金属材料的主要性能解析.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,一、金属材料的重要性能,9/22/2026,1,工程材料的性能,铸造性能,可锻性能,可焊性能,切削加工性能,热处理性工艺性,使用性能,力学性能,物理性能,化学性能,工艺性能,金属材料具有许多的可贵的性能，一般分为两大类：,9/22/2026,2,1.使用性能,反应金属材料在使用过程中所体现出的特性。,包括：,力学性能：（强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等）,物理性能：（密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性等）,化学性能：（抗大气、海水及其他介质腐蚀、抗高温氧化等,2.工艺性能,反应金属材料在加工制造过程中所体现出来的特性。,包括：铸造特性、压力加工特性、焊接特性、热处理特性、切削加工特性等。,在选择和应用金属材料时，一般无特殊规定期，首先考虑金属材料的使用性能，而在使用性能中，又重要以力学性能（机械性能）为主，因此作为本章讨论的重点。,金属材料的重要性能,9/22/2026,3,一、力学性能:,定义:,金属材料的力学性能是指金属材料在不一样环境（温度、介质）下，承受多种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所体现出的力学特性。,力学性能指标是选择、使用金属材料的重要根据。,指标:,弹性、刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧性、断裂韧度和疲劳强度等。,金属材料的重要性能,9/22/2026,4,动画1 常见的多种外载荷,17,金属材料的重要性能,9/22/2026,5,1、强度和塑性,（静载荷）,塑性：,金属在断裂前发生不可逆永久变形的能力,强度：,金属抵抗永久变形和断裂的能力,强度指标有：,屈服强度（,S,）,、,抗拉强度（,b,）,塑性指标有：,伸长率,、断面收缩率,强度和塑性通过,拉伸试验,方法测得,概念：,材料在外力作用下的体现行为：变形、断裂,材料在外力作用下的行为过程：弹性变形塑性变形断裂（永久变形）,材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。,外力去处后可以恢复的变形称为弹性变形。,外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。,金属材料的重要性能,9/22/2026,6,金属材料的重要性能,拉伸试验机,拉伸试样,长试样：L,0,=10d,0,短试样：L,0,=5d,0,设备与试样,9/22/2026,7,金属材料的重要性能,拉伸曲线：,载荷F伸长量L,拉伸曲线,拉伸试验,9/22/2026,8,19,拉伸试验应力应变曲线（,-,曲线,）,：,应力,：应变,P,：比例极限,e,：弹性极限,s,：屈服极限,b,：强度极限,E,：材料弹性模量,（,E,=,/,）,为了使曲线可以直接反应材料的力学性能，纵坐标用应力（即试样单位横截面上的拉力，=F/A0，A0 为试样原始截面面积）表达，横坐标用应变（试样单位长度上的伸长量，L/L）表达,绘制应力-应变曲线。,-曲线和FL曲线形状相似，坐标含义不一样。,动画4 低碳钢的应力应变图,9/22/2026,9,曲线分为四阶段：,1阶段I：弹性阶段oab段,发生弹性变形，外力撤去，形变恢复。,a:e(比例极限),b:s（弹性极限，材料发生弹性变形的最大抗力）,oa段：LF 直线阶段，=E,ab段：极微量塑性变形（0.001-0.005%),2阶段II：屈服阶段bcd段,c:屈服点：s（屈服强度，表达材料发生明显塑性变形时的抗力。）,拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线,屈服现象：,金属材料开始产生明显塑性变形的标志。,金属材料的重要性能,9/22/2026,10,3阶段III：强化阶段dB 段,均匀塑性变形阶段，应力增长，变形持续增长。,B:b（强度极限，或抗拉强度，指材料所能承受的最大载荷）,4阶段IV：颈缩阶段BK 段,局部集中塑性变形，应力,下降，直至试样断裂。,拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向 静拉伸曲线,低钢、正火、退火调质中钢，低、中C合金钢某些Al合金及某些高分子材料具有类似上述曲线。,铸铁、陶瓷：只有第I阶段,中、高碳钢：没有第II阶段,颈缩,金属材料的重要性能,9/22/2026,11,（1）屈服强度（s，屈服极限）,定义：材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值，用s 表达，单位为MPa，体现式为：,条件屈服极限,由于有诸多材料的拉伸曲线上没有明显的屈服点，无法确定屈服极限，因此规定试样产生0.2塑性变形时的应力值为该材料的屈服极限，称为条件屈服极限，以0.2 表达，如图所示。