Ch材料的性能及應(yīng)用意義實用

會計學(xué)1Ch材料的性能及應(yīng)用意義實用§1.1材料性能依據(jù)

材料的性能是用于表征材料在給定的外界條件下所表現(xiàn)出來的行為。材料的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)是其內(nèi)部依據(jù)，材料成分和結(jié)構(gòu)確定后就表現(xiàn)出一定的性能。此時的“結(jié)構(gòu)”包含四個層次：

1.原子結(jié)構(gòu)2.結(jié)合鍵3.原子排列方式4.組織注意：（1）結(jié)構(gòu)不敏感性能：E、Tm等。（2）結(jié)構(gòu)敏感性能：強度、塑性、韌性等。第1頁/共51頁§1.2材料的使用性能一、力學(xué)性能二、物理性能三、化學(xué)性能第2頁/共51頁一、力學(xué)性能（一）強度（二）剛度

（三）彈性（四）塑性（五）硬度（六）韌性（七）疲勞性能（八）耐磨性§1.2材料的使用性能第3頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能

（a）拉伸

（b）壓縮

（c）彎曲

（d）剪切

（e）扭轉(zhuǎn)第4頁/共51頁（一）強度-----材料在外力作用下對變形與斷裂的抵抗能力。1.比例極限σp2.彈性極限σe3.屈服強度σs4.抗拉強度σb（新國標(biāo)中用Rm表示）一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能低碳鋼拉伸flash演示1低碳鋼拉伸flash演示2拉伸實驗視頻屈強比（σs

/σb

），其值一般在0.65~0.75之間。屈強比愈小，工程構(gòu)件的可靠性越高，萬一超載也不會馬上斷裂；屈強比愈大，材料的強度利用率愈高，但可靠性降低。

第5頁/共51頁比強度——材料的強度與密度之比。一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能名稱密度（g/cm3）強度（MPa）比強度純鋁2.780～10030～37純鐵7.87180～28023～36純鈦4.5405～50090～111第6頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象第7頁/共51頁（二）剛度——材料對彈性變形的抵抗能力。E=σ/ε一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能如果說強度保證了材料不發(fā)生過量塑性變形甚至斷裂的話，剛度則保證了材料不發(fā)生過量彈性變形。實際工件的剛度首先取決于其材料的彈性模量，即E注意：1.對于金屬材料而言，其彈性模量E主要取決于基體金屬的性質(zhì)。當(dāng)基體金屬確定時,難以通過合金化、熱處理、冷加工等方法使之改變，即E是結(jié)構(gòu)不敏感性參數(shù)。2.陶瓷材料、高分子材料、復(fù)合材料的彈性模量對其成分和組織結(jié)構(gòu)是敏感的，可以通過不同的方法使其改變。第8頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第9頁/共51頁（三）彈性——在外力作用下材料發(fā)生彈性行為的綜合性能指標(biāo)。一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能

滯彈性（彈性滯后）：加載時應(yīng)變不立即達到平衡值，卸載時變形也不立即恢復(fù)。

對于易受振動且要求消振的零件，如機床床身和汽輪機葉片，要求材料具有良好的消振性。機床床身可用灰鑄鐵制造，汽輪機葉片則采用Cr13型鋼制造。對于儀表上的傳感元件和音響上的音叉、簧片等，則不希望有滯彈性出現(xiàn)，選材時應(yīng)予注意。第10頁/共51頁（四）塑性——在外力作用下材料產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力，即材料斷裂前的塑性變形能力。1.伸長率，以δ表示一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能2.斷面收縮率，以ψ表示（新國標(biāo)中用Z表示）第11頁/共51頁（五）硬度—材料表面局部區(qū)域內(nèi)抵抗變形或破裂的能力。一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能硬度試驗的優(yōu)點：1.硬度試驗設(shè)備簡單，操作迅速方便。2.一般不破壞成品零件，無需加工專門的試樣，試驗對象可以是各類工程材料和各種尺寸的零件。3.硬度與強度、塑性、耐磨性之間的關(guān)系密切，可按硬度估算強度而免做復(fù)雜的拉伸實驗。4.硬度與工藝性能之間有聯(lián)系，可作為評定材料工藝性能的參考。5.硬度能較敏感地反映材料的成分與組織結(jié)構(gòu)的變化，可用來檢驗原材料和控制冷熱加工質(zhì)量。第12頁/共51頁一、力學(xué)性能1.

