Ch材料的性能及应用意义实用

会计学1Ch材料的性能及应用意义实用§1.1材料性能依据

材料的性能是用于表征材料在给定的外界条件下所表现出来的行为。材料的化学成分和内部结构是其内部依据，材料成分和结构确定后就表现出一定的性能。此时的“结构”包含四个层次：

1.原子结构2.结合键3.原子排列方式4.组织注意：（1）结构不敏感性能：E、Tm等。（2）结构敏感性能：强度、塑性、韧性等。第1页/共51页§1.2材料的使用性能一、力学性能二、物理性能三、化学性能第2页/共51页一、力学性能（一）强度（二）刚度

（三）弹性（四）塑性（五）硬度（六）韧性（七）疲劳性能（八）耐磨性§1.2材料的使用性能第3页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能

（a）拉伸

（b）压缩

（c）弯曲

（d）剪切

（e）扭转第4页/共51页（一）强度-----材料在外力作用下对变形与断裂的抵抗能力。1.比例极限σp2.弹性极限σe3.屈服强度σs4.抗拉强度σb（新国标中用Rm表示）一、力学性能§1.2材料的使用性能低碳钢拉伸flash演示1低碳钢拉伸flash演示2拉伸实验视频屈强比（σs

/σb

），其值一般在0.65~0.75之间。屈强比愈小，工程构件的可靠性越高，万一超载也不会马上断裂；屈强比愈大，材料的强度利用率愈高，但可靠性降低。

第5页/共51页比强度——材料的强度与密度之比。一、力学性能§1.2材料的使用性能名称密度（g/cm3）强度（MPa）比强度纯铝2.780～10030～37纯铁7.87180～28023～36纯钛4.5405～50090～111第6页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能拉伸试样的颈缩现象第7页/共51页（二）刚度——材料对弹性变形的抵抗能力。E=σ/ε一、力学性能§1.2材料的使用性能如果说强度保证了材料不发生过量塑性变形甚至断裂的话，刚度则保证了材料不发生过量弹性变形。实际工件的刚度首先取决于其材料的弹性模量，即E注意：1.对于金属材料而言，其弹性模量E主要取决于基体金属的性质。当基体金属确定时,难以通过合金化、热处理、冷加工等方法使之改变，即E是结构不敏感性参数。2.陶瓷材料、高分子材料、复合材料的弹性模量对其成分和组织结构是敏感的，可以通过不同的方法使其改变。第8页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能第9页/共51页（三）弹性——在外力作用下材料发生弹性行为的综合性能指标。一、力学性能§1.2材料的使用性能

滞弹性（弹性滞后）：加载时应变不立即达到平衡值，卸载时变形也不立即恢复。

对于易受振动且要求消振的零件，如机床床身和汽轮机叶片，要求材料具有良好的消振性。机床床身可用灰铸铁制造，汽轮机叶片则采用Cr13型钢制造。对于仪表上的传感元件和音响上的音叉、簧片等，则不希望有滞弹性出现，选材时应予注意。第10页/共51页（四）塑性——在外力作用下材料产生塑性变形而不破坏的能力，即材料断裂前的塑性变形能力。1.伸长率，以δ表示一、力学性能§1.2材料的使用性能2.断面收缩率，以ψ表示（新国标中用Z表示）第11页/共51页（五）硬度—材料表面局部区域内抵抗变形或破裂的能力。一、力学性能§1.2材料的使用性能硬度试验的优点：1.硬度试验设备简单，操作迅速方便。2.一般不破坏成品零件，无需加工专门的试样，试验对象可以是各类工程材料和各种尺寸的零件。3.硬度与强度、塑性、耐磨性之间的关系密切，可按硬度估算强度而免做复杂的拉伸实验。4.硬度与工艺性能之间有联系，可作为评定材料工艺性能的参考。5.硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，可用来检验原材料和控制冷热加工质量。第12页/共51页一、力学性能1.

布氏硬度

GB231-19842.洛氏硬度

GB230-19913.维氏硬度

GB4342-1984§1.2材料的使用性能硬度测试方法：1.载荷大小2.压头尺寸3.加载及保压时间

硬度测试三要素：第13页/共51页1.布氏硬度（HB）GB231-1984HB=F/S

HBS—淬火钢球（<450HB)（新国标中HBS已取消）HBW—硬质合金球（<650HB)1）误差小，重复性好。2）压痕面积大，不适合成品检验。3）与强度σb之间存在近似的换算：

σb0.36HB一、力学性能布氏硬度计§1.2材料的使用性能第14页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能第15页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能第16页/共51页2.洛氏硬度（HR）GB230-1991一、力学性能洛氏硬度计§1.2材料的使用性能HR=(0.2-△h)/0.002(mm)，

其中△h=h1-h0第17页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能第18页/共51页洛氏硬度的种类及应用：（1）HRA（金刚石圆锥）—高硬度表面、硬质合金（2）HRB（淬火钢球）—未淬火钢、灰铸铁、有色金属（3）HRC（金刚石圆锥）—淬硬钢、调质钢

