搜索
《机械基础》2011高职机电②班专用教学课件第一章机械概述§1-2金属材料的性能学习纲要2019/8/73材料应用背景2019/8/742019/8/75以汽车工业为例：一辆轿车，需用800多种材料，下面动画是轿车车身部分所采用的材料。动画轿车车身部分的材料2材料应用背景使用性能工艺性能物理性能化学性能力学性能金属材料的性能物理性能物理性——物质内在的稳定的不发生组成成分和性质变化的性质。密度：单位体积金属的质量，kg/m³。磁性：金属导磁的性能。导电性：金属材料传导电流的性能。热膨胀性：金属材料受温度影响发生体积变化的现象。导热性：金属材料传导热量的能力。熔点：金属从固体状态向液体状态转变时地温度。•1.密度金属的密度即是单位体积金属的质量，用符号ρ表示。其单位为ｋｇ／ｍ3。根据密度的大小，金属材料可分为轻金属和重金属。密度小于4.5ｇ／ｃｍ3的金属叫做轻金属，如铝，钛等，密度大于4.5ｇ／ｃｍ3的金属叫重金属。ρ＝m/vm：金属的质量（kg）；v：金属的体积(m³)1kg/m³=1000g/1000dｍ3=1g/dｍ3再x1000=1g/ｃｍ3。•2.熔点金属从固体状态向液体状态转变时的温度称为熔点。熔点一般用摄氏温度（℃）表示。各种金属都有其固定熔点。如铅的熔点为323℃，钢的熔点为１５３８℃。熔点对于冶炼、铸造、焊接和配制合金等都很重要。熔点低于１０００℃的金属称为低熔点金属，熔点在１０００～２０００℃的金属称为中熔点金属，熔点高于２０００℃的金属称为高熔点金属。•3导热性•金属材料传导热量的能力称为导热性。一般用热导率（导热系数）λ，表示金属材料导热性能的优劣。热导率大的金属材料的导热性好。在一般情况下，金属材料的导热性比非金属材料好。金属的导热性以银为最好，铜、铝次之。导热性好的金属散热也好，可用来制造散热器零件，如冰箱、空调的散热片。•4.热膨胀性金属材料在受热时体积会增大，冷却时则收缩，这种现象称为热膨胀性。各种金属的热膨胀性能不同。在实际工作中有时必须考虑热膨胀的影响。例如，一些精密测量工具就要选用膨胀系数较小的金属材料来制造；铺设铁轨、架设桥梁、金属工件加工过程中测量尺寸等都要考虑到热膨胀的因素。•5导电性•金属材料传导电流的性能称为导电性。但各种金属材料的导电性各不相同，其中以银为最好，铜、铝次之，工业上用铜、铝做导电的材料。导电性差的高电阻金属材料，如铁铬合金、镍铬铝、康铜和锰铜等用于制造仪表零件或电热元件，如电炉丝•6磁性金属导磁的性能称为磁性。具有导磁能力的金属材料都能被磁铁吸引。铁、钴、镍等为铁磁性材料，锰、铬、铜、锌为无磁性或顺磁性材料。但对某些金属来说，磁性也不是固定不变的，如铁在７６８℃以上就表现为没有磁性或顺磁性。铁磁性材料可用于制作变压器、电机的铁心和测量仪表零件等；无（顺）磁性材料可用做要求避免磁场干扰的零件。•金属材料的化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。1耐腐蚀性金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀作用的能力，称为耐腐蚀性。常见的钢铁生锈，就是腐蚀现象。•2抗氧化性金属材料抵抗氧化作用的能力，称为抗氧化性。金属材料在加热时，氧化作用加速，如钢材在锻造、热处理、焊接等加热作业时，会发生氧化和脱碳，造成材料的损耗和各种缺陷。因此，在加热坯件或材料时，常在其周围形成一种还原气体或保护气体，以避免金属材料的氧化。•3化学稳定性化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性叫做热稳定性。用于制造在高温下工作的零件的金属材料，要有良好的热稳定性。二、金属材料的化学性能1、强度：强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏（过量塑性变形或断裂）的能力。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指标。抗拉强度：金属材料能够承受最大载荷的能力。用σb表示。Pbσb＝——Pb：试样承受最大外力（N）,F0：试样原始截面积（m²）F0工程材料第一章金属材料的性能272、塑性：塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。用伸长率δ和断面收缩率ψ来衡量。3、硬度：硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。硬度是指金属材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力。是金属材料表面抵抗变形或破坏的能力。目前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬度法，它是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测试的金属材料表面，根据被压入程度来测定其硬度值。常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等方法。布氏硬度HB布氏硬度计适用于未经淬火的钢、铸铁、有色金属或质地轻软的轴承合金。适用范围:＜450HBS;＜650HBW;洛氏硬度HRh1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计定义：每0.002mm相当于洛氏1度洛氏硬度常用标尺有：B、C、A三种①HRB轻金属，未淬火钢②HRC较硬，淬硬钢制品③HRA硬、薄试件10HRC≈HBS维氏硬度维氏硬度的压力一般可选5，10，20，30，50，100，120kg等，小于10kg的压力可以测定显微组织硬度。适用范围:测量薄板类;HV≈HBS;4、冲击韧性•材料在材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。•试样冲断时所消耗的冲击功Ak为：•Ak=mgH–mgh(J)•冲击韧性值ak就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。AKak=(J/cm²)S0ak值低－脆性材料：断裂时无明显变形，金属光泽，呈结晶状。ak值高－韧性材料：明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽。工程应用案例：Titanic沉没原因Titanic——含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低温呈脆性。所以，冲击试样是典型的脆性断口。近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。Titanic号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果一项新的科学研究回答了80年未解之谜许多机械零件如弹簧、轴、齿轮等，在工作时承受交变载荷，即交变应力低于屈服强度，但在若干次循环后还会发生断裂。图1为轴的疲劳试验示意。图1轴的疲劳试验5、疲劳强度金属材料的工艺性能1：铸造性（可铸性）：指金属材料能用铸造的方法获得合格铸件的性能。铸造性主要决定于金属液体的流动性，冷却时的收缩性等。流动性是指液态金属充满铸模的能力，收缩性是指铸件凝固时，体积收缩的程度，偏析是指金属在冷却凝固过程中，因结晶先后差异而造成金属内部化学成分和组织的不均匀性。2：可锻性：指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。它包括在热态或冷态下能够进行锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关。3、焊接性（可焊性）：指金属材料对焊接加工的适应性能。主要是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。它包括两个方面的内容：一是结合性能，即在一定的焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性，二是使用性能，即在一定的焊接工艺条件下，一定的金属焊接接头对使用要求的适用性。4、切削加工性（可切削性，机械加工性）：指金属材料被刀具切削加工后而成为合格工件的难易度。切削加工性好坏常用加工后工件的表面粗糙度，允许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量。它与金属材料的化学成分，力学性能，导热性及加工硬化程度等诸多因素有关。通常是用硬度和韧性作切削加工性好坏的大致判断。一般讲，金属材料的硬度愈高愈难切削，硬度虽不高，但韧性大，切削也较困难。谢谢观看