第一章 金屬材料的強(qiáng)度及塑性

1、第二節(jié)第二節(jié) 材料的性能材料的性能樂(lè)都職業(yè)技術(shù)學(xué)校樂(lè)都職業(yè)技術(shù)學(xué)校祝增美祝增美一. 材料的性能 材料的性能包括材料的性能包括使用性能使用性能和和工藝性能。工藝性能。 u使 用 性 能 ：使 用 性 能 ： 是 指 零 部 件 在 正 常 使 用 條 件 下 材 料 所 表是 指 零 部 件 在 正 常 使 用 條 件 下 材 料 所 表 現(xiàn)出來(lái)的性能?，F(xiàn)出來(lái)的性能。 主要包括主要包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。u工藝性能：是指材料在被制成各種零部件的過(guò)程中是指材料在被制成各種零部件的過(guò)程中 ， 適應(yīng)加工的適應(yīng)加工的性能。性能。 對(duì)于金屬材料來(lái)講，工藝性能主要包括了

2、對(duì)于金屬材料來(lái)講，工藝性能主要包括了鑄造性能、鍛造性能、鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理工藝性能焊接性能、切削加工性能和熱處理工藝性能。一. 材料的力學(xué)性能u材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能：是指材料在是指材料在外加載荷外加載荷作用作用 下所表現(xiàn)下所表現(xiàn)出來(lái)的性能。出來(lái)的性能。 包括包括強(qiáng)度強(qiáng)度、塑性塑性、硬度硬度、韌度韌度、疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度及及斷裂韌度斷裂韌度等；等；u力學(xué)性能指標(biāo)力學(xué)性能指標(biāo)：用來(lái)表征材料力學(xué)性能的各種臨界值或規(guī)用來(lái)表征材料力學(xué)性能的各種臨界值或規(guī)定值定值. .可通過(guò)可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定試驗(yàn)測(cè)定. .二二. .材料的理化性能材料的理化性能 指材料的固有屬性，指材料的

3、固有屬性，如如密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性和色澤磁性和色澤等。等。 1 1材料的物理性能材料的物理性能1 1材料的物理性能材料的物理性能 1 1材料的物理性能材料的物理性能 化學(xué)性能化學(xué)性能: :是指材料抵抗周?chē)橘|(zhì)侵蝕的是指材料抵抗周?chē)橘|(zhì)侵蝕的能力。能力。 對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō)，指對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō)，指耐蝕性耐蝕性和和抗氧化抗氧化性性。 對(duì)于非金屬材料，還存在著對(duì)于非金屬材料，還存在著化學(xué)穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、抗老化能力和耐熱性抗老化能力和耐熱性等問(wèn)題。等問(wèn)題。三三. .材料的化學(xué)性能材料的化學(xué)性能材料的化學(xué)性能材料在常溫下抵抗周?chē)橘|(zhì)（如大氣、

4、燃?xì)?、水、酸、堿、鹽等）材料在常溫下抵抗周?chē)橘|(zhì)（如大氣、燃?xì)?、水、酸、堿、鹽等）腐蝕的能力。腐蝕的能力。 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕。腐蝕防護(hù)途徑腐蝕防護(hù)途徑： 1 1、采用耐蝕性好的不銹鋼、鋁合金等，、采用耐蝕性好的不銹鋼、鋁合金等， 2 2、采用適當(dāng)?shù)耐苛线M(jìn)行涂覆；、采用適當(dāng)?shù)耐苛线M(jìn)行涂覆； 3 3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（防行成閉合回路），、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（防行成閉合回路）， 4 4、陰極保護(hù)。、陰極保護(hù)。1)耐蝕性耐蝕性2.2.材料的化學(xué)性能材料的化學(xué)性能2) 2) 抗氧化性抗氧化性 指材料在高溫下抵抗氧化的能力，又稱(chēng)為指材料在高溫下抵抗氧化的能力，又稱(chēng)為熱熱穩(wěn)定性穩(wěn)定性。 在鋼中加入在鋼

5、中加入CrCr、SiSi等元素，可大大提高鋼等元素，可大大提高鋼的抗氧化性。的抗氧化性。2.2.材料的化學(xué)性能材料的化學(xué)性能鑄造性能：鑄造性能：流動(dòng)性、收縮性、偏析流動(dòng)性、收縮性、偏析熱處理性能：熱處理性能：淬透性淬透性鍛造性能：鍛造性能：塑性、變形抗力塑性、變形抗力焊接性能：焊接性能：焊接性、碳當(dāng)量焊接性、碳當(dāng)量切削性能：切削性能：表面粗糙度、刀具壽命表面粗糙度、刀具壽命四四. . 材料的工藝性能材料的工藝性能 是指材料在被制成各種零部件的過(guò)程中適應(yīng)加工是指材料在被制成各種零部件的過(guò)程中適應(yīng)加工的性能。包括的性能。包括: :強(qiáng)度金屬材料在載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力稱(chēng)為強(qiáng)度常用強(qiáng)度指標(biāo)

