航空材料-热处理课件.ppt

《航空材料-热处理课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《航空材料-热处理课件.ppt（107页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、张家界航空学院数控工程系张家界航空学院数控工程系Friday,January 6,Friday,January 6,20232023 航空材料航空材料 主讲：韦肖飞主讲：韦肖飞绪论o材料与材料科学o材料的分类与概况o材料科学与机械工程o本课程的目的、内容与学习要求航空材料 精品课程张家界航院数控工程系o一、材料与材料科学 人类社会的发展按材料分为石器时代、青铜器时代、铁器时代。我们的祖先创造了辉煌的历史 原始社会末期，中国最早使用了陶器。东汉时期出现瓷器，传至世界各国。汉代，先炼铁后炼钢的技术居世界领先地位。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系o现现代代技技术术的的三三大大支支柱柱：能能源源

2、、信信息、材料；息、材料；o材材料料的的品品种种、数数量量和和质质量量已已成成为为衡衡量量一一个个国国家家科科技技和和国国民民经经济济水水平及国防力量的重要标志。平及国防力量的重要标志。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系什么是材料？什么是材料？航空材料 精品课程张家界航院数控工程系材料是人类生产和生活所必须材料是人类生产和生活所必须的物质基础。的物质基础。手手锤锤锉刀锉刀“神舟神舟神舟神舟”四号飞船成功返四号飞船成功返四号飞船成功返四号飞船成功返回回回回国产涡喷国产涡喷-7涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机航空材料 精品课程张家界航院数控工程系石器石器铁器铁器象形尊象形尊(西周西周)o石器时代石

3、器时代o青铜器时代青铜器时代o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。由于材料的重要性，由于材料的重要性，历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系02 02 什么是材料科学什么是材料科学材材料料科科学学是是研研究究材材料料的的结结构构、制制备备加加工工工工艺艺与与性能之间关系的科学。性能之间关系的科学。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系材料科学与工程的四要素材料科学与工程的四要素使用性能使用性能成分成分/组织组织固有性能固有性能制备制备/加加工工航空材料 精品课程张家界航院数控工程系材料科

4、学与工程的四要素材料科学与工程的四要素使用性能使用性能成分成分/组织组织固有性能固有性能制备制备/加加工工材料结构所包括的四个层次：原子结构、结合键、原子排列方式和组织 成分成分/组织组织制备制备/加工加工制备、加工方法及其对性能的影响材料本身所具有的物理、化学及力学性能固有性能固有性能使用性能使用性能将材料的固有性能和产品设计、工程应用能力等联系起来。如寿命、速度、能量利用率、安全可靠性机械工程材料机械工程材料机械工程材料主要指用于机机械械工工程程、电电器器工工程程、建建筑筑工工程程、化化工工工工程程、航航空空航航天天工工程程等领域的材料。材料史上几个重要事件 1863年，出现了金相显微镜，

5、产生了金相学。进而产生了金属学，金属学以化学、物理、材料力学为基础。1912年出现了X射线衍射技术。1932年出现了电子显微分析技术。公欲善其事，必先利其器。20世纪以来，材料的发展状况 高性能金属材料发展的同时，高分子材料、陶瓷材料和复合材料迅速发展，目前正在进入人工合成材料的新时代。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 材料科学的研究范畴 材料科学是研究材料的成分、组织、性能和应用之间的关系及其规律的一门科学，它包含四个基本要素：材料的成分组织结构、材料的制备合成与加工工艺、材料的固有性能和材料的使用行为。多数发达国家非常重视材料科学研究 1972年，美国国家科学院的白皮书报告，全美科技

6、人员有 25%从事材料问题研究，还有25%以某种形式参与材料的研究。1986年科学的美国人杂志在讨论有关材料研究的文章中指出“材料科学的进展决定了经济关键部门增长率的极限范围”。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系金属材料制品金属材料制品航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 1990年美国总统的科学顾问指出“材料科学在美国是最重要的学科”。二、材料的分类与概况 工程材料是指固体材料领域中与工程（结构、零件、工具）有关的材料，主要应用于机械制造、航空航天、化工、建筑与交通等部门。按其应用领域分为机械工程材料、电子工程材料、航空材料 按其性能特点分为结构材料和功能材料 工程上按材料的化学属性将

