航空材料-热处理课件.ppt

1、20222022年年5 5月月3030日日 航空材料航空材料 航空材料 精品课程张家界航院数控工程系绪论o 材料与材料科学o 材料的分类与概况o 材料科学与机械工程o 本课程的目的、内容与学习要求航空材料 精品课程张家界航院数控工程系o 一、材料与材料科学 人类社会的发展按材料分为石器时代、青铜器时代、铁器时代。 我们的祖先创造了辉煌的历史 原始社会末期，中国最早使用了陶器。 东汉时期出现瓷器，传至世界各国。 汉代，先炼铁后炼钢的技术居世界领先地位。 航空材料 精品课程张家界航院数控工程系o现代技术的三大支柱：能源、信现代技术的三大支柱：能源、信息、材料；息、材料；o材料的品种、数量和质量已成

2、为材料的品种、数量和质量已成为衡量一个国家科技和国民经济水衡量一个国家科技和国民经济水平及国防力量的重要标志。平及国防力量的重要标志。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系什么是材料？什么是材料？ 航空材料 精品课程张家界航院数控工程系材料是人类生产和生活所必须材料是人类生产和生活所必须的物质基础。的物质基础。手手锤锤锉刀锉刀国产涡喷国产涡喷-7涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机航空材料 精品课程张家界航院数控工程系石器石器铁器铁器 象形尊象形尊( (西周西周) )o 石器时代石器时代o 青铜器时代青铜器时代o 铁器时代铁器时代由于材料的重要性，由于材料的重要性，历史学家根据人类所使用的材料来划分时

3、代。历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系02 02 什么是材料科学什么是材料科学材料科学是研究材料材料科学是研究材料的结构、制备加工工艺与的结构、制备加工工艺与性能之间关系的科学。性能之间关系的科学。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系材料科学与工程的四要素材料科学与工程的四要素使用性能使用性能成分成分/组织组织固有性能固有性能制备制备/加工加工材料科学与工程的四要素材料科学与工程的四要素使用性能使用性能成分成分/组织组织固有性能固有性能制备制备/加工加工材料结构所包括的四个层次：原子结构、结合键、原子排列方式和组织 成分成分/组织组织制备制备/加工

4、加工制备、加工方法及其对性能的影响材料本身所具有的物理、化学及力学性能固有性能固有性能使用性能使用性能将材料的固有性能和产品设计、工程应用能力等联系起来。如寿命、速度、能量利用率、安全可靠性机械工程材料机械工程材料机械工程材料主要指用于机械工程、电器工机械工程、电器工程、建筑工程、化工工程、程、建筑工程、化工工程、航空航天工程航空航天工程等领域的材料。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 材料史上几个重要事件 1863年，出现了金相显微镜，产生了金相学。 进而产生了金属学，金属学以化学、物理、材料力学为基础。 1912年出现了X射线衍射技术。 1932年出现了电子显微分析技术。 公欲善其事，

5、必先利其器。 20世纪以来，材料的发展状况 高性能金属材料发展的同时，高分子材料、陶瓷材料和复合材料迅速发展，目前正在进入人工合成材料的新时代。 航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 材料科学的研究范畴 材料科学是研究材料的成分、组织、性能和应用之间的关系及其规律的一门科学，它包含四个基本要素： 材料的成分组织结构、材料的制备合成与加工工艺、材料的固有性能和材料的使用行为。 多数发达国家非常重视材料科学研究 1972年，美国国家科学院的白皮书报告，全美科技人员有 25%从事材料问题研究，还有25%以某种形式参与材料的研究。 1986年科学的美国人杂志在讨论有关材料研究的文章中指出“材料科学的

6、进展决定了经济关键部门增长率的极限范围”。 航空材料 精品课程张家界航院数控工程系金属材料制品金属材料制品航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 1990年美国总统的科学顾问指出“材料科学在美国是最重要的学科”。 二、材料的分类与概况 工程材料是指固体材料领域中与工程（ 结构、零件、工具 ）有关的材料，主要应用于机械制造、航空航天、化工、建筑与交通等部门。 按其应用领域分为机械工程材料、电子工程材料、航空材料 按其性能特点分为结构材料和功能材料 工程上按材料的化学属性将材料分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料四大类。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系河北沧州的铁狮子河北沧州的铁狮子

