教學(xué)課題1章工程材料的主要能ppt課件

1、教學(xué)課題：教學(xué)課題： 第第1 1章章 工程資料的主要性能工程資料的主要性能 p 1.資料的運(yùn)用性能p 資料的力學(xué)性能p 資料的物理化學(xué)性能p 2.資料的工藝性能 經(jīng)過本章的學(xué)習(xí)，掌握資料常用的力學(xué)性能目的及力學(xué)性能目的在選材中的運(yùn)用1.常用的力學(xué)性常用的力學(xué)性 能目的能目的2.力學(xué)性能目的力學(xué)性能目的 在選材中的意義在選材中的意義思索：思索： o資料的性能有哪些？o資料的性能是由什么決議的？ o如何衡量這些性能？o鋼絲、鐵絲、銅絲和鋁絲四者的性能有那些區(qū)別？o不同服役條件下應(yīng)具備哪些性能？資料的性能有哪些？資料的性能有哪些？ 資料的性能包含工藝性能和運(yùn)用性能。 運(yùn)用性能：是指資料在服役條件下，

2、為保證平安可靠地任務(wù)，資料所必需具備的性能。如：力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能。工程資料運(yùn)用性能的好壞，決議了它的運(yùn)用壽命和運(yùn)用范圍。 工藝性能：是指制造工藝過程中資料順應(yīng)某種成形加工的性能。如：鑄造性、鍛造性、焊接性、切削加工性、熱處置工藝性。工程資料工藝性能好壞，直接影響零件或構(gòu)件的制造方法和制造本錢。1.1.1 1.1.1 資料的力學(xué)性能資料的力學(xué)性能o力學(xué)性能：是指金屬資料在外力作用時表現(xiàn)出來的性能。力學(xué)性能：是指金屬資料在外力作用時表現(xiàn)出來的性能。o外力方式：拉伸、緊縮、彎曲、剪切、改動等。外力方式：拉伸、緊縮、彎曲、剪切、改動等。o載荷方式：靜載荷、沖擊載荷、交變載荷等。載荷方式：靜

3、載荷、沖擊載荷、交變載荷等。一、低碳鋼常溫靜載拉伸實(shí)驗(yàn)一、低碳鋼常溫靜載拉伸實(shí)驗(yàn) p 規(guī)范拉伸試樣：規(guī)范拉伸試樣：p 長試樣長試樣L0=10d0 L0=10d0 短試樣短試樣L0=5d0 L0=5d0 p 應(yīng)力應(yīng)力 () ()：單位：單位橫截面積的內(nèi)力橫截面積的內(nèi)力1.1.拉伸曲線分析拉伸曲線分析 n oe彈性變形階段n csd屈服階段n db強(qiáng)化階段n bk縮頸階段n k試樣斷裂1.1.拉伸曲線分析拉伸曲線分析 o彈性變形階段彈性變形階段 e點(diǎn)以前產(chǎn)生的變形是可以恢復(fù)的彈性變形，e點(diǎn)對應(yīng)了彈性變形階段的極限值，稱為彈性極限，以e表示單位為Mpa。 oe段近似為不斷線，直線的斜率代表彈性模量E

4、，彈性模量E是衡量資料產(chǎn)生彈性變形難易程度的目的。E愈大，使其產(chǎn)生一定量彈性變形的應(yīng)力也應(yīng)愈大。彈性模量的大小主要取決于金屬的本性晶格類型和原子構(gòu)造，而與金屬的顯微組織無關(guān)。工程上稱為資料的剛度，表示資料彈性變形抗力的大小。1.1.拉伸曲線分析拉伸曲線分析 o屈服階段屈服階段 圖形上出現(xiàn)平臺，即載荷無明顯添加，試樣繼續(xù)伸長，資料喪失了抵抗變形的才干，這種景象叫屈服。 當(dāng)應(yīng)力超越e時，試樣開場出現(xiàn)塑性變形。 s為屈服階段的最小應(yīng)力，稱為屈服強(qiáng)度屈服點(diǎn)。 )(0MPaSFSS式中 Fs屈服時的最小載荷N； S0試樣原始截面積mm2其含義是：當(dāng)=s時，以為資料開場產(chǎn)生塑性變形；當(dāng)=b時，資料將會斷裂

