金属材料的机械性能-(精品)ppt课件.ppt

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1、2.1 金属材料的机械性能金属材料的机械性能四大工程材料：四大工程材料：1.1.钢铁钢铁2.2.铝及铝合金铝及铝合金3.3.塑料塑料4.4.水泥水泥在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第二章第二章 金属材料基础金属材料基础 金属材料的性能包括：金属材料的性能包括：1.1.机械机械(力学力学)性能性能2.2.物理化学性能物理化学性能3.3.工艺性能工艺性能2 2在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在

2、浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第二章第二章 金属材料基础金属材料基础机械机械(力学力学)性能性能:在机械载荷（外力）作用下表现出来的特性。在机械载荷（外力）作用下表现出来的特性。主要指标有主要指标有:强度、塑性、硬度、冲击韧性强度、塑性、硬度、冲击韧性(度度)、疲劳强度、疲劳强度3 3在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不

3、了什么第二章第二章 金属材料基础金属材料基础物理化学性能物理化学性能主要指标有：密度、熔点、导电性、导热主要指标有：密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、耐热性、耐腐蚀性等。性、热膨胀性、耐热性、耐腐蚀性等。4 4在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第二章第二章 金属材料基础金属材料基础工艺性能工艺性能加工成形的难易程度。加工成形的难易程度。主要指标有：铸造性能、可锻性、可焊性、主要指标有：铸造性能、可锻性、可焊性、热处理性

4、和可切削性等热处理性和可切削性等 5 52.12.1金属材料的力学性能金属材料的力学性能金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度和塑性一、强度和塑性一、强度和塑性一、强度和塑性拉伸试验拉伸试验（GB6397-1986）拉伸试样拉伸试样 低碳钢拉伸试验图分析低碳钢拉伸试验图分析 变形阶段的分析：变形阶段的分析：oe段：弹性变形阶段。能恢复原来形段：弹性变形阶段。能恢复原来形状和尺寸。呈线性规律。状和尺寸。呈线性规律。e点：弹性极点：弹性极限点限点es段：既有弹性变形，还有微量的塑段：既有弹性变形，还有微量的塑性变形。性变形。当拉力增大到当拉力增大到Fs时，即使拉伸力不增时，即使拉伸力不增加，

5、试样却会继续伸长，这种现象称加，试样却会继续伸长，这种现象称为为“屈服屈服”。S点：屈服极限点。点：屈服极限点。sb段：当拉力大于段：当拉力大于Fs时，试样产生大时，试样产生大量的塑性变形，直到拉伸力为量的塑性变形，直到拉伸力为Fb时，时，试样横截面发生局部收缩，即产生试样横截面发生局部收缩，即产生“缩颈缩颈”。B点：强度极限点点：强度极限点bk段：由于局部产生段：由于局部产生“缩颈缩颈”，试样，试样所能承受的拉伸力迅速减小，直至拉所能承受的拉伸力迅速减小，直至拉断（断（K点）点）N/mm2；MPa 应变应变应变应变：试样单位长度上的伸长量试样单位长度上的伸长量试样单位长度上的伸长量试样单位长

6、度上的伸长量 应力与应变概念应力与应变概念 应力应力应力应力：试样单位横截面上的拉力试样单位横截面上的拉力试样单位横截面上的拉力试样单位横截面上的拉力低碳钢拉伸试验图低碳钢拉伸试验图1.强度指标，强度指标，单位：单位：MPa(N/mm2）b 抗拉强度抗拉强度 s 屈服强度屈服强度(屈服点）屈服点）强度强度:材料在外力作用下，抵材料在外力作用下，抵抗抗塑性变形塑性变形和和断裂断裂的能力的能力。（F）屈服强度和抗拉强度屈服强度和抗拉强度 在工程上常用在工程上常用屈服强度屈服强度和和抗拉强度抗拉强度来表示金属材料的强度来表示金属材料的强度指标。其计算公式为：指标。其计算公式为：屈服强度（屈服点）屈服

7、强度（屈服点）拉伸试样产生拉伸试样产生屈服现象屈服现象时的应力时的应力 s=Fs/A0 (MPa)抗拉强度抗拉强度拉伸试样在拉断前所承受的拉伸试样在拉断前所承受的最大应力最大应力 b=Fb/A0 (M Pa)Fs试样产生试样产生屈服现象屈服现象时所承受的最大载荷时所承受的最大载荷,N Fb-试样在试样在拉断前拉断前所能承受所能承受 的最大载荷的最大载荷,N A0试样原始截面积试样原始截面积,mm 金属不能在超过其金属不能在超过其 s、b 的条件下工作。因此作为强度设的条件下工作。因此作为强度设计的依据计的依据.2.塑性指标塑性指标应用中：应用中：10试样试样 L0=10d0 5 试样试样 L0

