第七章 制冷空调设备常用材料第二部分金属材料的性能ppt
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金属材料的性能PPT课件
金属材料的性能
本章小节：
本章的主要内容为三个实验：拉伸实验、硬 度测试、冲击实验；通过三个实验可以掌握材料 主要性能指标：强度、硬度、塑性、韧性的基本 概念、单位及其获得方法。通过本章的学习，学 生应了解材料性能的分类、掌握性能参数的获得 方法以及金属材料常用性能指标的名称、代表符 号、单位、数值含义。
金属材料的性能
布氏硬度计
金属材料的性能
布注方法如下：
硬度值 硬度代号 压头直径D/载荷P/保荷时间T
如：150HBS10/3000/30 表示用直径10mm的淬火
钢球压头，在3000kgf载荷作用下保荷时间为30秒 所测得的布氏硬度值为150。
（二）洛氏硬度
1、周凤云主编. 工程材料及应用. 武汉：华中科技大学出 版社，2002。
2、于永泗主编.机械工程材料. 大连：大连理工大学出版 社，2003。
3、卢秉恒主编. 机械制造技术基础. 北京：机械工业出 版社，1999 。
金属材料的性能
第一节 金属材料的机械性能
金属材料的性能
定义：金属材料的机械性能又称为力学性能，表示材料承受外力 作用的能力。
1、导热性 金属的导热性常用导热系数λ（W/( m*K)）来评价，λ
值愈大，导热性愈好。材料的导热性对加工和使用都有很大 的影响。 2、热胀冷缩性
材料的热胀冷缩性用线膨胀系数α（1/℃）或体积膨胀 系数来评价。线膨胀系数或体积膨胀系数愈大，材料的尺寸 或体积随温度升高而增大愈多，随温度降低而减少愈多，不 仅对零件的使用有很大影响，而且影响零件的加工。
金属材料的机械性能实验有：拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪 切、硬度、疲劳和冲击等，通过这些实验可以测出相应的机械 性能指标，最常见的是拉伸实验、硬度实验和冲击实验。
第二节制冷空调设备常用金属材料
第二节制冷空调设备常用金属材料第二节制冷空调设备常用金属材料制冷空调中常用的金属材料有：黑色金属，有色金属及其合金。
黑色金属：铁和以铁为基础的合金。
铸铁：（≥2.11%C）铁碳合金。
铁合金：铁与任何一种金属或非金属的合金。
一、工业用钢工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合金。
合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。
一、钢的分类及编号1.钢的分类①按化学成分碳素钢（低碳钢≤0.25%C、中碳钢≤0.25～0.6%C、高碳钢 >0.6%C）合金钢（低合金钢合金元素总量<5%、中合金钢合金元素总量5~10%、高合金钢合金元素总量 >10%）②按质量钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。
分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。
钢类碳素钢合金钢P S P S普通质量钢≤0.045 ≤0.045 ≤0.045 ≤0.045 优质钢≤0.035 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.035高级优质钢≤0.030 ≤0.030 ≤0.025 ≤0.025特技优质钢≤0.025 ≤0.020 ≤0.025 ≤0.015③按金相组织分按退火组织分（亚共析钢、共析钢、过共析钢）按正火组织分（珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、莱氏体钢）④按用途分2.钢的编号我国钢材的编号(牌号)是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。
根据牌号可以看出钢的类别，含碳量，合金元素及其含量，冶炼质量以及应具备的性能和用途。
牌号中的元素用汉字或化学元素表示；采用汉语拼音字母或汉字表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。
1）碳素结构钢和低合金高强度钢Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa；质量等级符号为A、B、C、D、E。
制冷基本原理PPT课件
5.热力学第一定律
自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能 被创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种 形态转变为另种形态，且在能量的转化过程中 能量的总量保持不变。
6.热力学第二定律
热不能自发地、不付代价地从低温物体传 到高温物体；或者说：如果不消耗外功， 就不可能把热量从低温物体传到高温物体。 例如，制冷装置就是根据此定律，用消耗 一定的机械能、电能或热能作为补偿条件， 把热量由低温物体传向高温物体,而达到制 冷目的的。
1.什么是温度 温度是表明物体冷热程度的物理量.
