金属材料的力学性能资料.pptx

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1、第1页/共50页第2页/共50页第3页/共50页课程背景课程背景你认为人类幸福生活的基础是什么？材料是人类物质文明的支撑点!第4页/共50页1.材料科学的发展材料科学的发展金属材料的分类黑色金属：主要指钢铁材料；有色金属：如铜、铝、钛、锌等；第5页/共50页l 材料的发展与社会进步材料的发展历程石器时代-青铜器时代-铁器时代l现代钢铁生产链l炼铁、炼钢、钢材勾践宝剑泰坦尼克号第6页/共50页2.中国钢铁工业的发展历程中国钢铁工业的发展历程二战（拼的是钢铁产量）：德国二战（拼的是钢铁产量）：德国1800万吨、美国万吨、美国2000万吨万吨v1890年由湖广总督张之洞主持在湖北大别山下动工兴建，1

2、893年9月建成投产的汉阳铁厂。v二战时中国的钢铁产量：万吨v1949年建国时中国的钢产量只有14万吨。v1996年突破1亿吨，2003年突破2亿吨，2005年超过3亿吨，2006年超过4亿吨，2008年超过5亿吨，占世界产量的将近一半。第7页/共50页3.中国钢铁在世界的地位年份钢产量（亿吨）20001.28520011.516320021.822520032.223420042.724520053.534520064.187820074.892420085.003120095.6784中国是目前当之当之无愧的钢铁大国。但与国外的先进技术还存在很大的差距，很多钢材还需要进口，相信，经过发展中

3、国一定会从钢铁大国迈向钢铁强国。第8页/共50页1河北钢铁集团有限公司河北钢铁集团有限公司2宝钢集团宝钢集团3鞍钢鞍钢(集团集团)公司公司4武汉钢铁集团武汉钢铁集团5江苏沙钢集团江苏沙钢集团6山东钢铁集团有限公司山东钢铁集团有限公司7马钢马钢(集团集团)控股有限公司控股有限公司8首钢总公司首钢总公司9湖南华菱钢铁集团有限责任公司湖南华菱钢铁集团有限责任公司10包头钢铁包头钢铁(集团集团)有限责任公司有限责任公司11太原钢铁太原钢铁(集团集团)有限公司有限公司15安阳钢铁集团有限责任公司安阳钢铁集团有限责任公司 4.2012年中国钢铁企业排名41河南济源钢铁(集团)有限公司第9页/共50页多边型

4、角钢螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢建筑构件钢桥梁第10页/共50页1.课程性质课程性质、作用、作用课程性质课程性质:金属金属学及热处理学及热处理是冶金技术专业的一门重要是冶金技术专业的一门重要的的专业基础课专业基础课，是学生学习是学生学习高炉操作高炉操作、转转炉操作炉操作、连铸操作连铸操作等专业课的等专业课的敲门砖敲门砖。课程课程作用作用:使学生获得有关金属学的基本理论和基本知识，使学生获得有关金属学的基本理论和基本知识，初步掌握零件设计时的合理选材、用材，并具有初步掌握零件设计时的合理选材、用材，并具有正确运用热处理、妥善安排加工工艺路线及材料正确运用热处理、妥善安排加工工艺路线及材料检测等方面的知

5、识和能力。检测等方面的知识和能力。课程介绍第11页/共50页冶金基础化学冶金原理转炉操作认识实习2.课程与相关课程的联系课程与相关课程的联系高炉操作连铸操作金属学及热处理高等数学是学生学习专业课的敲门砖。第12页/共50页能力目标（1）初步具备辩证思维能力。（2）培养学生热爱劳动，文明生产，环境保护和质量效益的意识。（3）具有创新意识，创新精神。（4）加强职业道德意识。（1）了解金属与合金的结构与结晶的基本知识。（2）掌握铁碳合金相图的有关知识。（3）掌握钢、铁的分类。（4）了解热处理的工艺方法及应用。（5）掌握钢铁材料基本理论知识。素质目标知识目标（1）能对钢铁材料的化学成分、组织结构与性能

