ch1金属材料的机械性能课件.ppt

1、第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础第二篇第二篇 轮机工程材料轮机工程材料第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能第二章第二章 金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构与结晶第三章第三章 合金的构造与铁碳合金状态图合金的构造与铁碳合金状态图第四章第四章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶第五章第五章 钢的热处理钢的热处理第六章第六章 工业用钢工业用钢第七章第七章 船用铸铁船用铸铁第八章第八章 有色金属及其合金有色金属及其合金第九章第九章 船用非金属材料船用非金属材料第十章第十章 轮机主要零件的材料及热处理轮机主要零件的材料及热处理第一章第一章 金属材料的性能

2、金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础工程材料分类工程材料分类金属材料金属材料非金属材料非金属材料黑色金属：铁和以铁为基的合金黑色金属：铁和以铁为基的合金有色金属：黑色金属以外的所有金属及其合金有色金属：黑色金属以外的所有金属及其合金陶瓷材料陶瓷材料高分子材料高分子材料复合材料复合材料陶瓷陶瓷塑料塑料橡胶橡胶合成纤维合成纤维玻璃玻璃玻璃陶瓷玻璃陶瓷第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础金属材料：纯金属、合金金属材料：纯金属、合金金属材料的性能金属材料的性能使用性能：机械性能、物理性能、使用性能：机械性能、物理性能、化学性能化学性能工艺性能工艺性能第一章第一章 金属材

3、料的性能金属材料的性能第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础 一、室温下的机械性能指标一、室温下的机械性能指标机械性能（力学性能）：机械性能（力学性能）：金属材料在载荷作用下抵抗金属材料在载荷作用下抵抗 破坏的性能。破坏的性能。第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础强度：抵抗产生塑性变形或断裂的能力。强度：抵抗产生塑性变形或断裂的能力。刚度：金属材料在外力作用下抵抗刚度：金属材料在外力作用下抵抗 弹性变形的能力。弹性变形的能力。指标：指标：E E取决于材料金属本性，晶取决于材料金属本性，晶格类型和原子间距，而与格类型和原子间距，而与显微组

4、织关系不大。显微组织关系不大。除与除与E E有关外，还与构件截面积有关外，还与构件截面积大小有关大小有关 第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础bs 屈强比屈强比（常用参数）（常用参数）指标：屈服强度指标：屈服强度s s抗拉强度抗拉强度 b b有明显屈服：有明显屈服：s s无明显屈服：无明显屈服：0.20.28.0bs 一般一般越小可靠性越大，但潜力发挥小越小可靠性越大，但潜力发挥小第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础 指标：延伸率指标：延伸率 断面收缩率断面收缩率 塑性：指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形而塑性：指金属材料在载荷作用

5、下，产生塑性变形而 不破坏的能力。不破坏的能力。%lllk10000%100AAA0k0 注意：注意：5 5和和1010不可比，不可比，更合理些更合理些 硬度：金属表面抵抗局部塑性变形的能力。硬度：金属表面抵抗局部塑性变形的能力。压入法压入法:布氏硬度（布氏硬度（HBHB）洛氏硬度（洛氏硬度（HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC）维氏硬度（维氏硬度（HVHV）显微硬度（显微硬度（HMHM）第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础 布氏硬度布氏硬度(HB)(HB)l 以一定的压力以一定的压力F F把一定直径的淬火钢球把一定直径的淬火钢球或硬质合金球压入金属表面，或硬

6、质合金球压入金属表面，经规定时经规定时间后卸除试验力，测间后卸除试验力，测压痕直径压痕直径。AFHB )MPa(l HBS HBS450450：淬火钢球：淬火钢球 HBW450HBW450：硬质合金球：硬质合金球l 优点：精度高；可近似换算抗拉强度优点：精度高；可近似换算抗拉强度 缺点：不能测高硬度金属；不宜测成品或薄件缺点：不能测高硬度金属；不宜测成品或薄件（多测普通碳钢、铸铁及有色金属等）（多测普通碳钢、铸铁及有色金属等）第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础 洛氏硬度（洛氏硬度（HRHR）l 先施加先施加F F0 0，再施加主试验力，再施加主试验力F F1 1

7、，把压头垂直压入，把压头垂直压入表面，保持规定时间后，卸除表面，保持规定时间后，卸除F F1 1，测，测压痕深度压痕深度来计来计算硬度值。算硬度值。l 优点：操作简单迅速，直接从刻盘上读数；压痕小，优点：操作简单迅速，直接从刻盘上读数；压痕小，可测成品薄件可测成品薄件 缺点：材质不均时有误差；不宜测硬脆薄层缺点：材质不均时有误差；不宜测硬脆薄层l HRA HRA极硬（金刚石圆锥体极硬（金刚石圆锥体硬质合金）硬质合金）HRBHRB较软（淬火钢球较软（淬火钢球退火钢、有色金属）退火钢、有色金属）HRCHRC较硬（金刚石圆锥体较硬（金刚石圆锥体淬火钢、白口铸铁）淬火钢、白口铸铁）第一章第一章 金属材

