材料的性能学习教案.pptx

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1、会计学1材料材料(cilio)的性能的性能第一页，共22页。uu 在静载荷下在静载荷下uu 强度强度(qingd)(qingd)、塑性、塑性uu 硬度：布氏硬度、洛氏硬度等硬度：布氏硬度、洛氏硬度等uu 在冲击载荷下在冲击载荷下uu 冲击韧度冲击韧度uu在交变载荷下在交变载荷下uu 疲劳强度疲劳强度(qingd)(qingd)定义：指材料在外力的作用定义：指材料在外力的作用(zuyng)(zuyng)下所表现出来的特性。下所表现出来的特性。载荷载荷(zi h)1.11.11.11.1材料的使用性能材料的使用性能材料的使用性能材料的使用性能一、一、一、一、材料的力学性能材料的力学性能材料的力学性

2、能材料的力学性能第1页/共21页第二页，共22页。拉伸试样拉伸试样静静载载拉拉伸伸试试验验机机应力应力(yngl)R()=F/S0应变应变e()=(l-l0)/l0（一）弹性（一）弹性(tnxng)与与刚度刚度第2页/共21页第三页，共22页。典型典型典型典型(di(di nxng)nxng)材料的材料的材料的材料的ReRe曲线曲线曲线曲线 （a a）无塑性变形的脆性材料（如铸铁、陶瓷）无塑性变形的脆性材料（如铸铁、陶瓷）（b b）有明显屈服点的塑性材料（如低碳钢）有明显屈服点的塑性材料（如低碳钢）（c c）没有明显屈服点的塑性材料（如退火铝合金、高碳钢）没有明显屈服点的塑性材料（如退火铝合金

3、、高碳钢）eeeRRRReL(a)(b)(c)第3页/共21页第四页，共22页。弹性弹性(tnxng)(tnxng)模量模量E E标志材料抵抗弹性标志材料抵抗弹性(tnxng)(tnxng)变形的能力，用以变形的能力，用以表示材料的刚度。表示材料的刚度。弹性模量大小主要取决于材料的本性，强化材料的手段如热处理、冷热加弹性模量大小主要取决于材料的本性，强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量影响很小。可通过增加工、合金化等对弹性模量影响很小。可通过增加(zngji)(zngji)横截面积或改横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。变截面形状来提高零件的刚度。第4页/共21页第五页，共

4、22页。（二）强度（二）强度（二）强度（二）强度(qingd)(qingd)n n强度：材料在外力作用下抵抗变形和强度：材料在外力作用下抵抗变形和强度：材料在外力作用下抵抗变形和强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。破坏的能力。破坏的能力。破坏的能力。n n弹性极限弹性极限弹性极限弹性极限Re Re：试样保持纯弹性变形的：试样保持纯弹性变形的：试样保持纯弹性变形的：试样保持纯弹性变形的n n 最大应力值。最大应力值。最大应力值。最大应力值。n n屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度ReLReL：材料发生塑性变形时：材料发生塑性变形时：材料发生塑性变形时：材料发生塑性变形时的最小应力值。的最小

5、应力值。的最小应力值。的最小应力值。n n 条件屈服强度条件屈服强度条件屈服强度条件屈服强度RP0.2RP0.2：残余变形量为：残余变形量为：残余变形量为：残余变形量为0.2%0.2%时的应力值。（时的应力值。（时的应力值。（时的应力值。（RP0.2 RP0.2 与与与与ReL ReL 的的的的意义相同！）意义相同！）意义相同！）意义相同！）n n 抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度RmRm：材料断裂：材料断裂：材料断裂：材料断裂(dun li)(dun li)前前前前所承受的最大应力值。所承受的最大应力值。所承受的最大应力值。所承受的最大应力值。第5页/共21页第六页，共22页。（三）塑性（三

