金属及合金的性能解析.pptx

《金属及合金的性能解析.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属及合金的性能解析.pptx（30页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 现现代代工工业业、农农业业、国国防防和和科科学学技技术术都都离离不不开开工工程程材材料料，虽虽然然近近年年来来非非金金属属材材料料（陶陶瓷瓷、高高分分子子及及复复合合材材料料）发发展展迅迅速速，但但是是金金属属材材料料由由于于具具有有良良好好的的物物理理性性能能、化化学学性性能能、力力学学性性能能以以及及工工艺艺性性能能，因因此此在在这这些些部部门门仍仍然然获获得得了了广广泛泛的应用。的应用。金金属属材材料料及及热热处处理理主主要要研研究究金金属属与与合合金金的的成成分分和和所所经经历历的的热热处处理理过过程程与与其其内内部部组组织织和和性性能能的的相相互互关关系系，以以及及如如何改善金属及

2、合金的组织与性能。何改善金属及合金的组织与性能。只只有有掌掌握握这这些些知知识识，才才能能合合理理地地选选用用材材料料、以以充充分分发发挥挥材材料料的的潜潜力力，延延长长使使用用寿寿命命，并并降降低低成成本本。此此外外，为为了了正正确确地地制制定定铸铸造造、锻锻压压、焊焊接接、热热处处理理和和切切削削加加工工等等工工艺艺规规程程，提提高高产产品品质质量量和和产产量量，也也必必须须学学习习金金属属材材料料的的基基础础知识。知识。第1页/共30页1-1金属及合金的性能金属及合金的性能1-2铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图1-3钢的热处理钢的热处理1-4其他常用金属材料其他常用金属材料本章的主要

3、内容本章的主要内容选材选材选毛坯选毛坯预先热处理预先热处理机械加工机械加工最终热处理最终热处理精加工精加工检验检验工件加工过程：第2页/共30页 1-1 1-1 金属及合金的性能金属及合金的性能 使用性能:材料在使用过程中所表现的性能。物理性能主要是指密度、熔点、热物理性能主要是指密度、熔点、热膨胀性、导热性、电磁性能等；膨胀性、导热性、电磁性能等；力学性能物理性能化学性能工艺性能化学性能主要是指耐腐蚀性能。第3页/共30页工艺性能：工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能材料在加工过程中所表现的性能，即，即指其铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性指其铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性

4、能和热处理性能。能和热处理性能。由由于于机机件件的的用用途途不不同同，对对其其物物理理性性能能的的要要求求也也不不同同。例例如如，飞飞机机、汽汽车车等等交交通通工工具具，为为了了减减轻轻重重量量，采采用用密密度度较较低低的的材材料料；而而熔熔点点高高的的材材料料可可以以用用来来制制造造耐耐热热零零件件；制制造造电电机机等等则则需需要要考考虑虑材材料料的的导导电电性性和和磁磁性性等等；金金属属材材料料对对周周围围介介质质如如大大气、海水等各种介质侵蚀的抵抗能力叫耐蚀性。气、海水等各种介质侵蚀的抵抗能力叫耐蚀性。第4页/共30页金属及合金作为结构材料，应具备的最主要性能是金属及合金作为结构材料，应

5、具备的最主要性能是力学性能，即材料抵抗外力的能力。力学性能，即材料抵抗外力的能力。力学性能包括力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度强度等。等。第5页/共30页1.强度强度强度：材料在外力作用下强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。抵抗变形和破坏的能力。拉拉伸伸试试验验机机第6页/共30页1.强度强度屈服强度屈服强度 s s：材料发生微量：材料发生微量塑性变形时的应力值。塑性变形时的应力值。抗拉强度抗拉强度 b b：材料断裂前：材料断裂前所承受的最大应力值。所承受的最大应力值。条件屈服强度条件屈服强度 0.20.2：残余变：残余变形量为形量为0.