7、材料分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料四大类。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系河北沧州的铁狮子河北沧州的铁狮子铸造于公元铸造于公元953年，年，距今已有距今已有1千余年千余年的历史，狮高的历史，狮高5.3 m，长，长6.5 m，宽，宽3 m，重约重约40 t。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系建筑铝合金型材建筑铝合金型材铝铝材管材管铝合金门窗铝合金门窗铝铝塑板塑板铝合金制品铝合金制品铝铝材管材管铝板铝板航空材料 精品课程张家界航院数控工程系金属材料金属材料纯金属纯金属合合 金金航空材料 精品课程张家界航院数控工程系l建筑建筑l桥梁桥梁l器械器械l车辆、飞机、舰艇车辆、飞机、

8、舰艇l其它其它航空材料 精品课程张家界航院数控工程系航空材料 精品课程张家界航院数控工程系航空材料 精品课程张家界航院数控工程系“空间金属空间金属”航空材料 精品课程张家界航院数控工程系“深海金属深海金属”航空材料 精品课程张家界航院数控工程系用钛用钛镍形状记忆合金制成的人造卫星天线镍形状记忆合金制成的人造卫星天线“亲生物金属亲生物金属”航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 重大成果重大成果航空、航天事业迅速崛起，带动航空、航天航空、航天事业迅速崛起，带动航空、航天材料的发展。材料的发展。19661966年我国成功发射人造卫星；年我国成功发射人造卫星；19991999年年1111月月2121

9、日我国载人航天工程第一艘试验飞船日我国载人航天工程第一艘试验飞船“神舟神舟”一号飞行成功；一号飞行成功；20032003年年1010月月1515日中国第一艘载人飞船日中国第一艘载人飞船“神舟神舟”五号飞行成功。五号飞行成功。人造卫星运载火箭“神舟”五号飞行成功飞船 重大成果重大成果研制了超研制了超7 7隐形战斗机，隐形战斗机，20032003年年8 8月月3030日首飞成功。日首飞成功。超7隐形战斗机歼7E战斗机 在在C60C60和碳纳米管新型碳材料的研究方面取得和碳纳米管新型碳材料的研究方面取得许多新的成果许多新的成果,利用碳纳米管作为衬底利用碳纳米管作为衬底,制备出均制备出均匀、致密的金刚

10、石薄膜，并用碳纳米管作为晶须匀、致密的金刚石薄膜，并用碳纳米管作为晶须增强复合材料，制作纳米复合材料。增强复合材料，制作纳米复合材料。碳纳米管一、工程材料在机翼、机体和防热层上的应用l（一）机翼和机体l（二）防热层机翼和机体喷嘴边缘荷载喷嘴边缘荷载”(Nozzle side loads)是是火箭发动机排气喷嘴火箭发动机排气喷嘴 发动机壳体发动机壳体飞机尾部喷管飞机尾部喷管03 03 工程材料简介工程材料简介分类分类金属材料金属材料非金属材料非金属材料航空材料 精品课程张家界航院数控工程系金属材料金属材料 Metallic Materials金属材料金属材料钢铁材料钢铁材料Ferrous met

11、als有色金属材料有色金属材料Non-ferrous metals用量占用量占80%航空材料 精品课程张家界航院数控工程系非金属材料非金属材料 Non-metallic Materials分类分类陶瓷材料陶瓷材料高分子材料高分子材料复合材料复合材料功能材料功能材料航空材料 精品课程张家界航院数控工程系陶瓷材料陶瓷材料 Ceramic Materials陶瓷陶瓷传统陶瓷传统陶瓷结构陶瓷结构陶瓷航空材料 精品课程张家界航院数控工程系高分子材料高分子材料 Polymeric Materials又称聚合物，按照用途可分为：又称聚合物，按照用途可分为：塑料塑料 Plastic Materials合成纤维

12、合成纤维 Synthetic fibres橡胶橡胶 Rubbers航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 金金属属、聚聚合合物物、陶陶瓷瓷优优点点缺缺点点都都非非常常明明显显，如如果果把把两两种种材材料料结结合合在在一一起起，发发挥挥各各自自的的长长处处，又又可可以以在在一一定定程程度度下下克克服服了了它它们们的的弱弱点点，就就产生了复合材料。产生了复合材料。复合材料复合材料 Composite Materials航空材料 精品课程张家界航院数控工程系功能材料功能材料 Functional Materialsu电功能材料u磁功能材料u热功能材料u光功能材料u其它功能材料简介航空材料 精品课程张