2.什么是压力 单位面积所受到的垂直作用力就为压力．
3.什么是制冷
制冷就是使某一空间内物体温度低于周围 环境介质的温度,并维持这个低温的过程. 换一句话说,制冷技术就是制取,保持温度 的专有技术.
4.什么是热泵
逆向循环具有从低温热源吸热向高温热源放热的 特点,当使用目的是从低温热源吸收热量时,该装 置就是制冷机;当使用的目的是向高温热源释放热 量时,它就是热泵.
7.什么是制冷系数
就是制冷量与压缩机输入功率之比．
8.什么是导热
导热是物体各部分直接接触时所发生的热 量传递方式. 9.什么是对流换热
对流换热是指流体各部分或流体与固体壁面间 发生相对位移时引起的热量传递.在制冷换热 器中,制冷剂流过管内时的热量传递就是典型 的对流换热.
第二章 蒸气压缩式制冷装置 的基本原理
制冷基本原理
课程内容
第一章 制冷原理的名词解释 第二章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理 第三章 制冷剂 第四章 制冷压缩机 第五章 制冷换热器 第六章 节流机构 第七章 制冷设备和管道的保温
第一章 制冷原理的名词解释
温度 压力 制冷 热泵 热力学第一、二定律 制冷系数 导热 对流换热
第七章 制冷空调设备常用材料
T0：理论结晶温度（熔点或平衡结晶温度） 在该温度下, 液体和晶体处于动平衡状态
2.冷却曲线与过冷度 1）冷却曲线 金属结晶时温度与时间的关系曲线 称冷却曲线。曲线上水平阶段所对 应的温度称实际结晶温度T1。
曲线上水平阶段是由于结晶时放出
结晶潜热引起的。
纯金属结晶温度以下开始结晶的现象称过 冷。理论结晶温度与实际结晶温度的差T称过冷 度。T= T0 –T1 过冷度大小与冷却速 度有关，冷速越大， 过冷度越大。
②变质处理又称孕育处理。 即有意向液态金属内加入非均匀形核物质从而 细化晶粒的方法。所加入的非均匀形核物质叫 变质剂（或称孕育剂）。
③振动，搅拌等 对正在结晶的金属进行振动或搅动，一方面可 靠外部输入的能量来促进形核，另一方面也可 使成长中的枝晶破碎，使晶核数目显著增加。
§合金的结晶
1.二元合金相图的建立 2.合金性能与相图的关系 3铁碳合金组元和相图
铸铁
碳钢
合金钢
铜铝及 合金
塑料，橡 胶，合成
纤维
知识与技能（一个过程，两个平台）
（1）了解一个过程：
机械制造全过程——从选用材料到加工制造（本课程主要特点之 一——综合性）——会制订零件加工工艺路线
2)构建两个平台：
1）材料应用技术平台 以材料应用为目标，构建从分类——牌号 到成分——热处理——组织——性能——用途为主线的工程材料应用 技术平台
晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空 间格架。直线的交点（即原子中心）称结点。由结点形成 的空间的阵列称空间点阵。 晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元.