6、）塑性（三）塑性（三）塑性材料受力破坏材料受力破坏材料受力破坏材料受力破坏(phui)(phui)前可承受最大塑性变形的能力。前可承受最大塑性变形的能力。前可承受最大塑性变形的能力。前可承受最大塑性变形的能力。断后断后断后断后(dun hu)(dun hu)伸长率：伸长率：伸长率：伸长率：断面收缩率：断面收缩率：断裂后断裂后拉拉伸伸试试样样的的颈颈缩缩现现象象第6页/共21页第七页，共22页。说明：说明：说明：说明：A A和和和和ZZ，材料的塑性，材料的塑性，材料的塑性，材料的塑性 直径直径直径直径d0 d0 相同时，相同时，相同时，相同时，l0 l0 ，A A。只有当。只有当。只有当。只有当

7、l0/d0 l0/d0 为常数时，塑性值才有可比为常数时，塑性值才有可比为常数时，塑性值才有可比为常数时，塑性值才有可比性。性。性。性。当当当当l0=10d0 l0=10d0 时，伸长率用时，伸长率用时，伸长率用时，伸长率用A11.3A11.3表示；表示；表示；表示；当当当当l0=5d0 l0=5d0 时，伸长率用时，伸长率用时，伸长率用时，伸长率用A A 表示。显然表示。显然表示。显然表示。显然A A11.3 A A11.3 A 5%A 5%A 5%时，有颈缩，为塑性材料时，有颈缩，为塑性材料时，有颈缩，为塑性材料时，有颈缩，为塑性材料用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。用断面收缩率

8、表示塑性比伸长率更接近真实变形。用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。生产中，为了提高安全性，都要求零件生产中，为了提高安全性，都要求零件生产中，为了提高安全性，都要求零件生产中，为了提高安全性，都要求零件(ln(ln jin)jin)具有一定的塑性。一般，具有一定的塑性。一般，具有一定的塑性。一般，具有一定的塑性。一般，A A达达达达5 5或或或或Z Z达达达达1010的材料，即可满足大多数零件的材料，即可满足大多数零件的材料，即可满足大多数零件的材料，即可满足大多数零件(ln(ln jin)jin)的使用要求。的使用要求。的使用要求。的使用

9、要求。第7页/共21页第八页，共22页。（四）硬度（四）硬度（四）硬度（四）硬度(yngd)(yngd)材料抵抗表面材料抵抗表面材料抵抗表面材料抵抗表面(biomin)(biomin)(biomin)(biomin)局部塑性变形的能力。是表征材料力学性能的综合参数。局部塑性变形的能力。是表征材料力学性能的综合参数。局部塑性变形的能力。是表征材料力学性能的综合参数。局部塑性变形的能力。是表征材料力学性能的综合参数。一般，硬度一般，硬度一般，硬度一般，硬度强度强度强度强度耐磨性耐磨性耐磨性耐磨性塑性塑性塑性塑性1 1 1 1、布氏硬度、布氏硬度、布氏硬度、布氏硬度HBWHBWHBWHBW 优点：重

10、复性强，测量误差小。具有较高的测量精度。数据稳定。优点：重复性强，测量误差小。具有较高的测量精度。数据稳定。缺缺点点(qudin)：压压痕痕大大，测测量量费费时时，不不能能用用于于太太薄薄件件、成成品品件件及及比比压压头头还还硬硬的的材料。材料。适于：较软材料，如铸铁、退火或正火钢及有色金属的硬度适于：较软材料，如铸铁、退火或正火钢及有色金属的硬度压头压头淬火钢球淬火钢球硬质合金球硬质合金球符号符号 HBS HBW范围范围HB450HBW650应用应用 退火和正火钢、铸铁、有色金属等软材料退火和正火钢、铸铁、有色金属等软材料 布氏硬度值布氏硬度值650HBW的材料的材料第8页/共21页第九页，

