材料的性能工程材料

第三節(jié)

金屬資料的性能

材料的性能運(yùn)用性能工藝性能力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能鑄造性能鍛壓性能熱處置性能焊接性能力學(xué)性能定義:是指金屬資料在外力的作用下所表現(xiàn)出來的抵抗才干。力學(xué)性能強(qiáng)度硬度斷裂韌度疲勞主要目的：塑性韌性強(qiáng)度塑性拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)液壓式萬能電子資料實(shí)驗(yàn)機(jī)*拉伸試樣：長試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d0d0L0力—伸長曲線FesbkLFsFbO屈服彈性變形縮頸斷裂塑性變形塑性變形:外力去除后不能消逝的變形彈性(elasticity):金屬資料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形,當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)到原來外形及尺寸的性能。彈性變形(elasticdeformation):隨載荷撤除而消逝的變形。彈性極限(elasticlimit):Fe彈性極限載荷(N)σe=(Mpa)S0試樣原始橫截面積(mm2)拉伸試樣的頸縮景象力—伸長曲線FesbkLFsFbO屈服彈性變形縮頸斷裂塑性變形強(qiáng)度(strength):資料在力的作用下抵抗變形和破壞的才干。種類:抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度等。(2)屈服強(qiáng)度(yieldstrength):屈服點(diǎn)SFsσs=(Mpa)S0試樣屈服時(shí)的載荷(N)試樣原始橫截面積(mm2)規(guī)定剩余伸長應(yīng)力：r0.2=Fr0.2/S0slF0.20.2%l0o(3)抗拉強(qiáng)度(tensilestrength):試樣在斷裂前所能接受的最大應(yīng)力。Fb試樣斷裂前的最大載荷(N)σb=(Mpa)S0試樣原始橫截面積(mm2)力學(xué)性能強(qiáng)度硬度韌性斷裂韌度疲勞主要目的：塑性塑性(plasticity):是指資料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的才干。(1)斷面收縮率(percentagereductioninarea):是指試樣拉斷處橫截面積S1的收縮量與原始橫截面積S0之比。

S0-S1ψ=×100%S0

(2)斷后伸長率(延伸率)specificelongation:是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長量L1與原始標(biāo)距L0之比。L1–L0δ=×100%L0δ<2~5%屬脆性材科δ≈5~10%屬韌性資料δ>10%屬塑性資料長試樣：δ10簡寫為δ

短試樣：δ5同一種資料的δ5>δ10硬度(hardness)1.定義：是指資料抵抗其它更硬物體壓入其外表的才干。2.硬度實(shí)驗(yàn)方法：〔1〕壓入法〔2〕劃痕法〔3〕回跳法布氏硬度HB洛氏硬度HR維氏硬度HV壓入法(一)布氏硬度HB(Brinell-hardness)布氏硬度計(jì)觀看布氏硬度1.壓頭：淬火鋼球HBS硬質(zhì)合金鋼球HBW2.實(shí)驗(yàn)原理：用一定直徑的壓頭〔球體〕，以相應(yīng)實(shí)驗(yàn)力壓入待測外表，堅(jiān)持規(guī)定時(shí)間卸載后，丈量資料外表壓痕直徑，以此計(jì)算出硬度值。FFHB=——=————SDhDh=———2Dd——–——2222布氏硬度值450的資料選用淬火鋼球壓頭例如：200HBS350HBS布氏硬度值450~650的資料選用硬質(zhì)合金球壓頭例如：550HBW600HBW3.標(biāo)注：符號(hào)HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷堅(jiān)持時(shí)間。如:120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf〔9.807kN〕載荷作用下堅(jiān)持30s測得的布氏硬度值為120。4.特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：丈量誤差小〔因壓痕大〕，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，反復(fù)性強(qiáng)。缺陷：壓痕面積較大，丈量費(fèi)時(shí)。運(yùn)用：常用于丈量較軟資料、灰鑄鐵、有色金屬、退火正火鋼材的硬度。不適于丈量廢品零件或薄件的硬度。(二)洛氏硬度HR(Rockwllhardness)觀看洛氏硬度1.壓頭：120o金剛石圓錐體鋼球鋼球HRAHRCHRB2.實(shí)驗(yàn)原理：用錐頂角為120°的金剛石圓錐或直徑1.588mm的淬火鋼球，以相應(yīng)實(shí)驗(yàn)力壓入待測外表，堅(jiān)持規(guī)定時(shí)間卸載后卸除主實(shí)驗(yàn)力，以丈量的剩余壓痕深度增量來計(jì)算出硬度值。00112332h1h2h3h1-1初載10kgh12-2總載150kgh23-3卸載140kgh3最后測得：剩余壓痕深度增量hHR=C-h/0.002h=h3-h1HR=h/0.002洛氏硬度值的表示：70~85HRA25~100HRB20~70HRCHRA、HRB、HRC分別測得的硬度，不可直接比較大小例如：50HRC<70HRA〤50HRB>40HRC〤3.特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：丈量操作簡單，方便快捷，壓痕??；丈量范圍大，能測較薄工件。缺陷：丈量精度較低，可比性差，不同標(biāo)尺的硬度值不能比較。是消費(fèi)中運(yùn)用最廣泛的硬度實(shí)驗(yàn)方法?？捎糜趶U品檢驗(yàn)和薄件外表硬度檢驗(yàn)。不適于丈量組織不均勻資料。運(yùn)用：(三)維氏硬度HV