布氏硬度

GB231-19842.洛氏硬度

GB230-19913.維氏硬度

GB4342-1984§1.2材料的使用性能硬度測試方法：1.載荷大小2.壓頭尺寸3.加載及保壓時間

硬度測試三要素：第13頁/共51頁1.布氏硬度（HB）GB231-1984HB=F/S

HBS—淬火鋼球（<450HB)（新國標(biāo)中HBS已取消）HBW—硬質(zhì)合金球（<650HB)1）誤差小，重復(fù)性好。2）壓痕面積大，不適合成品檢驗。3）與強度σb之間存在近似的換算：

σb0.36HB一、力學(xué)性能布氏硬度計§1.2材料的使用性能第14頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第15頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第16頁/共51頁2.洛氏硬度（HR）GB230-1991一、力學(xué)性能洛氏硬度計§1.2材料的使用性能HR=(0.2-△h)/0.002(mm)，

其中△h=h1-h0第17頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第18頁/共51頁洛氏硬度的種類及應(yīng)用：（1）HRA（金剛石圓錐）—高硬度表面、硬質(zhì)合金（2）HRB（淬火鋼球）—未淬火鋼、灰鑄鐵、有色金屬（3）HRC（金剛石圓錐）—淬硬鋼、調(diào)質(zhì)鋼

洛氏硬度共15種標(biāo)尺，每一種標(biāo)尺硬度適用范圍不同。一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第19頁/共51頁洛氏硬度計一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第20頁/共51頁3.維氏硬度（HV）GB4342-1984（1）金剛石正四棱錐壓頭，精確操作復(fù)雜，適用于科學(xué)研究。（2）壓力可選5～120Kg間的特定值，適用各種硬度值的測量。（3）壓痕小，可測表面硬化層。一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第21頁/共51頁4.銼刀法一組硬度差為5HRC的銼刀。例如：10HRC、15HRC、20HRC等。一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第22頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第23頁/共51頁（六）韌性——材料在塑性變形和斷裂的全過程中吸收能量的能力，它是材料強度和塑性的綜合表現(xiàn)。一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能韌性不足可用脆性來表達。韌性高低決定是韌性斷裂，還是脆性斷裂。第24頁/共51頁1.沖擊韌度Ak——材料抵抗沖擊載荷的能力

三種不同冷脆傾向的材料1—面心立方晶格的金屬2—中、低強度體心立方晶格的金屬3—高強度材料123溫度TTK沖擊吸收功AK一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第25頁/共51頁沖擊吸收功的測定一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第26頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能K沖擊能量A沖擊破斷次數(shù)lgN121—高強度低韌性材料2—低強度高韌性材料A'A"N'N"交點K以左：在較高沖擊能量A’下，多沖抗力取決于韌性。交點K以右：在較低沖擊能量A”下，多沖抗力取決于強度。

（即小能量多沖)不同材料的沖擊抗力:第27頁/共51頁●小能量多沖時以強度為主，塑性、韌性為輔，強韌性配合處于最佳狀態(tài)時，多沖抗力最高?！裨诘椭袕姸确秶?，沖擊韌度的提高對多沖抗力影響不大（因其韌性已足夠）?！裨诟邚姸确秶鷷r（如σb＞1300MPa），改善韌性有利于提高多沖抗力。一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第28頁/共51頁2.斷裂韌度KIC——材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能傳統(tǒng)設(shè)計思想：[σ]

