材料性能-工程材料及其熱處理-0

1、工程材料及其熱處理12教學目的教學目的： 為了后續(xù)課程的開展，簡要介紹工程為了后續(xù)課程的開展，簡要介紹工程材料（金屬）的力學性能測定原理及其材料（金屬）的力學性能測定原理及其常用力學性能指標。常用力學性能指標。重點重點： 強度、塑性、硬度、韌性等。強度、塑性、硬度、韌性等。難點難點： 熟記常用指標并能在選材中初步熟記常用指標并能在選材中初步應(yīng)用及識讀。應(yīng)用及識讀。工程材料及其熱處理13 工程材料性能包括工程材料性能包括使用性能和工藝性能使用性能和工藝性能. . 使用性能反映材料在使用過程中所表現(xiàn)出來使用性能反映材料在使用過程中所表現(xiàn)出來的特性，如物理性能、化學性能、力學性能等。的特性，如物理性

2、能、化學性能、力學性能等。 通常情況下，以材料的力學性能作為主要依通常情況下，以材料的力學性能作為主要依據(jù)來選工程材料。據(jù)來選工程材料。 一、力學性能一、力學性能 金屬的力學性能是金屬的力學性能是指金屬在力的作用下所顯指金屬在力的作用下所顯示的與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力示的與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力- -應(yīng)變應(yīng)變關(guān)系的性能。關(guān)系的性能。 金屬力學性能所用的指標和依據(jù)稱為金屬力學性能所用的指標和依據(jù)稱為金屬的金屬的工程材料及其熱處理14 力學性能判據(jù)力學性能判據(jù)。 主要力學性能有強度、塑性、硬度、韌性等主要力學性能有強度、塑性、硬度、韌性等 1. 1.強度強度 強度是指金屬抵抗強度是

3、指金屬抵抗永久變形永久變形（塑性變形）和（塑性變形）和斷裂斷裂的能力的能力。 工程上常用的強度判據(jù)是在工程上常用的強度判據(jù)是在拉伸試驗中所測拉伸試驗中所測得拉伸得拉伸曲線曲線及及試樣試樣測得的屈服強度和抗拉強度測得的屈服強度和抗拉強度。 (1)(1)屈服強度屈服強度 【 ReRe 】 屈服強度是拉伸試樣在試驗過程中屈服強度是拉伸試樣在試驗過程中力不增加力不增加( (保持恒定保持恒定) )仍能繼續(xù)伸長仍能繼續(xù)伸長( (變形變形) )時的應(yīng)力時的應(yīng)力。工程材料及其熱處理15 可用符號可用符號R Re e表示表示 R Re e=F=Fe e/S/S0 0 (MPa (MPa) )式中：式中：F Fe

4、 e外力外力 （N N） S S0 0試樣橫截面積試樣橫截面積 （mmmm2 2） 國標規(guī)定，應(yīng)區(qū)分為國標規(guī)定，應(yīng)區(qū)分為上屈服強度上屈服強度R ReHeH和和下屈下屈服強度服強度R ReLeL，單位為，單位為N/mmN/mm2 2, ,=1=1MPaMPa。 有些金屬材料有些金屬材料( (鑄鐵鑄鐵) )沒有明顯的屈服沒有明顯的屈服現(xiàn)象現(xiàn)象。 (2)(2)抗拉強度抗拉強度【 R Rm m 】 抗拉強度是抗拉強度是指拉伸試樣拉斷前所承受的指拉伸試樣拉斷前所承受的工程材料及其熱處理16 最大拉應(yīng)力最大拉應(yīng)力, ,用符號用符號R Rm m表示表示, ,單位為單位為N/mmN/mm2 2=1MPa=1M

5、Pa 。 R Rm m=F=Fm m/S/S0 0 (MPa(MPa) )式中：式中： F Fm m最大外力最大外力 （N N） S S0 0試樣橫截面積試樣橫截面積 （mmmm2 2） 上述兩指標是按照上述兩指標是按照GB/T228-2002GB/T228-2002標準標準將待測將待測試材料制成標準拉伸試材料制成標準拉伸試樣試樣，在拉伸，在拉伸試驗試驗機上通過機上通過拉伸試驗法測得拉伸試驗法測得。 工程上用的材料，除要求有較高的工程上用的材料，除要求有較高的R Rm m，還，還工程材料及其熱處理17 希望有一定的希望有一定的屈強比屈強比（R Re e /R /Rm m）。）。 屈強比越小，零