(diamondpenetratorhardness)維氏硬度計(jì)1.壓頭：錐面夾角為o的金剛石正四棱錐體2.實(shí)驗(yàn)原理：與布氏硬度實(shí)驗(yàn)原理根本一樣。只是壓頭改用了金剛石四棱錐體。以一定的實(shí)驗(yàn)力將壓頭壓入試樣外表，堅(jiān)持規(guī)定時(shí)間卸載后，在試樣外表留下一個(gè)四方錐形的壓痕，丈量壓痕兩對(duì)角線長度，以此計(jì)算出硬度值。2.實(shí)驗(yàn)原理：用壓痕兩對(duì)角線的平均長度來計(jì)算。HV=F/Saad3.標(biāo)注：與布氏硬度根本一樣，在后面要標(biāo)注實(shí)驗(yàn)條件—實(shí)驗(yàn)力和堅(jiān)持時(shí)間〔10~15S不標(biāo)〕。例：580HV30表示用30kgf(294.2N)實(shí)驗(yàn)力堅(jiān)持10~15S測定的維氏硬度值為580。4.特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：適用范圍廣，從極軟到極硬資料都可丈量;丈量精度高，可比性強(qiáng)；能測較薄工件。缺陷：丈量操作較費(fèi)事，丈量效率低。運(yùn)用：廣泛用于科研單位和高校，以及薄件外表硬度檢驗(yàn)。不適于大批消費(fèi)和丈量組織不均勻資料。韌性(toughness):資料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的才干。1.定義：沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)沖擊試樣和沖擊實(shí)驗(yàn)表示圖2.金屬的夏比沖擊實(shí)驗(yàn):試樣沖斷時(shí)所耗費(fèi)的沖擊功Ak為:Ak=mgH–mgh(J)g沖擊韌度ak就是試樣缺口處單位截面積上所耗費(fèi)的沖擊吸收功。AKak=(J/cm2)S03.韌脆轉(zhuǎn)變溫度:-40-20020204060akT(oc)T↓，ak急劇↓韌性→脆性

金屬資料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度↓，資料的低溫沖擊韌性愈好。斷裂韌度1、低應(yīng)力脆斷有些零件在任務(wù)應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于屈服點(diǎn)時(shí)就會(huì)發(fā)生脆性斷裂。這種景象稱為低應(yīng)力脆斷。式中：Y__裂紋的幾何外形因子;σ__外加應(yīng)力〔N/mm2〕；a__裂紋的半長〔mm〕；K1__強(qiáng)度因子〔MPa·m1/2或MN·m-3/2〕當(dāng)K1到達(dá)臨界值K1C時(shí)，零件內(nèi)裂紋將發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展而出現(xiàn)低應(yīng)力脆性斷裂，而K1＜K1C時(shí)，零件平安可靠。K1=Yσa2、應(yīng)力場強(qiáng)度因子當(dāng)K1到達(dá)臨界值K1C時(shí)，零件內(nèi)裂紋將發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展而出現(xiàn)低應(yīng)力脆性斷裂，而K1＜K1C時(shí)，零件平安可靠。3、斷裂韌度K1C資料抵抗裂紋擴(kuò)展的才干斷裂韌度表示。反響資料有裂紋存在時(shí)，抵抗脆性斷裂的才干。K1c可經(jīng)過實(shí)驗(yàn)來測定，它是資料本身的特性，與資料成分、熱處置及加工工藝等有關(guān)。為平安設(shè)計(jì)提供了一個(gè)重要的力學(xué)性能目的常見工程資料的斷裂韌度K1C值〔MN·m-3/2〕根據(jù)K1=Yσa≥K1C的臨界判據(jù)知：為使零件不發(fā)生脆斷，設(shè)計(jì)者可以控制三個(gè)參數(shù)：資料的斷裂韌度K1C、名義任務(wù)應(yīng)力σ和零件內(nèi)的裂紋長度a，它們之間的定量關(guān)系能直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算，可以處理以下三方面的工程實(shí)踐問題：1〕根據(jù)零件的實(shí)踐任務(wù)應(yīng)力σ和其內(nèi)能夠的裂紋尺寸a，確定資料應(yīng)有的斷裂韌度K1C，為正確選材提供根據(jù)；2〕根據(jù)零件所運(yùn)用的資料斷裂韌度K1C及已探傷出的零件內(nèi)存在的裂紋尺寸a，確定零件的臨界斷裂應(yīng)力σC，為零件最大承載才干設(shè)計(jì)提供根據(jù)；3〕根據(jù)知資料的斷裂韌度K1C和零件的實(shí)踐任務(wù)應(yīng)力σ，估算斷裂時(shí)的臨界裂紋長度aC，為零件的裂紋探傷提供根據(jù)。1、疲勞景象零件在循環(huán)應(yīng)力的作用，即使任務(wù)時(shí)接受的應(yīng)力低于資料的屈服點(diǎn)或規(guī)定剩余伸長應(yīng)力，在經(jīng)受一定的應(yīng)力循環(huán)后也會(huì)發(fā)生忽然斷裂，這種景象稱為疲勞。疲勞〔fatigue〕2、疲勞極限σ-1:

表示金屬資料在無數(shù)次交變載荷作

用而不破壞的最大應(yīng)力。疲勞曲線鋼材的循環(huán)次數(shù)普通取N=107有色金屬的循環(huán)次數(shù)普通取N=1083、提高疲勞極限途徑改善零件的構(gòu)造外形降低外表粗糙度值采取外表強(qiáng)化1943年美國T-2油輪發(fā)