,式中：,Fs,试样产生明显塑性变形时所受的最小载荷,S,0,试样的原始截面积（mm,2,）,金属材料的重要性能强度,强度,9/22/2026,12,金属材料的重要性能强度,（2）抗拉强度,定义：试样拉断前最大载荷所决定的应力值，即试样所能承受的最大载荷除以原始截面积，以sb表达，单位为MPa，体现式为：,式中：,F,b,指试样被拉断前所承受的最大外力,S,0,试样的原始截面积（mm,2,）,电子拉伸试验机,9/22/2026,13,载荷超过弹性极限后，若卸载，试样的变形不能所有消失，将保留一部分残存变形。材料产生塑性变形而不停裂的性能称为塑性。,塑性的大小用伸长率和断面收缩率表达，两者均无单位量纲。,22,塑性,金属材料的重要性能塑性,9/22/2026,14,（1）伸长率：,表达试样拉伸断裂后的相对伸长量,=（L1-L0）/L0 100%,式中：L0试样原标距的长度（mm）,L1试样拉断后的标距长度（mm）,塑性表达,金属材料的重要性能塑性,按照伸长率可将材料分为：,10%属塑性材料,（2）断面收缩率：表达试样断裂后截面的相对收缩量。,=（S0-S1）/S0 100%,式中：S0试样的原始截面积（mm2）,S1试样断面处的最小截面积（mm2）,9/22/2026,15,定义：硬度是衡量材料软硬程度的指标，表征材料抵御比它更硬的物体压入或刻划的能力。表达材料抵御表面局部塑性变形的能力。,硬度指标,：,布氏硬度（,HB,）、洛氏硬度（,HR,）、维氏（显微硬度）,硬度测试措施：以压入法最为普遍。,金属材料的硬度可用专门仪器来测试，常用的有布氏硬度机、洛氏硬度机等。,2、硬度,（静载荷）,金属材料的重要性能硬度,9/22/2026,16,布氏硬度测试原理图,（）布氏硬度HB,用一定的载荷F，将直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入被测材料的表面，保持一定期间后卸除载荷，载荷与压痕表面积S的比值，作为布氏硬度值，用HB表达，单位为N/mm2，即,金属材料的重要性能硬度,9/22/2026,17,1）布氏硬度的特点：（HBS HBW）,长处：压痕面积大，不受微小不均匀硬度的影响，试验数据稳定，反复性好。,缺陷：1.不合用于成品零件和额薄壁件的硬度检查;,2.不能试验太硬的材料，一般在HB450以上的就不能使用;,3.由于压痕较大，成品检查也有困难。,2）合用范围：,布氏硬度一般合用于硬度较低的材料。如：退火、正火、调质钢,铸铁、有色金属、低合金构造钢等材料。,测量压头为淬火钢球(布氏硬度值在450如下的材料),测量压头为硬质合金球(布氏硬度在650如下的材料),3）材料的,b,与HB之间的经验关系,：,对于低碳钢:,b,(MPa)3.6HB,对于高碳钢：,b,(MPa)3.4HB,对于铸铁：,b,(MPa)1HB或,b,(MPa)0.6(HB-40),金属材料的重要性能硬度,9/22/2026,18,金属材料的重要性能硬度,（2）洛氏硬度HR,原理：在先后两次施加载荷(初载荷及总载荷F)的条件下，将原则压头(顶角为120的金刚石圆锥或直径为1.588mm(1/16英寸)的钢球)压入试样表面，然后根据压痕的深度来确定试样的硬度。,9/22/2026,19,洛氏硬度的特点：（HRC HRB HRA）,洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料，并且压痕很小，几乎不损伤工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。,标尺 压头 总载荷/N 可测试材料 有效值,HRA 金刚石（圆锥体）600 硬质合金、表面淬火钢 7085,HRB 淬火钢球(1.588mm)1000 退火钢、非铁合金 25100,HRC,金刚石（圆锥体）1500 一般淬火钢 2067,注意：一般合用于硬度较高的材料。如：淬火钢等,金属材料的重要性能硬度,9/22/2026,20,动画 洛氏硬度测量,24,动画 布氏硬度测量,金属材料的重要性能硬度,9/22/2026,21,(3)维氏硬度科学试验,原理：将方锥形金刚石压入材料表面,保持规定期间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。,维氏硬度的压力一般可选5，10，20，30，50，100，120kg等，不不小于10kg的压力可以测定显微组织硬度。,维氏硬度：施加载荷与压痕表面积的比值。,金属材料的重要性能硬度,合用范围：,维氏硬度有小负荷维氏硬度，试验负荷1.961铸铁（灰口）铸钢（共晶点附近最佳）,2.铸造性能（塑性、变形抗力）,低碳钢中碳钢（低合金钢）高碳钢（高合金钢）铸铁不可锻压,3.焊接性能（可焊性、焊后开裂的倾向、焊区硬度）,低碳钢中碳钢（低合金钢）高碳钢（高合金钢）铜、铝合金,4.切削性能（切削难易程度、加工表面质量）,5.热处理工艺性能（热处理难易程度及产生缺陷的倾向）,淬透性、变形和开裂、过热敏感性、回火脆化和氧化脱碳等,9/22/2026,40,本章小结：,掌握材料的强度、硬度、塑性、韧性等力学性能的基本概念。,熟悉常用力学性能指标的测试措施，掌握材料力学性能的表达措施及其应用。,9/22/2026,41,