3）晶胞的描述
晶体学参数：a,b,c,α,β,γ
立方
晶格常数：a,b,c
4)晶系：根据晶胞参数不同，
2.冷却曲线与过冷度 1）冷却曲线 金属结晶时温度与时间的关系曲线 称冷却曲线。曲线上水平阶段所对 应的温度称实际结晶温度T1。
曲线上水平阶段是由于结晶时放出
结晶潜热引起的。
纯金属结晶温度以下开始结晶的现象称过 冷。理论结晶温度与实际结晶温度的差T称过冷 度。T= T0 –T1 过冷度大小与冷却速 度有关，冷速越大， 过冷度越大。
②变质处理又称孕育处理。 即有意向液态金属内加入非均匀形核物质从而 细化晶粒的方法。所加入的非均匀形核物质叫 变质剂（或称孕育剂）。
③振动，搅拌等 对正在结晶的金属进行振动或搅动，一方面可 靠外部输入的能量来促进形核，另一方面也可 使成长中的枝晶破碎，使晶核数目显著增加。
§合金的结晶
1.二元合金相图的建立 2.合金性能与相图的关系 3铁碳合金组元和相图
铸铁
碳钢
合金钢
铜铝及 合金
塑料，橡 胶，合成
纤维
知识与技能（一个过程，两个平台）
（1）了解一个过程：
机械制造全过程——从选用材料到加工制造（本课程主要特点之 一——综合性）——会制订零件加工工艺路线
2)构建两个平台：
1）材料应用技术平台 以材料应用为目标，构建从分类——牌号 到成分——热处理——组织——性能——用途为主线的工程材料应用 技术平台
晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空 间格架。直线的交点（即原子中心）称结点。由结点形成 的空间的阵列称空间点阵。 晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元.
3）晶胞的描述
晶体学参数：a,b,c,α,β,γ
立方
晶格常数：a,b,c
4)晶系：根据晶胞参数不同，
《制冷设备》课件
《制冷设备》PPT课件
制冷设备是实现低温或恒温的关键设备，本课件将介绍制冷设备的基本原理、 组成结构、热力学分析，以及制冷系统中的关键组件和控制系统。
制冷设备的基本原理
制冷设备利用物质的相变和热力学原理实现冷却效果。通过控制制冷剂的压缩、蒸发、冷凝和膨胀过程，将系 统内的热量转移到外部环境。
制冷循环系统的组成和结构
制冷循环系统由压缩机、冷凝器、蒸发器和节流装置组成。这些组件之间的相互作用导致制冷剂的循环流动， 从而实现热量的转移和降温。
制冷剂的种类及其选择
制冷剂的选择取决于其物理特性、环保性能和能效指标。常用的制冷剂包括 氟利昂、氨气和二氧化碳等，不同的应用场景需选择适合的制冷剂。
制冷系统的热力学分析
制冷系统的热力学分析包括COP（制冷系数）、制冷量和功率等参数的计算。 优化系统设计和运行参数可以提高制冷系统的效率和性能。
压缩式制冷系统的工作原理
压缩式制冷系统利用压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体，然后通过冷凝器放热、膨胀装置蒸发降温，实现热 量的吸收和室内温度的降低。
制冷设备中的压缩机和冷凝器
压缩机
压缩机是制冷设备中的核心组件，负责将制冷 剂压缩成高温高压气体。
冷凝器
冷凝器将高温高压的制冷剂放入冷却介质中， 使其放热并转化为高压液体。
控制系统通过传感器、控制器和执行器实现对制冷设备的自动控制。精确的控制系统可以提高制冷系统的效率 和稳定性。
制冷系统中的蒸发器和节流装置
蒸发器
蒸发器是制冷系统中的热交换器，通过蒸发制冷剂 吸收室内热量并降温。
节流装置
节流装置控制制冷剂从高压区域流向低压区域，降 低制冷剂的温度和压力。
制冷系统中的换热器
换热器在制冷循环中起到连接和交换热量的作用。常见的换热器类型包括空气冷却器和水冷却器。
制冷设备是实现低温或恒温的关键设备，本课件将介绍制冷设备的基本原理、 组成结构、热力学分析，以及制冷系统中的关键组件和控制系统。