5、，當(dāng)b時，資料不會斷裂。 1.1.拉伸曲線分析拉伸曲線分析 o縮頸階段縮頸階段 當(dāng)應(yīng)力到達(dá)b時，試樣就在某個薄弱部位構(gòu)成縮頸。由于試樣部分截面的逐漸減小，故應(yīng)力也逐漸降低，當(dāng)?shù)竭_(dá)曲線上的k點(diǎn)時，試樣發(fā)生斷裂。 2.2.強(qiáng)度目的強(qiáng)度目的 o強(qiáng)度是指資料在靜載荷作用下抵抗塑性變形和斷強(qiáng)度是指資料在靜載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂的才干。裂的才干。 其中抵抗塑性變形的才干，用屈服強(qiáng)度s表示，無明顯屈服階段，可用規(guī)定剩余伸長應(yīng)力0.2表示；抵抗斷裂的才干，用抗拉強(qiáng)度b表示。 s與b的比值叫做屈強(qiáng)比，屈強(qiáng)比愈小，工程構(gòu)件的可靠性愈高，屈強(qiáng)比太小，那么資料強(qiáng)度的有效利用率太低，普通取值在0.650.75。

6、斷面收縮率 o塑性是指資料斷裂前發(fā)生最大變形的才干。塑性是指資料斷裂前發(fā)生最大變形的才干。 3.3.塑性目的塑性目的 %100001LLL 斷后伸長率 式中 L0，L1分別為試樣原始標(biāo)距和被拉斷后的標(biāo)距mm。 %100010SSS 式中 S0，S1分別為試樣原始截面積和斷裂后縮頸處的最小截面積mm2。 塑性對資料的意義 a.提高平安性：塑性好的資料，在受力過大時，首先產(chǎn)生塑性變形而不忽然斷裂，因此比較平安。 b.便于壓力加工成型：塑性好的資料可以發(fā)生大量塑性變形而不破壞，易于經(jīng)過塑性變形加工成外形復(fù)雜的零件。 o加工硬化：資料經(jīng)過加工產(chǎn)生塑性變形后，強(qiáng)度、加工硬化：資料經(jīng)過加工產(chǎn)生塑性變形后，

7、強(qiáng)度、硬度上升，而韌性、塑性下降的景象。硬度上升，而韌性、塑性下降的景象。4.4.加工硬化加工硬化 二、硬度實(shí)驗(yàn)二、硬度實(shí)驗(yàn) o資料抵抗另一硬物體壓入其內(nèi)的才干叫硬度，即受壓時抵抗部分塑性變形的才干。 o硬度丈量可以給出金屬資料軟硬程度的數(shù)量概念。o硬度實(shí)驗(yàn)簡單易行，又無損于零件，而且可以近似的推算出資料的其他機(jī)械性能，因此在消費(fèi)和科研中運(yùn)用廣泛。o硬度實(shí)驗(yàn)方法很多，機(jī)械工業(yè)普遍采用壓入法來測定硬度，壓入法又分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。1.1.布氏硬度布氏硬度o實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)過程 一定直徑的球體(鋼球或硬質(zhì)合金球)在一定載荷作用下壓入試樣外表，堅(jiān)持一定時間后卸除載荷，丈量其壓痕直徑, 計(jì)

