第1章_材料的性能

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1、机械工程材料主讲：胡耀华机械工程材料课程内容：绪 论第 1章 材料的性能第 2章 材料的结构第 3章 材料的凝固第 4章 铁碳合金相图与碳钢第 5章 金属的塑性变形与再结晶第 6章 钢的热处理第 7章 工业用钢第 8章 铸铁第 9章 有色金属及其合金第 10章 零 部 件的失效与选材一、材料的 使用 性能二、材料的 工艺 性能三、材料的 环境 性能内容概要第一章 材料的性能（一） 概念 :材料在 使用条件 下 表现的性能 就称为 使 用 性能 。（二） 主要使用性能：a、物理性能： 比重、导电性、导热性、热膨胀性、熔点等 .b、化学性能： 耐腐蚀性、耐气候性、高温抗氧化性等；c、机械性能： 刚

2、度、强度、弹性、塑性、韧性、疲劳强度、硬度等；一 材料的使用性能（三） 机械性能1.概念： 材料 抵抗外力的性能 称为机械性能又叫做力学性能。2.机械性能与外力性质以作用方式有 关 ： 性质： 拉力、压力、弯曲、扭转 作用方式： 缓慢作用（静载）、快速作用（动载）、交变作用3.主要性能指标：静强度、刚度、疲劳强度、韧性、塑性、硬度、弹性等。一 材料的使用性能 材料在外力的作用下将发生 形状和尺寸变化 ， 称为 变形。 外力去除后 能够恢复 的变形称为 弹性变形。 外力去除后 不能恢复 的变形称为 塑性变形。五万吨水压机一 材料的使用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

3、应变 = (l-l0)/l0一 材料的使用性能4.强度与塑性 强度： 材料在外力作用下 抵抗变形 和 破坏 的能力。s0.2屈服强度 s： 材料发生 微量塑性变形 时的应力值。条件屈服强度 0.2： 残余 变形量为0.2%时的应力值。抗拉强度 b： 材料 断裂前 所承受的最大应力 值。一 材料的使用性能伸长率：断面收缩率：断裂后一 材料的使用性能塑性： 指金属材料 发生塑性变形 而 不发生破坏 能力的大小 ，即可承受 最大塑性变形 的能力 。一 材料的使用性能 说明： 用 断面收缩率 表示塑性比 伸长率 更接近真实变形。 直径 d0 相同时， l0， 。只有当 l0/d0 为常数时，塑性值才有

4、可比性。 当 l0=10d0 时，伸长率用 表示； 当 l0=5d0 时，伸长率用 5 表示，显然 5 10 时， 无 颈缩，为 脆性材料 表征 时， 有 颈缩，为 塑性材料 表征无 颈缩试样 有 颈缩试样5. 弹性和刚度弹性 ：弹性模量 的大小主要取决于 材料的本性 ，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过 增加横截面积 或改变 截面形状 来提高零件刚度。材料承受 最大弹性变形时 的应力，指标为 弹性极限 e。刚度： 材料受力时 抵抗弹性变形的能力。指标为 弹性模量 E。一 材料的使用性能6. 硬度 材料抵抗 表面局部 塑性变形

5、的能力。 布氏硬度 HB。一 材料的使用性能 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 ，之后的数字按顺序分别表示 球体直径 、 载荷 及 载荷保持时间 。布氏硬度压痕一 材料的使用性能 布氏硬度的优点： 测量误差小，数据稳定。 缺点： 压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于测量 退火、正火、调质钢 ,铸铁及有色金属的硬度。 材料的 b与 HB之间经验关系：对于 低碳钢 : b(MPa)3.6HB对于

6、 高碳钢 : b(MPa)3.4HB对于 铸铁 : b(MPa)1HB 或b(MPa)0.6(HB -40) HB钢黄铜 球墨铸铁一 材料的使用性能洛氏硬度 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。洛氏硬度测试示意图 洛式硬度计一 材料的使用性能 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

