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金属材料的性能


《金属学与热处理 》 《 Metallography and heattreatment 》 多媒体教学课件
?课时:50 ?教材:《金属学与热处理》

1、考核成绩构成

平时成绩50%+考试成绩50%
2、参考资料 (1)《金属学原理》 (2)《金属学与热处理》 侯增寿主编 陈慧芬主编

(3)《材料科学基础》 石德珂主编 3 本课程主要内容: 金属学: 第一 ~ 第六章 金属热处理:第七 ~ 第八章 金属材料学:第九章 ~ 第十章

第一章 金属材料的性能
§1 金属材料的概论 §2 金属材料力学性能 §3 金属材料的物理和化学性能

§1 金属材料的概论 §1.1 工程材料的分类
工程材料:制造工程构件和机械零件、工具、特 殊性能材料(耐蚀、耐高温) 机械工程材料——用于机械制造的各种材料的总称
高分子材料(塑料、橡胶) (以高分子化合物为主要成分) 陶瓷材料 普通:天然硅酸盐矿物为原料 复合材料(如钢筋、混凝土、玻璃钢)

非金属材料

机械工程材料

黑色金属(铁、铸铁、钢)

金属材料

有色金属

§1 金属材料的概论 §1.1 工程材料的分类
分类:按原子间结合键的性质分 一、金属材料: 黑色金属:铁和以铁为基的合金 ——纯铁、钢、铸铁、铁合金 占工程材料的90% 有色金属:黑色金属以外所有金属、合金 ——轻金属、难熔金属、贵金属等 ——金属键(过渡金属含少量共价键)

二、 陶瓷材料
? 陶瓷定义: ? 由一种或多种金属元素(含半金属元素如Si等)同一种非金属元 素形成的化合物。 ? CaO、TiO2、Al2O3、SiC、Si3N4

?
? ? ?

CaTiO3、MgAl2O4、
传统:硅酸盐类材料 现今:各种无机非金属材料的统称 ——不含碳氢氧结合的化合物

陶瓷材料的键型及性能特点

莫来石复相陶瓷

SiO2晶体

金刚石晶体

? 陶瓷材料:无机非金属材料,以离子键和共价键为主,
熔点高、硬度大、导电性差,多为脆性材料。如 Al2O3 、 SiO2、金刚石等。

离子键为主——硬度高、脆 普通陶瓷:硅、铝氧化物的硅酸盐材料

特种陶瓷:高熔点的氧化物、碳化物、氮化物、硅化 物等的烧结材料
金属陶瓷:金属与碳化物或其他化合物的粉末冶金制 品 发展:纳米技术——陶瓷增韧

三、高分子材料: 有机合成材料、聚合物 ┗ 大分子化合物:共价键、分子键 较高强度、良好的塑韧性、 较强的耐腐蚀性、优良的绝缘性 ——工程塑料、合成纤维、合成橡胶

四、复合材料: 金属基复合材料、非金属基复合材料 目前非金属材料的应用:5%~6% ——金属材料仍是最主要的工程材料

材料的结合键

高分子材料的键型及性能特点

通信电缆

UPVC高分子

绝缘材料
聚四氟乙烯薄膜

增强复合瓦

?

高分子材料:链间以分子键结合,链内组成分子的是共价键和氢键;熔 点低,强度和硬度低。如塑料、橡胶、合成纤维等。

金属材料的性能
金属材料的性能可分为:使用性能和工艺性能。 使用性能是指为保证机械零件或工具正常工作,材料具备

的性能。它包括力学性能、物理性能和化学性能等。
工艺性能是指在制造机械零件或零件的过程中,金属材料 适应各种冷热加工的性能,它包括铸造性能、压力加工性 能、焊接性能、切削加工性能、以及热处理性能等。

§1 金属材料的概论 §1.2 金属材料简介
一 研究对象、任务和目的 1 研究的对象 ——金属和合金。 什么是金属?什么是合金? (1)金属的性质 * 高的导电性和导热性; * 金属光泽; * 良好的延展性(塑性); * 不透明