8、算硬度值。布氏硬度值用球面壓痕單位外表積上所接受的平均壓力來表示。用符號HBS(當(dāng)用鋼球壓頭時)或HBW(當(dāng)用硬質(zhì)合金球時)來表示。 HBSHBW = F/A = 2F/DD - (D2-d2)1/2 1.1.布氏硬度布氏硬度o布氏硬度表示方法布氏硬度表示方法 標(biāo)注：如120HBS10/1000/10，即表示用直徑D=10mm的淬火鋼球壓頭在1000kgf(9.8KN)的實(shí)驗(yàn)載荷作用下，堅(jiān)持10秒所測得布氏硬度值為120。HBS只可用來測定硬度值小于450的金屬資料。 500HBW5/750表示用直徑D=5mm 的硬質(zhì)合金球壓頭在750kgf(7.35KN)的實(shí)驗(yàn)載荷作用下，堅(jiān)持10-15秒(

9、不標(biāo)注)所測得布氏硬度值為500 。HBW可用來測定硬度值450-650的金屬資料。1.1.布氏硬度布氏硬度o布氏硬度特點(diǎn)布氏硬度特點(diǎn) 布氏硬度實(shí)驗(yàn)的壓痕較大，丈量數(shù)值穩(wěn)定，準(zhǔn)確，能很好的反響資料的硬度；但操作時間較長，對不同資料需求不同的壓頭和實(shí)驗(yàn)力，壓痕直徑丈量費(fèi)時，因此不適用批量消費(fèi)、廢品及薄件；在進(jìn)展高硬度資料實(shí)驗(yàn)時，由于球體本身的變形會使丈量結(jié)果不準(zhǔn)確，因此，用淬火鋼球壓頭丈量時，資料硬度值必需小于450；用硬質(zhì)合金球壓頭時，資料硬度值必需小于650。 o布氏硬度運(yùn)用布氏硬度運(yùn)用 布氏硬度測定主要適用于各種未經(jīng)淬火的鋼、退火、正火形狀的鋼；構(gòu)造鋼調(diào)質(zhì)件；鑄鐵、有色金屬、質(zhì)地輕軟的軸承

10、合金等原資料。 2.2.洛氏硬度洛氏硬度o實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)過程 將金剛石壓頭(或鋼球壓頭), 在先后施加兩個載荷(預(yù)載荷F0和主載荷F1)的作用下壓入金屬外表?？傒d荷F為預(yù)載荷F0和主載荷F1之和。卸去主載荷F1后, 丈量其剩余壓入深度h, 用h與h0之差h來計(jì)算洛氏硬度值。 預(yù)加載荷的目的是使壓頭與試樣外表接觸良好, 以保證丈量結(jié)果準(zhǔn)確。硬度值的大小直接由硬度計(jì)表盤上讀出。o布氏硬度表示方法布氏硬度表示方法2.2.洛氏硬度洛氏硬度 標(biāo)注：如40-45HRCo常見洛氏硬度標(biāo)尺的實(shí)驗(yàn)條件及運(yùn)用常見洛氏硬度標(biāo)尺的實(shí)驗(yàn)條件及運(yùn)用硬度符號壓頭總載荷（kgf）表盤上刻度顏色常用硬度值范圍使用范圍HRA金鋼石

11、圓錐60黑 色2085碳化物、硬質(zhì)合金、表面淬火層等HRB1.5875mm鋼球100紅 色25100有色金屬、退火及正火鋼等HRC金鋼石圓錐150黑 色2067調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等2.2.洛氏硬度洛氏硬度o洛氏硬度特點(diǎn)洛氏硬度特點(diǎn) 操作簡便迅速，能直接從刻度盤上讀出硬度值；壓痕小，可以測定廢品及較薄零件；測試的硬度值范圍大，從很軟到很硬的金屬資料均可丈量。缺陷是：壓痕小，丈量數(shù)值代表性差，通常需求在不同部位測試數(shù)次，取平均值。 3.3.維氏硬度維氏硬度o實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)過程 是用一種頂角為的正四棱錐體金鋼壓頭，在載荷F(kgf)作用下，試樣外表壓出一個四方錐形壓痕，丈量壓痕對角線長度d(mm)供以計(jì)算