6、件可靠性越高屈強比越小，零件可靠性越高，使用中若超，使用中若超載不會立即斷裂；但屈強比太小，則材料強度的載不會立即斷裂；但屈強比太小，則材料強度的有效利用率降低。有效利用率降低。 抗拉強度是設(shè)計和選材時的主要依據(jù)抗拉強度是設(shè)計和選材時的主要依據(jù)。 2. 2.塑性塑性 塑性是指斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的塑性是指斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力能力。 塑性判據(jù)是通過拉伸試驗時，以拉伸試樣塑性判據(jù)是通過拉伸試驗時，以拉伸試樣斷裂時的最大相對塑性變形量表示的。斷裂時的最大相對塑性變形量表示的。工程材料及其熱處理18 常用的塑性判據(jù)是常用的塑性判據(jù)是斷后伸長率斷后伸長率【A A】和和斷面斷面收縮率

7、收縮率【Z Z】。 A=(LA=(Lu u-L-L0 0)/L)/L0 0 100100 式中：式中： L Lu u斷后標距；斷后標距； L L0 0原始標距原始標距。 Z=(SZ=(S0 0-S-Su u)/S)/S0 0 100100 式中：式中： S S0 0原始橫截面積；原始橫截面積； S Su u斷后最小橫截面積。斷后最小橫截面積。工程材料及其熱處理19 數(shù)值大小是通過拉伸試驗與計算法獲得。數(shù)值大小是通過拉伸試驗與計算法獲得。 材料的材料的A A和和Z Z數(shù)值越大，表示材料塑性越好，數(shù)值越大，表示材料塑性越好，可用鍛壓等壓力加工方法成形；可用鍛壓等壓力加工方法成形； 若零件使用中稍有

8、超載，也會因其塑性變形若零件使用中稍有超載，也會因其塑性變形而不致突然斷裂，增加了材料使用的安全可靠性而不致突然斷裂，增加了材料使用的安全可靠性 表達材料塑性時表達材料塑性時, ,通常用斷后伸長率通常用斷后伸長率A A表示表示。 3. 3.硬度硬度 硬度是指硬度是指材料抵抗局部變形，特別是塑性變材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力形、壓痕或劃痕的能力。工程材料及其熱處理110 硬度是衡量金屬軟硬的性能指標，常用的硬度硬度是衡量金屬軟硬的性能指標，常用的硬度判據(jù)有布氏硬度和洛氏硬度兩種。判據(jù)有布氏硬度和洛氏硬度兩種。 布氏硬度用符號布氏硬度用符號HBWHBW表示。表示。 洛氏硬度用

9、符號洛氏硬度用符號HRAHRA、HRBHRB和和HRCHRC等表示，等表示， 其中其中HBWHBW( (HBSHBS) )值和值和HRCHRC值在生產(chǎn)中常用來表值在生產(chǎn)中常用來表示材料（或零部件）的硬度。示材料（或零部件）的硬度。 硬度值的大小是在硬度計上通過硬度硬度值的大小是在硬度計上通過硬度實驗法實驗法測得。測得。 HBWHBW適用于測量較軟的金屬或未經(jīng)淬火的適用于測量較軟的金屬或未經(jīng)淬火的鋼件，布氏硬度值有效范圍小于鋼件，布氏硬度值有效范圍小于650HBW650HBW；工程材料及其熱處理111 HRC HRC適用于測定經(jīng)熱處理淬硬的鋼件，有適用于測定經(jīng)熱處理淬硬的鋼件，有效范圍在效范圍在