洛氏硬度共15种标尺，每一种标尺硬度适用范围不同。一、力学性能§1.2材料的使用性能第19页/共51页洛氏硬度计一、力学性能§1.2材料的使用性能第20页/共51页3.维氏硬度（HV）GB4342-1984（1）金刚石正四棱锥压头，精确操作复杂，适用于科学研究。（2）压力可选5～120Kg间的特定值，适用各种硬度值的测量。（3）压痕小，可测表面硬化层。一、力学性能§1.2材料的使用性能第21页/共51页4.锉刀法一组硬度差为5HRC的锉刀。例如：10HRC、15HRC、20HRC等。一、力学性能§1.2材料的使用性能第22页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能第23页/共51页（六）韧性——材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，它是材料强度和塑性的综合表现。一、力学性能§1.2材料的使用性能韧性不足可用脆性来表达。韧性高低决定是韧性断裂，还是脆性断裂。第24页/共51页1.冲击韧度Ak——材料抵抗冲击载荷的能力

三种不同冷脆倾向的材料1—面心立方晶格的金属2—中、低强度体心立方晶格的金属3—高强度材料123温度TTK冲击吸收功AK一、力学性能§1.2材料的使用性能第25页/共51页冲击吸收功的测定一、力学性能§1.2材料的使用性能第26页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能K冲击能量A冲击破断次数lgN121—高强度低韧性材料2—低强度高韧性材料A'A"N'N"交点K以左：在较高冲击能量A’下，多冲抗力取决于韧性。交点K以右：在较低冲击能量A”下，多冲抗力取决于强度。

（即小能量多冲)不同材料的冲击抗力:第27页/共51页●小能量多冲时以强度为主，塑性、韧性为辅，强韧性配合处于最佳状态时，多冲抗力最高。●在低中强度范围，冲击韧度的提高对多冲抗力影响不大（因其韧性已足够）。●在高强度范围时（如σb＞1300MPa），改善韧性有利于提高多冲抗力。一、力学性能§1.2材料的使用性能第28页/共51页2.断裂韧度KIC——材料抵抗裂纹失稳扩展的能力一、力学性能§1.2材料的使用性能传统设计思想：[σ]

＝[σ0.2]/n，n为安全系数，依此思想反而导致经常的低应力脆断（σ≤σs），此时[σ]偏低而尺寸、重量偏高。n↑→

[σ]↓→

加大尺寸→依此思想反而导致经常的低应力脆断。第29页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能KI<KICKI=Yσa1/2KIC：金属材料的最高，复合材料次之，高分子材料、陶瓷材料最低。先进的设计思想：材料中存在着既存或后生的微小的宏观裂纹，可能是冶金缺陷，也可能是加工裂纹（如热处理、焊接等）或是使用中发生裂纹（如疲劳、应力腐蚀）。2.断裂韧度KIC——材料抵抗裂纹失稳扩展的能力第30页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能总之，AK（αK）和KIC首先取决于内因——材料的成分、组织结构，其次是受零件外部因素的影响，如工作温度、环境介质。第31页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能螺栓韧性断裂与脆性断裂的比较第32页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能第33页/共51页（七）疲劳性能——材料在交变应力作用下，在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。疲劳极限：材料能承受的无数次循环而不断裂的最大应力值。用σ-1（新国标σD）表示。疲劳曲线示意图a—一般钢铁材料b—有色金属、高强度钢等一、力学性能§1.2材料的使用性能碳钢σ-1≈0.43σb合金钢σ-1≈0.35σb+12MPa

第34页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能第35页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能第36页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能第37页/共51页（八）耐磨性一、力学性能§1.2材料的使用性能1.磨损的主要类型1）粘着磨损：是指摩擦副接触面局部发生金属粘着，而这些粘着的强度往往大于金属本身强度，在随后的相对运动时发生的破坏将出现在强度较低的地方，有金属磨屑从表面被拉下来或零件表面被擦伤的磨损。2）磨粒磨损：是指滑动摩擦时，在零件表面摩擦区内存在硬质磨粒，使磨面发生局部塑性变形、磨料嵌入和被磨料切割等过程，以致磨面材料逐步磨耗。第38页/共51页粘着磨损磨痕粘着磨损示意图一、力学性能§1.2材料的使用性能第39页/共51页磨粒磨损磨痕磨粒磨损示意图一、力学性能§1.2材料的使用性能第40页/共51页一、力学性能§1.2材料的使用性能2.提高材料耐磨性的途径1）粘着磨损①减小表面摩擦系数或提高材料表面硬度；②减小接触压力；③合理选配摩擦材料；④减小表面粗糙度值以增大实际接触面积；⑤改善润滑状况。

2）磨粒磨损①提高材料硬度；②设计时合理采用减小接触压力的措施，工作时改进润滑油过滤装置以及时清除磨损。第41页/共51页二、物理性能（一）密度（二）热学性能：熔点、热容、热膨胀、热传导等。（三）电学性能：电阻率、电阻温度系数、介电性。（四）磁学性能：磁导率、饱和磁化强度和磁矫顽力。§1.2材料的使用性能第42页/共51页三、化学性能（一）化学腐蚀（二）电化学腐蚀§1.2材料的使用性能第43页/共51页§1.3材料的工艺性能金属材料零件的一般加工过程第44页/共51页§1.3材料的工艺性能第45页/共51页机械零件一般加工工艺毛坯材料热处理切削加工零件铸造焊接锻压型材粉末冶金（交