7、铸造于公元铸造于公元953年，年，距今已有距今已有1千余年千余年的历史，狮高的历史，狮高5.3 m，长，长6.5 m，宽，宽3 m，重约，重约40 t。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系建筑铝合金型材建筑铝合金型材铝材管铝材管铝合金门窗铝合金门窗铝塑板铝塑板铝合金制品铝合金制品铝材管铝材管铝板铝板航空材料 精品课程张家界航院数控工程系金属材料金属材料纯金属纯金属合合 金金航空材料 精品课程张家界航院数控工程系l建筑建筑l桥梁桥梁l器械器械l车辆、飞机、舰艇车辆、飞机、舰艇l其它其它航空材料 精品课程张家界航院数控工程系航空材料 精品课程张家界航院数控工程系航空材料 精品课程张家界航院数控工

8、程系“空间金属空间金属”航空材料 精品课程张家界航院数控工程系“深海金属深海金属”航空材料 精品课程张家界航院数控工程系用钛用钛镍形状记忆合金制成的人造卫星天线镍形状记忆合金制成的人造卫星天线“亲生物金属亲生物金属” 重大成果重大成果 航空、航天事业迅速崛起，带动航空、航天航空、航天事业迅速崛起，带动航空、航天材料的发展。材料的发展。19661966年我国成功发射人造卫星；年我国成功发射人造卫星；19991999年年1111月月2121日我国载人航天工程第一艘试验飞船日我国载人航天工程第一艘试验飞船“神舟神舟”一号飞行成功；一号飞行成功； 20032003年年1010月月1515日中国第一艘载

9、人飞船日中国第一艘载人飞船“神舟神舟”五号飞行成功。五号飞行成功。人造卫星运载火箭“神舟”五号飞行成功飞船 重大成果重大成果 研制了超研制了超7 7隐形战斗机，隐形战斗机，20032003年年8 8月月3030日首飞成功。日首飞成功。 超7隐形战斗机歼7E战斗机 在在C60C60和碳纳米管新型碳材料的研究方面取得和碳纳米管新型碳材料的研究方面取得许多新的成果许多新的成果, ,利用碳纳米管作为衬底利用碳纳米管作为衬底, , 制备出均制备出均匀、致密的金刚石薄膜，并用碳纳米管作为晶须匀、致密的金刚石薄膜，并用碳纳米管作为晶须增强复合材料，制作纳米复合材料。增强复合材料，制作纳米复合材料。碳纳米管一

10、、工程材料在机翼、机体和防热层上的应用l（一）机翼和机体l（二）防热层机翼和机体喷嘴边缘荷载喷嘴边缘荷载”(Nozzle side loads)是火是火箭发动机排气喷嘴箭发动机排气喷嘴 发动机壳体发动机壳体飞机尾部喷管飞机尾部喷管航空材料 精品课程张家界航院数控工程系03 03 工程材料简介工程材料简介分类分类金属材料金属材料非金属材料非金属材料航空材料 精品课程张家界航院数控工程系金属材料金属材料 Metallic Materials金属材料金属材料钢铁材料钢铁材料Ferrous metals有色金属材料有色金属材料Non-ferrous metals用量占用量占80%航空材料 精品课程张家

11、界航院数控工程系非金属材料非金属材料 Non-metallic Materials分类分类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功能材料功能材料航空材料 精品课程张家界航院数控工程系陶瓷材料陶瓷材料 Ceramic Materials陶瓷陶瓷传统陶瓷传统陶瓷结构陶瓷结构陶瓷航空材料 精品课程张家界航院数控工程系高分子材料高分子材料 Polymeric Materials又称聚合物，按照用途可分为：又称聚合物，按照用途可分为： 塑料塑料 Plastic Materials合成纤维合成纤维 Synthetic fibres橡胶橡胶 Rubbers航空材料 精品课程张家界航院数控工程系

12、 金属、聚合物、陶瓷优点金属、聚合物、陶瓷优点缺点都非常明显，如果把两缺点都非常明显，如果把两种材料结合在一起，发挥各种材料结合在一起，发挥各自的长处，自的长处， 又可以在一定程又可以在一定程度下克服了它们的弱点，就度下克服了它们的弱点，就产生了复合材料。产生了复合材料。复合材料复合材料 Composite Materials航空材料 精品课程张家界航院数控工程系功能材料功能材料 Functional Materialsu 电功能材料u 磁功能材料u 热功能材料u 光功能材料u 其它功能材料简介航空材料 精品课程张家界航院数控工程系（一） 金属材料 用量最大、用途最广 分为：黑色金属和有色金属

