《材料的性能》PPT课件

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1、第一章材料的性能材料科学与工程学院材料：你最关心的是什么？性能：包含哪些指标？性能力学（机械）性能物理和化学性能工艺性能使用性能：指各个零件或构件在正常工作时金属材料应具备的性能，它决定了金属材料的应用范围、使用的可靠性和寿命。包括力学性能、物理性能、化学性能。工艺性能：指金属材料在冷、热加工过程中应具备的性能，它决定了金属材料的加工方法。包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能。1.1力学性能力学性能（机械性能）：指金属材料具有的抵抗一定外力作用而不被破坏的性能。金属材料的力学性能主

2、要有：刚度、强度、弹性、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度和疲劳强度等。金属材料的刚度、强度、弹性、塑性是通过拉伸实验来测定的，标准试样如图所示，把试样安装在拉伸试验机上，并对试样施加一个缓慢增加的轴向拉力，试样产生变形，直至断裂。圆形拉伸试样低碳钢的拉伸曲线一、金属变形的三个阶段1.弹性变形阶段(oa段)当应力<e时发生弹性变形。特点：外力去除后完全恢复原状，应力、应变成正比。即:=E×E-弹性模量,-应变3、塑性变形阶段(cd段)当应力s<<b时发生显著但均匀的塑性变形。特点：外力去

3、除后部分复原，保留一部分加工硬化。2、屈服阶段(abc段)金属开始显著的塑性变形，除去外力，试样不能恢复原尺寸。4、断裂阶段(dk段)当≥k后，试样发生“颈缩”，再一分为二，发生断裂。材料抵抗变形和断裂的能力称为材料的强度。通过拉伸试验可以测量以下的强度指标。1、应力与应变应力－单位面积所承受的载荷。应变－单位长度的伸长量。2、弹性极限－材料发生弹性变形的最大应力值。3、屈服极限－材料发生塑性变形的最小应力值。条件屈服强度4、抗拉强度－材料抵抗塑性变形的最大应力值。二、强度三、塑性塑性指金属材料在静

4、载荷作用时，在断裂前产生塑性变形的能力，反映材料塑性的力学性能指标有延伸率和断面收缩率。1）延伸率：指试样拉断后其标距长度的相对伸长值。即2）断面收缩率：指试样拉断后缩颈处横截面积的最大相对收缩值。试样断裂后的标距长度；试样的原始标距长度；式中试样断裂出的最小横截面积；试样的原始横截面积；式中四、硬度硬度指金属材料抵抗外物压入其表面的能力，也是衡量金属材料软硬程度的一种力学性能指标。工程上常用的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。1）布氏硬度HBS(HBW)：布氏硬度是在布氏硬度计上进行测量的，用一定直径的

5、钢球或硬质合金球为压头，以相应的实验力压入试样表面，保持规定的时间后，卸除实验力，在试样表面形成压痕，以压痕球形表面所承受的平均负荷作为布氏硬度值，如图所示。布氏硬度实验原理图实验力（kgf）；球体直径（mm）；压痕平均直径（mm）。式中2）洛氏硬度：洛氏硬度是用压头压入的压痕深度作为测量硬度值的依据,如图所示。可以直接从洛氏硬度计的表盘上读出，它是一个相对值，人们规定每0.002mm压痕深度为一个洛氏硬度单位。洛氏硬度用HRA、HRB和HRC来表示。洛氏硬度实验原理3）维氏硬度HV：测试的基本原理与布

6、氏硬度相同，但压头采用锥面夹角136°的金刚石正四棱锥体，维氏硬度试验所用载荷小，压痕深度浅，适用于测量零件薄的表面硬化层的硬度。试验载荷可任意选择，故可测硬度范围宽，工作效率较低。五、疲劳强度疲劳是指构件在低于屈服强度的交变应力作用下，经过较长时间工作而发生突然断裂，而无明显的塑性变形的现象。交变应力（周期性应力）：应力的大小、方向周期性变化。有对称周期性应力和非对称周期性应力。疲劳曲线（S-N曲线）3）疲劳曲线：反映承受的交变应力与断裂前的应力周期次数间的关系曲线，如图所示。曲线上对应于某一循环次数

7、N的破坏应力即为该循环数下的疲劳强度。曲线的水平渐近线即为疲劳极限。4）疲劳极限：应力愈高，循环次数愈少，反之亦然。当应力低到一定值时，循环次数无穷大，表示材料可经无限次应力循环而不失效；此应力即为疲劳强度（疲劳极限）。无限次当然不是数学上的无穷大，只是一个很大的数而已，对于钢铁材料为107，有色金属材料为108。六、冲击韧性材料的冲击韧性是在冲击载荷作用下，抵抗冲击力的作用而不被破坏的能力。可用摆锤冲击试验机来测定金属材料的冲击值。冲击韧度值可用下式计算。冲击韧度（J/cm2）；冲击吸收功（J）；摆锤

8、重量（N）；摆锤抬升高度（m）；摆锤冲击后的高度（m）；试样缺口底部处横截面积（cm2）。式中试样安放位置冲击试验1.2金属材料的物理和化学性能物理性能指不发生化学反应就能表现出来的性能，如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。化学性能是材料在化学介质的作用下所表现出来的性能。如材料的耐腐蚀性能、抗氧化性能和化学稳定性能等。一、相对密度不同材料的相对密度各不相同，如钢为7.8左右，陶瓷的相对密度为2.2-2.5；各种塑料的相对密度更