制冷设备的基本原理
制冷设备利用物质的相变和热力学原理实现冷却效果。通过控制制冷剂的压缩、蒸发、冷凝和膨胀过程，将系 统内的热量转移到外部环境。
制冷循环系统的组成和结构
制冷循环系统由压缩机、冷凝器、蒸发器和节流装置组成。这些组件之间的相互作用导致制冷剂的循环流动， 从而实现热量的转移和降温。
制冷剂的种类及其选择
制冷剂的选择取决于其物理特性、环保性能和能效指标。常用的制冷剂包括 氟利昂、氨气和二氧化碳等，不同的应用场景需选择适合的制冷剂。
制冷系统的热力学分析
制冷系统的热力学分析包括COP（制冷系数）、制冷量和功率等参数的计算。 优化系统设计和运行参数可以提高制冷系统的效率和性能。
压缩式制冷系统的工作原理
压缩式制冷系统利用压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体，然后通过冷凝器放热、膨胀装置蒸发降温，实现热 量的吸收和室内温度的降低。
制冷设备中的压缩机和冷凝器
压缩机
压缩机是制冷设备中的核心组件，负责将制冷 剂压缩成高温高压气体。
冷凝器
冷凝器将高温高压的制冷剂放入冷却介质中， 使其放热并转化为高压液体。
控制系统通过传感器、控制器和执行器实现对制冷设备的自动控制。精确的控制系统可以提高制冷系统的效率 和稳定性。
制冷系统中的蒸发器和节流装置
蒸发器
蒸发器是制冷系统中的热交换器，通过蒸发制冷剂 吸收室内热量并降温。
节流装置
节流装置控制制冷剂从高压区域流向低压区域，降 低制冷剂的温度和压力。
制冷系统中的换热器
换热器在制冷循环中起到连接和交换热量的作用。常见的换热器类型包括空气冷却器和水冷却器。
常用金属材料及性能PPT课件
2)热作模具钢：中碳合金钢 •用途、性能：
锻模、热挤压模、热弯模等；耐热性、高温强度， 耐热 疲劳，高淬透性。 •合金化：
①中碳〔～0.6%〕,保证强度、韧性等。 ②Cr、W、Si〔抗热疲劳〕；Mo、W、V〔高温强度〕；
Cr、Mo、W等多元〔淬透性〕。 •热处理：
淬火、中温回火〔高于工作温度〕，35～50HRC，回 火屈氏体、回火马氏体。 •典型钢种：
表5-15
5.4 铸铁〔cast iron〕
• ωc>2.11%，有共晶反响。主要介绍石墨化铸铁。
图5-4
5.4.1 铸铁的主要类型及其特点 ⑴碳的形态与铸铁类型 •一定条件下：Fe3C〔亚稳态〕→ 3Fe+G〔稳定态〕 •碳呈化合态的Fe3CⅠ和共晶莱氏体；极脆，称白口铸铁 〔断口白壳〕，应用很有限。 •碳呈游离态的石墨，〔G〕具有多种形态，铸造性能优 良，应用广泛。
②加足够Ni或Cr ，呈单相奥氏体或单相铁素体状态。 ③加Ti、Nb等与碳形成稳定晶内碳化物，使晶间腐蚀↓。
④可加Mn、N代Ni→奥氏体不锈钢。
•热 处 理：A 不锈钢：固溶处理(高温快冷)； F 不锈钢：退火处理； M不锈钢：淬火、回火。
•典型钢种：A 不锈钢：1Cr18Ni9Ti； F 不锈钢：1Cr17； M不锈钢：3Cr13，9Cr18。
④蠕墨铸铁 ：
表5-18
直接结晶获得〔G形态介于片状与球状之间〕，力学性
能明显优于灰铸铁、劣于球铁，加工性能等优于球铁。
RuT300等。
5.4.2 铸铁的热处理
•石墨化退火：生产可锻铸铁，消除铸件薄壁处白口。 •去应力退火：用于各种铸件。 •正火、淬火回火：主要用于球铁〔提高基体强度〕。
5.5 有色金属其合金〔non-ferrous alloy〕 5.5.1 铝及铝合金
空调关键零部件介绍PPT
Q F t
x
对流：流体个部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所 引起的热量传递方式。 – 自然对流是由于流体冷热各部分的密度不同而引起的流动 换热 – 强制对流指由于水泵、风机或其他压差作用造成的流动换 热 Q F t
热辐射是由于因为热的原因而通过电磁波传递能量的过程和 方式 Q 0 F T 4