8、料的性能金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础 维氏硬度（维氏硬度（HVHV）l 用夹角为用夹角为136136的正四棱锥体金刚的正四棱锥体金刚石施压，测压痕对角线的长度，以此测石施压，测压痕对角线的长度，以此测量单位压痕面积上的压力大小。（实际量单位压痕面积上的压力大小。（实际查表）查表）l 优点：较布氏、洛氏精确；测试范围广（极软到极硬）；优点：较布氏、洛氏精确；测试范围广（极软到极硬）；压入深度浅；适用于薄件压入深度浅；适用于薄件 缺点：操作较麻烦缺点：操作较麻烦 显微硬度（显微硬度（HMHM）利用显微硬度计可测定材料内部的组织或相组成物的硬度。利用显微硬度计可测定材料内部的组织或相组成物

9、的硬度。第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础试样锤头橡胶夹头 冲击韧性：金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。冲击韧性：金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。指标：指标：k k 冷脆：某温度范围内，冷脆：某温度范围内，k k显著降低显著降低AWkk 脆性转变温度脆性转变温度和含和含P P量有关，形成量有关，形成FeFe3 3P P（脆性大）（脆性大）脆性转变温度越低，材料的低温冲击韧性越好脆性转变温度越低，材料的低温冲击韧性越好另：多冲抗力（小能量多次重复冲击）另：多冲抗力（小能量多次重复冲击）第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础 蠕变强

10、度：金属材料长期在高温和应力作用下抵抗蠕变强度：金属材料长期在高温和应力作用下抵抗 塑性变形的能力。塑性变形的能力。6 6、疲劳强度、疲劳强度 疲劳断裂：受交变应力作用，工作应力疲劳断裂：受交变应力作用，工作应力b b的情况下发生的的情况下发生的 断裂断裂 疲劳强度：金属材料经无限次交变应力循环后，不致引起疲疲劳强度：金属材料经无限次交变应力循环后，不致引起疲 劳断裂的最大应力。劳断裂的最大应力。黑色金属：黑色金属：10107 7；其他：；其他：10108 8l 蠕变蠕变材料长时间在高温和一定应力作用下，材料长时间在高温和一定应力作用下，s s也也 会发生缓慢的塑性变形会发生缓慢的塑性变形第一

11、章第一章 金属材料的性能金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础2 2、热硬性、热硬性（红硬性（红硬性/高温硬度）高温硬度）金属材料在高温下仍具有较高硬度的性能。金属材料在高温下仍具有较高硬度的性能。持久强度：金属材料长期在高温应力作用下抵抗断裂的能力持久强度：金属材料长期在高温应力作用下抵抗断裂的能力Tt 在一定温度在一定温度T T（）下，工作一定的时间）下，工作一定的时间t t（h h）后，）后，产生断裂的应力。产生断裂的应力。l MPa190500100000 例：汽轮机叶片例：汽轮机叶片Tt 在一定温度在一定温度T T（）下，一定的时间）下，一定的时间t t（h h）内，产生）内，产生

12、一定的塑性变形量一定的塑性变形量（%）时所能）时所能 承受的最大应力。承受的最大应力。l 例：汽轮机叶片例：汽轮机叶片MPa57500100001.0 第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础一、工艺性能一、工艺性能1 1、铸造性、铸造性 2 2、可锻性、可锻性 流动性：液态金属充满铸模的能力流动性：液态金属充满铸模的能力 收缩性：铸件凝固时，体积收缩的程度收缩性：铸件凝固时，体积收缩的程度 偏析：金属在冷却凝固过程中，因结晶先后差异偏析：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组织的不均匀性。而造成金属内部化学成分组织的不均匀性。取决于金属材料的

13、塑性和变形抗力（强度）取决于金属材料的塑性和变形抗力（强度）第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础4 4、切削加工性（可切削性，机械加工性）、切削加工性（可切削性，机械加工性）和含碳量有关（含碳量越少，可焊性越好）和含碳量有关（含碳量越少，可焊性越好）HB160 HB160230230 指钢的淬硬性、淬透性、晶粒长大倾向及回火脆性等指钢的淬硬性、淬透性、晶粒长大倾向及回火脆性等 从切削后的表面粗糙度，刀具寿命等方面衡量从切削后的表面粗糙度，刀具寿命等方面衡量 影响因素：材料的种类、成分、硬度、组织、塑性等影响因素：材料的种类、成分、硬度、组织、塑性等第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能轮机机械基础轮机机械基础1 1、物理性能物理性能 密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性等密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性等2 2、化学性能、化学性能 包括耐腐蚀性和抗氧化性。包括耐腐蚀性和抗氧化性。另：耐磨性另：耐磨性综合性能综合性能对船用钢管依规范进行扩口、卷边、压扁和弯曲实验；对船用钢管依规范进行扩口、卷边、压扁和弯曲实验；对型材依规范进行对型材依规范进行180180冷弯实验，检查外表面完好程度。冷弯实验，检查外表面完好程度。