材料的性能ppt课件
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回 火 tempering ： 淬 硬 钢 加 热 到 临 界
点A1以下预定的温度的热处理。通过松 弛淬火应力和使组织向稳定状态过度， 改善材料延性和韧性，使钢获得一定的 力学性能和稳定的几何尺寸；
26
.
1.3 工艺性能——热处理性能
退火annealing：软化材料的热处理，
将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温 度，保温一定时间，然后缓慢冷却(随炉 冷却)，以获得接近平衡状态组织的热处 理工艺；
1.1 力学性能——硬度——布氏硬度
痕布
淬火钢球：用以测定硬度
氏 硬
<450的金属材料，硬度值用HBS表
度
示；
压
硬质合金球：用以测定硬
度在450～650之间的材料，其硬度
值用HBW表示；
➢如：120HBS表示用淬火钢球测得的布氏硬度值为
120；
➢优缺点：较高的测量精度，反映材料的平均性能，
与11 σ0.2.有存在一定的经验关系；不能测定高硬度材料。
石圆锥体； 应用：一般淬火钢件。
➢优点：操作迅速、简便，可由表盘上
直接读出硬度值，可测较薄工件；
➢缺点：精度较差，硬度值波动较大。
13
.
1.1 力学性能——硬度——维氏硬度
14
.
与布氏法相似；
金刚石四棱锥体；
正方形压痕；
根据对角线平均长度查表，获得硬度值。
优点：可用同一标尺测定从极软到极硬的材 料，可测较薄材料和各种表面渗层，且准确 度高； 缺点：需测量压痕对角线长度，测试手续相 对较繁。
比例弹性变形
抗拉强度： σb=Fb/Ao
试样在断裂前所能
承受的最大应力
o 5
.
ε 应变：单位长度的伸长量，ε=Δl/l0
1.1 力学性能——低碳钢拉伸曲线
弹性模量E：材料在弹性范围 σ
内，应力与应变的比值，E=σ/ε，E 标志材料抵抗弹性变形的能力，用
σ0.2
b
以表示材料的刚度； a
名义屈服强度σ0.2 ：
1.1 力学性能——硬度——洛氏硬度
12
.
以顶角为120°的金刚石圆锥压入试样表面；
先加初载荷，然后加主载荷；
压入试样表面之后，去除主载荷；
保留初载荷的情况下，根据试样 表面压痕深度(h=h3-h1)确定被测 材料的洛氏硬度。
1.1 力学性能——硬度——洛氏硬度
洛氏硬度压痕
常用标尺：HRC； 压头类型： 120°金刚
第1章 材料的性能
1
.
使用性能
材 材料制成零件或构件
料
后，为保证其正常工 作和一定的工作寿命
的 所必须具备的性能。
性 能 工艺性能
材料在冷、热加工过 程中，为保证加工过 程的顺利进行材料所 2 . 必须具备的性能。
力学性能 物理性能
化学性能
铸造性能 锻造性能 焊接性能 热处理性能 切削加工性能
1.1 力学性能
正火normalizing：工件奥氏体化后，
保温一定时间然后在空气中或保护气氛 中冷却转变成接近平衡状态的一种热处 理工艺；
27 表.面热处理：表面淬火及化学热处理。
1.3 工艺性能——切削加工性能
材料接受切削加工的 难易程度；
材料具有适当的硬度 和足够脆性时较易切 削；
灰铸铁>钢，碳钢>高 合金钢。
流动性、收缩性、 偏析。
22
.
1.3 工艺性能——锻造性能
是否易于进行压力加工；
取决于材料的塑性和变形抗力；
纯铜、碳钢、铸铁。
23
.
1.3 工艺性能——焊接性能
焊接性能：两块材料在局部加热至熔融 状态下能牢固地焊接在一起的能力；
低碳钢具有良好的焊接性，而高碳钢、
铸铁的焊接性不好。
24
.
