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1、金屬材料的性能,材 料 的 性 能,使用性能,工藝性能,力學性能,物理性能,化學性能,鑄造性能,鍛壓性能,熱處理性能,焊接性能,力學性能,定義 : 是指金屬材料在外力的作用下所表現(xiàn)出來的抵抗能力。,力 學 性 能,強度,硬度,斷裂韌度,疲勞,主要指標：,塑性,韌性,強度 塑性,拉伸試驗,拉伸試驗,拉伸試驗機,液壓式萬能電子材料試驗機,* 拉伸試樣：,長試樣：L0=10d0 短試樣：L0=5d0,力伸長曲線,O,屈服,彈性變形,縮頸,斷裂,塑性變形,塑性變形:外力去除后不能消失的變形,彈性( elasticity ):金屬材料受外力作 用時產(chǎn)生變形,當外力去掉后能恢復 到原來形狀及尺寸的性能。,

2、彈性變形( elastic deformation ): 隨載荷撤除而消失的變形。,拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象,力伸長曲線,O,屈服,彈性變形,縮頸,斷裂,塑性變形,強度(strength): 材料在力的作用下抵抗 變形和破壞的能力。,種類: 抗拉強度、 抗壓強度、 抗彎強 度 、 抗剪強度 、 抗扭強度等。,(2)屈服強度( yield strength): 屈服點 S,規(guī)定殘余伸長應力： r0.2 =Fr0.2/S 0,(3)抗拉強度( tensile strength ): 試樣在斷裂前所能承受的最大應力。,力 學 性 能,強度,硬度,韌性,斷裂韌度,疲勞,主要指標：,塑性,塑性(plastic

3、ity):是指材料在載荷作用下 產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。,(1)斷面收縮率(percentage reduction in area): 是指試樣拉斷處橫截面積S 1 的收縮量與原始橫截面積S0之比。,(2)斷后伸長率(延伸率) specific elongation: 是指試樣拉斷后的標距伸長量L 1與 原始標距L 0之比。, 10% 屬塑性材料,長試樣：10 簡寫為短試樣：5,同一種材料的5 10,硬度( hardness ),1.定義： 是指材料抵抗其它更硬物體壓入其表面的能力。,2.硬度試驗方法： （1）壓入法 （2）劃痕法 （3）回跳法,布氏硬度HB 洛氏硬度HR 維氏硬度HV

4、,壓入法,(一)布氏硬度HB(Brinell-hardness),觀看布氏硬度,1.壓頭：,淬火鋼球 HBS 硬質(zhì)合金鋼球 HBW,2.試驗原理：,用一定直徑的壓頭（球體），以相應試驗力壓入待測表面，保持規(guī)定時間卸載后，測量材料表面壓痕直徑，以此計算出硬度值。,F F HB= = S Dh,D h = 2,D d 2 2,2,2,布氏硬度值450的材料,選用淬火鋼球壓頭,例如：200HBS 350HBS,布氏硬度值450650的材料,選用硬質(zhì)合金球壓頭,例如：550HBW 600HBW,3.標注：,符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間

5、。如:120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。,4. 特點：,優(yōu)點：,測量誤差?。ㄒ驂汉鄞螅?，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復性強。,缺點：,壓痕面積較大，測量費時。,應用：,常用于測量較軟材料、灰鑄鐵、有色金屬、退火正火鋼材的硬度。,不適于測量成品零件或薄件的硬度。,(二)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness ),觀看洛氏硬度,1.壓頭：,120金剛石圓錐體鋼球 鋼球,HRA HRC,HRB,2.試驗原理：,用錐頂角為120的金剛石圓錐或直徑1.588mm的淬火鋼球，以相應試驗力壓入待測表面，保持規(guī)

6、定時間卸載后卸除主試驗力，以測量的殘余壓痕深度增量來計算出硬度值。,h1,h2,h3,h,1-1 初載10kg h1,2-2 總載150kg h2,3-3 卸載140kg h3,最后測得： 殘余壓痕深度增量 h,HR=C-h/0.002,h=h3-h1,HR=h/0.002,洛氏硬度值的表示：,7085HRA 25100HRB 2070HRC,HRA、HRB、HRC分別測得的硬度，不可直接比較大小,例如： 50HRC40HRC ,3.特點：,優(yōu)點：,測量操作簡單，方便快捷，壓痕??；測量范圍大，能測較薄工件。,缺點：,測量精度較低，可比性差，不同標尺的硬度值不能比較。,是生產(chǎn)中應用最廣 泛的硬度