13、。1.黑色金属：即钢铁材料，占金属材料的95%以上。2.有色金属：既非铁合金，指除铁基合金以外的所有金属及其合金材料。分为轻金属（铝、镁、钛），重金属（铅、锑），贵金属（金、银、镍、铂）。（二）高分子材料重量轻 电绝缘 隔热 耐蚀 高分子材料又称聚合物 ，是由相对分子质量很大的大分子组成，其 主要原料是石油化工产品航空材料 精品课程张家界航院数控工程系按其性能分为塑料、橡胶、合成纤维、涂料和胶粘剂。塑料是最重要的高分子材料，分为通用塑料和工程塑料。通用塑料占塑料生产的 70%左右，聚乙烯是典型代表。工程塑料指力学性能较高的聚合物。（ 三）陶瓷材料 陶瓷材料是指硅酸盐、金属与非金属元素的化合物（

14、 主要是氧化物、氮化物、碳化物）航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 传统陶瓷又称普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、长石等)为原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。 特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料的陶瓷，常用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。 陶瓷制品陶瓷制品陶瓷发动机陶瓷发动机航空材料 精品课程张家界航院数控工程系工业上分为三大类：1.传统陶瓷，由粘土、石英、长石组成，主要成分是天然硅、铝的氧化物及硅酸盐，常作建筑材料。2.特种陶瓷，主要成分是人工氧化物、碳化物、氮化物和硅化物等的烧结材料，常作工业上耐热、耐蚀、耐磨等零件。3.金属陶瓷,金属粉末与陶瓷粉末的烧结材料，常作工具、

15、模具等。陶瓷材料优点 高硬度、高耐磨性、高的抗压强度、高耐热性和耐蚀性。缺点塑性低易脆断且不易加工成形。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 （四）复合材料 金属、高分子、陶瓷材料各有优点，将两种或两种以上的材料微观地组合在一起形成的材料，便是复合材料。各组成材料取长补短，是一种新型的优异材料。 按其基体不同可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。 树脂基复合材料已处于成熟应用阶段，金属基复合材料和陶瓷基复合材料由于制造工艺复杂，成本高昂，尚处于研制开发阶段。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 高分子材料高分子材料在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业在机械、电气、

16、纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业和化学、交通运输、航空航天等工业中被广泛应用。和化学、交通运输、航空航天等工业中被广泛应用。 烯丙酰氯烯丙酰氯- -苯乙烯苯乙烯航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 综上所述，根据结合键可将材料分为四类: 金属材料金属材料主要以金属键结合，其强韧性好，塑性变形能力强，导电、导热性好，为主要的工程材料。高分子材料高分子材料以分子键和共价键结合，耐蚀性、绝缘性好，密度小，加工成型性好，强度不高、硬度较低，耐热性较差。陶瓷材料陶瓷材料以离子键、共价键结合，熔点高，硬度高，耐热，耐磨，脆性大，难以加工。复合材料复合材料可由多种结合键组成，强韧性好，比强度、比刚度高，抗

17、疲劳性好。 航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 三、材料科学与机械工程 机械工程是一个极广的概念 发展方向将朝着大型及微型、高速、耐高低温、耐高压、耐恶劣环境影响等方向发展。 优质的机械产品是合理的材料、优良的设计和正确的加工这三者整体配合，而材料是基础。 （一）材料与产品质量 大量事实说明，许多材料及其工艺问题是我国机械产品功能差、质量低寿命短的主要原因之一。 航空材料 精品课程张家界航院数控工程系材料性能与内部结构的关系材料性能与内部结构的关系 材料的不同性能都是由其内部材料的不同性能都是由其内部结构来决定的，从材料的内部结构结构来决定的，从材料的内部结构来料加工看，可分为四个层次：来

18、料加工看，可分为四个层次：原子结构原子结构结合键结合键原子排列方式原子排列方式显微组织显微组织航空材料 精品课程张家界航院数控工程系四层次的关系四层次的关系o原子结构是基础；原子结构是基础；o结合键不同性能也不同；结合键不同性能也不同；o原子排列方式（晶体和非晶体）原子排列方式（晶体和非晶体）的差别，可以改变材料的整个性的差别，可以改变材料的整个性能；能；o显微组织是研究材料性能的基础。显微组织是研究材料性能的基础。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系本课程的要求和基本内容本课程的要求和基本内容A.获得常用材料的获得常用材料的基础理论知识基础理论知识，了解各种机，了解各种机械工程材料的械工程

