材料性能学精选PPT.ppt

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1、关于材料性能学第1页，讲稿共35张，创作于星期二压缩压缩试样要求：试样要求：(1)高度高度h与直径与直径d之比不大于之比不大于2，最好为，最好为12 (2)h/d相同的试样，试验结果才可以比较相同的试样，试验结果才可以比较 (3)尽量减少试样端部摩擦力对试验结果的影响尽量减少试样端部摩擦力对试验结果的影响性能指标：性能指标：抗压强度抗压强度bc，相对压缩率，相对压缩率c应用：应用：脆性材料；脆性材料；特征：特征：沿与轴线成沿与轴线成45角的切断特征角的切断特征第2页，讲稿共35张，创作于星期二非晶合金的断口非晶合金的断口剪切断口剪切断口压缩断口断口第3页，讲稿共35张，创作于星期二压缩及其性能

2、指标压缩及其性能指标针对脆性材料试样的高度h0和直径d0之比不大于2，最好为12为了试验结果可以相互比较，h0/d0必须一样试样端部的摩擦力需要尽量避免抗压强度相对压缩率第4页，讲稿共35张，创作于星期二硬度硬度硬度硬度试验的意的意义、特点、特点硬度硬度试验方法方法硬度硬度值的物理意的物理意义材料表面不大体材料表面不大体积内抵抗内抵抗变形或者破裂的能力形或者破裂的能力硬度硬度试验的分的分类压入法入法材料表面抵抗另一物体局部材料表面抵抗另一物体局部压入入时所引起的塑性所引起的塑性变形形刻划法刻划法材料表面材料表面对局部切断破坏的抗力局部切断破坏的抗力第5页，讲稿共35张，创作于星期二布氏硬度布氏

3、硬度测量原理量原理表示方法表示方法布氏硬度布氏硬度 HB符号符号压头压头适用范围适用范围HBW硬质合金450650HBS淬火钢450数字数字+硬度符号硬度符号+数字数字/数字数字/数字数字硬度值硬度值球径球径载荷载荷时间时间280 HBS10/3000/3050 HBW5/750测面积测面积压力保持时间为压力保持时间为1015s可不标注可不标注第6页，讲稿共35张，创作于星期二载荷载荷F与钢球直径与钢球直径D问题的引出F、D不同，但HB相同的条件：压入角相同；压入角相同；F/D2为常数。为常数。第7页，讲稿共35张，创作于星期二布氏硬度试验的优点布氏硬度试验的优点压痕大压痕大能反映材料在能反映

4、材料在较大区域内各大区域内各组成相的平均性能成相的平均性能试验数据数据稳定、重复性高。定、重复性高。布氏硬度试验的缺点布氏硬度试验的缺点不宜在成品上直接不宜在成品上直接检验对硬度差异硬度差异较大的材料，需要更大的材料，需要更换F、D压痕直径痕直径测量麻量麻烦第8页，讲稿共35张，创作于星期二洛氏硬度洛氏硬度测量原理量原理测深度测深度第9页，讲稿共35张，创作于星期二洛氏硬度的优点洛氏硬度的优点压痕小压痕小操作操作简便迅速便迅速可可对工件直接工件直接测量量采用不同采用不同标尺可尺可测量量软硬、厚薄不一的硬、厚薄不一的试样洛氏硬度的缺点洛氏硬度的缺点压痕小压痕小代表性差、重复性差、数据分散度高代表

5、性差、重复性差、数据分散度高采用不同采用不同标尺可尺可测量量软硬、厚薄不一的硬、厚薄不一的试样 但不同标尺下测得的硬度值不能比较和换算但不同标尺下测得的硬度值不能比较和换算第10页，讲稿共35张，创作于星期二维氏硬度维氏硬度引出：引出：使使软硬不同的各种材料有硬不同的各种材料有连续一致的硬度指一致的硬度指标测试原理原理类似布氏硬度似布氏硬度载荷为载荷为kgf：载荷为载荷为N：表示表示方法：方法：数字数字+HV+数字数字/数字数字560HV30/30第11页，讲稿共35张，创作于星期二显微维氏硬度显微维氏硬度与与维氏硬度的区氏硬度的区别 负荷与压痕对角线的计量单位负荷与压痕对角线的计量单位 gf

