工程材料与热处理 教学课件 作者 黄晓明 第1章 金属材料的性能.ppt

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1、第一章金属材料及力学性能工程材料金属材料无机非金属材料有机高分子材料复合材料金属材料是现代制造机械的最主要材料。金属材料以合金为主，很少使用纯金属。合金是以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，经过熔炼、烧结或其它方法制成的具有金属特性的材料。最常用的合金，有以铁为基础的铁碳合金；有以铜或铝为基础的铜合金和铝合金。钢铁材料生产过程示意图材料的性能使用性能工艺性能力学性能物理性能化学性能铸造性能锻压性能热处理性能焊接性能切削加工性能金属的物理性能密度导热性导电性磁性热膨胀性熔点金属的化学性能耐腐蚀性抗氧化性化学稳定性金属的力学性能的定义力学性能是指在力的作用下所

2、显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力—应变关系的性能。通俗地讲是指材料抵抗外力引起的变形和破坏的能力。金属材料力学性能强度硬度韧性疲劳塑性是指制造零件、部件的金属材料在加工及使用过程中所受的外力。载荷根据载荷作用的性质不同，它可以分为静载荷、冲击载荷、及交变载荷三种：1、静载荷是大小不变或变化过程很缓慢的载荷。2、冲击载荷指大小突然变化的载荷。3、交变载荷是指大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。根据作用形式不同，载荷分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷。应力：材料在任一时刻所受的力除以横截面积之商。用“σ”表示。变形：金属在外力的作用下尺寸

3、和形状的变化。分为“弹性变形”和“塑性变形”弹性变形——随载荷的卸除而消失的变形称为弹性变形。塑性变形——不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形，又称永久变形。强度和塑性强度：是指金属材料在静载荷作用下，抵抗永久变形和断裂的能力。种类:抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。塑性：是指断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。抗拉强度与塑性测量[拉伸试验]：GB/T228-1987（新标准，GB/T228-2002）。采用万能材料试验机，给拉伸试验缓慢施以拉力，测出拉力与变量的关系。可用于测量材料在拉力作用下的强度和塑性。拉伸试验液压式万能电子材料试验

4、机*拉伸试样：长试样：L0=10d0短试样：L0=5d0d0L0LFesbZFsFbO屈服点弹性变形阶段缩颈断裂发生塑性变形屈服阶段强化阶段pFpFeFesFsO屈服点弹性变形阶段发生塑性变形屈服阶段pFpFeL“oe”为纯弹性变形阶段，卸去载荷时，试样能恢复原状。“e”点对应应力的比例极限为Fp——试样非比例伸长为规定量时的拉力(N)。S0——试样原始横截面积(mm2)LFsbZFsFbO屈服点缩颈断裂强化阶段“s”点试样出现“塑性变形”现象，称为屈服点。“sb”为强化阶段，试样产生均匀的塑性变形，并出现了强化“b”点为最大载荷，试样出现“缩颈”现象“Z”点

5、试样被拉断屈服点(yieldstrength):Fsσs=(Mpa)A0试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)抗拉强度:试样在断裂前所能承受的最大应力。Fb试样断裂前的最大载荷(N)σb=(Mpa)A0试样原始横截面积(mm2)规定残余伸长应力：0.2=slF0.20.2%l0o对于无明显屈服现象的材料，按国标GB/T228—1987规定可用规定残余伸长应力σ0.2表示。σ0.2表示试样卸除载荷后，其标距部分的残余率达到0.2%时的应力，也称为屈服强度。下式中：σ0.2—规定残余伸长应力MPa；F0.2—残余伸长率达到0.2%时的载荷，N；A0—试

6、样原始横截面积，㎜2。(1)断面收缩率:是指试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。塑性(2)断后伸长率(延伸率):是指试样拉断后的标距伸长量L1与原始标距L0之比。断后伸长率和断面收缩率都是衡量金属材料塑性好坏的主要指标，其值越大，表示材料的塑性越好。用断面收缩率表示最大变形量比断后伸长率合理，而且值不受试样标距长短的影响，所以ψ值比δ值更能反映材料的塑性。硬度硬度：是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划伤的能力。硬度试验一般采用压入法，操作简单、迅速，被广泛使用。测定硬度的方法很多，最常用的有布氏硬度试验法、洛氏硬度试验法和

7、维氏硬度试验法三种。1、布氏硬度HB(Brinell-hardness)布氏硬度计原理：用一定直径的压头（球体），以相应试验力压入待测表面，保持规定时间卸载后，测量材料表面压痕直径，以此计算出硬度值。布氏硬度的标注：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。例:120HBW10/1000/30表示直径为10mm的硬质合金球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。特点：优点：测量误差小（因压痕大），数据稳定，重复性强。缺点：压痕面积较大，测量费时。应用：常用于测量较软材料、灰

8、铸铁、有色金属、退火正火钢材的硬度。不