金材-第二章金屬材料的性能.

1、第二章 金屬材料的性能21 金屬材料的損壞與塑性變形22 金屬的力學(xué)性能23 金屬的工藝性能24 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)21 金屬材料的損壞與塑性變形一、與變形相關(guān)的幾個(gè)概念二、金屬的變形三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化一、與變形相關(guān)的幾個(gè)概念一、與變形相關(guān)的幾個(gè)概念 （1 1）靜載荷）靜載荷大小不變或變化過(guò)程緩慢的載荷。 （2 2）沖擊載荷）沖擊載荷在短時(shí)間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷。 （3 3）交變載荷）交變載荷大小、方向或大小和方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷。1 1載荷載荷 載荷載荷金屬材料在加工及使用過(guò)程中所受的外力。 根據(jù)載荷作用性質(zhì)的不同分：載荷的作用形式載荷的作用形式 內(nèi)力內(nèi)力工件或

2、材料在受到外部載荷作用時(shí)，為保持其不變形，在材料內(nèi)部產(chǎn)生的一種與外力相對(duì)抗的力，稱(chēng)為。2 2內(nèi)力內(nèi)力 應(yīng)力應(yīng)力假設(shè)作用在零件橫截面上的內(nèi)力大小均勻分布，單位橫截面積上的內(nèi)力。3 3應(yīng)力應(yīng)力SFR R：應(yīng)力，Pa；F：外力，N；S：橫截面面積，m2。二、金屬的變形二、金屬的變形彈性變形彈性變形彈塑性變形彈塑性變形斷裂斷裂滑移與位錯(cuò)滑移與位錯(cuò)金屬變形實(shí)驗(yàn)金屬變形實(shí)驗(yàn)金屬塑性變形的影響因素：金屬塑性變形的影響因素：1晶粒位向的影響2晶界的作用3晶粒大小的影響 三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化 形變強(qiáng)化（加工硬化）形變強(qiáng)化（加工硬化）冷塑性變形除了使晶粒的外形發(fā)生變

3、化外，還會(huì)使晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)密度增加，晶格畸變加劇，從而使金屬隨著變形量的增加，使其強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性下降。 塑性變形后的金屬組織 金屬的塑性變形，在外形變化的同時(shí)，晶粒的形狀也會(huì)發(fā)生變化。通常晶粒會(huì)沿變形方向壓扁或拉長(zhǎng)。22 金屬的力學(xué)性能一、強(qiáng)度二、塑性三、硬度四、沖擊韌性*五、疲勞強(qiáng)度 任何機(jī)械零件或工具，在使用過(guò)程中，往往要受到各種形式外力的作用，這就要求金屬材料必須具有一種承受機(jī)械載荷而不超過(guò)許可變形或不破壞的能力，這種能力就是材料的力學(xué)性能力學(xué)性能。一、強(qiáng)度一、強(qiáng)度 強(qiáng)度強(qiáng)度金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。其大小用應(yīng)力表示。 l 抗拉強(qiáng)度拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)定l 抗壓強(qiáng)度

4、l 抗剪強(qiáng)度l 抗扭強(qiáng)度l 抗彎強(qiáng)度 1 1拉伸試樣拉伸試樣 d試樣直徑 Lo標(biāo)距長(zhǎng)度低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)2 2力伸長(zhǎng)曲線(xiàn)力伸長(zhǎng)曲線(xiàn) l 彈性變形階段l 屈服階段l 強(qiáng)化階段l 縮頸階段力拉伸曲線(xiàn)力拉伸曲線(xiàn)3 3強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo) （1 1）屈服強(qiáng)度）屈服強(qiáng)度當(dāng)金屬材料出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在實(shí)驗(yàn)期間發(fā)生塑性變形而力不增加的應(yīng)力點(diǎn)。屈服強(qiáng)度分為上屈服強(qiáng)度ReH和下屈服強(qiáng)度ReL。ReL 試樣的下屈服強(qiáng)度，N/mm2；FeL 試樣屈服時(shí)的最小載荷，N；So 試樣原始橫截面面積，mm2。 規(guī)定產(chǎn)生0.2殘余伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力為條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度Rp0.2，替代ReL，稱(chēng)為條件（名義）屈服強(qiáng)度條件（

5、名義）屈服強(qiáng)度。 2 2抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度R Rm m 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度材料在斷裂前所能承受的最大的應(yīng)力。 Rm 抗拉強(qiáng)度，MPa； Fm 試樣在屈服階段后所能抵抗的最大力（無(wú)明顯屈服的材料，為試驗(yàn)期間的最大力）， N； So 試樣原始橫截面面積，mm2 。 二、塑性二、塑性塑性塑性材料受力后在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。 1 1斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率A A 試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距之比的百分率。 uooLLAL2 2斷面收縮率斷面收縮率Z Z 試樣拉斷后，縮頸處面積變化量與原始橫截面面積比值的百分率。 ouo100%SSZSouo100%SSZS 【例例】有一直徑 d =10mm，Lo=