6、之间的相互关系及变化规率进行分析及应用。（2）能正确应用铁碳合金相图。（3）能合理选用热处理工艺方法。（4）熟悉常用钢铁材料的主要性能并能正确选用各种钢铁材料。（5）会使用金相显微镜观察钢铁的显微组织。3.学习目标第13页/共50页4.课程的内容选取与设计以学生为本，以提高学生实践技能为目标以服务专业为中心，以满足专业课学习要求为宗旨理论结合实践，理论够用，注重实践考察专业课所需第14页/共50页序序号号课程单元课程单元学习内容学习内容参考学时参考学时理论理论实践实践理实一理实一体体1金属材料的力学金属材料的力学性能性能金属材料的力学性能金属材料的力学性能22金属学基础知识金属学基础知识金属的

7、晶体结构金属的晶体结构2纯金属与合金的结晶纯金属与合金的结晶23铁碳合金相图铁碳合金相图铁碳合金的结构及相图铁碳合金的结构及相图2铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析2典型铁碳合金结晶分析典型铁碳合金结晶分析464热处理工艺热处理工艺钢在加热和冷却时组织钢在加热和冷却时组织转变转变2钢的热处理工艺钢的热处理工艺465常用钢铁材料常用钢铁材料碳素钢碳素钢2合金钢合金钢4合合 计计2612第15页/共50页金属学基础知识单元2、3、4根据对冶金专业课的知识铺垫需要重点！连铸坯质量控制项目3根据学习的特点及知识的特点难点！单元3、4铁碳合金相图钢的热处理5.教学重点和难点铁碳合金相图钢的热处理第16页/

8、共50页1）选用的是机械工业出版社王晓丽主编的“十二五”规划教材金属材料与热处理6.教学资源教学资源第17页/共50页2）拥有功能齐全的校内实验实训室金属材料与热处理实训室第18页/共50页7.课程考核方法课程考核方法平时总成绩实验期末过程考核40%理论考核60%30%10%60%100%第19页/共50页表一 过程性考核标准考核模块考核模块序序号号考核项考核项目目考核内容考核内容单项比例单项比例(%)成绩比例成绩比例(%)教学考核教学考核1学习学习质量质量作业等作业等50672学习学习态度态度课堂表现等（根据教学日志）课堂表现等（根据教学日志）203学习学习纪律纪律考勤等考勤等30实验考核实

9、验考核1学习学习质量质量实验项目考核（详见表二）实验项目考核（详见表二）50332学习学习态度态度考勤、课堂表现等（根据教考勤、课堂表现等（根据教学日志）学日志）303协作能协作能力力团队精神、合作能力团队精神、合作能力20合合 计计100第20页/共50页表二 实验项目考核标准序号序号考核项目考核项目考核内容及要求考核内容及要求成绩比例成绩比例(%)1金相显微金相显微镜的使用镜的使用了解金相显微镜的原理、结构，能够熟练操作了解金相显微镜的原理、结构，能够熟练操作金相显微镜进行试验，识别铁碳合金平衡组织金相显微镜进行试验，识别铁碳合金平衡组织的特征，结合的特征，结合Fe-Fe3C相图了解典型合

10、金的结相图了解典型合金的结晶过程，进一步了解碳钢的成份、组织、性能晶过程，进一步了解碳钢的成份、组织、性能间的关系。间的关系。202金相试样金相试样制备制备掌握金相试样的制备过程，制备合格的金相试掌握金相试样的制备过程，制备合格的金相试样。样。303碳钢的热碳钢的热处理处理根据热处理原理，结合实验材质，制定热处理根据热处理原理，结合实验材质，制定热处理工艺，正确操作加热炉，进行热处理实验操作，工艺，正确操作加热炉，进行热处理实验操作，分析实验结果，并修订热处理工艺，加深对分析实验结果，并修订热处理工艺，加深对退退火、正火、淬火、回火的目的、方法及实际应火、正火、淬火、回火的目的、方法及实际应用

