工程材料的主要性能讲稿.ppt

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1、工程材料的主要性能第一页，讲稿共四十二页哦单向静拉伸载荷下材料的力学性能单向静拉伸载荷下材料的力学性能 硬度硬度 冲击韧性冲击韧性 疲劳极限疲劳极限 第一章第一章 金属的力学性能金属的力学性能第二页，讲稿共四十二页哦材料 的性能使用性能：工艺性能：力学性能力学性能物理性能化学性能强强 塑塑 刚刚 硬硬 韧韧 疲疲度度 性性 度度 度度 性性 劳劳铸造性能压力加工性能焊接性能切削加工性能热处理性能金属材料在不同环境下，承受各种外加载荷时所表现出的力学特征。第三页，讲稿共四十二页哦第一节第一节 单向静拉伸载荷下材料的力学性能单向静拉伸载荷下材料的力学性能 一一 强度的概念强度的概念二二 强度的测定

2、强度的测定拉伸实验拉伸实验三三 强度指标强度指标四四 塑性塑性第四页，讲稿共四十二页哦一、强度的概念一、强度的概念 指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。1.1.定义定义2.2.应用应用 强度是机械零件（或工程构件）在设计、加工、使强度是机械零件（或工程构件）在设计、加工、使用过程中的主要性能指标，特别是选材和设计的主要依用过程中的主要性能指标，特别是选材和设计的主要依据。据。第一节第一节 单向静拉伸载荷下材料的力学性能单向静拉伸载荷下材料的力学性能 第五页，讲稿共四十二页哦二、强度的测定二、强度的测定拉伸实验拉伸实验1.1.拉伸试样（

3、拉伸试样（GB6397-86GB6397-86）2.2.力力伸长曲线伸长曲线（以低碳钢试样为例）（以低碳钢试样为例）3.3.脆性材料的拉伸曲线脆性材料的拉伸曲线第一节第一节 单向静拉伸载荷下材料的力学性能单向静拉伸载荷下材料的力学性能 第六页，讲稿共四十二页哦长试样：长试样：L L0 0=1010d d0 0短试样：短试样：L L0 0=5 5d d0 01.1.拉伸试样（拉伸试样（GB6397-86GB6397-86）第一节第一节 单向静拉伸载荷下材料的力学性能单向静拉伸载荷下材料的力学性能 第七页，讲稿共四十二页哦2.2.力力伸长曲线伸长曲线弹性变形阶段弹性变形阶段屈服阶段屈服阶段颈缩现象

4、颈缩现象拉伸试验拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。强化阶段强化阶段第一节第一节 单向静拉伸载荷下材料的力学性能单向静拉伸载荷下材料的力学性能 第八页，讲稿共四十二页哦拉拉伸伸试试样样的的颈颈缩缩现现象象第九页，讲稿共四十二页哦3.3.脆性材料的拉伸曲线脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）（与低碳钢试样相对比）脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。FL0 0 第一节第一节 单向静拉伸载荷下材料的力学性能单向静拉伸载荷下材料的力学性能 第十页，讲稿共四十二页哦FsA A0 0s s=1.1.屈服点屈服点应用应用：s s

5、和和0.20.2常作为零件选材和设计的依据。常作为零件选材和设计的依据。脆性材料的屈服点脆性材料的屈服点F0.20.2A A0 00.20.2=计算公式计算公式 LF0 0F0.20.2%L0三、强度指标三、强度指标第一节第一节 单向静拉伸载荷下材料的力学性能单向静拉伸载荷下材料的力学性能 第十一页，讲稿共四十二页哦2.2.抗拉强度抗拉强度 b b=F Fb bA A0 0 应用：脆性材料制作机应用：脆性材料制作机械零件和工程构件时的选材械零件和工程构件时的选材和设计的依据。和设计的依据。计算公式计算公式第一节第一节 单向静拉伸载荷下材料的力学性能单向静拉伸载荷下材料的力学性能 第十二页，讲稿

6、共四十二页哦拉伸试验录像第十三页，讲稿共四十二页哦四、塑性四、塑性（二）衡量指标（二）衡量指标金属材料断裂前发生永久变形的能力。金属材料断裂前发生永久变形的能力。断面收缩率：断面收缩率：伸长率：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，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。横截面积的百分比。（一）（一）定义定义第一节第一节 单向静拉伸载荷下材料的力学性能单向静拉伸载荷下材料的力学性能 第十四页，讲稿共四十二页哦l l1-l-l0 0l l0 0100%100%=l l1 1试样拉断