12、試樣的硬度值。 根據(jù)d值查表即可得到硬度值。 為了從軟到硬的各種金屬資料有一個延續(xù)一致的硬度標(biāo)度，因此制定了維氏硬度實(shí)驗(yàn)法。3.3.維氏硬度維氏硬度o維氏硬度表示方法維氏硬度表示方法 維氏硬度用符號HV表示，HV前面為硬度值，HV后面的數(shù)字按實(shí)驗(yàn)載荷、實(shí)驗(yàn)載荷堅(jiān)持時間(1015s不標(biāo)注)的順序表示實(shí)驗(yàn)條件。例如： 640HV30表示用294.2N(30kgf)的實(shí)驗(yàn)載荷，堅(jiān)持1015s(不標(biāo)出)測定的維氏硬度值為640； 640HV30/20表示用294.2N(30kgf)的實(shí)驗(yàn)載荷，堅(jiān)持20s測定的維氏硬度值為640。o維氏硬度運(yùn)用維氏硬度運(yùn)用 維氏硬度實(shí)驗(yàn)主要用來測定金屬鍍層、薄片金屬以及

13、化學(xué)熱處置(如氮化、滲碳等)后的外表硬度。三、夏比沖擊實(shí)驗(yàn)三、夏比沖擊實(shí)驗(yàn) 資料斷裂前吸收變形能量的才干。o韌性韌性o沖擊韌性沖擊韌性 沖擊載荷下資料抵抗變形和斷裂的才干。三、夏比沖擊實(shí)驗(yàn)三、夏比沖擊實(shí)驗(yàn)o實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)過程 Ak=mg(h1-h2) 單位為焦耳o沖擊吸收功沖擊吸收功Ako沖擊韌度沖擊韌度ak ak=沖擊破壞所耗費(fèi)的功Ak/規(guī)范試樣斷口截面積F,單位為焦耳/厘米J/cm 三、夏比沖擊實(shí)驗(yàn)三、夏比沖擊實(shí)驗(yàn) ak值低的資料叫做脆性資料，斷裂時無明顯變形；ak值高，明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無光澤，韌性資料。o韌脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度 沖擊吸收功急劇 變化或斷口韌性急劇轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)域

14、。四、疲勞強(qiáng)度四、疲勞強(qiáng)度o機(jī)械零件的斷裂80%由疲勞呵斥。o接受周期性循環(huán)應(yīng)力或交變應(yīng)力作用。o應(yīng)力往往遠(yuǎn)小于強(qiáng)度極限甚至屈服極限。o忽然斷裂。o疲勞斷裂過程：疲勞裂紋萌生、疲勞裂紋擴(kuò)展、斷裂三個階段。四、疲勞強(qiáng)度四、疲勞強(qiáng)度o疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度o影響要素影響要素 循環(huán)應(yīng)力特征、溫度、資料成分和組織、夾雜物、外表形狀、剩余應(yīng)力等。 資料經(jīng)無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最高應(yīng)力值。 循環(huán)基數(shù)：鋼鐵資料107；非鐵金屬108；腐蝕介質(zhì)作用下106。 陶瓷、高分子資料的疲勞抗力很低，金屬資料疲勞強(qiáng)度較高，纖維加強(qiáng)復(fù)合資料也有較好的抗疲勞性能。1.1.2 1.1.2 資料的物理、化學(xué)性能資料的物理、化學(xué)性能 p 資料的物理性能p 密度p 熔點(diǎn)p 導(dǎo)熱性p 導(dǎo)電性p 熱膨脹性p 磁性1.1.2 1.1.2 資料的物理、化學(xué)性能資料的物理、化學(xué)性能o資料的化學(xué)性能資料的化學(xué)性能 金屬資料與周圍介質(zhì)接觸時抵抗發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反響的性能。