金屬工藝學(xué)材料的性能

金屬工藝學(xué)材料的性能第一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。五萬噸水壓機第二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線拉伸試樣拉伸試驗機應(yīng)力=P/F0應(yīng)變=(l-l0)/l0第三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五一、彈性和剛度彈性：指標(biāo)為彈性極限e，即材料承受最大彈性變形時的應(yīng)力。剛度：材料受力時抵抗彈性變形的能力。指標(biāo)為彈性模量E。e彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外，其他強化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小?？梢酝ㄟ^增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。

第四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五二、強度與塑性強度：材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的能力。

屈服強度s：材料發(fā)生微量塑性變形時的應(yīng)力值。

條件屈服強度0.2：殘余變形量為0.2%時的應(yīng)力值。

抗拉強度b：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。選材和設(shè)計要考慮的因素s0.2第五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。

指標(biāo)為：

伸長率：斷面收縮率：斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象第六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五說明：①

用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實變形。②

>時，無頸縮，為脆性材料表征

<時，有頸縮，為塑性材料表征軋制、鍛造、沖壓、焊接第七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五三、沖擊韌性是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。指標(biāo)為沖擊韌性值ak(通過沖擊實驗測得)。第八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五韌脆轉(zhuǎn)變溫度材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變溫度。材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。韌體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬沒有。第九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五TITANIC建造中的Titanic號TITANIC的沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)第十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五Titanic號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗結(jié)果Titanic近代船用鋼板第十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五四、疲勞材料在低于s的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的最大應(yīng)力稱為疲勞極限。用-1表示。鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為108。疲勞應(yīng)力示意圖疲勞曲線示意圖第十二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五疲勞斷口通過改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進行表面強化等方法可提高材料疲勞抗力。軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）第十三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五五、硬度材料抵抗表面局部塑性變形的能力。布氏硬度HB布氏硬度計第十四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五

壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。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。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。布氏硬度壓痕第十五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼,

鑄鐵及有色金屬的硬度。材料的b與HB之間的經(jīng)驗關(guān)系：對于低碳鋼:

b(MPa)≈3.6HB

對于高碳鋼：b(MPa)≈3.4HB

對于鑄鐵：

b(MPa)≈1HB或b(MPa)≈

0.6(HB-40)HBb(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵第十六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五洛氏硬度h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度用符號HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為A、B、C。

第十七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五符號HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。HRA用于測量高硬度材料,如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。HRB用于測量低硬度材料,如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。洛氏硬度的優(yōu)點：操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。缺點：測量結(jié)果分散度大。鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕第十八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五維氏硬度維氏硬度計維氏硬度試驗原理維氏硬度壓痕第十九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五維氏硬度用符號HV表示，符號前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時間。根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法—維氏硬度試驗、小負荷維氏硬度試驗、顯微維氏硬度試驗。維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點。小負荷維氏硬度計顯微維氏硬度計第二十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五六、斷裂韌性油輪斷裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)動機殼體爆炸與材料中存在缺陷有關(guān)

1943年美國T-2油輪發(fā)生斷裂北極星導(dǎo)