A绪论 金属材料的性能

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机械工程材料工学院主讲人：杨拓宇 简介一、材料科学的重要地位与作用二、工程材料的分类三、本课程的任务和内容 石器铁器象形尊(西周)石器时代青铜器时代铁器时代材料是人类进化的里程碑。一、材料科学的重要地位与作用 二、工程材料的分类按材料的化学组成分类（1）金属材料（2）无机非金属材料（3）高分子材料（4）复合材料 三、本课程的任务和内容（1）工程材料的基本理论即材料的结构与性能、金属材料的组织与性能控制(纯金属凝固、金属塑变与再结晶、钢的热处理)（2）常用工程材料即金属材料(工业用钢、铸铁、有色金属及合金)、高分子材料、无机非金属材料、复合材料。 定义:是指金属材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。指标:弹性、刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度和断裂韧度等。绪论金属的力学性能 低碳钢的应力-应变曲线拉伸试样拉伸试验机应力=P/F0应变=(l-l0)/l0 一、弹性和刚度弹性：指标为弹性极限e，即材料承受最大弹性变形时的应力。刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量E。e 二、强度与塑性强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力值。条件屈服强度0.2：残余变形量为0.2%时的应力值。s0.2 塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。指标为：伸长率：断面收缩率：断裂后拉伸试样的颈缩现象 三、冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。指标为冲击韧性值ak(通过冲击实验测得)。 试样冲断时所消耗的冲击功Ak为:Ak=mgH–mgh(J)冲击韧性值ak就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。AKak=(J/cm²)S0 韧脆转变温度材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。韧 TITANIC建造中的Titanic号TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关 Titanic号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果Titanic近代船用钢板 四、疲劳材料在低于s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用-1表示。钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。疲劳应力示意图疲劳曲线示意图 五硬度布氏硬度HB洛氏硬度HR维氏硬度HV锉刀法硬度:是指材料抵抗其它硬物体压入其表面的能力。常用测量硬度的方法 1、布氏硬度HB布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。布氏硬度计 压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。符号HBS或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120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。布氏硬度压痕 洛氏硬度洛氏硬度是以顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为Φ1.588㎜的淬火钢球作压头，以规定的试验力使其压入试样表面。试验时，先加初试验力，然后加主试验力。压入试样表面之后卸除主试验力，在保留初试验力的情况下，根据试样表面压痕深度，确定被测金属材料的洛氏硬度值。 洛氏硬度h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。 符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。HRA用于测量高硬度材料,如硬质合金、表淬层和渗碳层。HRB用于测量低硬度材料,如有色金属和退火、正火钢等。HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。缺点：测量结果分散度大。钢球压头与金刚石压头洛氏硬度压痕 六、断裂韧性1943年美国T-2油轮发生断裂北极星导弹裂纹扩展的基本形式断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。 实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，机械、机械工艺或金属材料的手册上面一般都有换算关系表。（2分）布氏硬度：布氏硬度的使用上限是HB450，适用于测定硬度较低的金属材料，如退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。洛氏硬度：是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以直接读出硬度值，缺点是因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。洛氏硬度有A、B、C等几种标尺，其中C标尺（即HRC）用的最多，该硬度有效范围是20-67(相当于HB230-700)，适用于测定硬度较高的金属材料，如淬火钢及调质钢。维氏硬度：试验时加载的压力小，压入深度浅，对工件损伤小。特别适用于测量零件的表面淬硬层及经过表面化学处理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精确。但是维氏硬度的试验操作较麻烦，一般在生产上很少使用，多用于实验室及科研方面。（3分）常用的硬度方法有哪几种？其应用范围如何？这些方法测出的硬度值能否进行比较？