7、后的标距试样拉断后的标距,mm;mm;l l0 0试样的原始标距试样的原始标距,mmmm。伸长率（伸长率（）第一节第一节 单向静拉伸载荷下材料的力学性能单向静拉伸载荷下材料的力学性能 第十五页，讲稿共四十二页哦断面收缩率（断面收缩率（）S0-S1S0=100%S S0 0试样原始横截面积试样原始横截面积,mmmm2 2；S S1 1颈缩处的横截面积颈缩处的横截面积,mmmm2 2 。第一节第一节 单向静拉伸载荷下材料的力学性能单向静拉伸载荷下材料的力学性能 第十六页，讲稿共四十二页哦结论：结论：更能反映材料塑性的好坏，更能反映材料塑性的好坏，和和越大，材料塑性就越好越大，材料塑性就越好！2-5

8、%10%10%属塑性材料属塑性材料同一材料同一材料5 5 1010 任何零件都需要一定塑性，防止过载断裂；塑性变形任何零件都需要一定塑性，防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。可以缓解应力集中、削减应力峰值。第一节第一节 单向静拉伸载荷下材料的力学性能单向静拉伸载荷下材料的力学性能 第十七页，讲稿共四十二页哦第二节第二节 硬硬 度度（一）布氏硬度（一）布氏硬度（二）洛氏硬度（二）洛氏硬度1.1.原理原理2 2.应用应用3 3.优缺点优缺点 1 1.原理原理 2 2.应用应用 3 3.优缺点优缺点4 4.实验（录像）实验（录像）4 4.实验（录像）实验（录像）第十八页，讲稿共四十

9、二页哦（一）布氏硬度 布氏硬度试验是指用一定直径的 球体（钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量的表面压痕直径计算硬度的一种压痕硬度试验。图1-4 布氏硬度测试原理第二节第二节 硬硬 度度第十九页，讲稿共四十二页哦1.1.原理原理布氏硬度布氏硬度=P P A A凹凹=2 2F FDD D D-（D D-d d）第二节第二节 硬硬 度度第二十页，讲稿共四十二页哦表示方法：表示方法：在符号在符号HBSHBS或或HBWHBW之前写出硬度值，符号后面之前写出硬度值，符号后面的数字按顺序分别写出压头直径、载荷及载荷保的数字按顺序分别写出压头直径、载荷及载荷保持时

10、间及载荷保持时间（持时间及载荷保持时间（10-15s10-15s不标注）。不标注）。如如:120HBS10/1000/30:120HBS10/1000/30表示直径为表示直径为10mm10mm的淬火的淬火钢球在钢球在1000kgf1000kgf（9.807kN9.807kN）载荷作用下保持）载荷作用下保持30s30s测测得的布氏硬度值为得的布氏硬度值为120120。第二节第二节 硬硬 度度第二十一页，讲稿共四十二页哦 测量比较软的材料。测量比较软的材料。测量范围测量范围 HBS450 HBS450、HBW650HBW650的金属材料。的金属材料。3.3.优缺点优缺点2.2.应用应用 压痕大，测

11、量准确，压痕大，测量准确，但不能测量成品件。但不能测量成品件。第二节第二节 硬硬 度度第二十二页，讲稿共四十二页哦布氏硬度试验录像布氏硬度试验录像第二节第二节 硬硬 度度第二十三页，讲稿共四十二页哦1.1.原理原理 （二）洛氏硬度（二）洛氏硬度加初载荷加初载荷加主载荷加主载荷卸除主载荷卸除主载荷读硬度值读硬度值图1-5 洛式硬度测试原理第二节第二节 硬硬 度度第二十四页，讲稿共四十二页哦 压痕深度压痕深度h h越大，则硬度值越小越大，则硬度值越小，为了符合习，为了符合习惯上的数值越大、硬度越高的思维，采用一个常惯上的数值越大、硬度越高的思维，采用一个常数数C C（K)K)减去压痕深度减去压痕深

