课号1金属材料基本性能

1、维护技术基础维护技术基础主讲人：高新红主讲人：高新红Tel:Email:维护技术基础维护技术基础课程教学目标：课程教学目标：了解航空有色金属、黑色金属、非金属和复合材料的性能及在飞机上的应用；掌握金属腐蚀和防腐原理；了解紧固件、弹簧、轴承和传动等在飞机上的应用；了解无损无损检测方法的基本原理；（三学期）了解航空器称重，地面操作和存放；（三学期）为后续专业课程的学习打下坚实的基础。以上学习主要为专业学习领域提供支撑，同时使学生具备初步的机械工程意识与能力。 维护技术基础维护技术基础课程教学内容：课程教学内容：材料的基本性能黑色金属/有色金属/非金属腐蚀紧固件弹簧和传动航

2、空器称重与平衡无损检测航空器地面操作和存放 第一节 金属材料的性能力学性能工艺性能第一章 航空材料案例：对材料性能的要求航天航空器主要零件：航天航空器主要零件： 密 度 高 温喷气飞机蒙皮喷气飞机蒙皮 ： 熔 点氧气瓶、椅子：氧气瓶、椅子： 强 度冲压水杯、饭盒：冲压水杯、饭盒： 塑 性游标卡尺游标卡尺 ： 硬 度、耐 磨 性模具冲头：模具冲头： 冲 击 韧 性阶梯形状轴：阶梯形状轴： 疲 劳 强 度 、切 削 加 工 性一、工程材料的性能材料的性能使用性能工艺性能一、工程材料的性能1.材料的使用性能材料的使用性能（在使用条件下的性能）力学性能（机械性能）物理性能强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强

3、度等密度、电导率、磁导率等化学性能抗氧化性、抗腐蚀性等一、工程材料的性能2.材料的工艺性能材料的工艺性能（适应冷、热加工的性能）铸造锻造焊接热处理热处理切削加工切削加工二、工程材料的分类工程材料分类按性能分按构成材料的元素类别或分子结构特点分结构材料（工程上对硬度、强度、耐磨性等力学性能有要求的材料）金属（黑色、有色）按应用领域能源材料、建筑材料、生物材料、航空材料等功能材料（具有光、电、磁、热、声等功能和效应的材料）无机非金属（如陶瓷）有机材料（塑料、橡胶、合成纤维） 目前金属材料的应用占主导地位！ 金属材料其强韧性好，塑性变形能力强，导电、导热性好，生产技术成熟、来源广泛,为主要的工程材料

4、。 三、金属材料的力学性能测定方法力学性能及测定方法（设备）：力学性能及测定方法（设备）：（1）强度强度 （抵抗破坏的能力）万能材料实验机万能材料实验机（2）塑性塑性 （变形的能力）万能材料实验机万能材料实验机（3）硬度硬度 压入压入（洛氏（洛氏HR布氏布氏HB）、刻划、回）、刻划、回跳跳（4）冲击韧性冲击韧性 冲击实验机冲击实验机（5）疲劳性）疲劳性三、金属材料的力学性能测定方法1、关于强度、塑性 弹性极限（e）屈服点（ s） 应力F/A,应变 强度极限(抗拉强度b ) 伸长率（） 断面收缩率（） (1).(1).低碳钢低碳钢 曲线分析：曲线分析：试件在拉伸过程中经历了四个阶段，有两个重要的

5、强度指标。 obob段段弹性阶段弹性阶段(比例比例极限极限pp弹性极限弹性极限e e )bcbc段段屈服阶段屈服阶段屈服点屈服点 scdcd段段强化阶段强化阶段 抗拉强度抗拉强度 bdede段段缩颈断裂阶段缩颈断裂阶段 塑性指标塑性指标试件拉断后，弹性变形消失，但塑性变形仍保留下来。工程上用试件拉断后遗留下来的变形表示材料的塑性指标。常用的塑性指标有两个: 伸长率伸长率: :1100LLL% %断面收缩率断面收缩率 ：1100AAA% %L1 试件拉断后的标距L 是原标距A1 试件断口处的最小横截面面积A 原横截面面积 、 值越大，其塑性越好。一般把 5的材料称为 塑性材料塑性材料，如钢材、铜

6、、铝等。把 5的材料称为 脆性材料脆性材料，如铸铁、混凝土、石料等。 (2)(2)、低碳钢压缩时的力学性能、低碳钢压缩时的力学性能 比较低碳钢压缩与拉伸曲线,在直线部分和屈服阶段大致重合，其弹性模量比例极限和屈服点与拉伸时基本相同，因此低碳钢低碳钢的抗拉性能与抗压性能是的抗拉性能与抗压性能是相同的相同的。屈服阶段以后，试件会越压越扁，先是压成鼓形，最后变成饼状，故得不到压缩时的抗压强度。因此对于低碳钢一般不作压缩试验。 (3)(3)铸铁拉伸时的力学性能铸铁拉伸时的力学性能 铸铁是脆性材料的典型代表。曲线没有明显的直线部分和屈服阶段，无缩颈现象而发生断裂破坏，塑性变形很小。断裂时曲线最高点对应的