13、家界航院数控工程系（一）金属材料 用量最大、用途最广 分为：黑色金属和有色金属。1.黑色金属：即钢铁材料，占金属材料的95%以上。2.有色金属：既非铁合金，指除铁基合金以外的所有金属及其合金材料。分为轻金属（铝、镁、钛），重金属（铅、锑），贵金属（金、银、镍、铂）。（二）高分子材料重量轻 电绝缘 隔热 耐蚀 高分子材料又称聚合物，是由相对分子质量很大的大分子组成，其 主要原料是石油化工产品航空材料 精品课程张家界航院数控工程系按其性能分为塑料、橡胶、合成纤维、涂料和胶粘剂。塑料是最重要的高分子材料，分为通用塑料和工程塑料。通用塑料占塑料生产的 70%左右，聚乙烯是典型代表。工程塑料指力学性能较

14、高的聚合物。（三）陶瓷材料 陶瓷材料是指硅酸盐、金属与非金属元素的化合物（主要是氧化物、氮化物、碳化物）航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 传统陶瓷又称普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、长石等)为原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料的陶瓷，常用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。陶瓷制品陶瓷制品陶瓷发动机陶瓷发动机航空材料 精品课程张家界航院数控工程系工业上分为三大类：1.传统陶瓷，由粘土、石英、长石组成，主要成分是天然硅、铝的氧化物及硅酸盐，常作建筑材料。2.特种陶瓷，主要成分是人工氧化物、碳化物、氮化物和硅化物等的烧结材料，常作工业上耐热、耐蚀

15、、耐磨等零件。3.金属陶瓷,金属粉末与陶瓷粉末的烧结材料，常作工具、模具等。陶瓷材料优点 高硬度、高耐磨性、高的抗压强度、高耐热性和耐蚀性。缺点塑性低易脆断且不易加工成形。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 （四）复合材料 金属、高分子、陶瓷材料各有优点，将两种或两种以上的材料微观地组合在一起形成的材料，便是复合材料。各组成材料取长补短，是一种新型的优异材料。按其基体不同可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。树脂基复合材料已处于成熟应用阶段，金属基复合材料和陶瓷基复合材料由于制造工艺复杂，成本高昂，尚处于研制开发阶段。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 高分子材料高分子

16、材料在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业和化学、交通运输、航空航天等工业中被广泛应用。和化学、交通运输、航空航天等工业中被广泛应用。烯丙酰氯烯丙酰氯-苯乙烯苯乙烯航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 综上所述，根据结合键可将材料分为四类:金属材料金属材料主要以金属键结合，其强韧性好，塑性变形能力强，导电、导热性好，为主要的工程材料。高分子材料高分子材料以分子键和共价键结合，耐蚀性、绝缘性好，密度小，加工成型性好，强度不高、硬度较低，耐热性较差。陶瓷材料陶瓷材料以离子键、共价键结合，熔点高，硬度高，耐热，耐磨，脆性大，难以加工。复合材料复

17、合材料可由多种结合键组成，强韧性好，比强度、比刚度高，抗疲劳性好。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 三、材料科学与机械工程 机械工程是一个极广的概念 发展方向将朝着大型及微型、高速、耐高低温、耐高压、耐恶劣环境影响等方向发展。优质的机械产品是合理的材料、优良的设计和正确的加工这三者整体配合，而材料是基础。（一）材料与产品质量 大量事实说明，许多材料及其工艺问题是我国机械产品功能差、质量低寿命短的主要原因之一。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系材料性能与内部结构的关系材料性能与内部结构的关系 材材料料的的不不同同性性能能都都是是由由其其内内部部结结构构来来决决定定的的，从从材材料料的的

18、内内部部结结构构来料加工看，可分为四个层次：来料加工看，可分为四个层次：原子结构原子结构结合键结合键原子排列方式原子排列方式显微组织显微组织航空材料 精品课程张家界航院数控工程系四层次的关系四层次的关系o原子结构是基础；原子结构是基础；o结合键不同性能也不同；结合键不同性能也不同；o原原子子排排列列方方式式（晶晶体体和和非非晶晶体体）的的差差别别，可可以以改改变变材材料料的的整整个个性性能；能；o显微组织是研究材料性能的基础。显微组织是研究材料性能的基础。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系本课程的要求和基本内容本课程的要求和基本内容A.获得常用材料的获得常用材料的基础理论知识基础理论知识，

19、了解各种机，了解各种机械工程材料的械工程材料的基本特性和应用范围基本特性和应用范围；B.在了解材料成分、组织、性能关系的基础上，在了解材料成分、组织、性能关系的基础上，可根据零件的工作条件和失效形式，可根据零件的工作条件和失效形式，正确设正确设计和合理选材计和合理选材；C.了解结构、工艺、外界条件（温度、环境介了解结构、工艺、外界条件（温度、环境介质）对材料性能的影响，质）对材料性能的影响，正确制定零件的冷、正确制定零件的冷、热加工工艺路线热加工工艺路线。要求要求航空材料 精品课程张家界航院数控工程系A.金属学、热处理原理，基础与金属学、热处理原理，基础与工艺；工艺；B.材料（钢铁材料，有色金

