金属材料的性能课件

铸造性可锻性可焊性切削加工性热处理性金属材料的性能

使用性能力学性能物理性能化学性能工艺性能金属材料的性能——表征材料在给定外界条件下的行为铸造性金属材料的性能1金属材料的力学性能一、定义:

力学性能是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。力的型式：静载荷、冲击载荷、交变载荷。二、指标:

弹性、塑性、韧性、强度、硬度和疲劳强度等。金属材料的力学性能一、定义:2三.拉伸试验拉伸试样拉伸试验机三.拉伸试验拉伸试样拉伸试验机3拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象4四、拉伸图oe--弹性变形阶段es--塑性变形阶段屈服现象：金属材料开始产生明显塑性变形的标志。四、拉伸图oe--弹性变形阶段es--塑性变形阶段屈服现象：5四、拉伸图oe--弹性变形阶段es--塑性变形阶段sb--强化阶段bk--缩颈阶段低Ｃ钢、正火、退火调质中Ｃ钢，低、中C合金钢某些Al合金及某些高分子材料具有类似曲线。铸铁、陶瓷：只有第I阶段

四、拉伸图oe--弹性变形阶段es--塑性变形阶段sb--强61.弹性(elasticity):金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢复原来形状及尺寸的性能。弹性变形(elasticdeformation):随载荷撤除而消失的变形。

弹性极限(elasticlimit):

Fe

弹性极限载荷(N)

σe

=

(Mpa)

S0

试样原始横截面积(mm2)1.弹性(elasticity):金属材料受外力作用时产生72.强度(strength):

材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。种类:屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。(2)屈服强度(yieldstrength):屈服点S

Fs

σs

=

(Mpa)

S0试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)2.强度(strength):材料在载荷作用下抵抗变形和破8

(3)条件屈服强度(塑性变形量为0.2%)(4)抗拉强度(tensilestrength):试样在断裂前所能承受的最大应力。

F0.2

σ0.2

=

(Mpa)

S0试样原始横截面(mm2)试样产生0.2%残余塑性变形时的载荷(N)

Fb

试样断裂前的最大载荷(N)

σb

=

(Mpa)

S0试样原始横截面积(mm2)(3)条件屈服强度(塑性变形量为0.2%)(4)抗拉强93、塑性(plasticity):是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。1)断面收缩率(percentagereductioninarea):是指试样拉断处横截面积S1的收缩量与原始横截面积S0之比。3、塑性(plasticity):是指材料在载荷作用下产生102)伸长率(延伸率)specificelongation:是指试样拉断后的标距伸长量L1与原始标距L0之比。δ<2~5%属脆性材料δ≈5~10%属韧性材料δ>10%属塑性材料δ和ψ数值越大，表示材料的塑性越好。2)伸长率(延伸率)specificelongation114、硬度(hardness):是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。

布氏硬度HB洛氏硬度HR

维氏硬度HV肖氏硬度HS常用测量硬度的方法4、硬度(hardness):是指材料抵抗其他硬物体压入其121）布氏硬度HB(Brinell-hardness)布氏硬度计

1）布氏硬度HB(Brinell-hardness)布131）布氏硬度HB(Brinell-hardness)

一定直径的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，计算硬度值。

布氏硬度值用球面压痕单位面积上所承受的平均压力来衡量，用符号HBW来表示。1）布氏硬度HB(Brinell-hardness)141）布氏硬度HB(Brinell-hardness)适用范围:测得的值比较准确稳定，但只适宜于测量硬度较低的材料，如铸铁、有色金属、调质或退火钢，且不适于测量成品件或薄壁件。1）布氏硬度HB(Brinell-hardness)适151）布氏硬度HB(Brinell-hardness)

符号HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:120HBW10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（98.07kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。(若钢球直径为10mm，力为3000kgf，保持10s则可简单记为120HBS)1）布氏硬度HB(Brinell-hardness)162)洛氏硬度HR(Rockwll—hardness)将120°金刚石圆锥体（或直径1.588mm的淬火钢球）压头，先后施加两个载荷（预载荷F0和主载荷F1）压入金属表面，卸去主载荷F1后，测量其残余压入深度h1来计算洛氏硬度值。每0.002mm相当于洛氏1度。2)洛氏硬度HR(Rockwll—hardness)将1172)洛氏硬度HR(Rockwll—hardness)h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计2)洛氏硬度HR(Rockwll—hardness)h1182、洛氏硬度HR(Rockwll—hardness)硬度可直接从洛氏硬度计表盘上读数。根据压头的种类和总载荷的大小的不同洛氏硬度常用的表示方式有HRA、HRB、HRC三种试验压痕小、操作方便，可测低硬度、高硬度材料，应用最广泛。用于测量各种钢铁原材料、有色金属、经淬火后工件、表面热处理工件及硬质合金等。测量值不稳定，测三点以上取平均值硬度实际上是强度的局部反应，强度高其硬度必然高。2、洛氏硬度HR(Rockwll—hardness)硬192)洛氏硬度HR(Rockwll—hardness)HRA测量范围：70～85

