項目1-金屬材料的性能

,項目1：金屬材料的性能,材料的性能：工藝性能、使用性能。,2.使用性能：是指金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來的性能。,如：物理性能、化學性能、力學性能。,1.工藝性能：是指制造工藝過程中材料適應加工的性能。,如：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能、熱處理工藝性等。,金屬的密度就是單位體積金屬的質(zhì)量,熔點：,導電性：,導熱性：,熱膨脹性：,磁性：,緩慢加熱時金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度,材料傳導熱量的能力,是材料傳導電流的能力,材料因溫度變化而引起的體積變化現(xiàn)象,材料在磁場中能被磁化或?qū)Т诺哪芰ΨQ為導磁性或磁性,密度：,物理性能,1.材料的使用性能,金屬材料與周圍介質(zhì)接觸時抵抗發(fā)生化學或電化學反應的性能。,耐腐蝕性指金屬材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力。,抗氧化性指金屬材料在高溫下，抵抗產(chǎn)生氧化皮的能力。,耐腐蝕性材料如：不銹鋼、塑料、陶瓷、鈦及其合金等,如：耐熱鋼、鉻鎳合金、鐵鉻合金等,化學性能,是指金屬材料在載荷作用下所表現(xiàn)出來的性能,力學性能,力學性能指標：強度、剛度、硬度、塑性、韌性等。,1.1強度、剛度與塑性,一般用靜拉伸實驗來測得,應力（）：單位橫截面積的內(nèi)力,標準拉伸試樣規(guī)格：長試樣L0=10d0短試樣L0=5d0,=F/S,第1章金屬材料的力學性能,7,靜載荷靜拉伸曲線,第1章,k,（1）強度,彈性極限e,金屬材料發(fā)生彈性變形時所能承受的最大應力。,金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。,屈服極限s（屈服強度或屈服點）,s=Fs/So,金屬材料發(fā)生明顯的塑性變形時所能承受的最小應力。,e=Fe/So,抗拉強度b（強度極限）,是試樣被拉斷前的所能承受的最大應力,b=Fb/So,材料抵抗外力而不致斷裂的最大應力值,屈強比,s與b的比值。,屈強比愈小，工程構(gòu)件的可靠性愈高，,屈強比太小，則材料強度的有效利用率太低。,彈性模量E,E愈大，剛度越大，彈性變形越不容易進行。,（3）塑性,斷后伸長率,斷面收縮率,是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標。,材料在斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。,（2）剛度,表示材料抵抗彈性變形的能力。,、越大，材料塑性越好,1.1.2.硬度,材料抵抗局部變形、特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。,硬度測量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念。,硬度試驗簡單易行，又無損于零件，而且可以近似的推算出材料的其它機械性能，因此在生產(chǎn)和科研中應用廣泛。,（1）布氏硬度（HB）,硬度試驗方法很多，機械工業(yè)普遍采用壓入法來測定硬度，壓入法又分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。,布氏硬度測定的原理是把一定直徑的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的載荷p壓入被測材料表面，保持一定時間后卸除載荷，測出壓痕直徑d，求出壓痕面積，實驗載荷除以球面壓痕表面積所得的商即為布氏硬度。,第1章金屬材料的力學性能,第1章,13,布氏硬度測試原理示意圖,布氏硬度適用于未經(jīng)淬火的鋼、鑄鐵、有色金屬或質(zhì)地輕軟的軸承合金。,120HBS10/1000/10表示用直徑D=10mm的淬火鋼球壓頭在1000kgf（9.8KN）的試驗載荷作用下，保持10秒所測得布氏硬度值為120。HBS只可用來測定硬度值小于450的金屬材料。500HBW5/750表示用直徑D=5mm的硬質(zhì)合金球壓頭在750kgf（7.35KN）的試驗載荷作用下，保持10-15秒（不標注）所測得布氏硬度值為500。HBW可用來測定硬度值450-650的金屬材料。,布氏硬度的表示方法（HBS或HBW）,（2）洛氏硬度（HR）,洛氏硬度測試原理以頂角為120的金剛石圓錐體或一定直徑的淬火鋼球作為壓頭，以規(guī)定的試驗力使其壓入試樣表面，根據(jù)壓痕的深度確定被測金屬的硬度值。,硬度值的大小直接由硬度計表盤上讀出,洛氏硬度表示方法如4045HRC,常見洛氏硬度的試驗條件及應用范圍,特點與應用,洛氏硬度可用于測量淬火鋼、硬質(zhì)合金等材料。,1）試驗簡單、方便、迅速2）壓痕小，可測成品，薄件3）數(shù)據(jù)不夠準確，應測三點取平均值4）不應測組織不均勻材料，如鑄鐵。,（3）維氏硬度（HV）,為了從軟到硬的各種金屬材料有一個連續(xù)一致的硬度標度，因而制定了維氏硬度試驗法。,是用一種頂角為136的正四棱錐體金鋼壓頭，在載荷F作用下，試樣表面壓出一個四方錐形壓痕，測量壓痕兩對角線的平均長度d計算硬度的一種試驗方法。一般根據(jù)d值查表即可得到硬度值。,維氏硬度試驗法原理,維氏硬度主要用來測定薄件、鍍層、化學熱處理后的表層等。,維氏硬度用符號HV表示。例如：640HV30/20,維氏硬度的表示方法,1）測量準確，應用范圍廣（硬度從極軟到極硬）2）可測成品與薄件3）試樣表面要求高，費工時。,維氏硬度的特點,1.1.3.沖擊韌性（Ak或ak）,韌性：材料斷裂前吸收變形能量的能力,沖擊韌性：沖擊載荷下材料抵抗變形和斷裂的能力。,ak=Ak/So,沖擊吸收功Ak=mg(h1-h2),沖擊韌度（ak）：,指沖擊試樣缺口處單位橫截面積上的沖擊吸收功。,沖擊韌性實驗,Ak=mg(h1-h2),Titanic含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，沖擊試樣是典型的脆性斷口。近代船用鋼板的沖擊試樣則具有相當好的韌性。,Titanic號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗結(jié)果,Titanic沉沒原因,1.1.4.疲勞強度,80%的斷裂由疲勞造成,疲勞斷裂：材料在承受大小和方同隨時間作周期性變化（包括交變應力和重復）的載荷作用下，往往在遠小于強度極限，甚至小于屈服極限的應力下發(fā)生斷裂。,陶瓷、高分子材料的疲勞強度很低，金屬材料疲勞強度較高，纖維增強復合材料也有較好的抗疲勞性能。,疲勞強度（疲勞極限）：材料經(jīng)無數(shù)次應力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最高應力值。疲勞強度大小用循環(huán)基數(shù)表示。,循環(huán)基數(shù)：鋼鐵材料10；非鐵金屬10；腐蝕介質(zhì)作用下10,7,8,6,1.鑄造性能指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能，,2.焊接性能指材料焊接時其工藝方法的難易程度及接口處是否能滿足使用目的的特性。,3.鍛造性能金屬材料在鍛壓加工中能承受塑性變形而不破裂的能力。,2.材料的工藝性能,含碳量4.3%的鐵碳合金鑄造性最好。,含碳量越高，焊接性越差。,含碳量越高，鍛造性越差。,指材料適應加工工藝要求的能力,4.