＝[σ0.2]/n，n為安全系數(shù)，依此思想反而導(dǎo)致經(jīng)常的低應(yīng)力脆斷（σ≤σs），此時[σ]偏低而尺寸、重量偏高。n↑→

[σ]↓→

加大尺寸→依此思想反而導(dǎo)致經(jīng)常的低應(yīng)力脆斷。第29頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能KI<KICKI=Yσa1/2KIC：金屬材料的最高，復(fù)合材料次之，高分子材料、陶瓷材料最低。先進的設(shè)計思想：材料中存在著既存或后生的微小的宏觀裂紋，可能是冶金缺陷，也可能是加工裂紋（如熱處理、焊接等）或是使用中發(fā)生裂紋（如疲勞、應(yīng)力腐蝕）。2.斷裂韌度KIC——材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力第30頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能總之，AK（αK）和KIC首先取決于內(nèi)因——材料的成分、組織結(jié)構(gòu)，其次是受零件外部因素的影響，如工作溫度、環(huán)境介質(zhì)。第31頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能螺栓韌性斷裂與脆性斷裂的比較第32頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第33頁/共51頁（七）疲勞性能——材料在交變應(yīng)力作用下，在遠(yuǎn)小于強度極限，甚至小于屈服極限的應(yīng)力下發(fā)生斷裂。疲勞極限：材料能承受的無數(shù)次循環(huán)而不斷裂的最大應(yīng)力值。用σ-1（新國標(biāo)σD）表示。疲勞曲線示意圖a—一般鋼鐵材料b—有色金屬、高強度鋼等一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能碳鋼σ-1≈0.43σb合金鋼σ-1≈0.35σb+12MPa

第34頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第35頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第36頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第37頁/共51頁（八）耐磨性一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能1.磨損的主要類型1）粘著磨損：是指摩擦副接觸面局部發(fā)生金屬粘著，而這些粘著的強度往往大于金屬本身強度，在隨后的相對運動時發(fā)生的破壞將出現(xiàn)在強度較低的地方，有金屬磨屑從表面被拉下來或零件表面被擦傷的磨損。2）磨粒磨損：是指滑動摩擦?xí)r，在零件表面摩擦區(qū)內(nèi)存在硬質(zhì)磨粒，使磨面發(fā)生局部塑性變形、磨料嵌入和被磨料切割等過程，以致磨面材料逐步磨耗。第38頁/共51頁粘著磨損磨痕粘著磨損示意圖一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第39頁/共51頁磨粒磨損磨痕磨粒磨損示意圖一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能第40頁/共51頁一、力學(xué)性能§1.2材料的使用性能2.提高材料耐磨性的途徑1）粘著磨損①減小表面摩擦系數(shù)或提高材料表面硬度；②減小接觸壓力；③合理選配摩擦材料；④減小表面粗糙度值以增大實際接觸面積；⑤改善潤滑狀況。

2）磨粒磨損①提高材料硬度；②設(shè)計時合理采用減小接觸壓力的措施，工作時改進潤滑油過濾裝置以及時清除磨損。第41頁/共51頁二、物理性能（一）密度（二）熱學(xué)性能：熔點、熱容、熱膨脹、熱傳導(dǎo)等。（三）電學(xué)性能：電阻率、電阻溫度系數(shù)、介電性。（四）磁學(xué)性能：磁導(dǎo)率、飽和磁化強度和磁矯頑力。§1.2材料的使用性能第42頁/共51頁三、化學(xué)性能（一）化學(xué)腐蝕（二）電化學(xué)腐蝕§1.2材料的使用性能第43頁/共51頁§1.3材料的工藝性能金屬材料零件的一般加工過程第44頁/共51頁§1.3材料的工藝性能第45頁/共51頁機械零件一般加工工藝毛坯材料熱處理切削加工零件鑄造焊接鍛壓型材粉末冶金（交