19、材料的基本特性和应用范围基本特性和应用范围；B.在了解材料成分、组织、性能关系的基础上，在了解材料成分、组织、性能关系的基础上，可根据零件的工作条件和失效形式，可根据零件的工作条件和失效形式，正确设正确设计和合理选材计和合理选材；C.了解结构、工艺、外界条件（温度、环境介了解结构、工艺、外界条件（温度、环境介质）对材料性能的影响，质）对材料性能的影响，正确制定零件的冷、正确制定零件的冷、热加工工艺路线热加工工艺路线。要求要求航空材料 精品课程张家界航院数控工程系A. 金属学、热处理原理，基础与金属学、热处理原理，基础与工艺；工艺；B. 材料（钢铁材料，有色金属及材料（钢铁材料，有色金属及其合金

20、，高分子材料，陶瓷材其合金，高分子材料，陶瓷材料，复合材料）；料，复合材料）；C. 重点重点 成分成分组织组织性能。性能。基本内容基本内容航空材料 精品课程张家界航院数控工程系第一章第一章 材料的力学性能材料的力学性能 材料的性能是指材料的性质和功能。性质是材料的性能是指材料的性质和功能。性质是本身所具有的特质或本性；功能是人们对本身所具有的特质或本性；功能是人们对材料的某种期待与要求种可以承担功效，材料的某种期待与要求种可以承担功效，以及承担该功效下的表现或能力。以及承担该功效下的表现或能力。o 力学性能力学性能o 物理性能物理性能o 化学性能化学性能o 工艺性能。工艺性能。航空材料 精品课

21、程张家界航院数控工程系第一章第一章 材料的力学性能材料的力学性能o 金属材料性能：使用性能和工艺性能金属材料性能：使用性能和工艺性能o 使用性能：为保证机械零件或工具正常工作，材料使用性能：为保证机械零件或工具正常工作，材料应具备的性能，它包括物理性能（如导电性、导热应具备的性能，它包括物理性能（如导电性、导热性、热膨胀性等）、化学性能（如抗腐蚀性、抗氧性、热膨胀性等）、化学性能（如抗腐蚀性、抗氧化性等）和力学性能。化性等）和力学性能。o 工艺性能：在制造机械零件或工具的过程中，材料工艺性能：在制造机械零件或工具的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能，它包括铸造、适应各种冷、热加工和热

22、处理的性能，它包括铸造、锻造、焊接、切削加工等工艺性能以及热处理工艺锻造、焊接、切削加工等工艺性能以及热处理工艺性等。性等。o 力学性能：材料在外力作用下所显示的性能，又称力学性能：材料在外力作用下所显示的性能，又称机械性能，如强度、硬度、塑性、韧性、抗疲劳性机械性能，如强度、硬度、塑性、韧性、抗疲劳性等。等。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系机械工程材料的常用性能机械工程材料的常用性能 两方面材料使用性能材料使用性能材料工艺性能材料工艺性能力学性能力学性能（强度、塑性韧性等）强度、塑性韧性等）物理性能物理性能（光、热、电、磁等）（光、热、电、磁等）化学性能化学性能（氧化、腐蚀等）（氧化、

23、腐蚀等）生物性能（生物性能（相容性、自恢复性等）相容性、自恢复性等）加工性能加工性能（切削、锻造等）（切削、锻造等）铸造性能铸造性能（适合铸造与否）（适合铸造与否）焊接性能焊接性能（容易焊接与否）（容易焊接与否）热处理性能热处理性能（可热处理强化）（可热处理强化）航空材料 精品课程张家界航院数控工程系力学性能力学性能定义定义 : 是指金属材料在外力的作用是指金属材料在外力的作用下所表现出来的抵抗能力。下所表现出来的抵抗能力。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 力 学 性 能强度硬度断裂韧度疲劳主要指标：主要指标：塑性韧性航空材料 精品课程张家界航院数控工程系物理性能物理性能o 物理性能，不

24、仅对工程材料的选用来说，有着重要的物理性能，不仅对工程材料的选用来说，有着重要的意义；而且也会对材料的加工工艺产生一定的影响。意义；而且也会对材料的加工工艺产生一定的影响。o（一）密度（一）密度o（二）热学性能（二）热学性能o 熔点；熔点； 热容；热容； 热膨胀；热膨胀；热传导热传导o（三）电学性能（三）电学性能o 电阻率电阻率； 电阻温度系数；电阻温度系数； 介电性介电性o（四）磁学性能（四）磁学性能o 磁导率磁导率； 饱和磁化强度饱和磁化强度M Ms s和磁矫顽力和磁矫顽力c c航空材料 精品课程张家界航院数控工程系化学性能化学性能o 材料在生产、加工和使用时，均会与环材料在生产、加工和使