10、20HRC20HRC70HRC70HRC。 表示方法為數(shù)字在前，硬度符號在后。表示方法為數(shù)字在前，硬度符號在后。 如如160HBW160HBW180HBW180HBW( (規(guī)定規(guī)定差值差值30)30) 46HRC46HRC50HRC50HRC（規(guī)定（規(guī)定差值差值5 5）。）。 數(shù)字越大，材料硬度越高。數(shù)字越大，材料硬度越高。 4. 4.韌性韌性 韌性是指金屬在斷裂前吸收變形能量的能韌性是指金屬在斷裂前吸收變形能量的能力。力。 金屬韌性的判據(jù)用金屬韌性的判據(jù)用沖擊吸收功沖擊吸收功（符號（符號A AK K）工程材料及其熱處理112 表示，它是通過表示，它是通過沖擊試驗沖擊試驗確定的。確定的。 在實

11、際應(yīng)用中常用在實際應(yīng)用中常用沖擊韌度值（符號沖擊韌度值（符號a ak k）來）來表示材料的韌性，兩者關(guān)系為表示材料的韌性，兩者關(guān)系為a ak kA AK K/S/S ，單位，單位J/cmJ/cm2 2。 a ak k值越大，材料韌性越好值越大，材料韌性越好。 實踐證明，材料的多次重復(fù)沖擊抗力取決實踐證明，材料的多次重復(fù)沖擊抗力取決于材料強度與韌性的綜合力學性能。于材料強度與韌性的綜合力學性能。 沖擊能量高時沖擊能量高時，主要，主要決定于材料的韌性決定于材料的韌性； 沖擊能量低時沖擊能量低時，主要，主要決定于強度決定于強度。 5. 5.疲勞疲勞工程材料及其熱處理113 材料在循環(huán)應(yīng)力的應(yīng)變作用下

12、材料在循環(huán)應(yīng)力的應(yīng)變作用下, ,在一處或幾在一處或幾處產(chǎn)生處產(chǎn)生局部永久性累積損傷局部永久性累積損傷, ,經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程, ,稱為稱為疲勞疲勞. . 金屬疲勞的判據(jù)是金屬疲勞的判據(jù)是疲勞強度疲勞強度。 在工程上，疲勞強度是指在一定的應(yīng)力循在工程上，疲勞強度是指在一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)環(huán)次數(shù)( (一般規(guī)定：一般規(guī)定：鋼鐵材料的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)取鋼鐵材料的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)取10107 7，有色金屬取，有色金屬取10108 8) )下不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。下不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。 光滑試樣光滑試樣對稱彎曲疲勞強度用符號對稱彎曲疲勞

13、強度用符號-1-1表示表示 工程材料及其熱處理114 由于疲勞強度斷裂前無明顯的塑性變形，由于疲勞強度斷裂前無明顯的塑性變形，斷裂是突然發(fā)生的，危險性很大。斷裂是突然發(fā)生的，危險性很大。 影響金屬疲勞強度的因素很多，影響金屬疲勞強度的因素很多，如零件外形、如零件外形、受力狀態(tài)、表面質(zhì)量和周圍介質(zhì)等。受力狀態(tài)、表面質(zhì)量和周圍介質(zhì)等。 合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu)、避免應(yīng)力集中、降低表合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu)、避免應(yīng)力集中、降低表面粗糙度值以及進行表面強化面粗糙度值以及進行表面強化等，可以提高工件等，可以提高工件的疲勞強度。的疲勞強度。工程材料及其熱處理115 練習思考題練習思考題 1. 1.下列硬度要求或?qū)懛ㄊ欠袂?/p>

14、當？為什么？下列硬度要求或?qū)懛ㄊ欠袂‘敚繛槭裁矗?(1)HRC12(1)HRC121717； (2)HRC =50(2)HRC =5060 Kgf/mm60 Kgf/mm2 2； (3)70HRC(3)70HRC75HRC 75HRC ； (4)230 HBW (4)230 HBW ； 2. 2.整體硬度要求整體硬度要求230HBW230HBW250HBW250HBW的軸類的軸類零件，精加工后再抽查，應(yīng)選用什么硬度計測量零件，精加工后再抽查，應(yīng)選用什么硬度計測量硬度較合適？硬度較合適？工程材料及其熱處理116 3. 3.一緊固螺釘在使用過程中發(fā)現(xiàn)有塑性變形，一緊固螺釘在使用過程中發(fā)現(xiàn)有塑性變形，是因為螺釘材料的力學性能哪一判據(jù)的值不足？是因為螺釘材料