3-1 金属材料的性能（课件）《机械基础》同步精品课堂（高教版·第三版）

3-1 机械工程材料-金属材料的性能 机械基础 同步精品课堂 高等教育出版社（第三版） 1 金属的物理性能 1、金属的密度:指在一定温度下单位体积金属的质量。 轻金属：密度小于5×10 kg/m 的金属 重金属：密度大于5×10 kg/m 的金属 2、熔点：合金和金属从固态向液态转变时的温度。 难熔金属：熔点高的金属（钨、钼、钒等）。 易熔金属：熔点低的金属（锡、铅、铋等）。 3、导热性：金属传导热量的能力。 4、导电性：金属能够传导电流的性能。 金属的物理性能 5、热膨胀性：金属随着温度变化而膨胀、收缩的特性。 6、磁性：金属在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能。 铁磁性金属：在外加磁场中，能强烈的被磁化到很大程度的金属，如铁>镍、钴等。 顺磁性金属：在外加磁场中呈现十分微弱磁性的金属，如锰、铬、钼等、 抗磁性金属：能够抗拒或减弱外加磁场磁化作用的金属，如铜、金、银、铅、锌等。 金属的化学性能 1、耐腐蚀性：金属在常温下抵抗氧、水及其他化学介质腐蚀破坏作用的能力。 2、抗氧化性：金属在加热时抵抗氧化作用的能力。 3、化学稳定性：金属的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。 金属的力学性能-强度 一、强度与塑性 强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力。 塑性：金属在断裂前发生不可逆永久变形的能力。 永久变形：物体在力的作用下产生的形状和尺寸的改变。 金属的强度与塑性 （一）拉伸试验 拉伸试验是指用静拉伸力对试样进行轴向拉伸，测量拉伸力和相应的伸长，并测其力学性能的试验。 1. 拉伸试样（GB6397-86） 长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0 金属的强度与塑性 2、试验方法 拉伸试验在试验机上进行。将试样装在试验机的上、下夹头上，开动机器，在压力油的作用下，试样受到拉伸。同时，记录装置启动，并记录下拉伸过程中的力-伸长曲线。 金属的强度与塑性 （二）力-伸长曲线 在进行拉伸试验时，拉伸力F和试样伸长量△L之间的关系曲线，称为力-伸长曲线。 op：弹性变形阶段 s-s’：屈服阶段 s’b：变形强化阶段 bz：颈缩与断裂 试样保持弹性变形的最大拉伸力 极限拉伸力 屈服拉伸力 金属的强度与塑性 （三）强度指标 1.屈服点和规定残余伸长应力 （1）屈服点是指试样在拉伸试验过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力，用符号σs表示。 Fs S0 σs= 屈服点:（MPa） 试样屈服时的拉伸力，N 试样原始横截面积，mm²  （2）规定残余伸长应力：指试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力，用符号σr表示。例如σr0.2：表示规定残余伸长率为0.2%时的应力。 金属的强度与塑性 2、抗拉强度 抗拉强度是指试样在拉断前所能承受的最大标称拉应力，用符号σb表示。 Fb S0 σb= 抗拉强度：（MPa） 试样屈服时的拉伸力，N 试样原始横截面积，mm²  σb是表征金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是表征金属在静拉伸条件下的最大承载能力。对于塑性金属来说，拉伸试样在承受最大拉应力σb之前，变形是均匀一致的，但是超过σb后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形。 金属的强度与塑性 （四）塑性指标 1、断后伸长率：试样拉断后的标距伸长与原始标距的百分比。用符号δ表示。 l1-l0 l0 ×100% δ= 断后伸长率，% 拉断试样对接后测出的 标距长度，mm 试样原始标距，mm 断后伸长率 长试样：δ10 短试样：δ5 金属的强度与塑性 2、断面收缩率 断面收缩率：是指试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。用符号Ψ表示。 S0-S1 S0 Ψ= ×100% S0——试样原始横截面积,mm2； S1——颈缩处的横截面积,mm2 。 金属的硬度 二、硬度 硬度：是衡量金属软硬程度的一种性能指标，也是衡量金属抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕能力的指标。 测定方法：压入发、划痕法、回弹高度法等。 