第二章材料的性能.

第二章材料的性能材料在加工过程中反映出的性能，包括切削加工性、铸造性、塑性加工性、焊接性、热处理性能等材料在使用条件下表现出的性能，包括力学性能、物理性能、化学性能等使用性能工艺性能第一节静态力学性能一、拉伸试验拉伸试验机１、弹性和刚度刚度：弹性范围内，σ/ε的值，衡量材料抵抗弹性变形能力的指标。低碳钢σ－ε曲线弹性极限（不产生永久变形的最大应力）在外力作用下材料抵抗变形和断裂的能力。２、强度•屈服点s材料发生微量塑性变形时的应力值。•条件屈服强度0.2：对无明显屈服点的材料以产生0.2%变形量时的应力值。(高碳钢等)•抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力值。３、塑性断后伸长率δ=(L1-L0)/L0×100%断面收缩率ψ=(F0-F1)/F0×100%在静载荷下产生塑性变形而不破坏的能力。断裂后拉伸试样的颈缩现象二、硬度：材料表面局部区域抵抗变形或破坏的能力。直接影响到材料的耐磨性和切削加工性。特点：•硬度试验方法简单•硬度与其他力学性能有一定的关系σb=1/3HBσ-1=1/6HB•工件可大可小，性质可脆可韧，不破坏零件1、布氏硬度（HB）布氏硬度计以一定压力P将直径为D的压头压入被测材料的表层，保压一段时间后卸载，得到直径为d的压痕。HB=P/S•优点：测定结果较准确•缺点：压痕大，不适用于成品检验•用途：主要用于测量较软的金属材料•HBS钢球压头＜450•HBW硬质合金压头450~650•优点：测量迅速、简便、压痕小，使用于成品检验•缺点：接触面积小，当硬度不均匀时，波动较大2、洛氏硬度（HR）根据压痕的深度确定试样的硬度。h1-h0洛氏硬度计洛氏硬度压痕硬度符号压头类型总压力/kg硬度值有效范围应用举例HRA120º金刚石圆锥6070HRA以上（相当350HBS以上）硬质合金、表面淬火钢HRBφ1.588淬火钢球10025～100HRB（相当60～230HBS）软钢、退火钢、铜合金HRC120º金刚石圆锥15020～67HRC（相当225HBS以上）淬火钢件•载荷小，压痕浅，适用于测定零件表面的薄硬化层、镀层及薄片材料•载荷可调范围大，对软硬材料均适用•缺点：测定麻烦，工作效率较低3、维氏硬度（HV）维氏硬度计维氏硬度压痕原理与布氏基本相同，压头为136º金刚石正四棱锥体，以压痕的对角线长度衡量硬度值。第二节动态力学性能•冲击韧性ak：材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力，以单位面积承受的冲击吸收功来衡量。一、冲击韧性0AAakk冲击吸收功断口处的原始截面积冲击韧性的测量韧•材料的冲击韧性随温度下降而下降。•疲劳断裂：在交变载荷作用下，经过较长时间材料发生断裂的现象（低应力脆断）•疲劳强度：材料经无数次的应力循环仍不断裂的最大应力，表征材料抵抗疲劳断裂的能力σ-1二、疲劳强度指对称循环交变应力测量：旋转弯曲疲劳实验钢106~107次，有色金属107~108次•疲劳断口轴的疲劳断口疲劳辉纹（扫描电镜照片）三、耐磨性•耐磨性：材料抵抗磨损的性能，用磨损量来表示。磨损量越小，耐磨性越高。•黏着磨损（咬合磨损）：冷焊•磨粒磨损（研磨磨损）•腐蚀磨损：表面腐蚀产物剥落，与机械磨损（磨粒、黏着）相结合•接触疲劳：反复长期作用后引起的一种表面疲劳剥落损坏的现象，如滚动轴承、齿轮等磨损的分类第三节断裂韧性裂纹扩展的基本形式1943年美国T-2油轮发生断裂缺陷→裂纹→应力集中断裂低于许用应力情况下裂纹扩展的基本形式根据应力与裂纹扩展面的取向不同：应力场强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。2/1YaKI裂纹半长与裂纹形状、加载方式及试样几何尺寸有关的量σσccICaYK断裂应力临界裂纹半长断裂韧性KⅠC：外力增大或裂纹增长时，材料发生快速脆断的临界值，反映材料抵抗内部裂纹扩展的能力。材料本身的特性。单位为2/3/mMN第四节高低温性能1、高温性能以再结晶温度分界•蠕变：恒温、恒应力下，随着时间的延长，材料发生缓慢塑变的现象。•低熔点金属（如Pb、Zn等）室温蠕变•碳钢＞300℃，合金钢＞400℃•蠕变强度：材料在恒定温度、时间内发生一定永久变形量所承受的最大应力。•持久强度：试样在恒定温度下，达到规定的持续时间而不断裂的最大应力。Tt/Tt2、低温性能冲击吸收功韧脆转变温度tk：材料由韧性状态转变为脆性状态的温度。Tk值越低，表明材料的低温性能越好。工程材料的物理性能•密度轻金属ρ＜5×103kg/m3重金属ρ＞5×103kg/m3•熔点金属：晶体→固定熔点陶瓷：Tm＞金属高分子材料：非晶体→无固定熔点材料的物理性能多数取决于材料的原子结构、原子排列和晶体结构。•热膨胀性（与原子键的强度有关）陶瓷＜金属＜高分子•磁性•导热性：导热系数λ•导电性电阻率——金属T↑，电阻率↑非金属T↑，电阻率↓一般，金属→良好的导电性高分子材料→绝缘体陶瓷→绝缘体+半导体工程材料的化学性能材料在室温或高温下抵抗各种介质化学侵蚀的能力。化学腐蚀：金属与环境产生化学反应的腐蚀，腐蚀过程不产生电流。电化学腐蚀：金属的不同相或异类金属间在环境介质下的电极电位不同所构成的原电池而产生的腐蚀。•抗氧化性：形成致密、高熔点的氧化膜•抗腐蚀性：Fe-Cu电池示意图•提高抗腐蚀能力的途径：1、尽可能保持均匀的单相组织；2、提高电极电位3、不与电介质溶液接触第五节材料的工艺性能•铸造性能：流动性、收缩性•锻造性能：外力作用下发生塑性变形的难易程度•焊接性能：焊接工艺下获得优质焊接接头的难易程度•切削加工性：进行切削加工的难易程度•热处理性能：热处理的难易程度、产生热处理缺陷的倾向