* * *电阻随温度升高而升高 ——金属与非金属的本质差别 即:具有正的电阻温度系数。 ρt=ρ0 (1+αΔT) ρ

非金属
金属 T

——某些纯金属在绝 对零度附近的超导电性

材料的电阻率 ρ t 随温度变化的规律为 ρ t =ρ 0 (1+αt),其中α称为电阻温度系数,ρ0是材料 在t=0℃时的电阻率。在一定的温度范围内α 是与温度无关的常量。金属的电阻一般随温 度的增加而增加,具有正温度系数;而某些 非金属如碳等则相反,具有负温度系数。利 用具有正负温度系数的两种材料的互补特性, 可制成阻值在一定温度范围内不随温度变化 的电阻。

(2) 金属与合金的定义 金属定义:具有正的电阻温度系数的物质。 合金定义:一种金属元素与另 一种或几种其它元素,经熔炼 或其它方法结合而成的具有金 属特性的物质。

(3) 金属中原子的结合方式
在金属晶体中,金属原子失去价电子后成为正离子, 所 有价电子成为自由电子并为整个原子集团所公有, 所有自由 电子围绕所有原子核运动,形成电子云,金属正离子沉浸 在电子云中,并依靠与自由电子之间的 静电作用而使金属原子结合起来形成金 属晶体。这种原子结合方式称为金属键。

这种由金属正离子和自由电子之 间的互相作用称为金属键。金属 键无方向性和饱和性。

根据金属键解释固态金属的一些特性

金属材料的键型及性能特点

拆叠自行车

民用客机(波音747)

江阴长江大桥

? 金属材料:主要以金属键结合,个别的有共价(如四价灰
锡)和离子键(如金属化合物 Mg3Sb2 )的特点。具有良好

的导电性、导热性和塑性(延展性),并具有金属光泽。

非金属中:离子键、共价键等

结合键强, 具饱和性 ——较高硬度

结合键极强、方向性 ——很高硬度、无塑性

2 本课程的主要任务: 研究金属与合金的化学成分、加工工艺、 组织结构和性能四要素及四要素之间的关系 与变化规律。

┗ 此亦为材料科学的研究内容
—— 实际中我们最关心的是性能

性能取决于什么因素呢?
① 化学成分不同,性能不同 举例: σb(MPa) 纯铝 40 铝合金 400~600 纯铜 60 铜合金 600~700 纯铁 200 40钢(退火态) 500 40钢(调质态) 800

② 化学成分相同,处理方式不同,性能不同
0.8℅C 的钢锯条→800℃,冷却方式不同 一根出炉后水冷,性硬而脆,一弯就断; 另一根随炉缓慢冷却,性软,弯曲90 ℃ 不断。 又如: 石墨和金刚石均由碳原子构成, 但性能迥异。 原因:碳原子的空间排列方式不同 即内部组织结构不同

***材料科学研究的四要素及相互关系线: 化学成分 Composition 组织结构 性 能 Performance Construction 提高材料性能的主要途径: 内因

外因

加工工艺 Process

一方面改变材料的化学成分,另一方面 改进材料的生产工艺,进而改变材料内部的 组织结构与性能。

故材料性能包含使用性能与工艺性能两方面:

(1) 使用性能 :在使用条件下所表现的性能
力学性能(强度、硬度、塑性、韧性等); 物理性能(光、电、磁等); 化学性能(抗氧化性、抗腐蚀性等);

其它性能(耐磨性、热硬性、消振性等);

(2) 工艺性能:
在制造机械零件的过程中,材料适应各种 冷、热加工和热处理的性能。 铸造性能(流动性、收缩、偏析等)、锻造 性能( 、 、 等); 压力加工性能、冷加工性能、锻造性能等; 切削加工性; 焊接性; 热处理性能; 等等

(3)组织结构(显微组织): 在不同放大倍数放大镜、显微镜下观察 到的金属的内部形貌

金属多晶体结构

显微组织

合金相形貌

什么是组织结构?
材料不同层次的结构

(1)原子结构: 取决于原子种类

(2)晶体结构: 原子在空间的排列方式

材料的组织结构取决于:
(1)原子种类;
(2)内部原子排列的方式; (3)合金元素的存在方式; (4)内部不同尺度的各种结构缺陷 3 目的 利用上述四要素关系和规律: (1)进行科学研究; (2)指导生产实践; (3)研制新合金材料。