σ
力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能；
弹性变形：随载荷撤除而消失的变形；
塑性：材料在外力作用下，产生永
σb
b
久变形而不破坏的性能；
塑性变形：不随外力去除而消失
σσes
s e
p 非比例弹
性变形
k 的变形； 屈服：外力不增加而试样继续发生
变形的现象；
颈 缩
弹性极限：σe=Fe/Ao 屈服强度：σs=Fs/Ao
服强度，但经过较长时间的工 作会产生裂纹或突然断裂；
σσ34
疲劳强度：当应力低于
N1N2N3 N4
N
一定值时，试样可经受无限个
周期循环而不破坏，此应力值 ➢黑色金属：
称为材料的疲劳强度；
107周次；
➢有色金属、不锈钢：
18
.
108周次。
1.2 物理和化学性能——物理性能
1.密度——单位体积的物质的质量；
力学性能：指材料
抵抗各种外加载荷 的能力，其中包括 弹性、刚度、强度、 塑性、硬度、韧性、 疲劳强度等。
3
.
1.1 力学性能——低碳钢拉伸曲线
拉伸试验机
拉伸试样(GBT228-2002)
4
.
1.1 力学性能——低碳钢拉伸曲线
应力：单位面积上试样承受的 弹性：金属材料受外力作用时产生变形,当外
载荷，σ=F/Ao (MPa)；
1.3 工艺性能——热处理性能
热处理：就是通过加热、保温、冷却的方法使 材料在固态下的组织结构发生改变，从而获得
所要求的性能的一种加工工艺；
淬火、回火、退火、正火、表面热处理。
25
.
1.3 工艺性能——热处理性能
淬 火 quenching ： 将 钢 或 合 金 加 热 ，
以获得相应的高温相，然后快速冷却， 获得低温亚稳相的热处理工艺；
8
.
1.1 力学性能——硬度
种 布氏硬度HB，Brinell hardness 类 洛氏硬度HR，Rockwell hardness
维氏硬度HV，Vickers hardness
9
.
1.1 力学性能——硬度——布氏硬度
10
.
布氏硬度值是外力除以压痕球冠表 面积；
在实际操作中，不需计算，用刻度 放大镜测出压坑直径d，然后查表。
1.1 力学性能——韧性
冲击韧性：材 料抵抗冲击载 荷而不破坏的 能力。
15
.
பைடு நூலகம்
➢国家标准测试方法：GB/T 229-1994 金属夏 比缺口冲击试验方法；
➢冲击韧度aK：冲断时，在试样横截面的
单位面积上所消耗的功称为冲击韧性值，
aK=Ak/S
➢由于冲击试验采用的是标准试样，目前一般
用冲击功AK表示冲击韧性值。
28
.
作业题 见公共邮箱：
29
.
The End
30
.
断面收缩率
新标准 — ReH ReL Rp0.2
Rm A A11.3 Z
旧标准 σs σsU σsL σp0.2
σb δ5 δ10 ψ
7
.
单位 N/mm2 N/mm2 N/mm2 N/mm2
N/mm2 % % %
1.1 力学性能——硬度
硬度是指材料对局部塑性变形的抗力； 常用的硬度测量方法是压入法；
阿基米德法： ρ =
Wa ·ρfl
Wa －Wfl
比强度：强度σb与密度ρ之比；
2.熔点——材料的熔化温度；
陶瓷>金属、合金；高分子材料没有固定的熔点；
低熔点合金
耐高温难熔材料
3.导热性——材料传导热量的性能；
金属及合金的导热系数远高于非金属材料；
19
.
1.2 物理和化学性能——物理性能
4.导电性——材料传导电流的能力；
1.1 力学性能——韧性
TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关
建造中的Titanic 号
16
.
Titanic
近代船用钢板
1.1 力学性能——疲劳
17
.
