金屬學(xué)及熱處理課件：金屬材料的性能

金屬材料的性能[目標(biāo)]1.掌握金屬材料主要力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性）的指標(biāo)、測(cè)試方法及其應(yīng)用選擇;

2.了解金屬材料的物理性能、化學(xué)性能;

[重點(diǎn)]1.強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性的概念、指標(biāo)及應(yīng)用；2.強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性之間的關(guān)系；

[難點(diǎn)]1.各力學(xué)性能的應(yīng)用；2.強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性之間的關(guān)系。金屬材料的性能1.1金屬材料的力學(xué)性能金屬材料制成的零件或構(gòu)件在加工和使用過(guò)程中都不可避免受到外力（載荷）的作用。在外力作用下，材料所表現(xiàn)出來(lái)的性能就是力學(xué)性能。金屬材料的性能1.1.1常見(jiàn)外力與常用力學(xué)性能

1.常見(jiàn)外力靜力（靜載荷）：大小不變或變化很慢的力；沖擊力（動(dòng)載荷）：以很大的速率突然增大或減小的力，力的變化速度具有加速度；交變力（循環(huán)載荷）：大小、方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的力。

2.常用力學(xué)性能

對(duì)應(yīng)上述力的分類(lèi)，常用的力學(xué)性能分為：靜力作用下的力學(xué)性能：剛度、強(qiáng)度、塑性、彈性、硬度；沖擊力作用下的力學(xué)性能：沖擊韌性；交變力作用下的力學(xué)性能：疲勞強(qiáng)度。1.拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度：材料抵抗變形和斷裂的能力

121.1.2強(qiáng)度

2.低碳鋼拉伸曲線(xiàn)彈性變形階段：ob段oa段：比例彈性變形階段ab段：非比例彈性變形階段塑性變形階段：cg段cde段：屈服階段ef段：均勻塑性變形階段

f點(diǎn)：形成“縮頸”fg段：非均勻變形階段

g點(diǎn):斷裂

縮頸現(xiàn)象R

=F/S(N/mm2=MPa)e

=ΔL/L03.強(qiáng)度指標(biāo)

RA:

彈性極限

抵抗開(kāi)始塑變的能力

抗微量塑性變形能力

ReL:屈服強(qiáng)度抵抗明顯塑變的能力

Rm

:抗拉強(qiáng)度

抵抗斷裂的能力低碳鋼拉伸曲線(xiàn)舊國(guó)標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)?e

:RA?s:ReL?b:Rm

屈服強(qiáng)度的確定規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度塑性延伸率（伸長(zhǎng)率）為0.2%時(shí)的應(yīng)力值低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度

Rp0.21.斷面收縮率:

Z(ψ)=（S0-S

）/S0×100%

A(δ)=（L-L0

）/L0×100%1.1.3塑性

2.伸長(zhǎng)率:塑性:材料在斷裂前最大塑性變形的能力出版社1.1.4硬度

硬度：材料抵抗硬物壓入表面的能力壓入法硬度試驗(yàn)：布氏硬度試驗(yàn)法洛氏硬度試驗(yàn)法維氏硬度試驗(yàn)法1.布氏硬度（HBW）

2.洛氏硬度（HRA/HRB/HRC）

3.維氏硬度（HV）

三種硬度指標(biāo)的比較方法壓頭公式測(cè)試方法表示法

舉例特點(diǎn)布氏硬

度硬質(zhì)合金球HB=F/S(MPa)壓痕直徑d硬度據(jù)d查表350HBS550HBW壓痕面積大洛氏硬

度金剛石圓錐HR=N-h/0.002壓痕深度h硬度直接讀取75HRA80HRB60HRC操作簡(jiǎn)便

高效

壓痕小維氏硬

度金剛石

四方角錐體HV=F/S(MPa)對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)d硬度據(jù)d查表450HV可測(cè)范圍廣精度高

壓痕小適用范圍1.HB:壓痕大；不能用于薄件、成品、硬的材料。

（1）原材料、毛坯、半成品

（2）灰鑄鐵、軸承合金、退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼2.HR：壓痕小、損傷小

（1）成品

（2）硬質(zhì)合金、淬硬鋼、調(diào)質(zhì)鋼、有色金屬等3.HV:壓痕小、精度高、極軟到極硬，對(duì)試樣表面要求高（1）很薄的工件如0.003mm（2）工件薄層硬度如工件鍍硬層0.1mm課堂練習(xí)：硬度測(cè)試選擇表面鍍層灰鑄鐵件出版社1.1.5沖擊韌性沖擊韌性：材料在沖擊力作用下抵抗斷裂的能力1.沖擊力出版社2.沖擊試驗(yàn)K＝mg(H-h)(J=N·M)ɑk

＝

S：缺口處截面積3.低溫脆性溫度下降，韌性降低壓力容器、橋梁、鐵路、汽車(chē)、船舶尤為重視Titanic1912年4月14日：夜11時(shí)40分，當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)、最豪華的郵輪泰坦尼克號(hào)在北大西洋水域撞上冰山，4.5萬(wàn)噸的鋼鐵巨輪迅速沉沒(méi)于4000米的海水之中，1500多名乘客葬身海底，釀成20世紀(jì)最為悲慘的海難。出版社1.1.6疲勞強(qiáng)度材料在交變力作用下，抵抗疲勞斷裂的能力。1.交變力出版社2.疲勞斷裂在交變力（循環(huán)載荷）作用下，材料經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間工作或多次應(yīng)力循環(huán)后，在工作應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度的情況下突然斷裂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞斷裂。1—疲勞源2—裂紋擴(kuò)展區(qū)3—瞬時(shí)斷裂區(qū)N??112?2N1N2?r?NN1083.疲勞試驗(yàn)及疲勞強(qiáng)度σr：疲勞強(qiáng)度材料經(jīng)無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)而不斷裂的最大應(yīng)力值。σN:

條件疲勞強(qiáng)度4.r—交變力的循環(huán)特性系數(shù)kk

德國(guó)高鐵出軌事件

1998年6月3日，一輛從德國(guó)慕尼黑開(kāi)往漢堡的高速列車(chē)途中突然出軌，脫軌的車(chē)廂如離弦之箭直直地撞向了鐵軌旁的大橋，大橋瞬間塌毀，后面的8節(jié)車(chē)廂一個(gè)接一個(gè)地撞了上來(lái)，101名乘客在短短180秒內(nèi)頃刻間失去了生命，造成了世界高鐵歷史上第一次重大傷亡事故。5.提高金屬疲勞強(qiáng)度的措施（1）疲勞斷裂始于微小裂紋，經(jīng)擴(kuò)展而斷裂。（2）裂紋源：內(nèi)部缺陷：氧化、脫碳、夾雜、疏松、孔洞等加工缺陷：刀痕、擦傷、微裂紋設(shè)計(jì)不當(dāng)：尖角、缺口、截面突變1.2金屬材料的其他性能1.2.1

物理性能

密度熔點(diǎn)導(dǎo)熱性導(dǎo)電性熱膨脹性磁性

1.2.2化學(xué)性能

耐腐蝕性抗氧化性

化學(xué)穩(wěn)定性1.2.3

工藝性能

鑄造性能鍛造性能焊接性能切削加工性能力學(xué)性能應(yīng)用韌性：在沖擊載荷作用下的零件，為了保證零件的安全性，必須考慮金屬材料的沖擊韌性，如鍛錘錘頭。彈性極限：彈性極限是設(shè)計(jì)彈性零件考慮