25、用时，均会与环境介质发生化学反应，从而使其性能恶化或境介质发生化学反应，从而使其性能恶化或功能丧失。功能丧失。o（一）化学腐蚀（一）化学腐蚀o（二）电化学腐蚀（二）电化学腐蚀o ( (三）提高零件耐蚀性的主要措施三）提高零件耐蚀性的主要措施航空材料 精品课程张家界航院数控工程系塑性变形又称永久变形或残余变形 弹性变形塑性变形变形塑性材料：断裂前产生较大塑性变形的材料,如低碳钢 脆性材料：断裂前塑性变形很小的材料，如铸铁、石料 材料拉伸的力学性能材料拉伸的力学性能航空材料 精品课程张家界航院数控工程系材料的机械性质通过试验测定，通常为常温材料的机械性质通过试验测定，通常为常温静载试验。试验方法应

26、按照国家标准进行。静载试验。试验方法应按照国家标准进行。国家标准规定金属拉伸试验方法（GB2282002)GB2282002)LL=10d L=5d对圆截面试样：对矩形截面试样：0011.3lA005.65lA航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形式也作了详细规定式也作了详细规定当当 l=10d 时的试件称为时的试件称为长试件长试件，为，为推荐尺寸推荐尺寸当当 l=5d 时的试件称为时的试件称为短试件短试件，为材料尺寸不，为材料尺寸不足时使用足时使用标准试件航空材料 精品课程张家界航院数控工程系液压式材料液压式材料试

27、验试验机机材料的力学性能材料的力学性能在材料试验机上在材料试验机上进行测试。材料进行测试。材料试验机的式样有试验机的式样有很多，但大多为很多，但大多为机械传动或液压机械传动或液压传动。传动。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系电子拉力试验机电子拉力试验机航空材料 精品课程张家界航院数控工程系一、强度一、强度o强度：材料抵抗永久变形和断裂的能力强度：材料抵抗永久变形和断裂的能力o拉伸试验法：拉伸试验在拉伸试验法：拉伸试验在拉伸试验机拉伸试验机上进行上进行o拉伸试样：圆形试样（断面为圆形），根据拉伸试样：圆形试样（断面为圆形），根据GB639786的规的规定，拉伸试样分为长比例试样或短比例试样。

28、对圆形试样：长试定，拉伸试样分为长比例试样或短比例试样。对圆形试样：长试样样l=10d。；短试样。；短试样l=5d。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系20kN试验机10kN试验机电子拉力试验机电子拉力试验机航空材料 精品课程张家界航院数控工程系拉伸曲线拉伸曲线o 在开始的在开始的 OA 阶段，材料处于弹性变形阶段；超过阶段，材料处于弹性变形阶段；超过e点后，点后，材料开始产生塑性变形，在材料开始产生塑性变形，在S点处出现一小段水平线，这种点处出现一小段水平线，这种现象称为现象称为“屈服屈服”，标志着材料发生微量塑性变形。在试样，标志着材料发生微量塑性变形。在试样的标距长度内某处，横截面发生

29、局部收缩，即产生的标距长度内某处，横截面发生局部收缩，即产生“缩颈缩颈”现象，此时拉伸力开始减小，故现象，此时拉伸力开始减小，故b点为曲线上集中干预部，点为曲线上集中干预部，直至断裂（直至断裂（k点）。点）。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系PP拉伸曲线：拉伸曲线：P L 曲线曲线应力应变曲线：应力应变曲线： s e 曲线曲线L0PLs P /A0e L / L0航空材料 精品课程张家界航院数控工程系一、低碳钢拉伸时的力学性能一、低碳钢拉伸时的力学性能 O名义应力名义应力(Nominal stress)比例极限比例极限P弹 性 阶 段Elastic stage弹性极弹性极限限eBA屈服应力

30、屈服应力sC真应力真应力(True stress)F局 部 变 形 阶 段Localization stage断裂断裂E强化阶段Hardening stage强度极限强度极限bD屈 服 阶 段Yielding stage航空材料 精品课程张家界航院数控工程系力力伸长曲线伸长曲线FesbkLFsFbO屈服屈服弹弹性性变变形形缩颈缩颈断裂断裂塑塑性性变变形形塑性变形塑性变形: :外力外力去除后不能消失去除后不能消失的变形的变形航空材料 精品课程张家界航院数控工程系应变应变应应力力弹弹性性变变形形屈服屈服塑性塑性变形变形均匀均匀塑性变形塑性变形不均匀集中不均匀集中塑性变形塑性变形断裂断裂航空材料 精

