实用机械工程材料及选用教学课件作者张正贵第1章金属材料的性能-完成课件.ppt

第1章 金属材料的性能 1.1 金属材料的物理性能和化学性能 1.2 金属材料的力学性能 1.3 金属材料的工艺性能 3．热膨胀性 金属材料随温度升高而产生体积膨胀的性能，称为热膨胀性。 衡量热膨胀性的指标称为热膨胀系数，通常以线膨胀系数“α”表示。 由膨胀系数大的材料制造的零件, 在温度变化时, 尺寸和形状变化较大。 例如轴和轴瓦之间要根据其膨胀系数来控制其间隙尺寸； 铺设铁轨时，两钢轨衔接处应留有一定的空隙，使钢轨在长度方向有伸缩的余量； 不同金属材料的零件焊接时要考虑它们的热膨胀性是否相近，如相差太大，被焊的工件由于受热不均匀而产生不均匀的热膨胀，就会导致焊件的变形和焊接应力； 利用材料的热膨胀性，可使过盈配合的两个零件紧固在一起或使原来紧配的两零件加热松弛而卸下。 4．导热性 金属材料传导热量的能力称为导热性，导热性通常用热导率来衡量，用符号λ表示，单位是W/（m·K），即单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量。 金属材料的热导率越大，说明导热性越好。 金属的导热性以银为最好，铜、铝次之，合金的导热性比纯金属差。 在制定焊接、铸造、锻造和热处理工艺时，必须考虑材料的导热性，防止材料在加热或冷却过程中形成过大的内应力而造成变形与开裂。 5．导电性 金属材料传导电流的能力称为导电性，用电阻率来衡量，符号为ρ，单位为Ω·m。 超导体的电阻率ρ=0，导体的电阻率ρ=10-8-10-5Ω·m，半导体的电阻率ρ=10-5-107Ω·m，绝缘体的电阻率ρ=107-1022Ω·m。电阻率越小，金属材料导电性越好，金属及其合金具有良好的导电性能，但合金的导电性比纯金属差。 金属材料以银的导电性能最好，铜、铝次之，但银较贵，故工业上常用铜、铝及其合金作导电材料，如电线、电缆、电器元件等。 导电性差、电阻率高的金属(如钨、钼、铁、铬、铝)用来制造电阻器和电热元件。 6．磁性 物质放入磁场中会表现出不同的磁性特性，称此为物质的磁性。金属材料按磁性可分为三类： (1)铁磁性材料 在外磁场中能强烈地被磁化，如铁、钴、镍等，可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。铁磁性材料在温度升高到一定数值时，其磁畴被破坏，变为顺磁体，这个转变温度称为居里点，如铁的居里点是770℃。 (2)顺磁性材料 在外磁场中只能微弱地被磁化，如锰、铬、铂等； (3)抗磁性材料 能抗拒或削弱外磁场对材料本身的磁化作用，如铜、锌、铋、银等，用于要求避免电磁场干扰的零件和结构材料，如航海罗盘。 1.2.l 金属材料所受载荷与力学性能 1．金属材料承受的载荷 金属材料在加工和使用过程中所受到的外力称为载荷。按外力的作用性质，常分为如下三种： (1)静载荷 是指大小不变或变化很慢的载荷。如机床的床头箱对机床床身的压力等。 (2)冲击载荷 是指在很短的时间内（或突然）施加在构件上的载荷，其特点是加载速度快、作用时间短。许多机器零件在服役时往往受到冲击载荷的作用，如汽车行驶通过道路上的凹坑，空气锤锤头下落时锤杆所承受的载荷，飞机起飞和降落及金属压力加工（锻造、模锻）等。 (3)变动载荷 是指载荷大小，甚至方向均随时间变化的载荷。工程中很多机件都是在变动载荷下工作的，如曲轴、连杆、齿轮、弹簧及桥梁等。 根据作用形式不同，载荷又可分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷等，如图1-1所示。 1.2.l 金属材料所受载荷与力学性能 2．内力与内应力 材料受外力作用时，为保持自身形状尺寸不变，在材料内部作用着与外力相对抗的力，称为内力。内力的大小与外力相等，方向则与外力相反，和外力保持平衡。单位面积上的内力称为应力。 3．变形 变形是指材料在受外力作用时发生尺寸和形状的变化。通常包括弹性变形和塑性变形。 (1)弹性变形 材料在载荷作用下发生变形，而当载荷卸除后，变形也完全消失。这种随载荷的卸除而消失的变形称为弹性变形。 (2)塑性变形 是指在外力去除后不能恢复的那部分变形。 4.常用的力学性能指标：强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度 1.2 金属材料的力学性能 若采用光滑圆柱形试样，试样的标距长度L0=5d0或L0=10d0，d0为原始直径。 当采用板状试样时，试样的标距长度应该满足下列关系 2.强度指标 常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。 （1）屈服强度 当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。分上屈服强度和下屈服强度。 上屈服强度（ReH）是指试样发生屈服而力首次下降前的最高应力； 下屈服强度（ReL）是指在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。 1.2.4 硬度 1.2.5金属材料的韧性 1.3.1 铸造性能 1.3.3 焊接性能 1.3.4 切削加