6、/kgf；mm/m 对测试表面的要求对测试表面的要求第12页，讲稿共35张，创作于星期二维氏硬度的优点维氏硬度的优点对角角线长度度计量，精确可靠量，精确可靠四棱四棱锥体的体的压头，压入角不随入角不随载荷而荷而变化化没有不同没有不同标尺下的尺下的测量量值不能比不能比较的的问题比洛氏硬度所比洛氏硬度所测量的厚度更薄量的厚度更薄维氏硬度的缺点维氏硬度的缺点压痕面痕面积小的缺点小的缺点代表性差代表性差第13页，讲稿共35张，创作于星期二材料的冲击韧性材料的冲击韧性一次冲一次冲击弯曲弯曲试验冲击吸收功冲击吸收功Ak试样变形和断裂所吸收的功试样变形和断裂所吸收的功夏比夏比U型缺口型缺口夏比夏比V型缺口型缺

7、口第14页，讲稿共35张，创作于星期二早先的冲击试验第15页，讲稿共35张，创作于星期二多次冲多次冲击试验多次冲击载荷多次冲击载荷冲击次数冲击次数N破坏特征破坏特征5001000类似一次冲击类似一次冲击105具有典型的疲劳断口特征具有典型的疲劳断口特征第16页，讲稿共35张，创作于星期二冲击韧性（一次冲击）冲击韧性（一次冲击）冲冲击韧度，冲度，冲击值截面积截面积工程意工程意义（k，Ak）关键在关键在缺口缺口一次冲一次冲击弯曲弯曲试验的用途：的用途：反映冶金和热加工的质量反映冶金和热加工的质量测定材料韧脆性转变温度测定材料韧脆性转变温度s大致相同的材料，可根据大致相同的材料，可根据Ak判断大能量

8、冲击下缺口敏判断大能量冲击下缺口敏感性感性第17页，讲稿共35张，创作于星期二冲击韧性（多次冲击）冲击韧性（多次冲击）表示方法：表示方法：A,N多次冲多次冲击的一些的一些规律律:（强度度+塑性）塑性）冲击能量冲击能量高高时，多冲抗力取决于时，多冲抗力取决于塑性塑性；冲击能量冲击能量低低时，多冲抗力取决于时，多冲抗力取决于强度强度。不同冲击能量要求不同的强度和塑性配合不同冲击能量要求不同的强度和塑性配合高强度、超高强度钢的塑性与冲击韧性对高强度、超高强度钢的塑性与冲击韧性对 提高冲击疲劳抗力有较大的作用；提高冲击疲劳抗力有较大的作用；中、低强度钢的塑性和冲击韧性对提高冲中、低强度钢的塑性和冲击韧

9、性对提高冲 击疲劳抗力作用不大击疲劳抗力作用不大第18页，讲稿共35张，创作于星期二冲击脆化效应冲击脆化效应应变速率速率对塑性塑性变形、断裂有形、断裂有显著影响著影响冲冲击击载载荷荷增加了位错密度和滑移系数目增加了位错密度和滑移系数目位错运动速率增加位错运动速率增加位错宽度小、位错宽度小、位错能量大、位错能量大、晶格阻力大；晶格阻力大；位错运动平均自由程减小位错运动平均自由程减小,点缺陷浓度增加点缺陷浓度增加不均匀塑性变形不均匀塑性变形第19页，讲稿共35张，创作于星期二低温脆性低温脆性系列冲系列冲击实验不同温度下的冲击实验，即不同温度下的冲击实验，即冲击韧性与温度的关系曲线，冲击韧性与温度的

10、关系曲线，Akt或或 kt曲线。曲线。系列冲系列冲击实验的工程意的工程意义评定材料使用中力图避免出现的各种脆性。评定材料使用中力图避免出现的各种脆性。第20页，讲稿共35张，创作于星期二低温脆性低温脆性当试验温度低于某一温度当试验温度低于某一温度t tk k时，材料由韧性状态转时，材料由韧性状态转变为脆性状态，变为脆性状态，冲击吸收功冲击吸收功明显下降，明显下降，断裂机理断裂机理由微由微孔聚集变为穿晶解理，孔聚集变为穿晶解理，断口特征断口特征由纤维状变为结晶由纤维状变为结晶状。状。韧脆转变温度韧脆转变温度/冷脆转变温度冷脆转变温度体心立方和某些密排六方体心立方和某些密排六方 分类：分类：材料在

11、很宽的温度范围内都是脆性；材料在很宽的温度范围内都是脆性；淬火态高碳马氏体淬火态高碳马氏体材料在很低的温度下仍具有较高的塑性；材料在很低的温度下仍具有较高的塑性；fccfcc金属金属材料在一定温度区间产生低温脆性。材料在一定温度区间产生低温脆性。第21页，讲稿共35张，创作于星期二产生低温脆性的原因产生低温脆性的原因屈服强度屈服强度s s和断裂强度和断裂强度c c随温度的变化随温度的变化位错在晶体中运动的阻力位错在晶体中运动的阻力i i随温度的变化随温度的变化迟屈服现象迟屈服现象 （bccbcc）在大于在大于s的高速载荷下，材料不立的高速载荷下，材料不立即产生屈服，而需经过一段孕育期即产生屈服