20、属及材料（钢铁材料，有色金属及其合金，高分子材料，陶瓷材其合金，高分子材料，陶瓷材料，复合材料）；料，复合材料）；C.重点重点 成分成分组织组织性能。性能。基本内容基本内容航空材料 精品课程张家界航院数控工程系第一章第一章 材料的力学性能材料的力学性能 材料的性能是指材料的性质和功能。性质是材料的性能是指材料的性质和功能。性质是本身所具有的特质或本性；功能是人们对材本身所具有的特质或本性；功能是人们对材料的某种期待与要求种可以承担功效，以及料的某种期待与要求种可以承担功效，以及承担该功效下的表现或能力。承担该功效下的表现或能力。o力学性能力学性能o物理性能物理性能o化学性能化学性能o工艺性能。

21、工艺性能。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系第一章第一章 材料的力学性能材料的力学性能o金属材料性能：使用性能和工艺性能金属材料性能：使用性能和工艺性能o使使用用性性能能：为为保保证证机机械械零零件件或或工工具具正正常常工工作作，材材料料应应具具备备的的性性能能，它它包包括括物物理理性性能能（如如导导电电性性、导导热热性性、热热膨膨胀胀性性等等）、化化学学性性能能（如如抗抗腐腐蚀蚀性性、抗抗氧氧化性等）和力学性能。化性等）和力学性能。o工工艺艺性性能能：在在制制造造机机械械零零件件或或工工具具的的过过程程中中，材材料料适适应应各各种种冷冷、热热加加工工和和热热处处理理的的性性能能，它它包包

22、括括铸铸造造、锻锻造造、焊焊接接、切切削削加加工工等等工工艺艺性性能能以以及及热热处处理理工工艺艺性等。性等。o力力学学性性能能：材材料料在在外外力力作作用用下下所所显显示示的的性性能能，又又称称机机械械性性能能，如如强强度度、硬硬度度、塑塑性性、韧韧性性、抗抗疲疲劳劳性性等。等。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系机械工程材料的常用性能机械工程材料的常用性能 两方面材料使用性能材料使用性能材料工艺性能材料工艺性能力学性能力学性能（强度、塑性韧性等）强度、塑性韧性等）物理性能物理性能（光、热、电、磁等）（光、热、电、磁等）化学性能化学性能（氧化、腐蚀等）（氧化、腐蚀等）生物性能（生物性能（相

23、容性、自恢复性等）相容性、自恢复性等）加工性能加工性能（切削、锻造等）（切削、锻造等）铸造性能铸造性能（适合铸造与否）（适合铸造与否）焊接性能焊接性能（容易焊接与否）（容易焊接与否）热处理性能热处理性能（可热处理强化）（可热处理强化）航空材料 精品课程张家界航院数控工程系力学性能力学性能定义定义:是指金属材料在外力的作用是指金属材料在外力的作用下所表现出来的抵抗能力。下所表现出来的抵抗能力。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 力 学 性 能强度硬度断裂韧度疲劳主要指标：主要指标：塑性韧性航空材料 精品课程张家界航院数控工程系物理性能物理性能o 物理性能，不仅对工程材料的选用来说，有着重要的

24、物理性能，不仅对工程材料的选用来说，有着重要的意义；而且也会对材料的加工工艺产生一定的影响。意义；而且也会对材料的加工工艺产生一定的影响。o（一）密度（一）密度o（二）热学性能（二）热学性能o 熔点；熔点；热容；热容；热膨胀；热膨胀；热传导热传导o（三）电学性能（三）电学性能o 电阻率电阻率；电阻温度系数；电阻温度系数；介电性介电性o（四）磁学性能（四）磁学性能o 磁导率磁导率；饱和磁化强度饱和磁化强度M Ms s和磁矫顽力和磁矫顽力c c航空材料 精品课程张家界航院数控工程系化学性能化学性能o 材料在生产、加工和使用时，均会与环材料在生产、加工和使用时，均会与环境介质发生化学反应境介质发生化