11、共22页。vHRAHRA、HRBHRB、HRCHRC分分别别测测得得的的硬硬度度，不不可可直直接接比比较较(bjio)(bjio)大小。大小。例如例如(lr)：50HRC 40HRC HRA(HRA(高等硬度高等硬度)：硬质合金：硬质合金(yn zh h jn)(yn zh h jn)、表面淬火层和渗碳层。、表面淬火层和渗碳层。HRB(HRB(低等硬度低等硬度)：有色金属、铸铁和退火、正火钢等。：有色金属、铸铁和退火、正火钢等。HRC(HRC(中等硬度中等硬度)：调质钢、淬火钢。：调质钢、淬火钢。优点：操作迅速、简便，由表盘直接读出硬度值；压痕小，适用范围广。优点：操作迅速、简便，由表盘直接读

12、出硬度值；压痕小，适用范围广。缺点：精度较差，硬度值波动较大。缺点：精度较差，硬度值波动较大。不适于测量组织不均匀材料。不适于测量组织不均匀材料。2 2 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度、洛氏硬度、洛氏硬度HRB压头、压头、硬度符号硬度符号120120 金刚石圆锥体金刚石圆锥体淬火钢球：淬火钢球：HRAHRC第9页/共21页第十页，共22页。优点：维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。优点：维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。优点：维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。优点：维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。维氏硬度可测定从很软到很硬的各种材料，维氏硬度可测定从很软到很硬的各种材料，维

13、氏硬度可测定从很软到很硬的各种材料，维氏硬度可测定从很软到很硬的各种材料，可测定较薄材料和各种表面渗层，且准确度高。可测定较薄材料和各种表面渗层，且准确度高。可测定较薄材料和各种表面渗层，且准确度高。可测定较薄材料和各种表面渗层，且准确度高。测量薄件、化学热处理件、表面硬化层的硬度（如渗层、测量薄件、化学热处理件、表面硬化层的硬度（如渗层、测量薄件、化学热处理件、表面硬化层的硬度（如渗层、测量薄件、化学热处理件、表面硬化层的硬度（如渗层、表面淬硬层、电镀层等），以及微观组织的硬度。表面淬硬层、电镀层等），以及微观组织的硬度。表面淬硬层、电镀层等），以及微观组织的硬度。表面淬硬层、电镀层等），以

14、及微观组织的硬度。缺点：测试过程较繁琐。不宜用于成批生产时的常规检验。缺点：测试过程较繁琐。不宜用于成批生产时的常规检验。缺点：测试过程较繁琐。不宜用于成批生产时的常规检验。缺点：测试过程较繁琐。不宜用于成批生产时的常规检验。4 4、显微硬度、显微硬度、显微硬度、显微硬度 显微硬度实验原理与维氏硬度完全相同，但精度要求显微硬度实验原理与维氏硬度完全相同，但精度要求显微硬度实验原理与维氏硬度完全相同，但精度要求显微硬度实验原理与维氏硬度完全相同，但精度要求(yoqi)(yoqi)高。可用高。可用高。可用高。可用于金相组织中相的硬度以及材料表层硬度大小的测量。于金相组织中相的硬度以及材料表层硬度大

15、小的测量。于金相组织中相的硬度以及材料表层硬度大小的测量。于金相组织中相的硬度以及材料表层硬度大小的测量。3、维氏硬度、维氏硬度HVu压头压头(y tu)：锥面夹角为：锥面夹角为136 的金刚石正四棱锥体的金刚石正四棱锥体第10页/共21页第十一页，共22页。（五）韧性（五）韧性(rn xn)(rn xn)1 1、冲冲击击韧韧度度 材材料料抵抵抗抗冲冲击击载载荷荷而而不不破破坏坏(phui)(phui)的的能能力力称称为为冲冲击击韧韧度度。1)1)摆锤式一次冲击试验。摆锤式一次冲击试验。2)2)小能量多次冲击试验。小能量多次冲击试验。多次冲击弯曲多次冲击弯曲(wnq)实验示意图实验示意图指标为