§2 金属材料力学性能 金属材料加工过程:
铸锭
冶炼→铸造 铸件 热轧→ 板棒型管 热锻→ 锻件

焊接 机加工 冷轧 冷拔

机加工: 车、铣、 刨、磨 工艺性能

深冲

零 件 或 构 件

使用性能

§2 金属材料力学性能 §2.1 金属材料的力学性能
金属的力学性能是指金属抵抗外力作用的能力。 外力也称载荷,它按外力可分为静载荷、冲击载 荷和交变载荷。常用的力学性能指标有:强度、 塑形、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。

强度与塑性的测定——借助应力应变曲线。

1 应力应变曲线

§2 金属材料力学性能

——拉伸实验测定 1.应力
作用在机件上的外力——载荷 F F

静载荷 动载荷 F

F’

F' F ? ? ? (MPa) F = F’ S S 外力 —— 内力——应力
应力:物体内部任一截面单位面积上的相互作用力。同截 面垂直的称为“正应力”或“法向应力”,同截面相 切的称为“剪应力”或“切应力”。

F

2. 应变 d 0
F 应变:物体形状尺寸所发
l0

拉伸前

dk
lk

生的相对改变。 物体内部某处的线段在变 形后长度的改变值同线段 原长之比值称为 “线应变”

?l

拉伸后

l0

??

3.两种基本变形
(1)弹性变形:
材料受外力作用时产生变形,当外力去除后恢复其原来 形状,这种随外力消失而消失的变形,称为弹性变形。

F F F

(2)塑性变形: 材料在外力作用下产生永久的不可恢复的 变形,称为塑性变形。 F F

§3.2 拉伸试验

拉伸试验
F
l0
d0

F

L 拉伸前

dk
lk

拉伸后

材料的拉伸曲线
1、op段:直线、弹性变形

Fm

F

m

2、ps段:曲线、弹性变形+塑性变形
3、s s’段:水平线(略有波动) 明显的塑性变形屈服现象,作用 的力基本不变,试样连续伸长。 4、s’m曲线:弹性变形+均匀塑性变 形 5、m点出现缩颈现象,即试样局部 截面明显缩小,试样承载能力降低, 拉伸力达到最大值,而后降低,但 变形量增大,K点时试样发生断裂。 F ?? S
0

?

Fs Fp

s s’ p
k

o p — 弹性极限点 S — 屈服点 m — 极限载荷点 K — 断裂点

?l

?

?l

拉伸曲线

应力—应变曲线

l0

??

应 力

变形三阶段:

(1) 弹性变形、
(2) 塑性变形、

ζ 应变ε 低碳钢的应力应变曲线
弹 性 变 形 塑 性 变 形 断 裂

(3) 断裂

(1) 弹性变形:
特点:

应力撤消后, 变形消失;
应力与应变成正比关系;

总变形量很小:<1%
低碳钢应力应 变曲线 主要性能指标:

弹性极限ζe :保持弹性 变形的最大应力,MPa 弹性模量E: ζ=E·ε

(2 ) 塑性变形: 应力撤消后, 变形仅部分消 失,存在残余、永久性的变形。
特点:

(1)变形具永久性、不可逆性
(2)应力与应变非正比关系;

(3)变形量较大
残余 弹性 变形量 变形量

——可以塑性加工的原因

塑性变形中的重要指标: 承受的应力大小:
ζb

ζs

屈服强度(ζs): 抵抗微 量塑性变形的应力值

抗拉强度(ζb): 抵抗最大均匀塑性变 形的应力值
断裂前塑性变形量的大小: 断后伸长率(δ )、断面收缩率(ψ )

§2.3 力学性能及指标 (一)强度
? 金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称

为强度。
? 按外力作用的性质不同,分为:

屈服强度?e 、抗拉强度?b 、抗压强度?bc、抗剪
强度τ b等。

1.屈服强度(屈服极限、屈服点): 当载荷增达到s点时,拉伸曲线出现了平台,即试 样所承受的载荷几乎不变,但塑性变形不断增加,这 种现象称为屈服。 屈服点是指在外力作用下开始产生明显塑性变形 的最小应力。用σs表示。 计算公式:

Fs σs= S0
应用:制作机械零件 和工程构件时的选材和设 计的依据。

条件屈服强度σ0.2

有些材料在拉伸图中没有明显的水平阶段。为了衡 量这些材料的屈服特性,规定产生永久残余变形等于 一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力,称为条件屈 服强度或简称屈服强度σ0.2 。
脆性材料拉伸试验的屈服点: 试样卸除载荷后,其标距部分的残余伸长率达到试 样标距长度的0.2%时的应力,用符号σ
0.2表示。

§2.3 力学性能及指标
计算公式:
F

σs=

Fs S0 F0.2 S0

F0.2

脆性材料的屈服点

σ0.2=

0

0.2%L0

ΔL

应用:σs和σ0.2常作为零件选材和设计的依据。

§2.3 力学性能及指标
工业上使用的某些金属材料,如高碳钢、铸铁等,在拉 伸过程中,没有明显的屈服现象,无法确定其屈服点σ s , 按GB/T2228规定,可用屈服强度ζ 0.2来表示该材料开始产生 塑性变形时的最低应力值。 屈服强度为试样标距部分 产生0.2%残余伸长时的应 力值,即 σ 0.2=F0.2/Ao 式中 F0.2—试样标距产生的0.2%残 余伸长时载荷(N); Ao—试样的原始横截面积(mm2)。
屈服强度的测定

2. 抗拉强度(强度极限):材料承受最大载荷时的应力。 用σb表示。
计算公式:

Fb σb= S0
应用:制作机械零件和工 程构件时的选材和设计的依据



§2.3 力学性能及指标
屈服强度和抗拉强度在机械设计和选择、评 定金属材料时有重要意义,材料不能在超过 其σs的条件下工作,否则会引起机件的塑性 变形;更不能超过其 σb的条件下工作,否则 会导致机件的破坏。

(二) 硬度
材料抵抗更硬的物体压入其内的能力 ,是指金属材料抵抗局部变形,特别是塑性变形、压

痕或划痕的能力。表示材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。
金属材料的硬度可用硬度仪来测试,常用的硬度指标有布氏硬度HBW、洛氏硬度(HRA、 HRB、HRC等)和维氏硬度HV。 1.布氏硬度HB 用直径D的淬火钢球或硬质合金球,在一定压力P下,将钢球垂直地压入金属表面,并保持 压力到规定的时间后卸荷,测压痕直径d. HB=F/S (N/mm2) 单位一般不写 S-压痕面积.

布氏硬度试验原理图

压印钢球

计算公式:

钢材

HB ?

压入载荷(N) 压痕的表面积(mm2)

?

?D D ? D ? d
2

?

2F
2

?

压头是直径为D的钢球或硬质合金球。 ? HBS——压头为钢球,用于测量<450HBS ?HBW——压头为硬质合金,用于测量>450HBW( <650HBW)

布氏硬度计

§2.3 力学性能及指标
特点: 布氏硬度因压痕面积较大,HB值的代表性 较全面,而且实验数据的重复性也好。由于淬火 钢球本身的变形问题,不能试验太硬的材料,一 般测HB450以下的材料;硬质合金可测HB450以上 的材料。 由于压痕较大,不能进行成品检验。 通常用于测定较软材料:铸铁、有色金属、低 合金结构钢等材料的硬度。

通常碳素钢:ζb=αHB

2. 洛氏硬度HR
用金刚石圆锥或钢球作压头,在规定的预载荷和总载 荷下,压入材料,卸载后,测其深度h,由公式求出,可 在洛氏硬度计上直接读出,无单位。

实验时是根据测量到的压入深度,转变成刻度盘上的数据。
特点:洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料,而 且压痕很小,几乎不损伤工件表面,在钢件热处 理质量检查中应用最多。 洛氏硬度由于压痕较小,硬度代表性就差些, 如果材料中有偏析或组织不均匀的情况,则所测 硬度值的重复性也差。