7、 試驗方法。 可用于成品檢驗和薄件表面硬度檢驗。 不適于測量組織不均勻材料。,應用：,(三)維氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness ),維氏硬度計,1.壓頭：,錐面夾角為136的金剛石 正四棱錐體,2.試驗原理：,與布氏硬度試驗原理基本相同。 只是壓頭改用了金剛石四棱錐體。,以一定的試驗力將壓頭壓入試樣表面，保持規(guī)定時間卸載后，在試樣表面留下一個四方錐形的壓痕，測量壓痕兩對角線長度，以此計算出硬度值。,2.試驗原理：,用壓痕兩對角線的平均長度來計算。,H V=F/S,3.標注：,與布氏硬度基本相同，在后面要標注試驗條件試驗力和保持時間（1015S不標）。,例

8、：580HV30表示用30kgf (294.2N)試驗力保持1015S測定的維氏硬度值為580。,4.特點：,優(yōu)點：,適用范圍廣，從極軟到極硬材料都可測量;測量精度高，可比性強；能測較薄工件。,缺點：,測量操作較麻煩，測量效率低。,應用：,廣泛用于科研單位和高校，以及薄件表面硬度檢驗。,不適于大批生產(chǎn)和測量組織不均勻材料。,韌性(toughness ):,材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。,1.定義：,沖擊試驗機,沖擊試樣和沖擊試驗示意圖,2.金屬的夏比沖擊試驗:,試樣沖斷時所消耗的沖擊功A k為:,A k = m g H m g h (J),g,沖擊韌度ak 就是試樣缺口處單位截面積上所消

9、耗的沖擊吸收功。,3.韌脆轉(zhuǎn)變溫度:,-40,-20,0,20,20,40,60,ak,T(c),T，ak急劇 韌性脆性,金屬材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，材料的低溫沖擊韌性愈好。,斷裂韌度,1、低應力脆斷 有些零件在工作應力遠遠低于屈服點時就會發(fā)生脆性斷裂。這種現(xiàn)象稱為低應力脆斷。,式中：Y_裂紋的幾何形狀因子; _外加應力（N/mm2）； a_裂紋的半長（mm）； K1_ 強度因子（MPam1/2或MNm-3/2）當K1達到臨界值K1C時，零件內(nèi)裂紋將發(fā)生失穩(wěn)擴展而出現(xiàn)低應力脆性斷裂，而K1K1C時，零件安全可靠。,2、應力場強度因子,當K1達到臨界值K1C時，零件內(nèi)裂紋將發(fā)生失穩(wěn)擴展而出現(xiàn)低應力脆

10、性斷裂，而K1K1C時，零件安全可靠。,3、斷裂韌度K1C,材料抵抗裂紋擴展的能力斷裂韌度表示。,反應材料有裂紋存在時，抵抗脆性斷裂的能力。 K1c可通過試驗來測定，它是材料本身的特性，與材料成分、熱處理及加工工藝等有關(guān)。 為安全設(shè)計提供了一個重要的力學性能指標,常見工程材料的斷裂韌度K1C值（MNm-3/2）,根據(jù)K1=Ya K1C的臨界判據(jù)知： 為使零件不發(fā)生脆斷，設(shè)計者可以控制三個參數(shù)：材料的斷裂韌度K1C 、名義工作應力和零件內(nèi)的裂紋長度a，它們之間的定量關(guān)系能直接用于設(shè)計計算，可以解決以下三方面的工程實際問題：,1）根據(jù)零件的實際工作應力和其內(nèi)可能的裂紋尺寸a，確定材料應有的斷裂韌度

11、K1C，為正確選材提供依據(jù)； 2）根據(jù)零件所使用的材料斷裂韌度K1C及已探傷出的零件內(nèi)存在的裂紋尺寸a，確定零件的臨界斷裂應力C，為零件最大承載能力設(shè)計提供依據(jù)； 3）根據(jù)已知材料的斷裂韌度K1C和零件的實際工作應力，估算斷裂時的臨界裂紋長度aC，為零件的裂紋探傷提供依據(jù)。,1、疲勞現(xiàn)象,零件在循環(huán)應力的作用，即使工作時承受的應力低于材料的屈服點或規(guī)定殘余伸長應力，在經(jīng)受一定的應力循環(huán)后也會發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。,疲勞（ fatigue ）,2、疲勞極限-1: 表示金屬材料在無數(shù)次交變載荷作 用而不破壞的最大應力。,疲勞曲線,鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取 N = 107,有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取 N = 108,3、提高疲勞極限途徑,改善零件的結(jié)構(gòu)形狀,降低表面粗糙度值,采取表面強化,1943年美國T-2油輪發(fā)生斷裂,物理性能,物理性能，不僅對工程材料的選用來說，有著重要的意義；而且也會對材