11、的理解。用的理解。正确操作硬度仪等实验设备，对不正确操作硬度仪等实验设备，对不同实验材质的同实验材质的硬度指标进行测定，加以对比分硬度指标进行测定，加以对比分析，加深对材料力学性能的理解。析，加深对材料力学性能的理解。50合合 计计100第21页/共50页表三 理论考核标准序号序号考核的知识点及要求考核的知识点及要求成绩比例成绩比例（%）1掌握材料的强度、塑性、硬度、韧度指标；掌握材料的强度、塑性、硬度、韧度指标；能够根据材料的特点，选择合适的测量方法。能够根据材料的特点，选择合适的测量方法。102掌握常见的三种晶体结构，理解过冷度、结晶、自发形核的概念，掌握常见的三种晶体结构，理解过冷度、结

12、晶、自发形核的概念，掌握金属结晶过程及晶粒大小的控制方法。掌握金属结晶过程及晶粒大小的控制方法。103理解固溶体、金属化合物的概念，理解金属的同素异构转变，掌理解固溶体、金属化合物的概念，理解金属的同素异构转变，掌握铁碳合金的基本组织及特点，理解七种典型铁碳合金的平衡结握铁碳合金的基本组织及特点，理解七种典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织，掌握铁碳合金相图的应用方法。晶过程及组织，掌握铁碳合金相图的应用方法。354了解热处理的概念、目的及应用，掌握热处理的基本原理，理解了解热处理的概念、目的及应用，掌握热处理的基本原理，理解退火、正火、淬火、回火的目的、方法及实际应用，理解钢的表退火、正火、淬火

13、、回火的目的、方法及实际应用，理解钢的表面热处理的概念、目的及应用。面热处理的概念、目的及应用。305了解碳素钢和合金钢的牌号及应用，掌握杂质对碳素钢影响，掌了解碳素钢和合金钢的牌号及应用，掌握杂质对碳素钢影响，掌握合金元素在钢中的作用和钢的分类方法，理解各合金元素在钢握合金元素在钢中的作用和钢的分类方法，理解各合金元素在钢中的作用，了解碳素钢、合金钢的性能及应用。中的作用，了解碳素钢、合金钢的性能及应用。15合合 计计100第22页/共50页本课学习本课学习方法方法是是：课前预习课前预习（多看）（多看）课后复习（多记）课后复习（多记）对比讨论（多想）对比讨论（多想）认真实验（多实践）认真实验

14、（多实践）学习贵在坚持，偷懒是不行的8.课程学习方法课程学习方法第23页/共50页第24页/共50页金属材料的性能金属材料的性能使用性能工艺性能力学性能物理性能化学性能压力加工铸造焊接切削加工热处理第25页/共50页 目标要求目标要求:金属材料的力学性能2、初步掌握金属材料机械性能的测试方法3、观察,比较,总结低碳钢与铸铁材料力学性能的特点与差别1、掌握各种力学性能符号代表的含义第26页/共50页 金属材料的力学性能一、强 度四、硬 度三、塑 性二、刚 度五、冲击韧性第27页/共50页指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。1.定义2.应用 强度是机械零件（或工程构件）在设计、加工、使

15、用过程中的主要性能指标，特别是选材和设计的主要依据。（一）强度的概念一、强 度第28页/共50页（二）强度的测定拉伸实验1.拉伸试样（GB6397-86）长试样：L0=10d0短试样：L0=5d0第29页/共50页2.力伸长曲线（以低碳钢试样为例）拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。万能材料试验机a)WE系列液压式 b)WDW系列电子式第30页/共50页弹性变形阶段屈服阶段颈缩现象强化阶段第31页/共50页（三）强度指标1.弹性极限拉伸曲线的oe线段是直线,这一部分试棒变形量与外力成正比,当去除外力后,试棒恢复到原来尺寸，用符号R表示。FeS0R=第32页/共50页（三）强度指标2.屈服