四通阀
四通阀制冷时处于OFF状态，制热时处于ON状态。具体流向原理图如下：
断电状态：制冷循环
通电状态：制热循环
部位1：由压缩机排气管来，D； 部位3：由蒸发器的接管来，E； 部位5：左后导毛细管
部位2：去压缩机回气管，S 部位4：去凝器的接管， C 部位6：右前导毛细管
四通阀的选择
选择四通阀时主要考虑到以下两点： 1、压力损失：压力损失尽可能小； 2、最小动作压差：从切换开始到切换结束确保必要的压差； 在容量控制压缩机匹配时要注意切换时压缩机容量设定及设 定时机。
通过的冷媒量就越少，总制冷量就越低。
电子膨胀阀
毛细管
热力1内0A电系机统防过护等滤级为器IP20装在冷凝器出口与毛细管之间，用来过滤制冷系 温*3)度绝开缘统关等：级中排为气B润级温热度滑保保护护油器，作断中用开温的度为固120体±5℃杂，恢质复温，度为确80±保15℃管； 路系统通畅，防止系统堵
一．制冷基础理论
制冷的基本思路
人在游完泳时，会有冷的感觉，在手臂上涂抹酒精也有凉爽 的感觉，这都是因为液体的蒸发带走了热量。
空调能够制冷就是因为由液体在室内蒸发带走热量的缘故。
制冷系统的基本组成
高压阀
辅助毛细管 主毛细管
过滤器
蒸 发 器
单向阀
四 通
制冷
冷 凝
器
阀
x
对流：流体个部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所 引起的热量传递方式。 – 自然对流是由于流体冷热各部分的密度不同而引起的流动 换热 – 强制对流指由于水泵、风机或其他压差作用造成的流动换 热 Q F t
热辐射是由于因为热的原因而通过电磁波传递能量的过程和 方式 Q 0 F T 4
四通阀
四通阀制冷时处于OFF状态，制热时处于ON状态。具体流向原理图如下：
断电状态：制冷循环
通电状态：制热循环
部位1：由压缩机排气管来，D； 部位3：由蒸发器的接管来，E； 部位5：左后导毛细管
部位2：去压缩机回气管，S 部位4：去凝器的接管， C 部位6：右前导毛细管
四通阀的选择
选择四通阀时主要考虑到以下两点： 1、压力损失：压力损失尽可能小； 2、最小动作压差：从切换开始到切换结束确保必要的压差； 在容量控制压缩机匹配时要注意切换时压缩机容量设定及设 定时机。
通过的冷媒量就越少，总制冷量就越低。
电子膨胀阀
毛细管
热力1内0A电系机统防过护等滤级为器IP20装在冷凝器出口与毛细管之间，用来过滤制冷系 温*3)度绝开缘统关等：级中排为气B润级温热度滑保保护护油器，作断中用开温的度为固120体±5℃杂，恢质复温，度为确80±保15℃管； 路系统通畅，防止系统堵
一．制冷基础理论
制冷的基本思路
人在游完泳时，会有冷的感觉，在手臂上涂抹酒精也有凉爽 的感觉，这都是因为液体的蒸发带走了热量。
空调能够制冷就是因为由液体在室内蒸发带走热量的缘故。
制冷系统的基本组成
高压阀
辅助毛细管 主毛细管
过滤器
蒸 发 器
单向阀
四 通
制冷
冷 凝
器
阀
金属材料的主要性能幻灯片PPT
σ(F)
σb
b
σσs e
s e
k
ε (ΔL)
图1－2 低碳钢拉伸曲线
（2）弹性极限
➢ 即金属材料不产生塑性变形时所能承受的最大应
力。拉伸曲线e点对应的应力σe为弹性极限：
σe= Fe/S0
式中 σe —弹性极限（MPa）； F e —试样产生完全弹性变形时的最大外力（N）； S0 —试样原始横截面积（mm 2）。
仍能继续伸长（变形）时的应力。在拉伸曲线上s 点对应的应力为屈服点。
σs=Fs/S0
式中 σs——屈服点（ MPa ）； Fs——试样开始产生屈服现象时的拉力（N）； S0——试样原始横截面积（ mm 2）。
3. 强度
（1）屈服点
条件屈服强度: 许多金属材料拉伸时没有明显的 屈服现象,为了测这些材料屈服点，规定试样产生 0.2％塑性变形时对应的应力值作为屈服点，称 为条件屈服强度，表示为σ0.2。