16、指标为冲击韧度值冲击韧度值ak(冲击实验测得，即为冲断单位面积所消耗的功冲击实验测得，即为冲断单位面积所消耗的功)。2、断裂韧度、断裂韧度材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力第11页/共21页第十二页，共22页。Titanic Titanic 号钢板号钢板号钢板号钢板(gngbn)(gngbn)和近代船用钢板和近代船用钢板和近代船用钢板和近代船用钢板(gngbn)(gngbn)的冲击试验结果的冲击试验结果的冲击试验结果的冲击试验结果Titanic近代船用钢板近代船用钢板第12页/共21页第十三页，共22页。（六）疲劳（六）疲劳（六）疲劳（六）疲劳(plo)(plo)n

17、n材料在低于材料在低于材料在低于材料在低于ReLReL的重复交变应力作用下发生断裂的现象的重复交变应力作用下发生断裂的现象的重复交变应力作用下发生断裂的现象的重复交变应力作用下发生断裂的现象(xinxing)(xinxing)。n n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R-1 R-1。n n 钢铁材料规定次数为钢铁材料规定次数为钢铁材料规定次数为钢铁材料规定次数为107107，有色金属合金为，

18、有色金属合金为，有色金属合金为，有色金属合金为108108。n n疲劳寿命疲劳寿命疲劳寿命疲劳寿命n n材料发生疲劳破坏时的应力循环次数，或从开始受载到发生断裂所材料发生疲劳破坏时的应力循环次数，或从开始受载到发生断裂所材料发生疲劳破坏时的应力循环次数，或从开始受载到发生断裂所材料发生疲劳破坏时的应力循环次数，或从开始受载到发生断裂所经过的时间称为该材料的疲劳寿命。（经过的时间称为该材料的疲劳寿命。（经过的时间称为该材料的疲劳寿命。（经过的时间称为该材料的疲劳寿命。（80%80%的断裂由疲劳造成）的断裂由疲劳造成）的断裂由疲劳造成）的断裂由疲劳造成）疲劳应力示意图疲劳应力示意图疲劳曲线示意图疲

19、劳曲线示意图第13页/共21页第十四页，共22页。主要主要主要主要(zh(zh yo)yo)性能指标的应用性能指标的应用性能指标的应用性能指标的应用l弹弹性性指指标标：设设计计弹弹性性零零件件时时，需需考考虑虑弹弹性性极极限限Re Re，如如各各类类弹弹簧簧(tnhung)(tnhung)和弹性元件等。和弹性元件等。l强度和塑性：一般零件的抗断裂设计强度和塑性：一般零件的抗断裂设计l对对工工作作条条件件不不允允许许发发生生明明显显塑塑性性变变形形的的零零件件或或构构件件，根根据据屈屈服服强度值强度值ReL(RP0.2)ReL(RP0.2)选材，大多数机器可以预防事故发生。选材，大多数机器可以预

20、防事故发生。l对无明显屈服现象的脆性材料，依据抗拉强度对无明显屈服现象的脆性材料，依据抗拉强度RmRm选材。选材。l硬度：设计耐磨零件时，必须考虑的性能指标，如滚动轴承等。硬度：设计耐磨零件时，必须考虑的性能指标，如滚动轴承等。l冲冲击击韧韧度度：零零件件工工作作中中，承承受受冲冲击击载载荷荷，如如汽汽车车齿齿轮轮、弹弹簧簧(tnhung)(tnhung)、冲压模具等。、冲压模具等。(参考指标参考指标)其中，对某一零件有力学性能要求时，一般在设计图纸上提出硬度其中，对某一零件有力学性能要求时，一般在设计图纸上提出硬度(yngd)(yngd)技术要求，而不是强度和塑性。技术要求，而不是强度和塑性

21、。第14页/共21页第十五页，共22页。二、材料的物理(wl)和化学性能 （一）物理性能（一）物理性能 物理性能物理性能物理性能物理性能BBE EC CDDAA导电性能导电性能折射、反射、吸折射、反射、吸收光及声学性能收光及声学性能密度、熔点密度、熔点磁性磁性热效应及导热性能热效应及导热性能第15页/共21页第十六页，共22页。材料的腐蚀材料的腐蚀材料的腐蚀材料的腐蚀:材料受环境介质的化学材料受环境介质的化学材料受环境介质的化学材料受环境介质的化学(huxu)(huxu)(huxu)(huxu)、电化学、电化学、电化学、电化学(huxu)(huxu)(huxu)(huxu)作用而引起的变质作用