6、2%0.2%时的应力。时的应力。低碳钢低碳钢铸铁铸铁第7页/共30页2.塑性塑性塑性塑性 断裂前材料产生永久变形的能断裂前材料产生永久变形的能力力,用伸长率和断面收缩率来表示。用伸长率和断面收缩率来表示。伸长率（伸长率（）在拉伸试验中在拉伸试验中,试样试样拉断后拉断后,标距的伸长与原始标距的百标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。分比称为伸长率。断面收缩率（断面收缩率（）试样拉断后试样拉断后,缩缩颈处截面积的最大缩减量与原横断面颈处截面积的最大缩减量与原横断面积的百分比称为断面收缩率。积的百分比称为断面收缩率。第8页/共30页说明说明 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。用面缩率表示塑性

7、比伸长率更接近真实变形。直径直径d d0 0 相同时，相同时，L L0 0，。只有当。只有当L L0 0/d/d0 0为常数为常数时，塑性值才有可比性。时，塑性值才有可比性。当当L L0 0=10d=10d0 0 时，伸长率用时，伸长率用 1010 表示；表示；当当L L0 0=5d=5d0 0 时，伸长率用时，伸长率用 5 5 表示。显然表示。显然 5 5 1010 时，无颈缩，为脆性材料表征时，无颈缩，为脆性材料表征 时，有颈缩，为塑性材料表征时，有颈缩，为塑性材料表征第9页/共30页3.硬度硬度硬度：材料抵抗其他硬物压入的能力，即受压硬度：材料抵抗其他硬物压入的能力，即受压时抵抗局部塑性

8、变形的能力。时抵抗局部塑性变形的能力。布氏硬度原理布氏硬度原理洛氏硬度原理洛氏硬度原理维氏硬度原理维氏硬度原理第10页/共30页布氏硬度试验原理图布氏硬度试验原理图布氏硬度布氏硬度 HB布布氏氏硬硬度度计计布氏硬度布氏硬度第11页/共30页压压头头为为钢钢球球时时，布布氏氏硬硬度度用用符符号号HBS表表示示，适适用用于于布布氏硬度值在氏硬度值在450以下的材料。以下的材料。压压头头为为硬硬质质合合金金球球时时，用用符符号号HBW表表示示，适适用用于于布布氏硬度在氏硬度在650以下的材料。以下的材料。符符号号HBS或或HBW之之前前的的数数字字表表示示硬硬度度值值,符符号号后后面面的的数字按顺序

9、分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。布布氏氏硬硬度度压压痕痕如如 120HBS10/1000/30 表示表示直径为直径为10mm的钢球在的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷）载荷作用下保持作用下保持30s测得的布氏测得的布氏硬度值为硬度值为120。第12页/共30页洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度用符号洛氏硬度用符号HR表示，表示，HR=k-(h1-h0)/0.002根据压头类型和主载荷不同，分为九根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为个标尺，常用的标尺为A、B、C。洛洛氏氏硬硬度度计计洛氏硬度测量原理图洛氏硬度测量原理图第13页

10、/共30页l符号符号HRHR前面的数字为硬度值，后面前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。为使用的标尺。lHRA HRA，压头为，压头为120120金刚石圆锥，用金刚石圆锥，用于测量高硬度材料于测量高硬度材料,如硬质合金、如硬质合金、表面淬火钢。表面淬火钢。lHRB HRB，压头为，压头为1/161/16英寸淬火钢球，英寸淬火钢球，用于测量低硬度材料用于测量低硬度材料,如有色金属如有色金属和退火、正火钢等。和退火、正火钢等。lHRC HRC，压头为，压头为120120金刚石圆锥，用金刚石圆锥，用于测量中等硬度材料，如调质钢、于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。淬火钢等。钢球压头与钢球压头与

11、金刚石压头金刚石压头洛氏硬度压痕洛氏硬度压痕第14页/共30页维氏硬度计维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理维氏硬度压痕维氏硬度压痕HV=F/S压压维氏硬度维氏硬度第15页/共30页压头载荷载荷 kgfkgf硬度范围硬度范围HBSHBS钢球钢球30003000450450HBWHBW硬质合金球硬质合金球30003000450450650650HRAHRA金刚石圆锥金刚石圆锥606020208888HRBHRB钢球钢球1001002020100100HRCHRC金刚石圆锥金刚石圆锥15015020207070HRDHRD金刚石圆锥金刚石圆锥10010040407777布氏硬度布氏硬度洛氏硬