25、学反应，从而使其性能恶化或从而使其性能恶化或功能丧失。功能丧失。o（一）化学腐蚀（一）化学腐蚀o（二）电化学腐蚀（二）电化学腐蚀o (三）提高零件耐蚀性的主要措施三）提高零件耐蚀性的主要措施航空材料 精品课程张家界航院数控工程系塑性变形又称永久变形或残余变形 塑性材料：断裂前产生较大塑性变形的材料,如低碳钢 脆性材料：断裂前塑性变形很小的材料，如铸铁、石料 材料拉伸的力学性能材料拉伸的力学性能航空材料 精品课程张家界航院数控工程系材料的机械性质通过试验测定，通常为常温材料的机械性质通过试验测定，通常为常温静载试验。试验方法应按照国家标准进行。静载试验。试验方法应按照国家标准进行。国家标准规定金

26、属拉伸试验方法（GB228GB2282002)2002)LL=10d L=5d对圆截面试样：对矩形截面试样：航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形式也作了详细规定式也作了详细规定当当 l=10d 时的试件称为时的试件称为长试件长试件，为，为推荐尺寸推荐尺寸当当 l=5d 时的试件称为时的试件称为短试件短试件，为材料尺寸不，为材料尺寸不足时使用足时使用标准试件航空材料 精品课程张家界航院数控工程系液压式材料液压式材料试验试验机机材料的力学性能材料的力学性能在材料试验机上在材料试验机上进行测试。材料进行测试。材料试验机的

27、式样有试验机的式样有很多，但大多为很多，但大多为机械传动或液压机械传动或液压传动。传动。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系电电子子拉拉力力试试验验机机航空材料 精品课程张家界航院数控工程系一、强度一、强度o强度：材料抵抗永久变形和断裂的能力强度：材料抵抗永久变形和断裂的能力o拉伸试验法：拉伸试验在拉伸试验法：拉伸试验在拉伸试验机拉伸试验机上进行上进行o拉拉伸伸试试样样：圆圆形形试试样样（断断面面为为圆圆形形），根根据据GB639786的的规规定定，拉拉伸伸试试样样分分为为长长比比例例试试样样或或短短比比例例试试样样。对对圆圆形形试试样样：长长试试样样l=10d。；短试样。；短试样l=5d。

28、航空材料 精品课程张家界航院数控工程系20kN试验机10kN试验机电电子子拉拉力力试试验验机机航空材料 精品课程张家界航院数控工程系拉伸曲线拉伸曲线o在在开开始始的的 OA 阶阶段段，材材料料处处于于弹弹性性变变形形阶阶段段；超超过过e点点后后，材材料料开开始始产产生生塑塑性性变变形形，在在S点点处处出出现现一一小小段段水水平平线线，这这种种现现象象称称为为“屈屈服服”，标标志志着着材材料料发发生生微微量量塑塑性性变变形形。在在试试样样的的标标距距长长度度内内某某处处，横横截截面面发发生生局局部部收收缩缩，即即产产生生“缩缩颈颈”现现象象，此此时时拉拉伸伸力力开开始始减减小小，故故b点点为为曲

29、曲线线上上集集中中干干预预部部，直至断裂（直至断裂（k点）。点）。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系PP拉伸曲线：拉伸曲线：P L 曲线曲线应力应变曲线：应力应变曲线：e 曲线曲线L0PL=P/A0e=L/L0航空材料 精品课程张家界航院数控工程系一、低碳钢拉伸时的力学性能一、低碳钢拉伸时的力学性能 O名义应力名义应力(Nominal stress)比例极限比例极限P弹 性 阶 段Elastic stage弹弹性性极极限限eBA屈服应力屈服应力sC真应力真应力(True stress)F局 部 变 形 阶 段Localization stage断裂断裂E强 化 阶 段Hardening s

30、tage强度极限强度极限bD屈 服 阶 段Yielding stage航空材料 精品课程张家界航院数控工程系力力伸长曲线伸长曲线FesbkLFsFbO屈服屈服弹弹性性变变形形缩颈缩颈断裂断裂塑塑性性变变形形塑性变形塑性变形:外力外力去除后不能消失去除后不能消失的变形的变形航空材料 精品课程张家界航院数控工程系应变应变应应力力弹弹性性变变形形屈服屈服塑性塑性变形变形均匀均匀塑性变形塑性变形不均匀集中不均匀集中塑性变形塑性变形断裂断裂航空材料 精品课程张家界航院数控工程系oe：弹性极限op：比例极限os：屈服极限，屈服强度ob：强度极限，抗拉强度以上力学性能指标均对成分、组织以上力学性能指标均对成