(1)首先加载初试验力F0,将压头(金刚石圆锥压头或球压头)压入试件表 面,计初始位移h0 (2)然后加载主试验力F1,保持一定时间,此时压头位移为h1,之后卸 除主试验力F1 (3)保持初试验力F0,测量此刻的压头位移h2 (4)按下述公式,计算出洛氏硬度值(式中位移单位为mm)标尺 应用公式: A, D, C HR=100-(h2—h0)/0.002 E,B,G,H,F,K,P,M,L,R,S,V HR=130-(h2–h0)/0.002
N, T HR=100-(h2—h0)/0.001

§2.3 力学性能及指标
常用的三种洛氏硬度标尺的试验条件和适用范围
洛氏 硬度符 硬度 号 标尺
A B C D E F G H K HRA HRB HRC HRD HRE HRF HRG HRH HRK

压头类型
120°金刚石圆锥 1.5875mm钢球 120°金刚石圆锥 120°金刚石圆锥 3.175mm钢球 1.5875mm钢球 1.5875mm钢球 3.175mm钢球 3.175mm钢球

初试验 主试验 总试验 力 F0 力F1 力F0+ F1 ( N ) ( N) ( N)
98.07 98.07 98.07 98.07 98.07 98.07 98.07 98.07 98.07 490.3 882.6 1373 882.6 882.6 490.3 1373 490.3 1373 588.4 980.7 1471 980.7 980.7 588.4 1471 588.4 1471

适用范围
20~88HRA 20~100HRB 20~70HRC 40~77HRD 70~100HRE 60~100HRF 30~94HRG 80~100HRH 40~100HRK

符号HR前面的数字表示硬度值。HR后面的字母表示不同的洛氏硬度标尺。 例:45HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度值为45。

§2.3 力学性能及指标 洛氏硬度标尺的选择
? ? HRA——硬质材料的洛氏硬度,如硬质合金、很 薄很硬的钢材,表面硬化层较薄的钢材。 HRB——低合金钢、软合金、铜合金、铝合金及 可锻铸铁等中、低硬度材料。

?
?

HRC——一般钢材,硬度较高的铸件,淬火回火 的合金钢等。
HRN、HRT ——测极薄工件及氮化层、金属镀层 的表面硬度。(替代GB/T 1818-1994)

3 维氏硬度 F↓ 维氏硬度: 压痕单位表面积上 所承受的平均压力值。 —— 金刚石正四棱锥体 压头 硬度表示方法: HBS200 HBW400 HRA55 HRB30 HRC45 HV900 HV1100

§2.3 力学性能及指标

§2.3 力学性能及指标
4 肖氏硬度
肖氏硬度:试验是一种动载试验法,其原理是 将具有一定质量的带有金刚石或合金钢球的重 锤从一定高度落向试样表面,根据重锤回跳的 高度来表征测量硬度值大小。符号为HS。重锤 回跳得越高,表面测量越硬。 A90 属金刚钻的 硬度、D45属淬火钢的硬度。

§2.3 力学性能及指标/(二)硬度
? 材料抵抗另一硬物压入其内的能力,即受压时抵抗表面局部 塑性变形的能力。 ? ? —— 衡量材料软硬程度的指标 —— 硬度与强度间存在一定关系

? (1) 布氏硬度(HB)—较软材料—有色金属、灰口铸铁等 ? (2) 洛氏硬度(HR)——硬度中等——钢铁材料 ? 具体:HRA、HRB、HRC

?

其中HRC:软硬范围较宽,应用最广

? (3)维氏硬度(HV) ——较硬材料 ? (4)肖氏硬度(HS) ——测定精密量具和大型金属件。

§2.3 力学性能及指标
(三) 动载时材料的力学性能 1、冲击韧性: 金属材料抵抗冲击载荷作用而不 破坏的能力叫做冲击韧度。常用一次摆锤冲击 试验来测定金属材料的冲击韧度。

试验时,将试样放在试验机两支座上,。把质量为 m的摆锤抬到高H,使摆锤具有位能为mHg。摆锤落下 冲断试样后升至h高度,具有位能为mhg,故摆锤冲断 试样推动的势能差为 mHg—mhg ,这就是试样变形和 断裂所消耗的功称为冲击吸收功AK,即