8、=5d0 伸长率：伸长率：试样拉断后试样拉断后,其标距其标距的伸长与原始标注的百分比的伸长与原始标注的百分比.塑塑塑塑性性性性:材材材材料料料料在在在在外外外外力力力力作作作作用用用用下下下下，产产产产生生生生永久变形永久变形永久变形永久变形而不而不而不而不引起破坏引起破坏引起破坏引起破坏的能力的能力的能力的能力。断面收缩率断面收缩率:试样拉断后试样拉断后,缩颈处截缩颈处截面积的最大缩减量与原面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比始横截面积的百分比 说明：说明：、值愈大，表明材料的塑性愈好。值愈大，表明材料的塑性愈好。式中式中 A0试样的原始截面积，试样的原始截面积，mm；A1试样拉断后试样拉

9、断后,断口处横截面积，断口处横截面积，mm；缩颈缩颈=（A0 A1）/A0100%3、硬度硬度 硬度硬度:是材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。或是材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。或者说是金属表面抵抗局部塑性变形的能力。者说是金属表面抵抗局部塑性变形的能力。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3、硬度硬度 硬度是衡量金属硬度是衡量金属软硬软硬的指标。直接影响金属材的指标。直接影响金属材料的耐磨性，硬度越高，材料的耐磨性越好。

10、料的耐磨性，硬度越高，材料的耐磨性越好。1515在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3、硬度硬度硬度的种类有：硬度的种类有：1、布氏硬度、布氏硬度 用用HB表示表示2、洛氏硬度、洛氏硬度 用用HR表示表示16161.布氏硬度布氏硬度HB 用于测定用于测定软性材质软性材质（HBS450）测试原理图测试原理图：HBS测定测定 压头直径有三种压头直径有三种压头直径有三种压头直径有三种:10mm10mm、5mm5mm、2.5mm2.

11、5mm 载荷也有三种载荷也有三种载荷也有三种载荷也有三种:30000N30000N、7500N 7500N、1870N 1870N 以淬火钢球为压头以淬火钢球为压头在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么HB=F/SF：所加压力：所加压力S：压痕表面积：压痕表面积1919在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意

12、识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 特点：特点：特点：特点：优点优点优点优点：测量值较稳定、准确度较洛氏硬度高测量值较稳定、准确度较洛氏硬度高测量值较稳定、准确度较洛氏硬度高测量值较稳定、准确度较洛氏硬度高 缺点缺点缺点缺点：测量费时，且压痕较大，测量费时，且压痕较大，测量费时，且压痕较大，测量费时，且压痕较大，不适合成品检验。不适合成品检验。不适合成品检验。不适合成品检验。适用范围：适用范围：适用范围：适用范围：用于测定用于测定用于测定用于测定软性材质软性材质软性材质软性材质（HBS450HBS450）如如如如:灰口铸铁、软钢和非铁合金等。灰口铸铁、软钢和非铁合金等。灰口铸铁、

13、软钢和非铁合金等。灰口铸铁、软钢和非铁合金等。2020 洛式硬度计图洛式硬度计图3、洛式硬度在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么洛式硬度的定义：洛式硬度的定义：在初始试验力及总试验力（初始试验力在初始试验力及总试验力（初始试验力+主试验力）的先后作用下，将压头主试验力）的先后作用下，将压头（金刚石圆锥体或钢球）压入试验表面，（金刚石圆锥体或钢球）压入试验表面，经规定时间后，卸除主试验力，由测量经规定时间后，卸除主试验力，由测

14、量的残余压痕深度增量来计算硬度值，用的残余压痕深度增量来计算硬度值，用HR表示。表示。2222 压头有三种压头有三种压头有三种压头有三种:120:120。金刚石压头金刚石压头金刚石压头金刚石压头、1.5875mm1.5875mm钢球、钢球、钢球、钢球、3.175mm3.175mm钢球钢球钢球钢球 主载荷有三种主载荷有三种主载荷有三种主载荷有三种:、60kg60kg、100kg100kg、150kg150kg 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪

15、费这一点点算不了什么式中：K=100；金；金刚刚石石压头压头。K=130；淬火；淬火钢钢球球压头压头。洛式硬度测量原理示意图洛式硬度测量原理示意图0-0：未加试验力未加试验力时，压头与试件表面未接触时，压头与试件表面未接触1-1：加加初试验力初试验力10kg时，压头从时，压头从a压入至b2-2：加加总试验力总试验力时，压头压入至时，压头压入至c3-3：卸除主试验力卸除主试验力，压头回复至，压头回复至d保持规定时间：保持规定时间：测量残余压痕深度增量测量残余压痕深度增量bd;计算洛氏硬度值计算洛氏硬度值:F2424在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为

16、浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么根据压头和试验力的不同，常用的洛氏硬度有三种：HRA：1200金刚石圆锥体，总试验力金刚石圆锥体，总试验力60kgHRB：1.588mm淬火钢球，总试验力淬火钢球，总试验力100kgHRC：1200金刚石圆锥体，总试验力金刚石圆锥体，总试验力150kg 应用最广应用最广2525在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点

17、点算不了什么特点：特点：优点优点优点优点：测试简便、迅速、因压痕小、不损伤零：测试简便、迅速、因压痕小、不损伤零件，件，适合成品检验。适合成品检验。缺点缺点缺点缺点 测得的硬度值重复性较差，需在不同的测得的硬度值重复性较差，需在不同的 部位测量数次。部位测量数次。适用范围：适用范围：用于测定用于测定硬质硬质材质材质（2070 HRC）如如:淬火钢、调质钢等。淬火钢、调质钢等。2626 三、冲击韧性三、冲击韧性 定义：定义：定义：定义：金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力能力能力能力。其常用指

18、标为其常用指标为-冲击韧度（冲击韧度（ak）用冲击试验测定冲击韧度用冲击试验测定冲击韧度ak 计算公式：计算公式：ak=Ak/S(J/cm)用单位面积上的冲击功来表示用单位面积上的冲击功来表示 ak冲击冲击韧度韧度 Ak冲断试样所消耗的冲击功，冲断试样所消耗的冲击功，J;S试样缺口处的横截面积，试样缺口处的横截面积，cm。冲击值一般作为选材的参考，不直接用于强度计算。冲击值一般作为选材的参考，不直接用于强度计算。试验表明：在冲击能量不大的情况下，试验表明：在冲击能量不大的情况下，金属材料承受多次重金属材料承受多次重金属材料承受多次重金属材料承受多次重复冲击的能力，主要决定于强度复冲击的能力，主

19、要决定于强度复冲击的能力，主要决定于强度复冲击的能力，主要决定于强度，而不是要求过高的冲击韧，而不是要求过高的冲击韧度度。ak 值值 对组织缺陷很敏感，因此对组织缺陷很敏感，因此，冲击试验在生产上用来冲击试验在生产上用来检验冶炼、热加工、热处理工艺质量的有效方法。检验冶炼、热加工、热处理工艺质量的有效方法。四、四、疲劳强度疲劳强度 金属材料在金属材料在金属材料在金属材料在无数次重复或交变载荷无数次重复或交变载荷无数次重复或交变载荷无数次重复或交变载荷的作用下而不致引的作用下而不致引的作用下而不致引的作用下而不致引起断裂的最大应力起断裂的最大应力起断裂的最大应力起断裂的最大应力疲劳强度。疲劳强度

20、。疲劳强度。疲劳强度。在机械零件中有许多零件在在机械零件中有许多零件在交变载荷交变载荷的作用下工作的。的作用下工作的。这种受交变应力的零件，发生断裂时的应力。远这种受交变应力的零件，发生断裂时的应力。远低于低于该该材料的材料的屈服强度屈服强度，这种破坏现象叫做，这种破坏现象叫做疲劳疲劳破坏。据统计，破坏。据统计，约有约有80%的机件失效都可归咎于疲劳破坏。的机件失效都可归咎于疲劳破坏。金属材料所承受重复或交变载荷应力（金属材料所承受重复或交变载荷应力（）与其断裂）与其断裂前的应力循环次数（前的应力循环次数（N）有如图所示的疲劳曲线关系。有如图所示的疲劳曲线关系。疲劳曲线疲劳曲线 当应力降至某值

21、后，当应力降至某值后，疲劳疲劳曲线成为水平，曲线成为水平，即表示该材料可能经受无即表示该材料可能经受无数次应力循环而仍不发生数次应力循环而仍不发生疲劳断裂，这个应力叫做疲劳断裂，这个应力叫做疲劳强度极限。疲劳强度极限。用应力循环基数表示：用应力循环基数表示：钢为钢为107 非铁合金为非铁合金为108在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3232在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么知识回顾知识回顾Knowledge Knowledge ReviewReview祝您成功！祝您成功！