绪论金属材料性能亮.pptx

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1、石器铁器 象形尊(西周)石器时代石器时代青铜器时代青铜器时代铁器时代铁器时代材料是人类进化的里程碑。材料是人类进化的里程碑。一、材料科学的重要地位与作用一、材料科学的重要地位与作用第1页/共22页二、工程材料的分类二、工程材料的分类 按材料的化学组成分类按材料的化学组成分类 （1 1）金属材料）金属材料 （2 2）无机非金属材料）无机非金属材料 （3 3）高分子材料）高分子材料 （4 4）复合材料）复合材料第2页/共22页三、本课程的任务和内容三、本课程的任务和内容 （1 1）金属力学性能）金属力学性能 （2 2）工程材料的基本理论）工程材料的基本理论 即材料的结构与性能、金属材料的组织与性能

2、控制即材料的结构与性能、金属材料的组织与性能控制(纯纯金属凝固、金属塑变与再结晶、钢的热处理金属凝固、金属塑变与再结晶、钢的热处理)（3 3）常用工程材料）常用工程材料 即金属材料即金属材料(工业用钢、铸铁、有色金属及合金工业用钢、铸铁、有色金属及合金)、高、高分子材料、无机非金属材料、复合材料。分子材料、无机非金属材料、复合材料。第3页/共22页定义:是指金属材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。指标:弹性、刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度和断裂韧度等。绪论绪论 金属的力学性能金属的力学性能第4页/共22页

3、低碳钢的应力-应变曲线拉伸试样拉伸试验机应力应力 =P/F0应变应变 =(l-l0)/l0第5页/共22页一、弹性和刚度一、弹性和刚度弹性：指标为弹性极限弹性：指标为弹性极限 e e，即，即材料承受最大弹性变材料承受最大弹性变形时的应力。形时的应力。刚度：材料受力时抵抗弹刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性变形的能力。指标为弹性模量性模量E E。e第6页/共22页二、强度与塑性二、强度与塑性强度：材料在外力作用下抵抗强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。塑性变形和破坏的能力。屈服强度屈服强度 s：材料发生微量塑：材料发生微量塑性变形时的应力值。性变形时的应力值。抗拉强度抗拉

4、强度 b：材料断裂前：材料断裂前所承受的最大应力值。所承受的最大应力值。条件屈服强度条件屈服强度 0.2：残余变形量：残余变形量为为0.2%时的应力值。时的应力值。s0.2第7页/共22页塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。力。指标为：指标为：伸长率：伸长率：断面收缩率：断面收缩率：断裂后拉伸试样的颈缩现象第8页/共22页三、冲击韧性三、冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下是指材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。抵抗破坏的能力。l指标为冲击指标为冲击韧性值韧性值ak(通通过冲击实验过冲击实验测得测得)。第9页/共22页试样冲断时所消耗的冲击功A

5、k为:Ak=m g H m g h(J)冲击韧性值ak 就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。AK ak=(J/cm)S0第10页/共22页韧脆转变温度韧脆转变温度材料的冲击韧性随温度材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转剧下降的现象称韧脆转变。变。发生韧脆转变的温度范发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变围称韧脆转变温度。温度。材料的使用温度应高于材料的使用温度应高于韧脆转变温度。韧脆转变温度。韧第11页/共22页TITANIC建造中的建造中的Titanic 号号TITANIC的沉没与的沉没与船体材料的质量直船体

6、材料的质量直接有关接有关第12页/共22页Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果图）的冲击试验结果Titanic近代船用钢板近代船用钢板第13页/共22页四、疲劳极限四、疲劳极限材料在低于材料在低于 s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。的重复交变应力作用下发生断裂的现象。材料在规定循环次数条件下，进行应力循环后仍不发生断裂，材料在规定循环次数条件下，进行应力循环后仍不发生断裂，此时的最大应力称为疲劳极限。用此时的最大应力称为疲劳极限。用-1表示。表示。钢铁材料规定次数为钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为，有色金属合金为108。

7、疲劳应力示意图疲劳曲线示意图第14页/共22页五 硬 度布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV锉刀法硬度:是指材料抵抗其它硬物体压入其表面的能力。常用测量硬度的方法第15页/共22页1 1、布氏硬度、布氏硬度HBHB布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。布布氏氏硬硬度度计计第16页/共22页 压压头头为为钢钢球球时时，布布氏氏硬硬度度用用符符号号HBS表表示示，适适用用于布氏硬度值在于布氏硬度值在450以下的材料。以下的材料。压压头头为为硬硬质质合合金金球球时时，用用符符号号HBW表表示示，适适用用于于布氏硬度在布氏硬度在650以下的材料。以下的材料。l符符号号HBS或或HBW之之前前的

8、的数数字字表表示示硬硬度度值值,符符号号后后面面的的数数字字按按顺顺序序分分别别表表示示球球体体直直径径、载载荷荷及及载载荷荷保保持持时时间间。如如 120HBS10/1000/30 表表 示示直直径径为为10mm的的钢钢球球在在1000kgf（9.807kN）载载荷作用下保持荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为测得的布氏硬度值为120。布氏硬度压痕第17页/共22页洛氏硬度l洛氏硬度是以顶角为洛氏硬度是以顶角为120120的金刚石圆锥体的金刚石圆锥体 或直径为或直径为1.5881.588的淬火钢球作压头，的淬火钢球作压头，以规定的试验力使其压入试样表面。以规定的试验力使其压入试样表面。l试验

9、时，先加初试验力，然后加主试验力。试验时，先加初试验力，然后加主试验力。l压入试样表面之后卸除主试验力，压入试样表面之后卸除主试验力，在保留初试验力的情况下，根据试样表面压痕深在保留初试验力的情况下，根据试样表面压痕深 度，确定被测金属材料的洛氏硬度值。度，确定被测金属材料的洛氏硬度值。第18页/共22页洛氏硬度洛氏硬度h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度用符号洛氏硬度用符号HR表示，表示，HR=k-(h1-h0)/0.002根根据据压压头头类类型型和和主主载载荷荷不不同同，分分为为九九个个标标尺尺，常常用用的标尺为的标尺为A、B、C。第19页/共22页符号符号HR前面的数字为硬度值

10、，后面为使用的标尺。前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。lHRA用于测量高硬度材料用于测量高硬度材料,如硬质合金、表淬如硬质合金、表淬层和渗碳层。层和渗碳层。lHRB用于测量低硬度材料用于测量低硬度材料,如有色金属和退火、如有色金属和退火、正火钢等。正火钢等。lHRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。钢等。l洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。围广。l缺点：测量结果分散度大。缺点：测量结果分散度大。钢球压头与钢球压头与金刚石压头金刚石压头洛氏硬度压痕第20页/共22页六、断裂韧性六、断裂韧性1943年美国T-2油轮发生断裂北极星导弹裂纹扩展的基本形式断裂韧性：材料抵抗内部断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。裂纹失稳扩展的能力。第21页/共22页感谢您的观看！第22页/共22页