金属材料的使用性能

1、新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库1新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库金属材料的使用性能新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库图图1-1 1-1 汽车曲轴、活塞、齿轮汽车曲轴、活塞、齿轮汽车曲轴、活塞、齿轮的主要性能有哪些？新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库 力学性能力学性能是指金属材料在是指金属材料在外力外力的作用下表现出来的作用下表现出来的特性。的特性。力力 学学 性性 能能 指指 标标强度强度硬度硬度疲劳强度疲劳强度塑性塑性冲击韧性冲击韧性一、力学性能新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库两个定义：两个定义： 载荷载荷: : 金属材料在

2、加工及使用过程中所受到的金属材料在加工及使用过程中所受到的外力外力。 变形变形: : 金属材料受金属材料受载荷载荷作用而发生的几何形状和尺寸作用而发生的几何形状和尺寸 的变化称为变形。的变化称为变形。分类分类: : 静载荷、冲击载荷、变载荷静载荷、冲击载荷、变载荷分类分类: : 弹性变形、塑性变形弹性变形、塑性变形新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库A.A.拉伸试样拉伸试样按国标规定按国标规定标准拉伸试样标准拉伸试样可分为：可分为： （1 1）板形试样：板形试样：原材原材料为板材或带材。料为板材或带材。短试样短试样l l0 0 5d5d0 0。 l l0 0为为试样标距试样标距，d

3、d0 0为为试样直径试样直径。（2 2）圆形试样：圆形试样：长试样长试样l l0 010d10d0 0，强度强度和和塑性塑性是根据是根据拉伸试验拉伸试验测定出来的。测定出来的。标准拉伸试样标准拉伸试样d d1 1新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库拉伸试验机拉伸试验机标准拉伸试样标准拉伸试样d d1 1新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库 缩颈现象缩颈现象 拉伸试验中得出的拉伸试验中得出的拉伸力拉伸力F F与与伸长量伸长量L L的关系曲线。的关系曲线。 屈服屈服弹性弹性变形变形缩颈缩颈断裂断裂塑性塑性变形变形B.B.拉伸曲线（力拉伸曲线（力- -伸长曲线）伸长曲线）图图1-

4、4 1-4 低碳钢低碳钢的拉伸曲线（应力的拉伸曲线（应力应变曲线）应变曲线）强化强化新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库C.C.应力应力- -应变曲线应变曲线（1 1）应力应力：单位面积上试样承受的载荷。单位面积上试样承受的载荷。（2 2）应变：应变：单位长度的单位长度的 伸长量。伸长量。应力应力- -应变曲线应变曲线0 (MPa)FA0ll新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库1 1强度强度（1 1）屈服强度和规定残余伸长应力）屈服强度和规定残余伸长应力 材料的屈服强度（屈服极限），用材料的屈服强度（屈服极限），用 s s表示。表示。ss0 (MPa)FA 材料的材料的规定

5、残余伸长应力规定残余伸长应力，用，用 0.20.2表示。表示。0.20.20 (MPa)FA 强度强度是材料在载荷（外力）作用下抵抗是材料在载荷（外力）作用下抵抗塑性变形塑性变形和和断裂断裂的的能力。能力。新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库 在拉伸试验中具在拉伸试验中具有有屈服现象屈服现象的金属材的金属材料称为料称为塑性材料塑性材料，而，而工程上使用的金属材工程上使用的金属材料，大多数料，大多数没有明显没有明显的屈服现象的屈服现象，这类金，这类金属材料称为属材料称为脆性材料脆性材料。有些脆性材料，不仅有些脆性材料，不仅没有屈服现象，而且没有屈服现象，而且也也不产生缩颈不产生缩颈。铸

6、铁的拉伸曲线铸铁的拉伸曲线 新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库（2 2）抗拉强度）抗拉强度bb0 (MPa)FA 在工程上把在工程上把 称为称为屈强比屈强比。 屈强比高屈强比高表示材料的抗变形能力较强，不易发生塑性变形表示材料的抗变形能力较强，不易发生塑性变形，材料强度的有效利用率高；材料强度的有效利用率高； 屈强比低屈强比低表示材料的塑性较好，零件的安全可靠性越高。表示材料的塑性较好，零件的安全可靠性越高。sb/屈服强度屈服强度和和抗拉强度抗拉强度是机械零件设计和选材的主要依据。是机械零件设计和选材的主要依据。 材料的材料的抗拉强度抗拉强度，用，用 b b表示。表示。新 能 源

7、汽 车 技 术 教 学 资 源 库2 2塑性塑性（1 1）断后伸长率）断后伸长率塑性塑性是材料断裂前发生是材料断裂前发生不可逆塑性变形不可逆塑性变形的能力。的能力。试样拉断后，试样拉断后，标距伸长量标距伸长量和和原始标距原始标距的百分比。的百分比。100100%lll 5% 5%，塑性塑性材料；材料； 5% 5%，脆性脆性材料。材料。 长试样：长试样： ；短试样：短试样： 。105新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库 试样拉断后，试样拉断后，横截面积的缩减量横截面积的缩减量与与原始横截面积原始横截面积的的百分比。百分比。（2 2）断面收缩率）断面收缩率010100%AAA 材料的材料