31、分、组织敏感敏感航空材料 精品课程张家界航院数控工程系拉拉伸伸试试样样的的颈颈缩缩现现象象应变应变应应力力弹弹性性变变形形屈服屈服塑性塑性变形变形均匀均匀塑性变形塑性变形不均匀集中不均匀集中塑性变形塑性变形断裂断裂oe：弹性极限op：比例极限os：屈服极限，屈服强度ob：强度极限，抗拉强度以上力学性能指标均对成分、组织以上力学性能指标均对成分、组织敏感敏感航空材料 精品课程张家界航院数控工程系Oabcd弹性阶段弹性阶段 比例极限比例极限 弹性极限弹性极限虎克虎克定律定律弹性摸量弹性摸量屈服阶段屈服阶段 屈服极限屈服极限强化阶段强化阶段 强度极限强度极限局部变形阶段局部变形阶段e航空材料 精品课

32、程张家界航院数控工程系弹性弹性(elasticity):金属材料受外力作金属材料受外力作 用时产生变形用时产生变形,当外力去掉后能恢复当外力去掉后能恢复 到原来形状及尺寸的性能。到原来形状及尺寸的性能。弹性变形弹性变形(elastic deformation):随载荷撤除而消失的变形。随载荷撤除而消失的变形。弹性极限弹性极限(elastic limit):Fe 弹性极限载荷弹性极限载荷(N)e=(M pa)A0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)航空材料 精品课程张家界航院数控工程系强度强度(strength):材料在力的作用下抵抗材料在力的作用下抵抗 变形和破坏的能力。变形和破坏的能

33、力。(1)种类种类:抗拉强度、抗拉强度、抗压强度、抗压强度、抗弯强抗弯强度度、抗剪强度抗剪强度、抗扭强度等。抗扭强度等。(2)屈服强度屈服强度(yield strength):屈服点屈服点 S Fs s=(M pa)A0试样屈服时的载荷试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 按照国家标准规定，按照国家标准规定，取取对对应应于于试试件件产产生生0.2%0.2%的的塑塑性性应应变变(p=0.2%)的的应应力力作作为为屈屈服服点点,称称为为“条条件件屈屈服服强强度度”,用用0.2 表表示示名义屈服强度名义屈服强度。“名义屈服强度名义屈服

34、强度”0.2 有些塑性材料有些塑性材料(如如:铝合金铝合金)没有明显的屈服平台。没有明显的屈服平台。由于无法确定其屈服点由于无法确定其屈服点,只能采用人为规定的方法。只能采用人为规定的方法。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 按照国家标准规定，按照国家标准规定，取取对对应应于于试试件件产产生生0.2%0.2%的的塑塑性性应应变变(p=0.2%)的的应应力力作作为为屈屈服服点点,称称为为“规定残余伸长应力”,用用0.2 表示。表示。“名义屈服应力名义屈服应力”0.2 有些塑性材料有些塑性材料(如如:铝合金铝合金)没有明显的屈服平台。没有明显的屈服平台。由于无法确定其屈服点由于无法确定其屈服点

35、,只能采用人为规定的方法。只能采用人为规定的方法。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系规定残余伸长应力：r0.2=Fr0.2/A 0slF0.20.2%l0o航空材料 精品课程张家界航院数控工程系(3)抗拉强度抗拉强度(tensile strength):试样在断裂前所能承受的最大应力。试样在断裂前所能承受的最大应力。F b 试样断裂前的最大载荷试样断裂前的最大载荷(N)b=(M pa)A 0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)航空材料 精品课程张家界航院数控工程系重要强度指标重要强度指标l应力：单位横截面积上的内力，应力：单位横截面积上的内力，。=屈服点（屈服极限）：金属产生屈服现

36、象时的应力屈服点（屈服极限）：金属产生屈服现象时的应力 。l条条件件屈屈服服强强度度：工工程程技技术术上上一一般般规规定定，以以试试样样产产生生的的塑塑性性变变形伸长量达到形伸长量达到02时的应力，时的应力，0.2。l抗拉强度（强度极限）：金属拉断前承受的最大拉应力，抗拉强度（强度极限）：金属拉断前承受的最大拉应力，航空材料 精品课程张家界航院数控工程系应力 应变 其它类型材料的应力-应变曲线大多数纯金属大多数纯金属(Al,Cu,Au,Ag)变形分为三个阶段，无屈服塑性变形阶段脆性材料脆性材料（陶瓷、白口铸铁、淬火（陶瓷、白口铸铁、淬火高碳钢及高碳合金钢）高碳钢及高碳合金钢）只有弹性变形阶段高