12、度洛氏硬度HVHV金刚石棱锥金刚石棱锥5 512012013001300维氏硬度维氏硬度应用应用有色合金，退正火调质钢有色合金，退正火调质钢淬火、调质钢淬火、调质钢碳化物、硬质合金碳化物、硬质合金有色合金，退正火钢有色合金，退正火钢淬火、调质钢淬火、调质钢薄钢板、表面硬化工件薄钢板、表面硬化工件各种硬度工件各种硬度工件常用硬度的比较常用硬度的比较第16页/共30页动载的主要形式：载荷以较高速度施加到零构件上，形成冲击。载荷以较高速度施加到零构件上，形成冲击。抵抗冲击载荷的能力称为抵抗冲击载荷的能力称为冲击韧度冲击韧度aKUKU载荷大小和方向做周期性变化，形成交变载荷。载荷大小和方向做周期性变化

13、，形成交变载荷。材材料料能能承承受受规规定定次次循循环环而而不不断断裂裂的的最最大大应应力力值值称称为为疲劳强度疲劳强度-1-14.冲击韧性冲击韧性第17页/共30页冲击韧性冲击韧性：材料抵抗冲击载荷作用的能力，常用一次：材料抵抗冲击载荷作用的能力，常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。测得试样摆锤冲击弯曲试验来测定。测得试样冲击吸收功冲击吸收功，用，用符号符号 Ak 表示。用冲击吸收功除以试样缺口处截面积表示。用冲击吸收功除以试样缺口处截面积 S0,即得到材料的即得到材料的冲击韧度冲击韧度 ak。Ak=mgh mgh(J)冲击试样和冲击试验示意图冲击试样和冲击试验示意图第18页/共30页建造中的建

14、造中的Titanic 号号TITANIC的沉没的沉没与船体材料的质量与船体材料的质量直接有关直接有关TITANIC第19页/共30页Titanic近代船用钢板近代船用钢板Titanic 号钢板号钢板（左图）和（左图）和近代船近代船用钢板用钢板（右图）的冲击试验结果（右图）的冲击试验结果第20页/共30页疲劳疲劳：材料在交变应力长时间作用下，在小于屈：材料在交变应力长时间作用下，在小于屈服点的应力下发生断裂服点的应力下发生断裂疲劳极限疲劳极限(强度强度)-1 ：材料能承受规定次数应力：材料能承受规定次数应力循环而不断裂的最大应力循环而不断裂的最大应力钢铁材料规定次数为钢铁材料规定次数为107，有

15、色金属合金为，有色金属合金为108。疲劳曲线示意图疲劳曲线示意图 对称循环应力图对称循环应力图 5.疲劳强度疲劳强度第21页/共30页 裂纹在应力作用下可失稳而扩展，导致机件破断。裂纹在应力作用下可失稳而扩展，导致机件破断。断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展断裂的能力。断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展断裂的能力。裂纹尖端附近的应力分布第22页/共30页应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。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：材料抵抗内部裂断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。纹失稳扩展的能力。C为断裂应力，为断裂应力，aC为临界裂纹半长，单为临界裂纹半长，

16、单位为位为 第23页/共30页案例讨论-三峡工程首例对日索赔纪实 第24页/共30页第25页/共30页第26页/共30页钢板到货钢板到货检验检验屈服强度屈服强度抗拉强度抗拉强度延伸性能延伸性能冲击韧性冲击韧性不达标不达标湖北出入境检验检疫局湖北出入境检验检疫局 重新检测重新检测监理，全程录像监理，全程录像报告报告检疫局检疫局通告厂家通告厂家武汉钢铁研究所重新检验武汉钢铁研究所重新检验 出具不合格证书出具不合格证书谈判谈判提出复验提出复验 共同抽样共同抽样 全部退回全部退回 ！第27页/共30页不合格钢筋致人伤残不合格钢筋致人伤残哈尔滨垮桥事故哈尔滨垮桥事故第28页/共30页习 题1.画出低碳钢的拉伸曲线，说出变形的四个阶段，在拉伸曲线上标出屈服强度和抗拉强度。2.试述金属材料的力学性能。第29页/共30页感谢您的观看！第30页/共30页