6、是屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度塑性金屬材料產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的最大能力常用塑性值的指標(biāo)是伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。強(qiáng)度強(qiáng)度、塑性塑性根據(jù)根據(jù)外加載荷外加載荷的性質(zhì)，載荷分為：的性質(zhì)，載荷分為： 1 1、靜載荷、靜載荷 2 2、沖擊載荷、沖擊載荷 3 3、交變載荷。、交變載荷。 金屬材料金屬材料 （受載）（受載）- -變形變形, ,分：分： 彈性變形彈性變形：載荷卸除后恢復(fù)原狀：載荷卸除后恢復(fù)原狀 塑性變形塑性變形：載荷卸除后不能恢復(fù)：載荷卸除后不能恢復(fù), ,也叫永也叫永久變形。久變形。1 1. . 載荷靜載荷靜載荷是指大小、方向不變或變動(dòng)很慢的載荷。是指大小、方向不變或變動(dòng)很慢的載荷。拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)機(jī)機(jī)

7、3)3)拉伸過(guò)程拉伸過(guò)程拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象退火低碳鋼高碳鋼鑄鐵中碳調(diào)質(zhì)鋼不同材料的拉伸曲線(xiàn)不同材料的拉伸曲線(xiàn)脆性材料脆性材料塑性材料塑性材料 塑性材料塑性材料：斷裂前有明顯的塑性變形，稱(chēng)為塑性斷裂,塑性斷裂的斷口呈“杯錐”狀。如低碳鋼。 脆性材料：脆性材料：在斷裂前未發(fā)生明顯的塑性變形，為脆性斷裂，斷口是平整的。如鑄鐵、玻璃等。 不同類(lèi)型的材料，其-曲線(xiàn)有很大差異。反映出其所具有不同的抗拉性能特點(diǎn)。( (一一) )材料的拉壓試驗(yàn)材料的拉壓試驗(yàn) (1) (1) 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)是指拉伸試樣在拉伸試是指拉伸試樣在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中力不增加（保持恒定）仍驗(yàn)過(guò)程中力不增加（保持恒定）仍然能繼

8、續(xù)伸長(zhǎng)（變形）時(shí)的應(yīng)力。然能繼續(xù)伸長(zhǎng)（變形）時(shí)的應(yīng)力。2.2. 強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)試樣屈服時(shí)的載荷試樣屈服時(shí)的載荷( N )( N )試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積( mm( mm2 2) )SF0S 0SsFSs=s屈服點(diǎn)，屈服點(diǎn)，MPaMPa 2 2，材料的材料的強(qiáng)度強(qiáng)度指標(biāo)指標(biāo) （1 1）屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)ss ：表示材料產(chǎn)生屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。：表示材料產(chǎn)生屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。屈服點(diǎn)也稱(chēng)為屈服強(qiáng)度。屈服點(diǎn)也稱(chēng)為屈服強(qiáng)度。 s= Fs/Ao s= Fs/Ao （MPaMPa） 式中，式中，F(xiàn)sFs為試樣發(fā)生屈服變形時(shí)的載荷（為試樣發(fā)生屈服變形時(shí)的載荷（N N），），A A0 0為試樣原始橫截面積（

9、為試樣原始橫截面積（mmmm2 2）。）。 （2 2）抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度b b 指試樣在拉伸過(guò)程中所能承受的最指試樣在拉伸過(guò)程中所能承受的最大應(yīng)力值。大應(yīng)力值。 b b=F=Fb b/A/Ao o （MPaMPa） 式中，式中，F(xiàn) Fb b是試樣斷裂前所承受的最大載荷是試樣斷裂前所承受的最大載荷(N),A(N),Ao o是是試樣的原始橫截面積試樣的原始橫截面積( (2 2) )。 塑性塑性1 1）定義）定義： 是指金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變是指金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變 形的能力。形的能力。 2 2） 測(cè)量方法測(cè)量方法拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)塑性變形：是物體在力作用下產(chǎn)生的形狀和尺寸的改變，塑性變形：是物體在力作用下產(chǎn)生的形狀和尺寸的改變， 外力去除后塑性變形不能恢復(fù)到原來(lái)的形狀和外力去除后塑性變形不能恢復(fù)到原來(lái)的形狀和 尺寸。尺寸。l1-l0l0100%=l1試樣拉斷后的標(biāo)距試樣拉斷后的標(biāo)距,mm;l0試樣的原始標(biāo)距試樣的原始標(biāo)距,mm。斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率：試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比。試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比。長(zhǎng)試樣：長(zhǎng)試樣：10短試樣：短試樣：5S0-S1S0=100%S0試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積,mm2；S1頸縮處的橫截面積頸縮處的橫截面積,mm2 。斷面收縮率：斷面收縮率：試樣拉斷后，頸縮處