分类：根据载荷、压头和表示方法的不同，常用的硬度测试方法有布氏硬度（HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度（HV）。 金属的硬度 1、原理：布氏硬度试验是指用一定直径的球体（钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量的表面压痕直径计算硬度的一种压痕硬度试验。 （一）布氏硬度 金属的硬度 2、计算公式 布氏硬度是用球面压痕 单位表面积上所承受的 平均压力表示的。 = 0.102×2F πD[D-（D²-d ²）½] HBW 式中：HBW---布氏硬度、F---试验力、d---压痕直径 D（10、5、2.5、1）---压头的直径，mm、 金属的硬度 3、标注方法 150 HBW 10/1000/30 保持时间（s）， 10-15s可不标明 试验力（kgf） 硬质合金球直径（mm） 布氏硬度 数值 金属的硬度 4、布氏硬度的特点： 试验时金属表面压痕大，能在较大范围内反映被测金属的平均硬度，测得的硬度值比较准确，数据重复性好。但由于其压痕大，对金属表面的损伤较大，不宜测定太小或太薄的试样。 金属的硬度 （二）洛氏硬度 1、原理：以锥角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球，压入试样表面，试验时，先加初试验力，在保留试验力的情况下，根据试样残余压痕深度增量来衡量试样的硬度大小。 金属的硬度 2. 应用范围 20~67 1500N 120°金刚石圆锥体 HRC 25~100 1000N 1.588mm钢球 HRB 70~85 600N 120°金刚石 圆锥体 HRA 常用洛氏硬度标度的试验范围 金属的硬度 优点：操作简便、迅速，效率 高，可直接测量成品件 及高硬度 的材料。 3. 优缺点 缺点：压痕小，测量不准确， 需多次测量。 金属的硬度 （三）维氏硬度 1、原理：用相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚石作为压头，试验时在规定的试验力F（49.03-980.7N)的作用下，压入试样表面，经规定保持时间后，卸除试验力，则试样表面上压出一个四方锥形的压痕，测量压痕两对角线d的平均长度，可计算出其硬度值。 2、计算方法：正四棱锥形压痕单位面积上承受的平均压力 HV=0.1891F/d 维氏硬度 试验力 压痕两条对角线长度的算术平均值，mm 金属的硬度 3、标注方法 640 HV30：表示用30kgf（294.2N）的试验力，保持10-15s测定的维氏硬度值为640。 640 HV30/20：表示用30kgf（294.2N）的试验力，保持20s测定的维氏硬度值为640。 4、优缺点：适用范围宽，从软材料到硬材料都可以测量，尤其适用于零件表层硬度的测量，如化学热处理的渗层硬度测量，其测量结果精确可靠。但测取维氏硬度值时，需要测量对角线长度，然后查表或计算；而且进行维氏硬度测试时，对试样表面的质量要求高，测量效率低，因此维氏硬度没有洛氏硬度使用方便。 金属的韧性与疲劳 三、韧性 韧性：金属在断裂前吸收变形能量的能力。 冲击吸收功（Akv）：规定形状和尺寸的试样在冲击试验力一次性作用下冲断试样所吸收的功。 冲击韧度：吸收冲击功（Akv）除以冲击试样断口处的横截面积（S）。 四、疲劳 金属的疲劳：在循环应力作用下经过一定时间的工作后发生突然断裂的现象。 疲劳强度：金属在循环应力作用下能经受无限多次循环而不断裂的最大应力值。 金属的工艺性能 一、铸造性能 金属在铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力。包括流动性、吸气性、收缩性和偏析等。在金属中灰铸铁和青铜的铸造性能较好。 二、压力加工性能 金属利用压力加工方法塑造成形的难易程度。金属压力加工性能的好坏主要同金属的塑性和变形抗力有关。金属塑性越好，并行抗力越小，金属的压力加工性能越好。例如，黄铜和铝合金在室温下具有良好的压力加工性能；非合金钢在加热状态下压力加工性能较好；而铸铜、铸铝、铸铁等几乎不能进行压力加工。 金属的工艺性能 三、焊接性能 焊接性能是指金属在限定的施工条件下焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。低碳钢具有良好的焊接性能，而高碳钢、不锈钢、铸铁的焊接性能则较差。 四、切削加工性能 切削加工性能是指金属在切削加工时的难易程度。切削加工性能好的金属对使用的刀具磨损量小，可以选用较大的切削用量，加工表面也比较光洁。铸铁、铜合金、铝合金及非合金钢都有较好的切削加工性能，高合金钢的切削加工性能较差。 感谢观看 $$