彗星号
1842年5月10日，法国国王在凡尔赛宫举 行庆典，人们乘火车回城途中，机车车 轴断裂，数十人丧生；
疲劳“晶化理论”；
20 世 纪 50 年 代 世 界 上 第 一 批 喷 气 客 机 “彗星号”连续失事；
6.磁性——材料导磁的性能；
软磁材料：易磁化、导磁性好，外磁场去除后，磁性基本消失；
永磁材料：经磁化后，保持磁场，磁性不易消失；
铁、镍、钴
铝、铜、铅、不锈钢
20 居. 里点：磁性材料当温度升高到一定值时，磁性消失；铁-770 ℃
1.2 物理和化学性能——化学性能
1.耐腐蚀性：是指材料抵抗各种介质侵蚀的能力； 非金属材料>金属材料
1954年1月10日，英国海外航空公司“彗 星”1号客机机身突然在空中破碎，坠入 地中海；
不到1年的时间里，有3架以完全相同的 方式在空中解体；
彗星客机总共生产114架，有13架发生事 故而损坏。
1.1 力学性能——疲劳
疲劳：在交变应力(随时 σ
间做周期性变化的应力)作用下，σ1
零件所承受的应力虽然低于屈 σ2
IACS=International Annealed Copper Standard 国际退火铜标准； 金属及其合金具有良好的导电性：银>铜>铝>铁； 高分子材料大多是绝缘体，高分子复合材料也有良好的导电性； 陶瓷材料是绝缘体、半导体；
5.热膨胀性——材料随着温度变化而膨胀收缩的特性；
陶瓷<金属<高分子
2.抗氧化性：材料在加热时抵抗氧化作用的能力； 金属及合金的抗氧化机理：氧化膜
3.化学稳定性：是材料耐腐蚀性和抗氧化性的总称； 热稳定性：高温下的化学稳定性。
21
.
1.3 工艺性能——铸造性能
铸造：金属材料的液
态成型工艺。将熔融 金属浇注、压射或吸 入铸型型腔，凝固后 使之成为具有一定形 状和性能的铸件；
延伸率δ：试样拉断后的标距伸 o
长量Δl与原始标距l0之比；
0.2%
ε
断面收缩率ψ ：是指试样拉断
处横截面积的收缩量ΔA与原始横截
面积A0之比。
6
.
1.1 力学性能——低碳钢拉伸曲线
新、旧国家标准性能名称和符号对照表：
性能名称 屈服强度 上屈服强度 下屈服强度 规定非比例延伸强度 （条件屈服强度） 抗拉强度 断后伸长率
点A1以下预定的温度的热处理。通过松 弛淬火应力和使组织向稳定状态过度， 改善材料延性和韧性，使钢获得一定的 力学性能和稳定的几何尺寸；
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1.3 工艺性能——热处理性能
退火annealing：软化材料的热处理，
将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温 度，保温一定时间，然后缓慢冷却(随炉 冷却)，以获得接近平衡状态组织的热处 理工艺；
1.1 力学性能——硬度——布氏硬度
痕布
淬火钢球：用以测定硬度
氏 硬
<450的金属材料，硬度值用HBS表
度
示；
压
硬质合金球：用以测定硬
度在450～650之间的材料，其硬度
值用HBW表示；
➢如：120HBS表示用淬火钢球测得的布氏硬度值为
120；
➢优缺点：较高的测量精度，反映材料的平均性能，
与11 σ0.2.有存在一定的经验关系；不能测定高硬度材料。
石圆锥体； 应用：一般淬火钢件。
➢优点：操作迅速、简便，可由表盘上
直接读出硬度值，可测较薄工件；
➢缺点：精度较差，硬度值波动较大。
13
.
1.1 力学性能——硬度——维氏硬度
14
.
与布氏法相似；
金刚石四棱锥体；
正方形压痕；
根据对角线平均长度查表，获得硬度值。
优点：可用同一标尺测定从极软到极硬的材 料，可测较薄材料和各种表面渗层，且准确 度高； 缺点：需测量压痕对角线长度，测试手续相 对较繁。
比例弹性变形
抗拉强度： σb=Fb/Ao
试样在断裂前所能
承受的最大应力
o 5
.
ε 应变：单位长度的伸长量，ε=Δl/l0
1.1 力学性能——低碳钢拉伸曲线
弹性模量E：材料在弹性范围 σ
内，应力与应变的比值，E=σ/ε，E 标志材料抵抗弹性变形的能力，用
σ0.2
b
以表示材料的刚度； a
名义屈服强度σ0.2 ：
1.1 力学性能——硬度——洛氏硬度
12
.