31、品课程张家界航院数控工程系oe ：弹性极限op：比例极限os：屈服极限，屈服强度ob：强度极限，抗拉强度以上力学性能指标均对成分、组织以上力学性能指标均对成分、组织敏感敏感拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象应变应变应应力力弹弹性性变变形形屈服屈服塑性塑性变形变形均匀均匀塑性变形塑性变形不均匀集中不均匀集中塑性变形塑性变形断裂断裂航空材料 精品课程张家界航院数控工程系oe ：弹性极限op：比例极限os：屈服极限，屈服强度ob：强度极限，抗拉强度以上力学性能指标均对成分、组织以上力学性能指标均对成分、组织敏感敏感航空材料 精品课程张家界航院数控工程系Os%eaPsbescSsdbs弹性阶段弹性阶

32、段ps s 比例极限比例极限es s 弹性极限弹性极限e es sE 虎克定律虎克定律 tgE 弹性摸量弹性摸量Pss（）时成立屈服阶段屈服阶段 ss s 屈服极限屈服极限强化阶段强化阶段bs s 强度极限强度极限局部变形阶段局部变形阶段e航空材料 精品课程张家界航院数控工程系弹性弹性( elasticity ):金属材料受外力作金属材料受外力作 用时产生变形用时产生变形,当外力去掉后能恢复当外力去掉后能恢复 到原来形状及尺寸的性能。到原来形状及尺寸的性能。弹性变形弹性变形( elastic deformation ): 随载荷撤除而消失的变形。随载荷撤除而消失的变形。 弹性极限弹性极限( e

33、lastic limit ): Fe 弹性极限载荷弹性极限载荷( N ) e = ( M pa ) A0 试样原始横截面积试样原始横截面积( mm2)航空材料 精品课程张家界航院数控工程系强度强度(strength): 材料在力的作用下抵抗材料在力的作用下抵抗 变形和破坏的能力。变形和破坏的能力。(1)种类种类: 抗拉强度、抗拉强度、 抗压强度、抗压强度、 抗弯强抗弯强度度 、 抗剪强度抗剪强度 、 抗扭强度等。抗扭强度等。 (2)屈服强度屈服强度( yield strength): 屈服点屈服点 S Fs s = ( M pa ) A0试样屈服时的载荷试样屈服时的载荷( N )试样原始横截面

34、积试样原始横截面积( mm2)航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 按照国家标准规定，按照国家标准规定，取对应于试件产生取对应于试件产生0.2%0.2%的塑性应变的塑性应变(p=0.2%)的的应力作为屈服点应力作为屈服点, ,称为称为“条件屈服强度条件屈服强度”, ,用用0.2 表示表示名义屈服强度名义屈服强度。“名义屈服强度名义屈服强度”0.20.2s 有些塑性材料有些塑性材料( (如如: :铝合金铝合金) )没有明显的屈服平台。没有明显的屈服平台。由于无法确定其屈服点由于无法确定其屈服点, ,只能采用人为规定的方法。只能采用人为规定的方法。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系 按照国家

35、标准规定，按照国家标准规定，取对应于试件产生取对应于试件产生0.2%0.2%的塑性应变的塑性应变(p=0.2%)的的应力作为屈服点应力作为屈服点, ,称为称为“规定残余伸长应力”, ,用用0.2 表示。表示。“名义屈服应力名义屈服应力”0.20.2s 有些塑性材料有些塑性材料( (如如: :铝合金铝合金) )没有明显的屈服平台。没有明显的屈服平台。由于无法确定其屈服点由于无法确定其屈服点, ,只能采用人为规定的方法。只能采用人为规定的方法。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系规定残余伸长应力： sr0.2 =Fr0.2/A 0slF0.20.2%l0o航空材料 精品课程张家界航院数控工程系(

36、3)抗拉强度抗拉强度( tensile strength ): 试样在断裂前所能承受的最大应力。试样在断裂前所能承受的最大应力。 F b 试样断裂前的最大载荷试样断裂前的最大载荷(N) b = ( M pa ) A 0 试样原始横截面积试样原始横截面积( mm2)航空材料 精品课程张家界航院数控工程系重要强度指标重要强度指标l应力：单位横截面积上的内力，应力：单位横截面积上的内力， 。= 屈服点（屈服极限）：金属产生屈服现象时的应力屈服点（屈服极限）：金属产生屈服现象时的应力 。l条件屈服强度：工程技术上一般规定，以试样产生的塑性条件屈服强度：工程技术上一般规定，以试样产生的塑性变形伸长量达到