37、弹材料高弹材料(橡胶橡胶)只有非线性弹性变形一个阶段，且弹性变形能力强，弹性变形率可达1001000。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系二、塑性二、塑性o塑性：金属材料断裂前发生永久变形的能力塑性：金属材料断裂前发生永久变形的能力o断断后后伸伸长长率率：试试样样拉拉断断后后标标距距的的伸伸长长量量与与原原始标距的百分比始标距的百分比n由由于于同同一一材材料料用用不不同同长长度度的的试试样样测测得得的的断断后后伸伸长率长率数值不同，因此应注明试样尺寸比例。数值不同，因此应注明试样尺寸比例。o断断面面收收缩缩率率：试试样样拉拉断断处处横横截截面面积积的的减减小小量量与原始横截面积的百分比，与原

38、始横截面积的百分比，o强强度度是是表表征征材材料料变变形形抗抗力力指指标标，而而塑塑性性是是描描述变形能力的指标。述变形能力的指标。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系断后伸长率(Percent elongation)断面收缩率(Percent reduction in area)与与 表征材料破坏后的塑性变形程度表征材料破坏后的塑性变形程度。与试件的原始尺寸与试件的原始尺寸L/d有关；有关；与与试件的原始尺寸无关。试件的原始尺寸无关。在在工程中按工程中按 区分区分塑性材料和脆性材料塑性材料和脆性材料塑塑性指标性指标:L1A1注意：材料拉断后经过卸载得到注意：材料拉断后经过卸载得到残余应变残

39、余应变p p应变实质就是应变实质就是伸长率伸长率 10%属塑性材料属塑性材料航空材料 精品课程张家界航院数控工程系第二节第二节 硬度及硬度试验硬度及硬度试验o硬硬度度：金金属属材材料料抵抵抗抗表表面面局局部部变变形形和和断断裂裂，特特别别是是塑塑性性变形、压痕或划痕的能力变形、压痕或划痕的能力o一、布氏硬度试验法一、布氏硬度试验法n用用一一定定直直径径D（mm）的的钢钢球球或或硬硬质质合合金金球球，以以相相应应的的试试验验力力F（N）压压入入试试件件表表面面，并并保保持持一一定定的的时时间间，然然后后卸卸除除试试验验力力，测测量量试试件件表表面的压痕直径面的压痕直径d（mm），），航空材料 精

40、品课程张家界航院数控工程系布氏硬度布氏硬度o120HBS10 100030代代表表用用 10mm钢钢球球，在在1000kgf（10kN）试试验验力力作作用用下下保保持持30s，测测得的布氏硬度值。得的布氏硬度值。o布布氏氏硬硬度度试试验验法法一一般般用用于于试试验验各各种种硬硬度度不不高高的的钢钢材材、铸铸铁铁、有有色色金金属属等等，也也用用于于试试验验经经淬淬火火、回回火火但但硬硬度不高的钢件。度不高的钢件。o由由于于布布氏氏硬硬度度试试验验的的压压痕痕较较大大，试试验验结结果果能能更更好好地地代表试件的硬度。代表试件的硬度。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系1 1、布氏硬度试验、布氏硬

41、度试验（布氏硬度计）原理原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面材料表面压痕直径压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。2 2、布氏硬度值、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。示。如：120HBS 500HBW4 4、测量范围测量范围 用于测量用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属原材料等灰铸铁

42、、结构钢、非铁金属及非金属原材料等.布氏硬度布氏硬度布氏硬度布氏硬度3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2 2）可测的硬度值不高可测的硬度值不高（3 3）不测试成品或半成品与薄件不测试成品或半成品与薄件（4 4）测量测量费时，效率低费时，效率低航空材料 精品课程张家界航院数控工程系二、洛氏硬度实验二、洛氏硬度实验o原理原理：根据压痕的塑性变：根据压痕的塑性变形深度来衡量硬度。试验形深度来衡量硬度。试验时，先加初始试验力时，先加初始试验力 98N（10kgf），使压头），使压头紧密接触试件表面紧密接

43、触试件表面a，并压，并压入到入到b处，以此作为衡量压处，以此作为衡量压入深度的起点，再加使压入深度的起点，再加使压头压入到头压入到c处，然后去掉主处，然后去掉主试验力，由于被试金属弹试验力，由于被试金属弹性变形的消除，压头向上性变形的消除，压头向上回升到回升到d处。处。洛氏硬度计洛氏硬度计表表盘上读出即可。盘上读出即可。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系1 1、洛氏硬度试验、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）原理原理:用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一经规定时间后

44、卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。种压痕硬度试验。2 2、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。出。如：如：50HRC50HRC 4 4、测量范围测量范围 用于测量用于测量淬火钢、硬质合金淬火钢、硬质合金成品或半成品成品或半成品等材料等材料.洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度3 3、优缺点、优缺点（1 1）试验简单、方便、迅速试验简单、方便、迅速（2 2）压痕小，可测压痕小，可测成品或半成品或半成品，薄件成品，薄件（3 3）数据不够准确，应测三点取平均值数据不够准确，应测三点取平均值（4 4