6、100mm 的低碳鋼試樣，拉身實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)得FeL=21kN，F(xiàn)m=29kN，du=5.65mm，Lu=138mm。求此試樣的ReL、Rm、A11.3、Z。 解題過(guò)程解題過(guò)程三、硬度三、硬度 硬度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。硬度是通過(guò)在專(zhuān)用的硬度試驗(yàn)機(jī)上實(shí)驗(yàn)測(cè)得的。 布氏硬度試驗(yàn)機(jī) 洛氏硬度試驗(yàn)機(jī) 維氏硬度試驗(yàn)機(jī) 1 1布氏硬度布氏硬度 布氏硬度值布氏硬度值用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力來(lái)表示，單位為MPa，但一般均不標(biāo)出，用符號(hào)HBW表示：2220.102 ()FFHBWSD DDd布氏硬度原理布氏硬度原理表示方法：表示方法： 布氏硬度用硬度值、硬度符號(hào)、壓頭直

7、徑、實(shí)驗(yàn)力及實(shí)驗(yàn)力保持時(shí)間表示。當(dāng)保持時(shí)間為1015s時(shí)可不標(biāo)。 例：例：170HBW10/1000/30： 直徑10mm的壓頭，在9807N（1000kg）的試驗(yàn)力作用下，保持30 s時(shí)測(cè)得的布氏硬度值為170。600HBW1/30/20： 直徑為1mm壓頭，在294.2N（30kg）的實(shí)驗(yàn)力作用下，保持20 s時(shí)測(cè)得的布氏硬度值為600。 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 主要用于測(cè)定鑄鐵、有色金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)處理后的各種軟鋼等硬度較低的材料。 2 2洛氏硬度洛氏硬度 洛氏硬度計(jì)表盤(pán) 洛氏硬度試驗(yàn)原理 洛氏硬度原理洛氏硬度原理HR=100 002. 0h002. 0h表示方法：表示方法： 符號(hào)H

8、R前面的數(shù)字表示硬度值。HR后面的字母表示不同的洛氏硬度標(biāo)尺。 例：例：45HRC表示用C標(biāo)尺測(cè)定的洛氏硬度值為45。 常用的三種洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和適用范圍常用的三種洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和適用范圍 硬度標(biāo)尺壓頭類(lèi)型總測(cè)試力(N)硬度值有效范圍應(yīng)用舉例HRC120金剛石圓錐體1471.02067HRC一般淬火鋼HRB1.5875mm 硬質(zhì)合金球980.725100HRB軟鋼、退火鋼、銅合金等HRA120金剛石圓錐體588.46085HRA硬質(zhì)合金、表面淬火鋼等四、沖擊韌性四、沖擊韌性 沖擊韌性沖擊韌性金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。材料的沖擊韌性用夏比擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。 沖

9、擊試樣 用試樣所吸收的能量用試樣所吸收的能量K的大小來(lái)作為衡量材料韌性好壞的的大小來(lái)作為衡量材料韌性好壞的指標(biāo)，稱(chēng)為指標(biāo)，稱(chēng)為沖擊吸收能量沖擊吸收能量。用。用U形和形和V形缺口試樣測(cè)得的沖形缺口試樣測(cè)得的沖擊吸收能量分別用擊吸收能量分別用KU和和KV表示。表示。 沖擊實(shí)驗(yàn)沖擊實(shí)驗(yàn)*五、疲勞強(qiáng)度五、疲勞強(qiáng)度 由于所承受的載荷為交變載荷，零件承受的應(yīng)力雖低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的工作后，仍會(huì)產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂。金屬這樣的斷裂現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞疲勞斷裂斷裂。金屬材料抵抗交變載荷作用而不產(chǎn)生破壞的能力稱(chēng)為疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度。疲勞極限用符號(hào)R1表示。 23 金屬的工藝性能金屬材料的一般加工過(guò)程金屬材

10、料的一般加工過(guò)程 金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能金屬材料對(duì)不同加工工藝方法的適應(yīng)能力。它包括鑄造性能、鍛造性能、切削加工性能和焊接性能、熱處理性能等。 冶煉鑄造鑄件鑄錠熱鍛熱軋焊接機(jī)加工冷軋、冷拔、冷沖板料、棒材、型材、管材機(jī)加工機(jī)加工零件一、鑄造性能二、鍛壓性能三、焊接性能四、切削加工性能五、熱處理性能一、鑄造性能一、鑄造性能 鑄造成形過(guò)程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力，主要取決于金屬的流動(dòng)性、收縮性流動(dòng)性、收縮性和偏析傾向偏析傾向等。 1 1流動(dòng)性流動(dòng)性 熔融金屬的流動(dòng)能力。 2 2收縮性收縮性 鑄造合金由液態(tài)凝固和冷卻至室溫的過(guò)程中，體積和尺寸減小的現(xiàn)象。 3 3偏析傾向偏析傾

11、向 金屬凝固后，內(nèi)部化學(xué)成分和組織不均勻現(xiàn)象。二、鍛壓性能二、鍛壓性能 用鍛壓成形方法得優(yōu)良鍛件的難易程度。常用塑性塑性和變形抗力變形抗力兩個(gè)指標(biāo)來(lái)綜合衡量。 三、焊接性能三、焊接性能 金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性，也就是在一定焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。 對(duì)碳鋼和低合金鋼而言，焊接性能主要與其化學(xué)成分化學(xué)成分有關(guān)（其中碳的影響最大）。 四、切削加工性能四、切削加工性能 切削加工性能切削加工性能切削金屬材料的難易程度。一般用工件切削時(shí)的切削速度、切削抗力的大小、斷屑能力、刀切削速度、切削抗力的大小、斷屑能力、刀具的耐用度具的耐用度以及加工后的表面粗糙度表面粗糙度來(lái)衡量。 表表面加工硬化面加工