12、，而需经过一段孕育期才开始塑性变形。才开始塑性变形。这段时间有利于裂纹的扩展。这段时间有利于裂纹的扩展。第22页，讲稿共35张，创作于星期二韧脆转变温度及其评价方法韧脆转变温度及其评价方法按能量法定按能量法定义tk低于某一温度，材料吸收的冲击功基低于某一温度，材料吸收的冲击功基本不随温度而变化；本不随温度而变化；低阶能低阶能高于某一温度，材料吸收的冲击功基高于某一温度，材料吸收的冲击功基本不随温度而变化；本不随温度而变化；高阶能高阶能以低阶能和高阶能平均值所对应的温度定义；以低阶能和高阶能平均值所对应的温度定义；以以A AKVKV20.3N20.3Nm m（1515尺磅）对应的温度定义尺磅）对

13、应的温度定义取结晶区面积占整个断口面积取结晶区面积占整个断口面积50%50%时的温度；时的温度；tk工程意工程意义安全性指标从韧性角度选材的重要依据第23页，讲稿共35张，创作于星期二影响材料低温脆性的因素影响材料低温脆性的因素晶体结构晶体结构化学成分化学成分显微组织显微组织温度温度加载速率加载速率试样形状和尺寸试样形状和尺寸间隙溶质元素间隙溶质元素 提高提高tk杂质元素杂质元素晶粒大小：晶粒大小：金相组织金相组织细化晶粒细化晶粒 降低降低tk晶界是裂纹扩展的阻力；晶界是裂纹扩展的阻力；降低应力集中；降低应力集中；减小杂质偏聚。减小杂质偏聚。第24页，讲稿共35张，创作于星期二晶体结构晶体结构

14、化学成分化学成分显微组织显微组织温度温度加载速率加载速率试样形状和尺寸试样形状和尺寸低强度水平：回火索氏体，回火贝低强度水平：回火索氏体，回火贝氏体，片状珠光体氏体，片状珠光体高强度水平：下贝氏体，淬火马高强度水平：下贝氏体，淬火马氏体并回火氏体并回火马氏体、贝氏体的混合组织比单一组织马氏体、贝氏体的混合组织比单一组织的韧性好的韧性好马氏体中残余奥氏体也可提高韧性马氏体中残余奥氏体也可提高韧性蓝脆蓝脆(钢钢)：静拉伸时，静拉伸时，230370；在冲击载荷下，在冲击载荷下，525550提高加载速率如同降低温度；提高加载速率如同降低温度；中、低强度钢的韧脆转变温度比高强钢更明显。中、低强度钢的韧脆

15、转变温度比高强钢更明显。缺口曲率半径小；试样宽度缺口曲率半径小；试样宽度/厚度大厚度大tK晶粒大小晶粒大小金相组织：金相组织：影响材料低温脆性的因素影响材料低温脆性的因素第25页，讲稿共35张，创作于星期二第26页，讲稿共35张，创作于星期二常用的几种硬度计HBE-3000A型布氏硬度型布氏硬度计HR-150DT型洛氏硬度型洛氏硬度计第27页，讲稿共35张，创作于星期二常用的几种硬度计HV-1000型型显微硬度微硬度计HLN-11AHLN-11AHLN-11AHLN-11A里氏硬度计里氏硬度计里氏硬度计里氏硬度计第28页，讲稿共35张，创作于星期二3.1 3.1 冲击试验与冲击韧性冲击试验与冲

16、击韧性冲击试验机冲击试验机冲冲击试验机机组成成：（1）机身）机身（2）摆锤（3）摆锤夹紧机构机构（4）试样支座支座（5）记录仪等机构等机构组成。成。第29页，讲稿共35张，创作于星期二第30页，讲稿共35张，创作于星期二普通普通普通普通C-MnC-MnC-MnC-Mn钢断口照片钢断口照片钢断口照片钢断口照片3.2 材料的低温脆性材料的低温脆性a(20)a(20)a(20)a(20)b(0)b(0)b(0)b(0)c(-20)c(-20)c(-20)c(-20)d(-40)d(-40)d(-40)d(-40)第31页，讲稿共35张，创作于星期二东东南南大大学学止止于于至至善善第32页，讲稿共35张，创作于星期二第33页，讲稿共35张，创作于星期二第34页，讲稿共35张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第35页，讲稿共35张，创作于星期二