8、的或或值越大值越大，表示材料的，表示材料的塑性越好塑性越好。塑性直接影。塑性直接影响到零件的成形加工及使用。响到零件的成形加工及使用。 新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库3 3硬度硬度 硬度硬度是指金属材料抵抗是指金属材料抵抗局部变形局部变形，特别是，特别是塑性变形、压痕塑性变形、压痕或或划伤划伤的能力。的能力。布氏硬度布氏硬度 HB HB 洛氏硬度洛氏硬度 HR HR 维氏硬度维氏硬度 HVHV压入法压入法硬度试验方法：硬度试验方法：新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库（1 1）布氏硬度）布氏硬度压头压头淬火钢球淬火钢球 HBSHBS：布氏硬度值：布氏硬度值 45045

9、0的材料；的材料；硬质合金球硬质合金球 HBWHBW：布氏硬度值：布氏硬度值450450650650的材料。的材料。222HBS(HBW)0.1020.1020.102 ()FFFADhD DDd新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库优点：优点：测量误差小（因压痕大），数据稳定，重复性强。缺点：缺点：压痕面积较大，测量费时，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。应用：应用：测量较软材料、灰铸铁、有色金属、退火正火钢材的硬度。测量成品零件或薄件的硬度。新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库（2 2）洛氏硬度）洛氏硬度压头压头120120金刚石圆锥体金刚石圆锥体 HRAHRA与

10、与HRCHRC淬火钢球淬火钢球 HRBHRB初试验力初试验力F F1 1总试验力总试验力F F主试验力主试验力F F2 2F = FF = F1 1 + F+ F2 2新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库测量操作简单，方便快捷，压痕小；测量范围大，能测较薄工件。测量精度较低，可比性差，不同标尺的硬度值不能比较。例如：例如： 50HRC40HRC 优点：优点：缺点：缺点：应用：应用：成品检验和薄件表面硬度检验。测量组织不均匀材料。新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库（3 3）维氏硬度）维氏硬度 与布氏硬度试验原理基本相同，只是改用与布氏硬度试验原理基本相同，只是改用金刚石四棱

11、锥体金刚石四棱锥体作压头。作压头。 特点：特点：可测较薄的硬化层可测较薄的硬化层及很软、很硬的材料。及很软、很硬的材料。2HV0.1020.1891压痕FFSd新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库4 4冲击韧性冲击韧性 冲击韧性冲击韧性采采用的测定方法是用的测定方法是摆锤式一次冲击摆锤式一次冲击试验方法试验方法。 冲击韧性冲击韧性是指金属材料在冲击载荷作用下是指金属材料在冲击载荷作用下断裂时吸收变形断裂时吸收变形能量能量的能力。的能力。新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库冲击韧度冲击韧度是指冲击试样是指冲击试样缺口处单位横截面面积缺口处单位横截面面积上的上的冲击吸收功冲击吸

12、收功。2KK(J/cm )NAS 冲击韧度冲击韧度（ ）：）：K冲击试验冲击试验原理示意图原理示意图K () (J)AGHGhG Hh冲击吸收功：冲击吸收功：新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库-40-20020204060TT，k k 急剧急剧，韧性韧性脆性脆性。韧脆转变温度：材料由韧脆转变温度：材料由韧性韧性状态向状态向脆性脆性状态转变的温度。状态转变的温度。K()T 新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库 Titanic Titanic钢板钢板强度强度高，高，韧韧性性很差，特别是在低温呈很差，特别是在低温呈脆性脆性，冲击试样是典型的冲击试样是典型的脆性断口脆性断口，近代

13、船用钢板的冲击试样则具近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的有相当好的韧性韧性。 Titanic Titanic钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果TitanicTitanic沉没原因：沉没原因：新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库 疲劳强度（疲劳强度（-1-1 ）是材料在无数次重复的交变载荷作用是材料在无数次重复的交变载荷作用下不发生断裂的下不发生断裂的最大应力最大应力，其大小与应力变化的其大小与应力变化的次数次数有关。有关。5.5.疲劳强度疲劳强度 在循环应力和应变作用下，零部件在一处或几处产生局在循环应力和应变作用下，零部件在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后，产生裂纹或突然产部永久性累积损伤，经一定循环次数后，产生裂纹或突然产生断裂的过程，这种破坏称为生断裂的过程，这种破坏称为疲劳破坏疲劳破坏（或疲劳断裂）。（或疲劳断裂）。对于对于黑色金属（钢材）黑色金属（钢材）规定循环次数为规定循环次数为N=10N=107 7次，对于次，对于有有色金属色金属循环次数为循环次数为N=10N=108 8次。次。新 能 源 汽 车 技 术 教 学 资 源 库二、物理性能1.1.密度；密度；2.2.熔点；熔点；3.3.导热性；导热性； 4.4.导电性；导电性；5