对金属材料能反映材料冶金对金属材料能反映材料冶金质量的好坏。质量的好坏。 硬度:硬度: 材料抵抗外物压入能力,硬度测量简便快材料抵抗外物压入能力,硬度测量简便快速,不破坏零件,硬度与强度间存在一定关系,速,不破坏零件,硬度与强度间存在一定关系,可用硬度来估计强度,硬度测量应用很广泛。可用硬度来估计强度,硬度测量应用很广泛。压入法压入法(常用)(常用) 布氏硬度布氏硬度 : HBW;(单位;(单位 N/mm2 ,习惯不写习惯不
9、写) 洛氏硬度洛氏硬度 :HRA、HRB、 HRC;(无单位);(无单位) 维氏硬度:维氏硬度: HV。(单位。(单位N/mm2 ,习惯不写习惯不写)刻划法刻划法:莫氏硬度:莫氏硬度硬度硬度反映材料抵抗局部塑性变形的能力,是衡量材反映材料抵抗局部塑性变形的能力,是衡量材料软硬程度的指标,也是表征材料性能的一个综合料软硬程度的指标,也是表征材料性能的一个综合参量。参量。莫氏硬度:莫氏硬度:刻划法硬度,适用于陶瓷和矿物。刻划法硬度,适用于陶瓷和矿物。材料名称材料名称硬度级别硬度级别滑石滑石1石膏石膏2萤石萤石4钠长石钠长石6黄玉黄玉8刚玉刚玉9金刚石金刚石10布氏硬度:布氏硬度:应用最久、最广泛应
10、用最久、最广泛用直径用直径D硬质合金球在力硬质合金球在力P的作用下压在试样上一的作用下压在试样上一定时间,压痕直径为定时间,压痕直径为d。适用于较软的塑性材料。适用于较软的塑性材料。优点优点:压痕面积大,测量结果误差小。:压痕面积大,测量结果误差小。缺点缺点:不适宜成品零件即薄而小的零件。:不适宜成品零件即薄而小的零件。2220.1020.102PPHBWSD DDd布氏硬度值的表示方法布氏硬度值的表示方法:硬度值硬度值HBW球直径球直径mm试验力数值试验力数值 (单位单位kgf)与规定时间与规定时间(10-15s)不同的试验力保持时间不同的试验力保持时间如:如:350HBW5/750,600
11、HBW1/30/20洛氏硬度:洛氏硬度: 用将标准压头用规定压力压入用将标准压头用规定压力压入被测材料表面,根据压痕深度被测材料表面,根据压痕深度h来确定硬度值。来确定硬度值。洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛氏硬度值的表示方法洛氏硬度值的表示方法:硬度值硬度值(从硬度计上直接读出从硬度计上直接读出)HRA、HRB或或HRC如:如:60HRC,75HRA常用洛氏硬度因所用压头和载常用洛氏硬度因所用压头和载荷不同又分为:荷不同又分为:HRC、HRB、HRA三种,其中三种,其中HRC应用最应用最广泛。广泛。优点:优点:操作迅速简便,效率高,适用于大量生产中的成品操作迅速简便,效率高,适用于大量
12、生产中的成品检验;压痕很小,几乎不损伤工件表面,可对工件直接进检验;压痕很小,几乎不损伤工件表面,可对工件直接进行检验。行检验。缺点:缺点:压痕小,数据分散度较大,代表性、重复性差;不压痕小,数据分散度较大,代表性、重复性差;不同标尺测得的硬度值不能直接进行比较。同标尺测得的硬度值不能直接进行比较。 测量原理与布氏硬度法相似,用压痕单位面测量原理与布氏硬度法相似,用压痕单位面积上承受的力作为材料硬度的度量。但采用对面积上承受的力作为材料硬度的度量。但采用对面夹角夹角136度四棱锥金刚石压头,在力度四棱锥金刚石压头,在力P作用下压入作用下压入材料,力的大小从材料,力的大小从980N、490N 到
13、到0.192N不等。不等。维氏硬度:维氏硬度:维氏硬度值的表示方法维氏硬度值的表示方法:硬度值硬度值HV试验力数值试验力数值(kgf)与规定时间与规定时间(10-15s)不同的试验力保持时间不同的试验力保持时间如:如:640HV/30/20,600HBW1/30/20优点优点:具有前两种测试方法的优点,负荷大小可:具有前两种测试方法的优点,负荷大小可任意选择,适合各种软、硬不同的测量,特别适任意选择,适合各种软、硬不同的测量,特别适用于测量薄工件、表层或微区。用于测量薄工件、表层或微区。缺点缺点:需测量四方锥形的对角线后才能得到硬度:需测量四方锥形的对角线后才能得到硬度值,效率低。值,效率低。
14、 实际上是小载荷的维氏硬度试验,实际上是小载荷的维氏硬度试验,载荷在载荷在1000g以下,压痕对角线长度以以下,压痕对角线长度以mm计,符号同样用计,符号同样用HV表示,用于测表示,用于测量微区硬度(如单个晶粒、夹杂物、量微区硬度(如单个晶粒、夹杂物、某种相组成等)的测试。某种相组成等)的测试。显微硬度:显微硬度:利用笔形里氏硬度计中的冲击装置,对被测部位施加冲击力后,利用笔形里氏硬度计中的冲击装置,对被测部位施加冲击力后,得到硬度值。硬度值定义为冲击体回弹速度得到硬度值。硬度值定义为冲击体回弹速度vR与冲击速度与冲击速度vA之比乘以之比乘以1000。里氏硬度值的表示方法里氏硬度值的表示方法:
15、硬度值硬度值HL冲击装置型号冲击装置型号(D、DC、G、C)如:如:700HLD优点优点:小型、便携,对被测件损伤极小,测量范围大,可与压:小型、便携,对被测件损伤极小,测量范围大,可与压入法试验(布氏、洛氏、维氏)硬度值通过对比曲线进行相互入法试验(布氏、洛氏、维氏)硬度值通过对比曲线进行相互换算。换算。缺点缺点:物理意义不够明确。:物理意义不够明确。1000RAvHLv布氏硬度布氏硬度计计洛氏硬度洛氏硬度计计维氏硬度维氏硬度计计金相显微金相显微镜镜里氏硬度计里氏硬度计Brinell Hardness TesterRockwell ApparatusVickers Hardness Test
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