12、度h h后的数值表示洛氏硬度。后的数值表示洛氏硬度。GBGB规定：压头每压入规定：压头每压入0.002mm0.002mm的深度为一个硬度单位，的深度为一个硬度单位，所以：所以：HR=C-h/0.002 HR=C-h/0.002 无单位无单位（金刚石作压头：金刚石作压头：C=100C=100；直径；直径1.5881.588的淬火钢球作的淬火钢球作压头：压头：C=130C=130。）。）为了适应不同材料的硬度测试，采用不同的压头为了适应不同材料的硬度测试，采用不同的压头与载荷组合成几种不同的洛氏硬度标尺，每一种标尺与载荷组合成几种不同的洛氏硬度标尺，每一种标尺用一个字母在洛氏硬度符号后注明，如用一

13、个字母在洛氏硬度符号后注明，如HRAHRA、HRBHRB、HRC HRC 等等第二节第二节 硬硬 度度第二十五页，讲稿共四十二页哦（2 2）表示方法：）表示方法：在符号前（有些资料写在后面）直接写出硬度值如：56HRC、80HRA、60HRB。（3 3）应用：）应用：钢的热处理质量检查，主要用于测硬度高的材料。洛氏硬度压头总载荷测量范围适用材料HRA120金刚石圆锥体588.46085硬质合金材料、表面淬火钢等HRB1.588mm淬火钢球980.725100软钢、退火钢、铜合金等HRC120金刚石圆锥体1471.12067淬火钢、调质钢等表1-1 常用洛氏硬度的级别及其应用范围第二节第二节 硬

14、硬 度度第二十六页，讲稿共四十二页哦（4 4）特点：）特点：操作迅速方便；应用较广：硬度值测量范围较大，能测材料的表面硬度、薄壁件；工件表面损伤小：压痕小；组织粗大且不均匀的材料，测试结果不准确：压痕小，数值重复性差，措施：至少测3个点，求平均值。（5 5）当材料）当材料HBSHBS220220时有：时有：HBS10HRCHBS10HRC第二节第二节 硬硬 度度第二十七页，讲稿共四十二页哦第二十八页，讲稿共四十二页哦3 3、维氏硬度、维氏硬度 HVHV维氏硬度计维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理维氏硬度压痕维氏硬度压痕第二节第二节 硬硬 度度第二十九页，讲稿共四十二页哦 （1 1）测量

15、原理：）测量原理：用锥面夹角为136 的金刚石正四棱锥体为压头，按选定的试验载荷P（常用510kgf）将压头压入，并保持一定时间，卸载后测量压痕对角线长度d，计算压痕单位面积F承受的压力大小。HV=P/F=1.8544 P/d2 （kgf/mm2)（GB4340-1984）（2 2）表示方法：）表示方法：在HV之前写出硬度值，后面依次用相应数字注明试验力和保持时间。例如：600HV30/20表示采用294.2N（30kg）的试验力，保持时间20S时得到的硬度值为600。（3 3）应用：）应用：适用于软硬金属，尤其适用于极薄（0.3-0.5mm）零件和渗碳、渗氮工件的硬度测定。第二节第二节 硬硬

16、 度度第三十页，讲稿共四十二页哦 （4 4）特点：）特点：有连续一致的标尺，负荷可任选，可直接比较；负荷小，压痕小，压痕轮廓清晰，测量准确；操作麻烦。第二节第二节 硬硬 度度第三十一页，讲稿共四十二页哦第三节第三节 冲击韧性冲击韧性材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。(a)试样安装 (b)冲击试验机图1.5 冲击韧度试验原理1、7支座 2、3试样 4刻度盘 5指针 6摆锤第三十二页，讲稿共四十二页哦试样冲断时所消耗的冲击功试样冲断时所消耗的冲击功A A k k为为:A A k k=m g H =m g H m g h(J)m g h(J)冲击韧性值冲击韧性值

17、a a k k 就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。击功。AK a k=(J/cm)F第三节第三节 冲击韧性冲击韧性第三十三页，讲稿共四十二页哦韧脆转变（温度）：韧脆转变（温度）：材料的冲击韧度一般随温度的下降而降低，当降低到某温度范围时，材料的冲击韧度明显降低，呈现脆性，这种现象叫韧脆转变，此温度范围叫韧脆转变温度。普通碳钢-30-20。第三节第三节 冲击韧性冲击韧性第三十四页，讲稿共四十二页哦视频：摆锤式一次冲击试验视频：摆锤式一次冲击试验第三节第三节 冲击韧性冲击韧性第三十五页，讲稿共四十二页哦第四节第四节 疲劳强度疲劳强度危险！第三十六页，讲稿

