1X-材料性能-工艺学10

工程材料工艺学-性能1金属材料导论第一章金属材料的主要性能工程材料工艺学-性能2教学目的：为了后续课程的开展，简要介绍金属的力学性能测定原理及其常用力学性能指标。重点：强度、塑性、硬度、韧性等。难点：熟记常用指标并能在选材中初步应用及识读。工程材料工艺学-性能3金属材料的性能包括使用性能和工艺性能.使用性能反映材料在使用过程中所表现出来的特性，如物理性能、化学性能、力学性能等。通常情况下，以材料的力学性能作为主要依据来选金属材料。一、力学性能金属的力学性能是指金属在力的作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力-应变关系的性能。金属力学性能所用的指标和依据称为金属的工程材料工艺学-性能4力学性能判据。主要力学性能有强度、塑性、硬度、韧性等1.强度强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂的能力。工程上常用的强度判据是在拉伸试验中所测得拉伸曲线及试样测得的屈服强度和抗拉强度。(1)屈服强度【Re】屈服强度是拉伸试样在试验过程中力不增加(保持恒定)仍能继续伸长(变形)时的应力。工程材料工艺学-性能5可用符号Re表示Re=Fe/S0(MPa)式中：Fe—外力（N）S0—试样横截面积（mm2）国标规定，应区分为上屈服强度ReH和下屈服强度ReL，单位为N/mm2,=1MPa。有些金属材料(铸铁)没有明显的屈服现象。(2)抗拉强度【Rm】抗拉强度是指拉伸试样拉断前所承受的工程材料工艺学-性能6最大拉应力,用符号Rm表示,单位为N/mm2=1MPa。Rm=Fm/S0(MPa)式中：Fm—最大外力（N）S0—试样横截面积（mm2）上述两指标是按照GB/T228-2002标准将待测试材料制成标准拉伸试样，在拉伸试验机上通过拉伸试验法测得。工程上用的材料，除要求有较高的Rm，还工程材料工艺学-性能7希望有一定的屈强比（Re/Rm）。屈强比越小，零件可靠性越高，使用中若超载不会立即断裂；但屈强比太小，则材料强度的有效利用率降低。抗拉强度是设计和选材时的主要依据。2.塑性塑性是指断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。塑性判据是通过拉伸试验时，以拉伸试样断裂时的最大相对塑性变形量表示的。工程材料工艺学-性能8常用的塑性判据是断后伸长率【A】和断面收缩率【Z】。A=(Lu-L0)/L0×100％式中：Lu—断后标距；L0—原始标距。Z=(S0-Su)/S0×100％式中：S0—原始横截面积；Su—断后最小横截面积。工程材料工艺学-性能9数值大小是通过拉伸试验与计算法获得。材料的A和Z数值越大，表示材料塑性越好，可用锻压等压力加工方法成形；若零件使用中稍有超载，也会因其塑性变形而不致突然断裂，增加了材料使用的安全可靠性。表达材料塑性时,通常用断后伸长率A表示。3.硬度硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。工程材料工艺学-性能10硬度是衡量金属软硬的性能指标，常用的硬度判据有布氏硬度和洛氏硬度两种。布氏硬度用符号HBW表示。洛氏硬度用符号HRA、HRB和HRC等表示，其中HBW(HBS)值和HRC值在生产中常用来表示材料（或零部件）的硬度。硬度值的大小是在硬度计上通过硬度实验法测得。HBW适用于测量较软的金属或未经淬火的钢件，布氏硬度值有效范围小于650HBW；工程材料工艺学-性能11HRC适用于测定经热处理淬硬的钢件，有效范围在20HRC～70HRC。表示方法为数字在前，硬度符号在后。如160HBW～180HBW(规定差值≯30)46HRC～50HRC（规定差值≯5）。数字越大，材料硬度越高。4.韧性韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力。金属韧性的判据用冲击吸收功（符号AK）工程材料工艺学-性能12表示，它是通过冲击试验确定的。在实际应用中常用冲击韧度值（符号ak）来表示材料的韧性，两者关系为ak﹦AK/S，单位J/cm2。ak值越大，材料韧性越好。实践证明，材料的多次重复冲击抗力取决于材料强度与韧性的综合力学性能。冲击能量高时，主要决定于材料的韧性；冲击能量低时，主要决定于强度。5.疲劳工程材料工艺学-性能13材料在循环应力的应变作用下,在一处或几处产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程,称为疲劳.金属疲劳的判据是疲劳强度。在工程上，疲劳强度是指在一定的应力循环次数(一般规定：钢铁材料的应力循环次数取107，有色金属取108)下不发生断裂的最大应力。光滑试样对称弯曲疲劳强度用符号σ-1表示工程材料工艺学-性能14由于疲劳强度断裂前无明显的塑性变形，断裂是突然发生的，危险性很大。影响金属疲劳强度的因素很多，如零件外形、受力状态、表面质量和周围介质等。合理设计零件结构、避免应力集中、降低表面粗糙度值以及进行表面强化等，可以提高工件的疲劳强度。工程材料工艺学-性能15练习思考题1.下列硬度要求或写法是否恰当？为什么？(1)HRC12～17；(2)HRC=50～60Kgf/mm2；(3)70HRC～75HRC；2.整体硬度要求230HBW～250HBW的轴类零件,精加工后再抽查,应选用什么硬度计测量硬度较合适？工程材料工艺学-性能163.一紧固螺钉在使用过程中发现有塑性变形，是因为螺钉材料的力学性能哪一判据的值不足？4.用洛氏硬度试验方法能否直接测量成品或教薄工件？为什么？【工程材料性能的更多知识请参见《工程材料及其热处理》P3-9】工程材料工艺学-性能1721工程材料工艺学-性能18工程材料工艺学-性能19工程材料工艺学-性能20工程材料工艺学-性能21工程材料工艺学-性能22工程材料工艺学-性能23