7、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。洛式硬度计钻头洛氏硬度测试压痕一 材料的使用性能常见洛氏硬度的试验条件及应用范围硬度符号 压头总载荷（ kgf）表盘上刻度颜色常用硬度值范围 使用范围HRA 金钢石圆 锥 60 黑 色 2085碳化物、硬质合金、表面淬火层等HRB 1.5875mm钢球 100 红 色 25100有色金属、退火及正火钢等HRC 金钢石圆 锥 150 黑 色 2067 调质钢、淬火钢等一 材料的使用性能维氏硬度测试原理钻头测试压痕维式硬度计一 材料的使用性能 维氏硬度用符号 HV表示，符号前的 数字 为 硬度值 ，后面的 数字 按顺序分别表示 载

8、荷值 及 载荷保持时间 。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法 维氏硬度试验 、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度 试验。 维氏硬度保留了 布氏硬度 和 洛氏硬度 的优点。一 材料的使用性能7.冲击韧性 是指材料 抵抗冲击载荷 作用而 不破坏 的能力。 指标为 冲击韧性值 ak(通过冲击实验测得 )。冲击试验机一 材料的使用性能韧脆转变温度 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。 体心立方金属具有韧脆转变温度，而大多数面心立方金属没有。一 材料的使用性能8.断裂韧性油

9、轮断裂 和北极星导弹发动机 壳体爆炸 与材料中存在 缺陷 有关。一 材料的使用性能 应力强度因子： 描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。断裂韧性： 材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。一 材料的使用性能9.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 疲劳曲线示意图一 材料的使用性能疲劳断口通过 改善材料 的 形状结构，减少表面缺陷，提高表面光洁度，进行表面强化 等方法可 提高材料疲劳抗力 。轴的疲劳断口疲劳辉纹一 材料的使用性能总

10、结机械零件应有一定的机械性能 ；a、与零件的形状、结构、尺寸有关；b、和零件的加工质量有关；c、与材料具有的性质有关；材料性能与内部结构、成份有关a、不同成份的材料，内部结构不同，性能不同；b、同种材料，因某种因素影响内部结构（状态不同）性能不同；c、对同一类材料，弹性模量 E是相同的。一 材料的使用性能使用性能指标：一 材料的使用性能a、有的与在某种 设定的条件 下测得，如 e 、 s 、 -1,等b、有的与 试件尺寸 有关，如 5 、 10 、 kc、有的与 试验方法，条件 有关，如 k 、硬度d、一般说来，材料的 硬度高 ，材料的 强度高 ， 塑性、韧性较差 。加工工艺路线 工艺性能：

11、材料在加工过程中所表现的性能。包括 铸造、锻压、焊接、热处理 和 切削性能 等。二 材料的工艺性能主要工艺性能 ：a、铸造性能：b、压力加工性能：c、焊接性能 ：d、切削加工性能：e、热处理性能：0-3 材料的主要性能材料能否用 铸造方法 制成优良铸 件的性能。是否容易采用 压力加工成型 的性能 ，锻造、挤压、冲 压等。是否易于采用 一般焊接方法 焊成优良接头 的性能，如平焊。是否易于进行 某种切削加工 的性能，如车、铣、铇、 磨、镗等。是 改善金属使用性能和工艺性能 的一种非常重要的加工方法。 环境性能： 在零部件使用的环境条件下，零部件的 工作参数 和所用材料的 性能参数 随环境条件以一定的关系发生变化。 环境材料： 指那些不仅具有优异的使用性能，而且从材料的 制造、使用、废弃直到再生 的整个生命周期中必须具备 与生态环境的协调共存性以及舒适性 的材料。三 材料的环境性能环境材料的特性先进性： 即在今后开发新材料时，必须考虑到其优异的使用性能，这是与传统材料相一致的地方。协调性： 材料在制备、流通、使用和废弃的全过程中必须保持与地球生态环境的 协 调性 。舒适性： 材料的感官性质，要求对材料的感觉舒服，用户乐于采用，这是材料的一种新性能。三 材料的环境性能