45、）不应测组织不均匀材料，如不应测组织不均匀材料，如铸铁。铸铁。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系洛氏硬度洛氏硬度o试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验力及按表力及按表-2选择，对应的洛氏硬度标尺为选择，对应的洛氏硬度标尺为HRA、HRB、HRC三种三种符号符号压头类压头类型型载载荷荷/k g f硬度有硬度有效范效范围围使用范使用范围围HRA金金刚刚石石圆锥圆锥体体60208888适用于适用于测测量硬量硬质质合金、合金、钢钢表面表面淬火淬火层层或渗碳或渗碳层层HRB直径直径为为1.588mm钢钢球球10020100100适用于适用于测测量非

46、量非铁铁金属金属,退火、退火、正火等正火等HRC金金刚刚石石圆锥圆锥体体150207070适用于适用于调质钢调质钢、淬火、淬火钢钢等等航空材料 精品课程张家界航院数控工程系1 1、维氏硬度试验、维氏硬度试验 原理原理:用用夹角为夹角为136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度压入试样表面，测出压痕对角线长度d d。2 2、维氏硬度值、维氏硬度值 用压痕对角线长度表示。用压痕对角线长度表示。如：如：640HV640HV。4 4、测量范围测量范围 常用于测薄件、镀

47、层、化学热处理后的表层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。三、维氏硬度三、维氏硬度三、维氏硬度三、维氏硬度3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（2 2）可测成可测成品与薄件品与薄件（3 3）试样表面要求高，费工。试样表面要求高，费工。1-2 1-2 硬度硬度航空材料 精品课程张家界航院数控工程系第三节第三节 韧性和冲击试验韧性和冲击试验o韧韧性性：金金属属在在冲冲击击力力作作用用下下，断断裂裂前前吸吸收收变变形形能能量量的的能能力力。韧韧性性愈愈好好，代代表表金金属属的的抗抗冲冲击破坏能力愈强。击破坏能力愈强

48、。o摆摆锤锤式式一一次次冲冲击击试试验验原原理理：试试验验在在专专门门的的摆摆锤锤式式冲冲击击试试验验机机上上进进行行，把把试试样样放放在在试试验验机机的的支支承承面面上上，试试样样的的缺缺口口背背向向摆摆锤锤冲冲击击方方向向。将将质质量量为为m的的摆摆锤锤安安放放到到规规定定的的高高度度H，然然后后下下落落将将试试样样打打断断，并并摆摆过过支支点点升升到到某某一一高高度度h，试试样样在在冲冲击击试试验验力力一一次次作作用用下下，折折断断时时所所吸吸收收的的功功为为冲冲击吸收功为击吸收功为Ak航空材料 精品课程张家界航院数控工程系冲击试验冲击试验o实实际际上上，冲冲击击吸吸收收功功AK数数值值

49、可可由由试试验验机机读读出，而无需计算出，而无需计算o冲冲击击韧韧度度：将将冲冲击击吸吸收收功功AKAK值值除除以以试试样样缺缺口口底底部部的的横横载载而而积积 A0A0（cmcm2 2）得到的值）得到的值oak=AK/A0 o冲冲击击韧韧度度作作为为衡衡量量材材料刚性的依据料刚性的依据航空材料 精品课程张家界航院数控工程系断裂韧性及衡量指标断裂韧性及衡量指标1断裂韧度断裂韧度KIC:是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标，指是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标，指的是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。的是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。单位：单位：MPam 1/2 或者或者 MN m-3/22应用应用（

50、判断构件是否安全，合理选材）（判断构件是否安全，合理选材）KI KIC 构件发生脆性断裂构件发生脆性断裂 KI KIC 构件发生低应力脆性断裂的临界条件构件发生低应力脆性断裂的临界条件3应用场合：主要用于高强度钢制造的飞机、导弹和火箭的零件，应用场合：主要用于高强度钢制造的飞机、导弹和火箭的零件，或者是用中低强度钢制造气轮机转子、大型发电机转子等或者是用中低强度钢制造气轮机转子、大型发电机转子等航空材料 精品课程张家界航院数控工程系式中：Y_裂纹的几何形状因子;_外加应力（N/mm2）；a_裂纹的半径（mm）；K1_ 强度因子（MPam1/2或MNm-3/2）当K1达到临界值K1C时，零件内裂