以顶角为120°的金刚石圆锥压入试样表面；
先加初载荷，然后加主载荷；
压入试样表面之后，去除主载荷；
保留初载荷的情况下，根据试样 表面压痕深度(h=h3-h1)确定被测 材料的洛氏硬度。
1.1 力学性能——硬度——洛氏硬度
洛氏硬度压痕
常用标尺：HRC； 压头类型： 120°金刚
第1章 材料的性能
1
.
使用性能
材 材料制成零件或构件
料
后，为保证其正常工 作和一定的工作寿命
的 所必须具备的性能。
性 能 工艺性能
材料在冷、热加工过 程中，为保证加工过 程的顺利进行材料所 2 . 必须具备的性能。
力学性能 物理性能
化学性能
铸造性能 锻造性能 焊接性能 热处理性能 切削加工性能
1.1 力学性能
正火normalizing：工件奥氏体化后，
保温一定时间然后在空气中或保护气氛 中冷却转变成接近平衡状态的一种热处 理工艺；
27 表.面热处理：表面淬火及化学热处理。
1.3 工艺性能——切削加工性能
材料接受切削加工的 难易程度；
材料具有适当的硬度 和足够脆性时较易切 削；
灰铸铁>钢，碳钢>高 合金钢。
流动性、收缩性、 偏析。
22
.
1.3 工艺性能——锻造性能
是否易于进行压力加工；
取决于材料的塑性和变形抗力；
纯铜、碳钢、铸铁。
23
.
1.3 工艺性能——焊接性能
焊接性能：两块材料在局部加热至熔融 状态下能牢固地焊接在一起的能力；
低碳钢具有良好的焊接性，而高碳钢、
铸铁的焊接性不好。
24
.
σ
力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能；
弹性变形：随载荷撤除而消失的变形；
塑性：材料在外力作用下，产生永
σb
b
久变形而不破坏的性能；
塑性变形：不随外力去除而消失
σσes
s e
p 非比例弹
性变形
k 的变形； 屈服：外力不增加而试样继续发生
变形的现象；
颈 缩
弹性极限：σe=Fe/Ao 屈服强度：σs=Fs/Ao
服强度，但经过较长时间的工 作会产生裂纹或突然断裂；
σσ34
疲劳强度：当应力低于
N1N2N3 N4
N
一定值时，试样可经受无限个
周期循环而不破坏，此应力值 ➢黑色金属：
称为材料的疲劳强度；
107周次；
➢有色金属、不锈钢：
18
.
108周次。
1.2 物理和化学性能——物理性能
1.密度——单位体积的物质的质量；
力学性能：指材料
抵抗各种外加载荷 的能力，其中包括 弹性、刚度、强度、 塑性、硬度、韧性、 疲劳强度等。
3
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1.1 力学性能——低碳钢拉伸曲线
拉伸试验机
拉伸试样(GBT228-2002)
4
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1.1 力学性能——低碳钢拉伸曲线
应力：单位面积上试样承受的 弹性：金属材料受外力作用时产生变形,当外
载荷，σ=F/Ao (MPa)；
1.3 工艺性能——热处理性能
热处理：就是通过加热、保温、冷却的方法使 材料在固态下的组织结构发生改变，从而获得
所要求的性能的一种加工工艺；
淬火、回火、退火、正火、表面热处理。
25
.
1.3 工艺性能——热处理性能
淬 火 quenching ： 将 钢 或 合 金 加 热 ，
以获得相应的高温相，然后快速冷却， 获得低温亚稳相的热处理工艺；
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1.1 力学性能——硬度
种 布氏硬度HB，Brinell hardness 类 洛氏硬度HR，Rockwell hardness
维氏硬度HV，Vickers hardness
9
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1.1 力学性能——硬度——布氏硬度
10
.
布氏硬度值是外力除以压痕球冠表 面积；
在实际操作中，不需计算，用刻度 放大镜测出压坑直径d，然后查表。
1.1 力学性能——韧性
冲击韧性：材 料抵抗冲击载 荷而不破坏的 能力。
15
.