37、变形伸长量达到02时的应力，时的应力，0.2 。l抗拉强度（强度极限）：金属拉断前承受的最大拉应力，抗拉强度（强度极限）：金属拉断前承受的最大拉应力，ssAFsAFosssAFo2 . 02 . 0sAFobbs航空材料 精品课程张家界航院数控工程系应力 应变 其它类型材料的应力-应变曲线大多数纯金属大多数纯金属(Al, Cu, Au, Ag)变形分为三个阶段，无屈服塑性变形阶段脆性材料脆性材料（陶瓷、白口铸铁、淬火（陶瓷、白口铸铁、淬火高碳钢及高碳合金钢）高碳钢及高碳合金钢）只有弹性变形阶段高弹材料高弹材料 (橡胶橡胶)只有非线性弹性变形一个阶段，且弹性变形能力强，弹性变形率可达100100

38、0。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系二、塑性二、塑性o 塑性：金属材料断裂前发生永久变形的能力塑性：金属材料断裂前发生永久变形的能力o 断后伸长率：试样拉断后标距的伸长量与原断后伸长率：试样拉断后标距的伸长量与原始标距的百分比始标距的百分比n 由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率长率数值不同，因此应注明试样尺寸比例。数值不同，因此应注明试样尺寸比例。o 断面收缩率：试样拉断处横截面积的减小量断面收缩率：试样拉断处横截面积的减小量与原始横截面积的百分比，与原始横截面积的百分比，o 强度是表征材料变形抗力指标，而塑性是描强度是表征材料变形抗力指

39、标，而塑性是描述变形能力的指标。述变形能力的指标。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系断后伸长率 (Percent elongation)1100%LLL断面收缩率(Percent reduction in area)1100%AAA 与与 表征材料破坏后的塑性变形程度表征材料破坏后的塑性变形程度。 与试件的原始尺寸与试件的原始尺寸L/d有关；有关； 与与试件的原始尺寸无关。试件的原始尺寸无关。在工程中按在工程中按 区分区分塑性材料和脆性材料塑性材料和脆性材料塑塑性指标性指标:L1A1注意：材料拉断后经过卸载得到注意：材料拉断后经过卸载得到残余应变残余应变p p应变实质就是应变实质就是伸长率

40、伸长率 10% 属塑性材料属塑性材料航空材料 精品课程张家界航院数控工程系第二节第二节 硬度及硬度试验硬度及硬度试验o 硬度：金属材料抵抗表面局硬度：金属材料抵抗表面局部变形和断裂，特别是塑性部变形和断裂，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力变形、压痕或划痕的能力o 一、布氏硬度试验法一、布氏硬度试验法n用一定直径用一定直径D（mm）的钢）的钢球或硬质合金球，以相应的球或硬质合金球，以相应的试验力试验力F（N）压入试件表）压入试件表面，并保持一定的时间，然面，并保持一定的时间，然后卸除试验力，测量试件表后卸除试验力，测量试件表面的压痕直径面的压痕直径d（mm），），航空材料 精品课程张家界航院数控

41、工程系布氏硬度布氏硬度o 120HBS10100030代表用代表用 10mm钢球，钢球，在在1000kgf（10kN）试）试验力作用下保持验力作用下保持30s，测，测得的布氏硬度值。得的布氏硬度值。o 布氏硬度试验法一般用于布氏硬度试验法一般用于试验各种硬度不高的钢材、试验各种硬度不高的钢材、铸铁、有色金属等，也用铸铁、有色金属等，也用于试验经淬火、回火但硬于试验经淬火、回火但硬度不高的钢件。度不高的钢件。o 由于布氏硬度试验的压痕由于布氏硬度试验的压痕较大，试验结果能更好地较大，试验结果能更好地代表试件的硬度。代表试件的硬度。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系1 1、布氏硬度试验、布氏硬

42、度试验（布氏硬度计） 原理原理: :用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面材料表面压痕直径压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。2 2、布氏硬度值、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。表示。 如：120HBS 500HBW4 4、测量范围、测量范围 用于测量用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属原材

43、料等灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属原材料等. .3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2 2）可测的硬度值不高可测的硬度值不高（3 3）不测试成品或半成品与薄件不测试成品或半成品与薄件（4 4）测量费时，测量费时，效率低效率低航空材料 精品课程张家界航院数控工程系二、洛氏硬度实验二、洛氏硬度实验o 原理原理：根据压痕的塑性变：根据压痕的塑性变形深度来衡量硬度。试验形深度来衡量硬度。试验时，先加初始试验力时，先加初始试验力 98N（10kgf），使压头紧密），使压头紧密接触试件表面接触试件表面a，并