屈强比：σs/σb，是一个有意义的指标。其比值 越大，越能发挥材料的潜力。但是为了使用安全， 该比值亦不宜过大，适当的比值一般在0.65～ 0.75之间。
比强度：σb/ρ，它表征了材料强度与密度之间 的关系。在考虑汽车轻量化的问题时，常常用到 这个指标。
4.塑性
➢ 即断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。 ➢ 常用的塑性判据是伸长率和断面收缩率。
（2）抗拉强度
➢ 即试样拉断前承受的最大标称拉应力。
拉伸曲线上b点对应的应力为抗拉强度。
σb=Fb/S0
式中 σb——抗拉强度（MPa）； Fb——试样断裂前所能承受的最大拉力（N）； S0——试样原始横截面积（mm2 ）。
抗拉强度：σb，它是设计和选材的主要依据之一， 是工程技术上的主要强度指标。
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弹性极限：σe=Fe/Ao 的最大抗力。
不产永久变形 s
2.强度：材料在外力作用下抵抗 变形和破坏的能力。 屈服强度s：材料发生微量塑性变形 时的应力值。即在拉伸试验过程中，载 荷不增加，试样仍能继续伸长时的应力。 条件屈服强度0.2：高碳钢等无屈服点， 国家标准规定以残余变形量为0.2%时的 应力值作为它的条件屈服强度，以σ0.2 来表示 抗拉强度b：材料断裂前所承受的最 大应力值。（材料抵抗外力而不致断裂 的极限应力值）。
1.拉伸试样：
长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0
2.拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线：
F
0
ΔL
பைடு நூலகம்
低碳钢拉伸曲线
脆性材料拉伸曲线
3.曲线分为四阶段： 1）阶段I（ope）――弹性变形阶段 p: Fp ，e: Fe （不产生永久变形的最大抗力） op段：△L∝ P 直线阶段 pe段：极微量塑性变形（0.001--0.005%) 2）阶段II（ess’）段――屈服变形 S: 屈服点 Fs 3）阶段III（s’b）段――均匀塑性变形阶段 b: Fb 材料所能承受的最大载荷
返
回
2、 流动性对铸件质量的影响
金属液的流动性好，充型能力就强，容易获得尺寸准确、外形 完整和轮廓清晰的铸件；若流动性不好将出现铸件缺陷。
（1） 浇不到与冷隔
浇不到是指铸件残缺或可能轮廓不完整，或可能铸件完整， 但边角圆且光亮，这种缺陷常出现在远离浇口的部位以及薄壁处。 冷隔是指在铸件上穿透或不穿透，边沿成圆角状缝隙的缺陷。 冷隔多出现在薄壁处、金属流汇合处、激冷部位等。
洛氏硬度测试示意图 洛 氏 硬 度 计
h1-h0
3.维氏硬度 与布氏同 ， 锥面夹角136度金刚石
维氏硬度试验原理
维氏硬度计
维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的 优点：既可测量由极软到极硬的材料的 硬度，又能互相比较。既可测量大块材 料、表面硬化层的硬度，又可测量金相 组织中不同相的硬度。
§3 冲击韧性
合金种类
线收缩率 体收缩率
灰铸铁
0.9~1.3
球墨铸铁
2.0~2.4
铝铸铁
0.9~1.5
铜铸铁
1.4~2.3
体收缩率约等于收缩率的3倍
返
回
（2）工艺条件
合金的浇注温度超高，液态收缩越大，为减少收缩，浇注温度不 宜过高。
2、 收缩性对铸件质量的影响 （1）缩孔和缩松
缩孔是指铸件在凝固过程中，由于补缩不良产生的孔洞。 缩松是 指铸件断面上出现的分散而细小的缩孔铸件。有缩松的部位，在气密性 试验时可能渗漏。 缩孔和缩松降低了铸件的力学性能。
§5 材料的断裂韧性 断裂韧性是量度材料抵抗裂纹失稳扩展阻力的 物理量,是材料抵抗应力脆性断裂的韧性参数.