22、而引起的变质作用而引起的变质作用而引起的变质 或破环现象，分为化学或破环现象，分为化学或破环现象，分为化学或破环现象，分为化学(huxu)(huxu)(huxu)(huxu)腐蚀和电化腐蚀和电化腐蚀和电化腐蚀和电化学学学学(huxu)(huxu)(huxu)(huxu)腐蚀。腐蚀。腐蚀。腐蚀。其它化学其它化学其它化学其它化学(huxu)(huxu)(huxu)(huxu)性能：抗氧化性、抗渗入性、高分子材料性能：抗氧化性、抗渗入性、高分子材料性能：抗氧化性、抗渗入性、高分子材料性能：抗氧化性、抗渗入性、高分子材料的老化等的老化等的老化等的老化等（二）化学（二）化学(huxu)性能性能第16页/

23、共21页第十七页，共22页。1.2 1.2 材料材料(cilio)(cilio)的工艺性能的工艺性能 金属材料的一般(ybn)加工过程如下：1.铸造(zhzo)性能2.锻造性能 万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环精密铸件第17页/共21页第十八页，共22页。3.3.切削加工切削加工(ji gng)(ji gng)性能性能4.4.焊接性能焊接性能5.5.热处理性能热处理性能 “维克斯”3坦克原型车，其炮塔前半部分铸造而成，后半部分则为焊接结构第18页/共21页第十九页，共22页。一、填一、填 空空1.机械设计时常用机械设计时常用 和和 两种强度指标。两种强度指标。2.屈强比是指屈强比是指 与

24、与 之比。之比。3.材材料料主主要要的的工工艺艺性性能能有有 、和和 。4.金金属属材材料料常常用用的的机机械械性性能能指指标标有有：抗抗拉拉强强度度用用 表表示示(biosh)；屈屈服强度用服强度用 表表示示(biosh)；硬硬度度常常用用 和和 表表示示(biosh)；常常用用塑塑性性指标有指标有 和和 ；冲击韧性用；冲击韧性用 表示表示(biosh)。二、判断题二、判断题 ReL 和和RP0.2都是材料的屈服强度。都是材料的屈服强度。材料的弹性越好，其塑性也愈好。材料的弹性越好，其塑性也愈好。零件设计时，若对力学性能有要求，图纸上常对硬度提出技术要求。零件设计时，若对力学性能有要求，图纸

25、上常对硬度提出技术要求。第19页/共21页第二十页，共22页。三、选择题三、选择题1.在在低低碳碳钢钢拉拉伸伸应应力力应应变变曲曲线线上上，对对应应的的最最大大应应力力值值称称为为 。A.弹性极限弹性极限 B.屈服强度屈服强度 C.抗拉强度抗拉强度 D.断裂强度断裂强度2.材料发生塑性变形时最小的应力值称为材料的材料发生塑性变形时最小的应力值称为材料的 。A.弹性极限弹性极限 B.屈服强度屈服强度 C.抗拉强度抗拉强度 D.断裂强度断裂强度四、简答题四、简答题1.检检测测淬淬火火钢钢成成品品件件一一般般用用 硬硬度度。检检测测退退火火和和正正火火钢钢件件常常用用 硬硬度度，检检测测渗渗碳碳件件、渗渗氮氮件件等等薄薄层层的的硬硬度度常常采采用用 硬度。硬度。2.有有一一碳碳钢钢制制支支架架刚刚性性不不足足，有有人人要要用用热热处处理理强强化化方方法法；有有人人 要要 另另 选选 合合 金金 钢钢；有有 人人 要要 改改 变变 零零 件件 的的 截截 面面 形形 状状(xngzhun)来解决。哪种方法合理？为什么？来解决。哪种方法合理？为什么？第20页/共21页第二十一页，共22页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第21页/共21页第二十二页，共22页。