适于测量碳化物、硬质合金等高硬度材料；HRB测量范围：25～100

适于测软钢、铜铝合金等材料；HRC测量范围：20～67

适于淬火钢、调质钢等范围较广2)洛氏硬度HR(Rockwll—hardness)HR203)维氏硬度(diamondpenetratorhardness)

――科学试验维氏硬度的压力一般可选5，10，20，30，50，100，120kg等，小于10kg的压力可以测定显微组织硬度。适用范围:测量薄板类;HV≈HBS;3)维氏硬度(diamondpenetratorhar215、冲击韧性(notchtoughness)

材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。5、冲击韧性(notchtoughness)材料在冲22冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图23试样冲断时所消耗的冲击功Ak为:

Ak=mgH–mgh(J)冲击韧性值

k

就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。Ak或

k越大，则材料的韧性越好。韧性与材料的组织有密切的关系。脆性材料：断裂时无明显变形，有金属光泽，呈结晶状。韧性材料：明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽。此外还受外界温度的影响。(J/cm²)试样冲断时所消耗的冲击功Ak为:Ak=mg24韧性与温度有关——脆性转变温度TK温度对冲击韧性的影响韧性与温度有关——脆性转变温度TK温度对冲击韧性的影响256、疲劳强度(fatiguestrength):交变载荷：在工作过程中零件各点受随时间做周期性变化的载荷的作用。交变应力（循环应力）：在工作过程中零件各点受随时间做周期性变化的应力。金属的疲劳：在交变应力作用下，零件所受的应力虽然远低于σb，甚至小于σs，但经过较长时间的工作也会产生裂纹或发生突然断裂的现象。这种断裂方式称为疲劳断裂。80%的断裂由疲劳造成）6、疲劳强度(fatiguestrength):交变载266、疲劳强度(fatiguestrength)

表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。6、疲劳强度(fatiguestrength)

27钢材的循环次数一般取N=107有色金属的循环次数一般取N=108钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:

σ-1

=(0.45～0.55)σb钢材的循环次数一般取N=107有色金属的循环次数一般取28陶瓷、高分子材料－疲劳抗力很低；金属材料－疲劳强度较高；纤维增强复合材料－较好的抗疲劳性能。影响因素：

循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力等。陶瓷、高分子材料－疲劳抗力很低；影响因素：29金属材料的工艺性能

一、铸造性能铸造是将熔化的金属或合金，注入铸型型腔内以获得相应铸件的工艺方法。金属的铸造性能是指能否将金属材料用铸造方法制成优良铸件的性能。它取决于金属的流动性、收缩性和偏析等。两高一低：高效率、高质量、低成本金属材料的工艺性能一、铸造性能铸造是将熔化的金属或合金，注30流动性好的金属，其充填铸型的能力较强，浇注后的铸件轮廓清晰，无浇注不足现象。流动性的好坏主要与金属的性质有关，关键是化学成分。铸铁的流动性好。1、流动性是指液态金属充满铸型的能力。流动性好的金属，其充填铸型的能力较强，浇注后的铸件轮312、收缩性是指金属浇注后在铸型中凝固时铸件体积的收缩量。收缩率小的金属，铸件冷却后缩孔小、缩松倾向小，表面无空洞，不容易因收缩不均匀而引起开裂，尺寸比较稳定。2、收缩性是指金属浇注后在铸型中凝固时铸件体积的收缩量。32铸铁、钢、有色金属是常用的铸造材料，其中灰铸铁和青铜铸造性能较好。3、偏析即金属凝固后其化学成分的不均匀性，严重的偏析将影响到铸件的力学性能及化学性能。铸造能生产其它加工方法难以加工的箱体、壳体等形状复杂、大小不等的零件或毛坯。铸铁、钢、有色金属是常用的铸造材料，其中灰铸铁和青铜33二、焊接性能

焊接是将两部分金属，通过加热或加压借助原子间的结合力，使它们牢固地连接成整体的工艺方法。可分为熔化焊、压力焊、钎焊三种。焊接性能是指能否将金属用一定的焊接方法，焊成优良接头的性能。焊接性能可以通过焊接试验来评定，其主要标准是产生裂缝的可能性和裂纹的多少以及有无气孔产生。二、焊接性能焊接是将两部分金属，通过加热或加压借助原子间的34焊接后金属产生裂纹的可能性与金属本身的化学成分和性能有关。含碳和合金元素量。

焊接的优点：减轻零件或结构件的重量，生产周期短，效率高，成本低；焊接结构的强度高，气密性好；能节约金属，减少切削加工量，并能制造锻造、铸造等加工方法无法生产的大型容器和框架结构件等。焊接后金属产生裂纹的可能性与金属本身的化学成分和性能35三、金属的压力加工与锻压性能

压力加工性能是指能否用压力加工方法将金属加工成优良工件（或毛坯）的性能。金属压力加工性能的好坏，主要取决于金属本身塑性的好坏和变形抗力的大小.