周次
四
金属的工艺性能
金属材料在制造机械零件的过程中，适 应各种冷热加工的性能。
•铸造性能：铸造成形获 得优良铸件的能力。
一、流动性 流动性是指熔融金属的流动
能力。
在实际生产中，为了评定金 属的流动性，通常将金属浇注成 螺旋形试样，如右图所示。浇注 的试样越长，则其流动性越好。
电弧焊
气焊
切削切工性能
切削加工:金属在切削加工
时的难易程度 。切削加工性能 的好坏同金属材料的硬度，导 热性，金属的内部结构，加工 硬化等因素有关，同硬度关系 较大，材料的硬度在170-260 HBS时最易切削加工。从材料、 的种类来说，铸铁，铜合金， 铝合金及一般碳钢都具有较好 的切削加工性能，而高合金钢 的切削加工性能较差。
0.2
3.塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 延伸率
延伸率与试样尺寸有关；δ5、δ10 (L0=5d,10d) 断面收缩率 ψ=△A/Ao=(Ao-Ak)/Ao x 100%
> 时，无颈缩，为脆性材料表征； < 时，有颈缩，为塑性材料表征。
断裂后
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
用的能力。
• 化学稳定性：耐腐性和抗氧化性的总称。
三金属材料的力学性能
1 2 3 4 5 强度与塑性 硬度 冲击韧性 疲劳强度 断裂韧度
[重点掌握] 各种力学性能指标（强度, 塑性；冲击韧性；硬度 HB，HRC，HV；疲劳强度，断裂韧性。）的物理意 义和单位。
§1材料的强度与塑性
一、静载单向静拉伸应力――应变曲线
收缩性是指液态金属在凝固并冷却到室温过程中，产生的体积和尺 寸减小的特性固态收缩是产生变形和裂纹的根本原因。
返
回
１、 影响收缩性的因素 （1）化学成分 化学成分是影响收缩性的根本原因，灰铸铁的收缩率最 小。这是因为合金在冷却过程中结晶出密度较小的石墨时， 产生的体积膨胀抵消了部分收缩。
几种常见合金的收缩率
2．洛氏硬度
用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为1.588的淬火钢球作 为压头，先施加一个初载荷，然后在规定的主载荷作用下将压头 压入被测材料的表面。卸载后，根据压痕深度，可确定材料的洛 氏硬度，该值从表上可直接读出。常用标尺有：B、C、A三种。 ① HRA 硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 ② HRB 轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火钢等。 ③ HRC 较硬，淬硬钢制品；如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。
锻造
焊接性能
• 金属材料对焊接加工的适应 性称焊接性。也就是在一定 的焊接工艺条件下，获得优 质焊接接头的难易程度。焊 接性能好的金属能获得没有 裂缝，气孔等缺陷的焊缝， 并且焊接接头具有一定的力 学性能。导热性好，收缩小 的金属材料焊接性能都比较 好。低碳钢具有良好的焊接 性能，高碳钢，不锈钢，铸 铁的焊接性能较差。
符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序 分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。 如120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf （9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。
布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头 还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。 材料的b与HB之间的经验关系： 对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢：b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁： b(MPa)≈1HB或0.6(HB-40)
