金属工艺学2概要上课讲义.ppt

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1、金属工艺学2概要4、布氏硬度与洛氏硬度的特点比较布氏硬度的特点：布氏硬度因压痕面积较大，HB值的代表性较全面，而且实验数据的重复性也好，但由于淬火钢球本身的变形问题，不能试验太硬的材料，一般在450HB以上的就不能使用（HBW在650以上不适用）。由于压痕较大，成品检验也有困难。通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材料的硬度。洛氏硬度的特点：洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小，几乎不损伤工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。但洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表性就差些，如果材料中有偏析或组织不均的情况，则所测硬度值的重复性也差。三、

2、韧性（与脆性相反）工程中有些机件在工作时要受到瞬间大能量的冲击载荷如锻压机的锤杆、冲床的冲头、汽车变速齿轮、飞机的起落架等。概念：材料断裂前吸收的变形能量的能力称为韧性。它是材料抵抗冲击荷载而不破坏的能力，或说材料断裂前吸收能量的能力。是材料强度和塑性的综合指标。v2F1v1瞬时冲击引起的应力和应变要比静载荷引起的应力和应变大得多，因此在选择制造该类机件的材料时，必须考虑材料的抗冲击能力，即韧性。韧性的衡量指标是冲击韧度。1、冲击韧度（impactstrength）概念：材料在冲击载荷作用抵抗变形和断裂的能力叫做冲击韧度（也称冲击强度），值用ak表示，由

3、试验而得。（1）冲击韧度用于评价材料的抗冲击能力或判断材料的脆性和韧性程度。（2）冲击韧度是试样在冲击破坏过程中所吸收的能量与原始横截面积之比。（3）冲击韧度根据试验设备不同可分为简支梁冲击韧度、悬臂梁冲击韧度（4）冲击韧度的测量标准主要有ISO国际标准（GB参照ISO）及美国材料ATSM标准。GB:是试件在一次冲击实验时，单位横截面积（m2）上所消耗的冲击功（J），其单位为MJ/m2。ATSM:单位宽度所消耗的功，单位为J/m。冲击韧度：ak=AK/A（J·cm-2）Ak—折断试样所消耗的冲击功（J）A—试样断口处的原始截面积（mm2）塑性材料试样有圆

4、弧缺口，脆性材料不开缺口。2、冲击韧度试验与计算（GB）通常采用摆锤式冲击试验机测定(大能量、一次冲断）。材料的ak值愈大，韧性就愈好；材料的ak值愈小，材料的脆性愈大。通常把ak值小的材料称为脆性材料。温度的影响：研究表明，材料的ak值随温度的降低而降低。当温度降至某一数值或范围时，ak值会急剧下降，材料则由韧性状态转变为脆性状态，这种转变称为冷脆转变，相应温度称为冷脆转变温度。材料的冷脆转变温度越低，说明其低温冲击性能越好，允许使用的温度范围越大。因此对于寒冷地区的桥梁、车辆等机件用材料，必须作低温（一般为–40℃）冲击弯曲试验，以防止低温脆性断裂。

5、材料的使用温度应高于冷脆转变温度。建造中的Titanic号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、疲劳强度1、疲劳的概念工程上一些机件工作时受交变应力或循环应力作用，如：曲轴、齿轮、连杆、弹簧等，即使工作应力低于材料的屈服强度s，但经过一定循环次数N后仍会发生断裂，这样的断裂现象称之为疲劳。交变应力（或循环应力）——随时间而（循环）变化的应力应力循环次数N——结构或构件破坏时所经历的应力变化次数。齿轮根部火车轮轴在循环载荷作用下，材料承受的循环应力σ和断裂时相应的循环次数

6、N之间的关系曲线，称为疲劳曲线。2、疲劳曲线（应力——寿命曲线）由于实际测试时不可能做到无数次应力循环，故规定各种金属材料应有一定的应力循环基数。如钢材规定以107为基数，即钢材的应力循环次数达到107次仍不发生疲劳断裂，就认为不会再发生疲劳断裂了。对材料疲劳强度要求特别高的钢材或有色金属，要求N=108次。断裂区不断裂区实验：把相同的试件从高到低加上一定载荷使其承受交变应力σ，直至其破坏为止，并记下每个试件在破坏前的应力循环次数N。3、疲劳强度金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力，叫做疲劳强度(又称疲劳极限、持久极限）。材料的疲

7、劳强度通常在疲劳试验机上测定。当零件所受的应力按正弦曲线对称循环时，疲劳强度以符号σ-1表示。即当应力低于σ-1值，既使循环周次无穷多也不发生断裂。有限寿命疲劳极限……4、疲劳断裂原因：零件的疲劳断裂过程可分为裂纹产生、裂纹扩展和瞬间断裂三个阶段.材料内部杂质、缺陷、表面划痕、应力集中等在交变载荷的作用下产生微裂纹，并扩展导致断裂。5、提高疲劳强度的措施：除改善材料的形状结构，减少应力集中外，还要采取进行表面强化措施。如提高零件的表面质量（表面粗糙度）、喷丸处理等，同时应减少材料的内部缺陷，控制材料的内部质量。轴的疲劳断口疲劳辉纹（扫描电镜照片）五、材料

8、的高温性能金属材料随温度的升高，弹性模量E、强度（σs、σb）、硬度等值降低，而