18、共四十二页哦 机械中的许多零件，如轴、齿轮、螺栓、连杆、弹簧等，是在方向或大小反复变化的变载荷作用下工作的，它们工作时所承受的应力即使远小于材料的强度极限或屈服极限，但经过较长时间的工作，亦会发生断裂。材料或零件在交变应力的重复作用下，在远小于屈材料或零件在交变应力的重复作用下，在远小于屈服极限的应力下，而发生断裂的现象服极限的应力下，而发生断裂的现象称为疲劳断裂疲劳断裂(或或疲劳破坏疲劳破坏)。疲劳断裂具有疲劳断裂具有很大的危险性，常常造成严重的事故。据统计；损坏的机器零部件中，约有80都是由于金属疲劳而造成的。一、疲劳断裂一、疲劳断裂第四节第四节 疲劳强度疲劳强度第三十七页，讲稿共四十二页

19、哦 金属材料经受无数次重复交变应力作用不致引起断裂的最大应力金属材料经受无数次重复交变应力作用不致引起断裂的最大应力叫做叫做疲劳强度疲劳强度或或疲疲劳极限劳极限，用，用-1-1（D D）表示）表示，通常用表示材料在对称循环交变应力作用下的弯曲通常用表示材料在对称循环交变应力作用下的弯曲疲劳极限疲劳极限。即材料承受的应力低于疲劳强度时，则可能经受无限次应力循环而不断裂。即材料承受的应力低于疲劳强度时，则可能经受无限次应力循环而不断裂。因实际上不可能进行无数次试验，故各种金属应有一定的应力循环基数因实际上不可能进行无数次试验，故各种金属应有一定的应力循环基数(以以N N表示表示)，钢材的循环次数一

20、般取，钢材的循环次数一般取 N=10N=107 7；有色金属的循环次数一般取；有色金属的循环次数一般取 N=10N=108 8；钢材的；钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系。疲劳强度与抗拉强度之间的关系。-1-1=(0.45=(0.450.55)0.55)b b第四节第四节 疲劳强度疲劳强度二、疲劳强度二、疲劳强度第三十八页，讲稿共四十二页哦 一般认为是由于材料的质量、零件表面缺陷或结构设计不当等因素，在零件或试样的局部区域形成应力集中，而导致微裂纹(疲劳裂纹核心)的产生。疲劳裂纹产生后，随应力循环次数的增加而逐渐扩展，零件的有效截面积逐渐减小，致使零件不能承受所加载荷而突然破坏。三、产生疲劳破

21、坏的原因三、产生疲劳破坏的原因第四节第四节 疲劳强度疲劳强度第三十九页，讲稿共四十二页哦1 1、设计方面设计方面 尽量使用零件避免交角、缺口和截面突变，以尽量使用零件避免交角、缺口和截面突变，以避免应力集中及其所引起的疲劳裂纹。避免应力集中及其所引起的疲劳裂纹。2 2、材料方面材料方面 通常应使晶粒细化，减少材料内部存在的夹杂物通常应使晶粒细化，减少材料内部存在的夹杂物和由于热加工不当引起的缺陷。如疏松、气孔和表面氧化等。和由于热加工不当引起的缺陷。如疏松、气孔和表面氧化等。3 3、机械加工方面机械加工方面 要降低零件表面粗糙度值。要降低零件表面粗糙度值。4 4、零件表面强化方面零件表面强化方面 可采用化学热处理、表面淬火、喷丸处理可采用化学热处理、表面淬火、喷丸处理和表面涂层等，使零件表面造成和表面涂层等，使零件表面造成压应力压应力，以抵消或降低表面拉应，以抵消或降低表面拉应力引起疲劳裂纹的可能性。力引起疲劳裂纹的可能性。四、提高零件疲劳强度的措施四、提高零件疲劳强度的措施第四节第四节 疲劳强度疲劳强度第四十页，讲稿共四十二页哦19431943年美国年美国T-2T-2油轮发生断裂油轮发生断裂第四节第四节 疲劳强度疲劳强度第四十一页，讲稿共四十二页哦视频：纯弯曲疲劳试验第四节第四节 疲劳强度疲劳强度第四十二页，讲稿共四十二页哦