AK=mg(H-h)
用试样的断口处截面积 SN ( cm2 )去除 AK ( J )即得 到冲击韧性,用ak表示,单位为J/cm2. aK=AK/SN

§2.3 力学性能及指标
材料韧性判据为冲击韧性ak ,低值为脆性材料, 高值为韧性材料。
在冲击载荷下工作的零件,很少是受大能量一次 冲击而破坏的;往往是受小能量多次重复冲击而 破坏的。 试验表明:在冲击能量不太大的情况下,其承受 反复冲击的能力主要取决于强度,而不是很高的 冲击韧性ak 。

脆 性 区

韧 性 区

金属的αk与温度直接相关:

(1)T↓,αk↓
(2)存在韧脆转变温度Tk :当T< Tk 时,金属为脆性状态αk↓ ↓

§2.3 力学性能及指标
2 断裂韧性 当外力应力或裂纹尺寸增加到一定值时,裂纹突然

快速扩展,最终使材料脆断,这个应力强度因子的
临界值,称为断裂韧性。

断裂韧度KIc 当材料内部存在裂纹缺陷时:
裂纹尖端产生应力集中——应力被放大

KI ?y ? c 2??

引入应力场强度因子:

应力大小 裂纹尺寸

K I=? ?a (K I ? Y? a )

裂纹形状 当 ζ 、 a 达到某临界值时 , 裂纹失稳扩 展,此时的KI称为断裂韧度KIc ——材料抵抗裂纹失稳扩展的性能

§2.3 力学性能及指标 (四)疲劳概念
? 基本概念
载荷——金属材料在加工及使用过程中所受的外力。
根据载荷作用性质的不同分: (1)静载荷——大小不变或变化过程缓慢的载荷。 (2)冲击载荷—在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。

(3)交变载荷——大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。

内力——工件或材料在受到外部载荷作用时,为保持其不变形,在材料内
部产生的一种与外力相对抗的力,称为内力。

应力——假设作用在零件横截面上的内力大小均匀分布,单位横截面积上
的内力。

(四)疲劳概念
1、疲劳断裂 虽然零件所承受的交变应 力数值小于材料的屈服强度, 但在长时间运转后也会发生断 裂,这种现象称为疲劳断裂。

对称循环交变应力

§2.3 力学性能及指标
2、疲劳强度 许多零件如曲轴、齿轮、连杆、弹簧 等在交变载荷作用下工作,发生断裂时的 应力远低于该材料的屈服强度,这种现象 叫疲劳破坏。据统计,80%机件失效是由于 疲劳破坏。

疲劳强度——金属材料在无数次交变载荷 作用下而不致于引起断裂的最大应力。

材料的疲劳强度通常在旋转对称弯曲疲劳试验机上测 定疲劳曲线,即交变应力与断裂前的循环次数 N之间的 关系。有色金属N》108,钢材N>107 不疲劳破坏
断 裂 断 裂 点 不 断 裂

疲劳曲线

疲劳破坏原因: 材料有杂质,表面划痕,能引起应力集中 (指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大 的现象 ) , 导致微裂纹 , 裂纹扩展致使零件不能承受所加 载荷突然破坏。

§2.3 力学性能及指标
3、疲劳曲线与疲劳极限
? 试验证明,金属材料所受最大交变应力σmax 愈大,则

断裂前所受的循环周次N(定义为疲劳寿命)愈少,这
种交变应力σmax 与疲劳寿命N的关系曲线称疲劳曲线或 σ-N曲线 ? 工程上规定,材料经受相当循环周次不发生断裂的最大 应力称为疲劳极限,以符号σ-1表示。

§2.3 力学性能及指标
?

据统计,机械零件 断裂中有80%是由 于疲劳引起。
钢铁材料:107次 非铁合金:108次

?1
?2

?n
?-1

N1

N2

Nn

Nc

N

疲劳曲线

§2.3 力学性能及指标
部分工程材料的疲劳极限σ
-1(MPa)

§2.3 力学性能及指标
4 产生疲劳破坏的原因
材料有杂质、表面划伤等缺陷

微裂纹 裂纹扩展
破 坏

应力集中

§2.3 力学性能及指标
5 提高材料疲劳极限的途径
? 1 、设计方面 尽量使用零件避免交角、缺口和截面突变,以避免
应力集中及其所引起的疲劳裂纹。 ? 2 、材料方面 通常应使晶粒细化,减少材料内部存在的夹杂物和