பைடு நூலகம்
➢国家标准测试方法：GB/T 229-1994 金属夏 比缺口冲击试验方法；
➢冲击韧度aK：冲断时，在试样横截面的
单位面积上所消耗的功称为冲击韧性值，
aK=Ak/S
➢由于冲击试验采用的是标准试样，目前一般
用冲击功AK表示冲击韧性值。
28
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作业题 见公共邮箱：
29
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The End
30
.
断面收缩率
新标准 — ReH ReL Rp0.2
Rm A A11.3 Z
旧标准 σs σsU σsL σp0.2
σb δ5 δ10 ψ
7
.
单位 N/mm2 N/mm2 N/mm2 N/mm2
N/mm2 % % %
1.1 力学性能——硬度
硬度是指材料对局部塑性变形的抗力； 常用的硬度测量方法是压入法；
阿基米德法： ρ =
Wa ·ρfl
Wa －Wfl
比强度：强度σb与密度ρ之比；
2.熔点——材料的熔化温度；
陶瓷>金属、合金；高分子材料没有固定的熔点；
低熔点合金
耐高温难熔材料
3.导热性——材料传导热量的性能；
金属及合金的导热系数远高于非金属材料；
19
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1.2 物理和化学性能——物理性能
4.导电性——材料传导电流的能力；
1.1 力学性能——韧性
TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关
建造中的Titanic 号
16
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Titanic
近代船用钢板
1.1 力学性能——疲劳
17
.
彗星号
1842年5月10日，法国国王在凡尔赛宫举 行庆典，人们乘火车回城途中，机车车 轴断裂，数十人丧生；
疲劳“晶化理论”；
20 世 纪 50 年 代 世 界 上 第 一 批 喷 气 客 机 “彗星号”连续失事；
6.磁性——材料导磁的性能；
软磁材料：易磁化、导磁性好，外磁场去除后，磁性基本消失；
永磁材料：经磁化后，保持磁场，磁性不易消失；
铁、镍、钴
铝、铜、铅、不锈钢
20 居. 里点：磁性材料当温度升高到一定值时，磁性消失；铁-770 ℃
1.2 物理和化学性能——化学性能
1.耐腐蚀性：是指材料抵抗各种介质侵蚀的能力； 非金属材料>金属材料
1954年1月10日，英国海外航空公司“彗 星”1号客机机身突然在空中破碎，坠入 地中海；
不到1年的时间里，有3架以完全相同的 方式在空中解体；
彗星客机总共生产114架，有13架发生事 故而损坏。
1.1 力学性能——疲劳
疲劳：在交变应力(随时 σ
间做周期性变化的应力)作用下，σ1
零件所承受的应力虽然低于屈 σ2
IACS=International Annealed Copper Standard 国际退火铜标准； 金属及其合金具有良好的导电性：银>铜>铝>铁； 高分子材料大多是绝缘体，高分子复合材料也有良好的导电性； 陶瓷材料是绝缘体、半导体；
5.热膨胀性——材料随着温度变化而膨胀收缩的特性；
陶瓷<金属<高分子
2.抗氧化性：材料在加热时抵抗氧化作用的能力； 金属及合金的抗氧化机理：氧化膜
3.化学稳定性：是材料耐腐蚀性和抗氧化性的总称； 热稳定性：高温下的化学稳定性。
21
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1.3 工艺性能——铸造性能
铸造：金属材料的液
态成型工艺。将熔融 金属浇注、压射或吸 入铸型型腔，凝固后 使之成为具有一定形 状和性能的铸件；
延伸率δ：试样拉断后的标距伸 o
长量Δl与原始标距l0之比；
0.2%
ε
断面收缩率ψ ：是指试样拉断
处横截面积的收缩量ΔA与原始横截
面积A0之比。
6
.
1.1 力学性能——低碳钢拉伸曲线
新、旧国家标准性能名称和符号对照表：
性能名称 屈服强度 上屈服强度 下屈服强度 规定非比例延伸强度 （条件屈服强度） 抗拉强度 断后伸长率