材料的性能

定义:材料在使用和加工过程中表现出来的特性。分类:材料的性能疲劳性能使用性能工艺性能物理化学性能力学性能强度塑性硬度韧性耐磨性铸造性能锻造性能焊接性能切削加工性能热处理性能第一章材料的性能在静载荷下强度、塑性硬度：布氏硬度、洛氏硬度等在冲击载荷下冲击韧度在交变载荷下疲劳强度定义：指材料在外力的作用下所表现出来的特性。载荷§1.1材料的使用性能一、材料的力学性能拉伸试样静载拉伸试验机应力R()=F/S0应变e()=(l-l0)/l0（一）弹性与刚度典型材料的R—e曲线（a）无塑性变形的脆性材料（如铸铁、陶瓷）（b）有明显屈服点的塑性材料（如低碳钢）（c）没有明显屈服点的塑性材料（如退火铝合金、高碳钢）eeeRRRReL(a)(b)(c)弹性模量E标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。弹性模量大小主要取决于材料的本性，强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量影响很小。可通过增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。)(MPaeRtgE（二）强度强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。弹性极限Re：试样保持纯弹性变形的最大应力值。屈服强度ReL：材料发生塑性变形时的最小应力值。条件屈服强度RP0.2：残余变形量为0.2%时的应力值。（RP0.2与ReL的意义相同！）抗拉强度Rm：材料断裂前所承受的最大应力值。（三）塑性材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。断后伸长率：%100001lllA%100010SSSZ断面收缩率：断裂后拉伸试样的颈缩现象说明：①A和Z↑，材料的塑性↑②直径d0相同时，l0，A。只有当l0/d0为常数时，塑性值才有可比性。当l0=10d0时，伸长率用A11.3表示；当l0=5d0时，伸长率用A表示。显然AA11.3③A5%时，无颈缩，为脆性材料A5%时，有颈缩，为塑性材料④用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。生产中，为了提高安全性，都要求零件具有一定的塑性。一般，A达5％或Z达10％的材料，即可满足大多数零件的使用要求。（四）硬度材料抵抗表面局部塑性变形的能力。是表征材料力学性能的综合参数。一般，硬度↑强度↑耐磨性↑塑性↓1、布氏硬度HBW优点：重复性强，测量误差小。具有较高的测量精度。数据稳定。缺点：压痕大，测量费时，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。适于：较软材料，如铸铁、退火或正火钢及有色金属的硬度压头淬火钢球硬质合金球符号HBSHBW范围HB≤450HBW≤650应用退火和正火钢、铸铁、有色金属等软材料布氏硬度值≤650HBW的材料HRA、HRB、HRC分别测得的硬度，不可直接比较大小。例如：50HRC70HRA〤50HRB40HRC〤HRA(高等硬度)：硬质合金、表面淬火层和渗碳层。HRB(低等硬度)：有色金属、铸铁和退火、正火钢等。HRC(中等硬度)：调质钢、淬火钢。优点：操作迅速、简便，由表盘直接读出硬度值；压痕小，适用范围广。缺点：精度较差，硬度值波动较大。不适于测量组织不均匀材料。2、洛氏硬度HRB压头、硬度符号120º金刚石圆锥体淬火钢球：HRAHRC优点：维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。维氏硬度可测定从很软到很硬的各种材料，可测定较薄材料和各种表面渗层，且准确度高。测量薄件、化学热处理件、表面硬化层的硬度（如渗层、表面淬硬层、电镀层等），以及微观组织的硬度。缺点：测试过程较繁琐。不宜用于成批生产时的常规检验。4、显微硬度显微硬度实验原理与维氏硬度完全相同，但精度要求高。可用于金相组织中相的硬度以及材料表层硬度大小的测量。3、维氏硬度HV压头：锥面夹角为136º的金刚石正四棱锥体（五）韧性1、冲击韧度材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧度。1)摆锤式一次冲击试验。2)小能量多次冲击试验。试样锤头橡胶夹头多次冲击弯曲实验示意图SAakk指标为冲击韧度值ak(冲击实验测得，即为冲断单位面积所消耗的功)。2、断裂韧度材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力Titanic号钢板和近代船用钢板的冲击试验结果Titanic近代船用钢板（六）疲劳材料在低于ReL的重复交变应力作用下发生断裂的现象。材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限R-1。钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。疲劳寿命——材料发生疲劳破坏时的应力循环次数，或从开始受载到发生断裂所经过的时间称为该材料的疲劳寿命。（80%的断裂由疲劳造成）疲劳应力示意图疲劳曲线示意图主要性能指标的应用弹性指标：设计弹性零件时，需考虑弹性极限Re，如各类弹簧和弹性元件等。强度和塑性：一般零件的抗断裂设计对工作条件不允许发生明显塑性变形的零件或构件，根据屈服强度值ReL(RP0.2)选材，大多数机器可以预防事故发生。对无明显屈服现象的脆性材料，依据抗拉强度Rm选材。硬度：设计耐磨零件时，必须考虑的性能指标，如滚动轴承等。冲击韧度：零件工作中，承受冲击载荷，如汽车齿轮、弹簧、冲压模具等。(参考指标)其中，对某一零件有力学性能要求时，一般在设计图纸上提出硬度技术要求，而不是强度和塑性。二、材料的物理和化学性能（一）物理性能物理性能BECDA导电性能折射、反射、吸收光及声学性能密度、熔点磁性热效应及导热性能材料的腐蚀:材料受环境介质的化学、电化学作用而引起的变质或破环现象，分为化学腐蚀和电化学腐蚀。其它化学性能：抗氧化性、抗渗入性、高分子材料的老化等（二）化学性能§1.2材料的工艺性能金属材料的一般加工过程如下：1.铸造性能2.锻造性能万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环精密铸件3.切削加工性能4.焊接性能5.热处理性能“维克斯”3坦克原型车，其炮塔前半部分铸造而成，后半部分则为焊接结构一、填空1.机械设计时常用和两种强度指标。2.屈强比是指与之比。3.材料主要的工艺性能有、、、和。4.金属材料常用的机械性能指标有：抗拉强度用表示；屈服强度用表示；硬度常用和表示；常用塑性指标有和；冲击韧性用表示。二、判断题1.ReL和RP0.2都是材料的屈服强度。2.材料的弹性越好，其塑性也愈好。3.零件设计时，若对力学性能有要求，图纸上常对硬度提出技术要求。三、选择题1.在低碳钢拉伸应力—应变曲线上，对应的最大应力值称为。A.弹性极限B.屈服强度C.抗拉强度D.断裂强度2.材料发生塑性变形时最小的应力值称为材料的。A.弹性极限B.屈服强度C.抗拉强度D.断裂强度四、简答题1.检测淬火钢成品件一般用硬度。检测退火和正火钢件常用硬度，检测渗碳件、渗氮件等薄层的硬度常采用硬度。2.有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。哪种方法合理？为什么？