16、点 在拉伸试验过程中，载荷不增加，试样仍能继续伸长时的应力，用符号Re表示。材料在断裂前所能承受的最大应力，用符号b表示。FsS0Re=计算公式第33页/共50页2.屈服点脆性材料的屈服点LF0F0.20.2%L0F0.2A0Rr0.2=试样卸除载荷后，其标距部分的残余伸长率达到试样标距长度的0.2%时的应力，用符号Rr0.2表示。第34页/共50页屈服强度的应用 碳素结构钢的具体牌号碳素结构钢的具体牌号 Q195Q215Q235Q255Q195Q215Q235Q255Q275Q275l通用低合金高强度结构钢牌号组成Q295Q345Q390Q420Q460l专用低合金高强度结构钢一般采用代表屈

17、服点的拼音字母“Q”、屈服点数值(单位为MPa)，并在尾部加按产品用途的拼音第一个字母表示。如：压力容器用钢牌号表示为“Q345R”；焊接气瓶用钢牌号表示为“Q295HP”；锅炉用钢牌号表示为“Q390g”；桥梁用钢牌号表示为“Q420q”等。第35页/共50页Rm=FbS03.抗拉强度应用：脆性材料制作机械零件和工程构件时的选材和设计的依据。计算公式屈强比应在0.65-0.75之间第36页/共50页4.疲劳强度疲劳源:应力集中或缺陷(划伤、夹渣、显微裂纹）疲劳扩展区疲劳强度-1=0.45-0.55b第37页/共50页（二）衡量指标(虎克定律)二、刚 度材料受力时抵抗弹性形变的能力叫做刚度。切

18、变膜量：=G弹性模量：=E（一）定义金属金属金属金属弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量铁铁铁铁214000214000镍镍镍镍210000210000钛钛钛钛118010118010铝铝铝铝7200072000铜铜铜铜132400132400镁镁镁镁4500045000第38页/共50页（二）衡量指标三、塑 性金属材料断裂前发生永久变形的能力。断面收缩率：伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比。（一）定义第39页/共50页伸长率（A）l1-l0l0100%A=l1试样拉断后的标距,mm;l0试样的原始标距,mm。第40页/共5

19、0页断面收缩率（Z）S0-S1S0Z=100%S0试样原始横截面积,mm2；S1颈缩处的横截面积,mm2。第41页/共50页1.原理布氏硬度=F A凹=0.102*2FDD-（D-d）（一）布氏硬度2.表示方法HBS淬火钢球HBW硬质合金球四、硬度第42页/共50页 测量比较软的材料。测量范围 HBS450、HBW650的金属材料。3.优缺点2.应用 压痕大，测量准确，但不能测量成品件。第43页/共50页1.原理（二）洛氏硬度加初载荷加主载荷卸除主载荷读硬度值HR=K-h 0.002第44页/共50页2.应用范围207020701500N1500N金刚石圆金刚石圆锥体锥体HRCHRC20100

20、201001000N1000NHRBHRB20882088600N600N金刚石圆金刚石圆锥体锥体HRAHRA常用洛氏硬度标度的试验范围1.588m球第45页/共50页优点：操作简便、迅速，效率 高，可直接测量成品件 及高硬度 的材料。3.优缺点缺点：压痕小，测量不准确，需多次测量。第46页/共50页 更准确的测量金属零件表面硬度或测量硬度很高的零件更准确的测量金属零件表面硬度或测量硬度很高的零件 表示方法表示方法:HV:HV（三)维氏硬度第47页/共50页 四、冲击韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。（三）冲击试验原 理及方法（一）定义（二）冲击试样第48页/共50页 计算公式 Ak=GH1-GH2=G（H1-H2）试验原理：试样被冲断过程中吸收的能量即冲击吸收功（Ak）等于摆锤冲击试样前后的势能差。试验过程如图所示。冲击韧度（a k）：冲击吸收功除以试样缺口处截面积。第49页/共50页感谢您的观看。第50页/共50页