由于热加工不当引起的缺陷。如疏松、气孔和表面氧化等。
? 3、机械加工方面 要降低零件表面粗糙度值。 ? 4 、零件表面强化方面 可采用化学热处理、表面淬火、喷丸处理

和表面涂层等,使零件表面造成压应力,以抵消或降低表面拉应力 引起疲劳裂纹的可能性。

§2.3 力学性能及指标
(五)塑性
? 材料断裂前发生永久不可逆变形的能力。 ? (1) 伸长率( δ ):试样拉断后标距的增长量与原始标

距长度之比;
? δ = (L断后-L原始)/ L原始×%=ΔL / L0 ×% 与原始横截面积之比. ? ψ= (A原始- A断后)/ A原始×%=ΔA / A0 ×%

? (2) 断面收缩率( ψ ):试样拉断处横截面积的缩减量

§2.3 力学性能及指标
——δ 、ψ越高,材料的塑性越好 通常ψ < 5% → 脆性材料 塑性的意义: 成形 安全

§3 金属材料的物理和化学性能
? (一)金属材料的物理性能是指金属材料在重力、温度、电磁等物 理作用下表现出的性能。包括:密度、熔点、导电性、导热性、热

膨胀性、导磁性等。
? 1、密度:是物体的质量与其体积的比值。 ? 2、熔点、是指金属材料从固态转变为液态的转变温度。 ? 3、导电性:是指金属传导电流的能力。 ? 4、导热性:是指金属传导热量的能力。 ? 5、热膨胀性:是指金属材料的体积受热时增大,冷却时收索的性能。 ? 6、导磁性:是指金属材料在磁场中能够磁化或导磁的能力。

(二)金属材料的化学性能
1、耐腐蚀性:是指金属材料在常温下抵抗周围 介质侵蚀的能力。 2、热稳定性:是指金属材料在高温下抵抗氧化 的能力。 (三)金属材料的工艺性能 金属材料的工艺性能 —— 是指零件制造过程中各 种冷热加工工艺对材料性能的要求。它包括铸造 性能、锻造性能、切削加工性能和焊接性能、热 处理性能等。

§3 金属材料的物理和化学性能
1、铸造性能
铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力, 主要取决于金属的流动性、收缩性和偏析倾向等。

§3 金属材料的物理和化学性能
(1)流动性 熔融金属的流动能力。

(2)收缩性
铸造合金由液态凝固和冷却至室温的过程中, 体积和尺寸减小的现象。 (3)偏析倾向 金属凝固后,内部化学成分和组织不均匀现象。

§3 金属材料的物理和化学性能
2、锻压性能
用锻压成形方法得优良锻件的难易程度。常 用塑性和变形抗力两个指标来综合衡量。

§3 金属材料的物理和化学性能
3、焊接性能
金属材料对焊接加工的适应性,也就是在一定焊接工 艺条件下,获得优质焊接接头的难易程度。 对碳钢和低合金钢而言,焊接性能主要与其化学成分 有关(其中碳的影响最大)。

4、切削加工性能及热处理性能
(1)切削加工性能
切削加工性能——切削金属材料的难易程度。一般用

工件切削时的切削速度、切削抗力的大小、断屑能力、刀
具的耐用度以及加工后的表面粗糙度来衡量。 表面加工硬化——切削塑性金属材料时,工件在加工 表面层的硬度明显提高而塑性下降的现象。

§3 金属材料的物理和化学性能
(2)热处理性能 ? 淬透性 ? 淬硬性 ? 过热敏感性 ? 变形开裂倾向 ? 回火脆性倾向 ? 氧化脱碳倾向

思考题
1 简述本课程的主要内容以及本课程的基 本任务; 2 金属材料的性能与哪三大因素有关,提 高材料性能的两条主要途径是什么? 3 材料的性能包括哪两个方面?说明下列 符号所表示的意义及量纲: ζe、ζs、ζb、 ζ0.2、δ 、ψ、ak 、HB、HRC、Hv; 4 什么是强度?塑性?硬度?韧性? 5 作业:1.13;1.18


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