金属学及热处理 教学课件 作者 杨秀英 第1章.ppt

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1、第1章金属材料的性能与结构§1.1金属材料的性能§1.2金属的晶体结构§1.3合金的相结构1.1金属材料的性能金属材料是金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。金属材料一般分为：黑色金属和有色金属，黑色金属有钢、铸铁、铬、锰；其他的金属，如铝、镁、铜、锌等及其合金都为有色金属。金属材料的性能包括：力学性能、物理化学性能、工艺性能、经济性能等。1.1.1金属材料的力学性能1、金属材料受力后会有什么反应？2、金属的力学性能的指标一般有哪些？怎样获得这些指标？3、金属材料为什么会发生断裂？金属材料承受载荷的能力就是材料的力学性能，是材料的基本性能。一般情况下，金属材

2、料对所受力的反应分三种情况：1、金属材料受力后会有什么反应？1、当受力达到一定值后，金属材料断裂；2、受力较前者稍小，使金属发生永久（塑性）变形；3、金属材料受到的力较小时，只是发生弹性变形。2、金属的力学性能的指标一般有哪些？怎样获得这些指标？金属的力学性能的指标一般有弹性、强度、硬度、塑性和韧性等。一些性能指标可通过拉伸试验机对一定尺寸的试样进行拉伸获得。根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，测定该材料的拉伸曲线，在拉伸曲线上可以确定强度、塑性、弹性等力学性能指标。L0LFFA图1-1试样拉伸前后标距和截面变化示意图2、金属的力学性能的指标一般有哪些？怎

3、样获得这些指标？强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。2、金属的力学性能的指标一般有哪些？怎样获得这些指标？强度指标一般用单位面积材料所承受的载荷即应力表示，见式：工程中常用的强度指标有弹性极限e、屈服强度s、抗拉强度b，可以从下面的拉伸曲线上清楚地看出。2、金属的力学性能的指标一般有哪些？怎样获得这些指标？图1-2单轴拉伸曲线示意图bse拉伸应力（）sbe应变（%）MPa2、金属的力学性能的指标一般有哪些？怎样获得这些指标？

4、塑性是指金属材料在外力作用下，发生永久变形而不破坏的能力。在工程中常用塑性指标来判断金属材料的可成形性，常用伸长率和断面收缩率来表征。伸长率指试样在拉伸过程中，拉断标距长度的延长值（见图1-1）与原始标距长度的比值，即：（1-2）2、金属的力学性能的指标一般有哪些？怎样获得这些指标？断面收缩率指试样拉伸断裂后，试样断面收缩值（即原始横截面面积与试样拉断后颈缩处的截面积的差值）与原始横截面面积的比，用ψ表示。见式1-3.（1-3）伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。2、金属的力学性能的指标一般有哪些？怎样获得这些指标？材料在弹性范围内，由于受力而发生形状或尺寸的

5、变化，应力与应变服从虎克定律，即：E、G、K分别为正弹性模量（杨氏模量）、切变模量和体积模量。材料在受力时抵抗弹性变形的能力，或材料弹性变形的难易程度就是弹性模量。2、金属的力学性能的指标一般有哪些？怎样获得这些指标？硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。它是材料表面在小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力。目前实际工程中，最常用测定硬度的方法是压入硬度法，硬度试验根据其测试方法的不同可分为静压法和动载压入法。在静载压入法中又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等。2、金属的力学性能的指标一般有哪些？怎样获得这些指标？工件FD压头dh图1-3布氏硬度原理示意图或2

6、、金属的力学性能的指标一般有哪些？怎样获得这些指标？当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度测试而改用洛氏硬度方法计量。0图1-4洛氏硬度测试示意图2、金属的力学性能的指标一般有哪些？怎样获得这些指标？图1-5维氏硬度仪中压头和压痕示意图2、金属的力学性能的指标一般有哪些？怎样获得这些指标？金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。通常采用一定尺寸和形状的金属试样在规定类型的冲击试验机上承受冲击载荷而折断时，断口上单位横截面积上所吸收的冲击功表征材料的韧性2、金属的力学性能的指标一般有哪些？怎样获得这些指标？图1-6冲击试验示意图G1h1h22、金属的力学性能

7、的指标一般有哪些？怎样获得这些指标？3、金属材料为什么会发生断裂？实际上，许多机器零件都是受到循环载荷的作用，在这种载荷条件下，机械零件即使受到的外界应力低于屈服强度，零件也会被破坏，而产生疲劳损伤。这种损伤是指金属材料在长期循环变动载荷作用下（应力一般情况下均小于屈服强度σs），材料内部的微观缺陷会逐渐发展，在几乎没有发生塑性变形情况下，就突然发生断裂的现象。图1-7疲劳断口的特征示意图1区—疲劳源2区—裂纹扩展区3区—瞬时断裂区3、金属材料为什么会发生断裂？一般把试样在重复或交变应力作用下在规定的周