是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 指标为冲击韧性值ak 。 a k =冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积S (J/cm ) •ak值低的材料叫做脆性材料；ak值高，韧性材料。
材料的冲击韧性随温度下降 而下降。
§4
疲劳强度（80%的断裂由疲劳造成）
疲劳：承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化， 交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于 屈服极限的应力下发生断裂。
4）阶段IV(bK) 段――局部集中塑性变形－－颈缩 铸铁、陶瓷：只有第I阶段 中、高碳钢：没有第II阶段
二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义 1．刚度和弹性 刚度:材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。 E=σ/ε 杨氏弹性模量 GPa, MPa 本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组 织不敏感的力系指标。 弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受 的最大应力。 比例极限：σp=Fp/Ao 应力――应变保持线性 关系的极限应力值
金属材料 的性能
使用性能 工艺性能
物理
化学
力学
一 金属材料的物理性能
• • • • • • 密度 熔点 导电性 导热性 热膨胀性 磁性
二材料的化学性能
化学性能：材料在室温或高温时抵抗
各种化学介质的能力。
• 耐腐蚀性：金属及合金在常温下抵抗氧、
水以及制冷介质的侵蚀破坏的能力。
• 抗氧化性：金属材料在加热时抵抗氧化作
（2） 变形和裂纹
铸件在固态收缩的过程中，由于各部分冷却速度不同，将引起不均衡 收缩，不均衡收缩产生的应力称为铸造热应力。铸造热应力是铸件产生 变形和裂纹的主要原因。
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缩孔
缩 孔
锻造性能
• 金属材料用锻压加工 方法成形的适应能力 称锻造性。锻造性能 主要取决于金属材料 的塑性和变形抗力。 塑性越好，变形抗力 越小，金属的锻造性 能越好。黄铜和铝合 金在室温下具有良好 的锻造性能，碳钢在 加热时锻造性能好， 铸铁、铸铝、铸铜等 几乎不能锻造。
§2 材料的硬度 抵抗外物压入的能力，称为硬度――综合 性能指标。
1．布氏硬度 2．洛氏硬度 3. 维氏硬度
1．布氏硬度：载荷淬火钢球或硬质合金压入试 样的表面，保持一定时间后卸载，试样表面出现 压痕 。
压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表 示，适用于布氏硬度值在450以下的材 料。 压头为硬质合金时，用符号HBW表示， 适用于布氏硬度在650以下的材料。
（2） 气孔与夹杂物
合金的流动性差，则粘度大，熔融金属中的气体和夹杂物不便上浮和排除， 容易形成气孔、夹杂物一类铸件缺陷.气孔是指内表面比较光滑，一般为圆形、 椭圆形的孔洞。通常不露出铸件表面。夹杂物是指在铸件内或表面上存在的 与基体金属成分不同的质点类缺陷，常见的有砂、渣、氧化物、硫化物等。
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二、金属的收缩性
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１、影响流动性的因素 （1）化学成分 化学成分是影响合金流动性的本质因素。实践证明， 凝固温度范围小的合金流动性较好，凝固温度范围大的 合金流动性较差。 在常用的铸造合金中，铸铁的流动性较好，铸钢的 流动性较差。 （2）工艺条件 较高的浇注温度能使金属保持液态的时间延长，并且 能降低金属液的粘度,从而提高流动性；浇注时浇注压力 越大，流速就越大，也可以达到提高流动性的目的；铸 型对液态金属的流动性也有一定的影响，金属在干砂型 中的流动性优于湿砂型，在湿砂型中的流动性优于金属 型。