44、压入，并压入到到b处，以此作为衡量压处，以此作为衡量压入深度的起点，再加使压入深度的起点，再加使压头压入到头压入到c处，然后去掉主处，然后去掉主试验力，由于被试金属弹试验力，由于被试金属弹性变形的消除，压头向上性变形的消除，压头向上回升到回升到d处。处。洛氏硬度计洛氏硬度计表盘上读出即可。表盘上读出即可。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系1 1、洛氏硬度试验、洛氏硬度试验（洛氏硬度计） 原理原理: : 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一经规定时间后卸除试验

45、力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。种压痕硬度试验。 2 2、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。出。如：如：50HRC50HRC 4 4、测量范围、测量范围 用于测量用于测量淬火钢、硬质合金淬火钢、硬质合金成品或半成品成品或半成品等材料等材料. .3 3、优缺点、优缺点（1 1）试验简单、方便、迅速试验简单、方便、迅速（2 2）压痕小，可测压痕小，可测成品或半成品或半成品，薄件成品，薄件（3 3）数据不够准确，应测三点取平均值数据不够准确，应测三点取平均值（4 4）不应测组织不均匀材料，如不应测

46、组织不均匀材料，如铸铁。铸铁。航空材料 精品课程张家界航院数控工程系洛氏硬度洛氏硬度o 试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验力及按表力及按表-2选择，对应的洛氏硬度标尺为选择，对应的洛氏硬度标尺为HRA、HRB、HRC三种三种符号符号压头类型压头类型载荷载荷/k g f硬度有硬度有效范围效范围使用范围使用范围HRA金刚石圆锥体金刚石圆锥体60208888适用于测量硬质合金、钢表适用于测量硬质合金、钢表面淬火层或渗碳层面淬火层或渗碳层HRB直径为直径为1.588mm钢钢球球10020100100适用于测量非铁金属适用于测量非铁金属,退火、退火、

47、正火等正火等HRC金刚石圆锥体金刚石圆锥体150207070适用于调质钢、淬火钢等适用于调质钢、淬火钢等航空材料 精品课程张家界航院数控工程系1 1、维氏硬度试验、维氏硬度试验 原理原理: :用用夹角为夹角为136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度）压入试样表面，测出压痕对角线长度d d。2 2、维氏硬度值、维氏硬度值 用压痕对角线长度表示。用压痕对角线长度表示。如：如：640HV640HV。 4 4、测量范围、测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表

48、层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（2 2）可测成可测成品与薄件品与薄件（3 3）试样表面要求高，费工。试样表面要求高，费工。1-2 1-2 硬度硬度航空材料 精品课程张家界航院数控工程系第三节第三节 韧性和冲击试验韧性和冲击试验o韧性：金属在冲击力作用下，韧性：金属在冲击力作用下，断裂前吸收变形能量的能力。断裂前吸收变形能量的能力。韧性愈好，代表金属的抗冲韧性愈好，代表金属的抗冲击破坏能力愈强。击破坏能力愈强。o摆锤式一次冲击试验原理：摆锤式一次冲击试验原理：试验在专

49、门的摆锤式冲击试试验在专门的摆锤式冲击试验机上进行，把试样放在试验机上进行，把试样放在试验机的支承面上，试样的缺验机的支承面上，试样的缺口背向摆锤冲击方向。将质口背向摆锤冲击方向。将质量为量为m的摆锤安放到规定的的摆锤安放到规定的高度高度H，然后下落将试样打，然后下落将试样打断，并摆过支点升到某一高断，并摆过支点升到某一高度度h，试样在冲击试验力一次，试样在冲击试验力一次作用下，作用下，折断折断时所吸收的功时所吸收的功为冲击吸收功为为冲击吸收功为Ak航空材料 精品课程张家界航院数控工程系冲击试验冲击试验o 实际上，冲击吸收功实际上，冲击吸收功AK数值可由数值可由试验机试验机读读出，而无需计算出

50、，而无需计算o 冲击韧度：将冲击吸冲击韧度：将冲击吸收功收功AKAK值除以试样缺值除以试样缺口底部的横载而积口底部的横载而积 A0A0（cmcm2 2）得到的值）得到的值o ak=AK/A0 o 冲击韧度作为衡量材冲击韧度作为衡量材料刚性的依据料刚性的依据航空材料 精品课程张家界航院数控工程系断裂韧性及衡量指标断裂韧性及衡量指标1断裂韧度断裂韧度KIC: 是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标，指是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标，指的是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。的是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。 单位：单位：MPam 1/2 或者或者 MN m-3/22应用应用（判断构件是否安全，合理选材）