7、应力值称为抗拉强度抗拉强度 。铸铁的抗拉强度较低。 曲线没有明显的直线部分，应力与应变的关系不符合虎克定律。但由于铸铁总是在较小的应力下工作，且变形很小，故可近似地认为符合虎克定律。通常以割线Oa的斜率作为弹性模量E。 b(4)(4)铸铁压缩时的力学性能铸铁压缩时的力学性能曲线没有明显的直线部分，应力较小时，近似认为符合虎克定律。曲线没有屈服阶段，变形很小时沿与轴线大约成45的斜截面发生破裂破坏。曲线最高点的应力值称为抗压强度抗压强度 。by铸铁材料抗压性能远好于抗拉性能，这也是脆性材料共有的属性。因此，工程中常用铸铁等脆性材料作受压构件，而不用作受拉构件。 WE-10型液压式万能材料试验机

8、指 示 灯主 动 指 针从 动 指 针蜗 杆回 油 阀摆 锤18 高 压 油 泵进 油 管电 源 开 关15 擎 线油 泵 开 关送 油 阀联 板绘 图 圆 筒进 油 管回 油 管 溢 油 管手 轮下 夹 头上 夹 头试 验 台工 作 油 缸工 作 活 塞活 动 立 柱三、金属材料的力学性能测定方法2.关于硬度 材料抵抗另一硬物体压入其内的能力材料抵抗另一硬物体压入其内的能力叫硬度，即受压时抵抗局部塑性变形叫硬度，即受压时抵抗局部塑性变形的能力。的能力。 （1）. 布氏硬度（HB) 一定直径的球体(钢球或硬质合金球)在一定载荷作用下压入试样表面，保持一定时间后卸除载荷，测量其压痕直径, 计算硬

9、度值。布氏硬度值用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力来表示。用符号HBS(当用钢球压头时)或HBW(当用硬质合金球时)来表示.。 三、金属材料的力学性能测定方法2.关于硬度 2.洛氏硬度(HRA、HRB、HRC) 将金刚石压头(或钢球压头), 在先后施加两个载荷(预载荷F0和总载荷F)的作用下压入金属表面。总载荷F为预载荷F0和主载荷F1之和。卸去主载荷F1后, 测量其残余压入深度h, 用h与h0之差h来计算洛氏硬度值。h 越大, 表示材料硬度越低, 实际测量时硬度可直接从洛氏硬度计表盘上读得。根据压头的种类和总载荷的大小洛氏硬度常用的表示方式有HRA、HRB、HRC三种 三、金属材料的力学

10、性能测定方法3.冲击韧度（ak） 许多机械零件和工具在工作中, 往往要受到冲击载荷的作用, 如活塞销、锤杆、冲模和锻模等。 材料抵抗冲击载荷作用的能力称材料抵抗冲击载荷作用的能力称为冲击韧性。为冲击韧性。 用摆锤冲击弯曲试验来测定。测得试样冲击吸收功,用符号 Ak 表示。 用冲击吸收功除以试样缺口处截面积 S0 , 即得到材料的冲击韧度 ak= Ak / S0 。 冲击韧性实验机 冲击韧性ak在数值上等于冲断试样消耗的能量AK 与试样缺口处横截面积S之比： J/cm2 冲击韧性高的材料，使用安全性好。SAakk冲击韧性 ak 有些零件在工作时会受冲击载荷。如冲压模、錾子、飞机起落架等。 材料的

11、强度、塑性等在静载荷下测定的力学性能指标，不能体现材料的抗冲击性能。 冲击韧性 ak材料受冲击载荷时，抵抗断裂的能力。 三、金属材料的力学性能测定方法3.冲击韧度（ak） 断裂韧性金属材料对裂纹失稳扩展而引起的低应力脆断的抵抗能力案例：旋转轴圆角齿轮齿根圆角裂纹扩展难易 冲击韧性试样冲击试验示意图冲击试验机材料脆断引发的事故演示自行车。提问 疲劳零件（材料）在交变载荷长时间作用下，产生裂纹并逐渐扩展，最终导致突然断裂的现象。实例 在裂纹萌生和扩展的较长一段时间中，是不易被发现的，而最终的断裂是在瞬间发生的。因此，疲劳现象对于运行中的机器，尤其对飞行中的飞机，是危害性极大的事故隐患。 据统计，机器零件的断裂有80%是疲劳引起的。三、金属材料的力学性能测定方法3.材料的疲劳现象疲劳强度 疲劳强度-1材料在受交变载荷时，抵抗疲劳破坏的能力。 钢的疲劳强度与抗拉强度有一定的比例关系： -1 0.4b提高零件抗疲劳性的措施 疲劳裂纹通常在零件薄弱部位的表面萌生。下列方法能提高零件抗疲劳性： 1.提高零件表面光洁度（降低表面粗糙度）。 2.零件截面和形状变化之处，设计为圆弧