连接器金属材料介绍.pptx

ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:1/130連接器常用連接器常用金屬材料介紹金屬材料介紹Charles Cheng 2019.11.32019.11.3ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:2/1301.連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料2.金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能3.金屬及合金的結構金屬及合金的結構4.金屬的塑性變形及冷加工金屬的塑性變形及冷加工5.常用金屬材料性能常用金屬材料性能6.金屬材料的選用原則金屬材料的選用原則Content ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:3/130一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鐵及鐵碳合金系鐵及鐵碳合金系v銅及銅合金系銅及銅合金系v鋁及鋁合金系鋁及鋁合金系v鋅及鋅合金系鋅及鋅合金系v錫及錫合金系錫及錫合金系v鎳及鎳合金系鎳及鎳合金系v貴金屬貴金屬ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:4/130一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鐵及鐵碳合金系鐵及鐵碳合金系 分類分類 按化學成份分按化學成份分 碳碳鋼鋼低低碳碳鋼鋼(C0.25%)(C0.25%)中中碳碳鋼鋼(C0.250.60%(C0.250.60%）高高碳鋼碳鋼(C0.60%)(C0.60%)合合金金鋼鋼低低合合金金鋼鋼(合合金金元元素素總總含含量量5%)5%)高高合合金金鋼鋼(合合金元素總含量金元素總含量5%)5%)按用途分按用途分 結結構構鋼鋼碳碳素素結結構構鋼鋼優優質質碳碳素素結結構構鋼鋼低低合合金金結結構構鋼鋼合合金金結結構構鋼鋼易易切切削削結結構構鋼鋼彈彈簧簧鋼鋼滾滾動動軸軸承承鋼鋼鑄鑄鋼鋼保証淬透性鋼和低淬透性鋼保証淬透性鋼和低淬透性鋼 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:5/130一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鐵及鐵碳合金系鐵及鐵碳合金系 工工具具鋼鋼碳碳素素工工具具鋼鋼合合金金工工具具鋼鋼高高速速工工具具鋼鋼 硬硬質質合金鋼合金鋼 特殊性能鋼特殊性能鋼不鏽鋼不鏽鋼耐磨鋼耐磨鋼耐熱鋼耐熱鋼 按冶金質量分按冶金質量分 普通鋼普通鋼含含S S量量0.050%0.050%含含P P量量0.045%0.045%優質鋼優質鋼含含S PS P量均量均0.035%0.035%高級優質鋼高級優質鋼含含S PS P量均量均0.025%0.025%特級優質鋼特級優質鋼含含S S量量0.015%0.015%含含P P量量0.025%0.025%按脫氧方法分按脫氧方法分 沸騰鋼沸騰鋼半鎮靜鋼半鎮靜鋼鎮靜鋼鎮靜鋼特殊鎮靜鋼特殊鎮靜鋼ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:6/130一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鐵及鐵碳合金系鐵及鐵碳合金系 鋼的編碼原則鋼的編碼原則 鋼鋼的的編編號號原原則則在在國國際際上上沒沒有有統統一一的的規規定定我我國國是是按按照照GB221-79GB221-79采采用用漢漢語語拼拼音音字字母母國國際際化化學學元元素素符符號號和和阿阿拉拉伯伯數數字相結合的方法字相結合的方法且采用漢字和漢語拼音字母并用的原則且采用漢字和漢語拼音字母并用的原則 鋼的類別鋼的類別用途用途標在鋼號首部標在鋼號首部 Y Y（易易）易易切切削削鋼鋼TT（碳碳）碳碳素素工工具具鋼鋼,G,G（滾滾)滾滾動軸承鋼動軸承鋼 鋼鋼的的質質量量級級別別一一般般優優質質碳碳素素結結構構鋼鋼(優優質質)合合金金結結構構鋼鋼(優優質質)碳碳素素工工具具鋼鋼等等不不標標注注其其高高級級優優質質鋼鋼特特級級優優質質鋼鋼分分別別用用A A（高高)E()E(特特)來來表表示示并并標標在在鋼鋼號號的的尾尾部部如如T10AT10A。碳素結構鋼的質量級別符號另有規定。碳素結構鋼的質量級別符號另有規定。ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:7/130一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鐵及鐵碳合金系鐵及鐵碳合金系 鋼的編碼原則鋼的編碼原則 鋼的脫氧方法鋼的脫氧方法標在鋼號尾部標在鋼號尾部 F(F(沸沸)沸沸騰騰鋼鋼,b(,b(半半)半半鎮鎮靜靜鋼鋼,Z,Z（鎮鎮)鎮鎮靜靜鋼鋼TZ(TZ(特特鎮鎮)特特殊殊鎮鎮靜靜鋼鋼,一一般般情情況況下下ZTZZTZ符符號號予予以以省省略略,如如08F08b0808F08b08 碳碳素素結結構構鋼鋼之之牌牌號號按按GB700-88GB700-88碳碳素素結結構構鋼鋼牌牌號號應應依依次次標標出出屈屈服服點點的的字字母母Q(Q(屈屈)屈屈服服點點的的數數值值質質量量等等級級符符號號(ABCD,(ABCD,D D級級最最佳佳屬屬于于優優質質鋼鋼其其他他屬屬于于普普通通鋼鋼)脫脫氧氧方方法法(Fb)(Fb)。如如Q235-A.FQ235-A.F碳碳素素結結構構鋼鋼的的屈屈服服點點為為235N/mm235N/mm2 2質量為質量為A A級級沸騰鋼。沸騰鋼。ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:8/130一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鐵及鐵碳合金系鐵及鐵碳合金系 鋼的編碼原則鋼的編碼原則 硬質合金硬質合金 YGYG鎢鈷類硬質合金鎢鈷類硬質合金,YTYT鎢鈷鈦類硬質合金鎢鈷鈦類硬質合金 鑄鐵鑄鐵HTHT（灰鐵）（灰鐵）灰鑄鐵灰鑄鐵QT(QT(球鐵球鐵)球墨鑄鐵球墨鑄鐵 用途用途模具模具shellhooknutshellhooknut螺絲螺絲彈簧等彈簧等ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:9/130 常用模治具材料常用模治具材料:一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:10/130 常用模治具材料常用模治具材料:一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:11/130 常用冷軋鋼帶常用冷軋鋼帶:牌號牌號用途用途SPCC一般用一般用SPCD深沖用深沖用SPCE深度深沖用深度深沖用一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:12/130 常用冷軋不鏽鋼帶常用冷軋不鏽鋼帶:一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:13/130 牌號對照牌號對照:一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:14/130一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v銅及銅合金系銅及銅合金系 分類分類 純銅純銅(T)(T)(紫銅紫銅電解銅電解銅)白銅白銅(B)(B)銅鎳合金銅鎳合金 黃黃銅銅(H)(H)以以鋅鋅為為主主加加元元素素的的銅銅合合金金。普普通通黃黃銅銅（銅銅鋅鋅二二元元合金合金)錫黃銅錫黃銅鉛黃銅鉛黃銅鋁黃銅鋁黃銅硅黃銅等。硅黃銅等。青青銅銅(Q)(Q)普普通通青青銅銅(錫錫青青銅銅)特特殊殊青青銅銅(無無錫錫青青銅銅鋁鋁青青銅銅鈹青銅鈹青銅鎳青銅鎳青銅鉛青銅鉛青銅硅青銅硅青銅鈦銅鈦銅)。用途用途常用作端子材料等常用作端子材料等ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:15/130一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v銅及銅合金系銅及銅合金系磷青銅磷青銅ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:16/130一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v銅及銅合金系銅及銅合金系黃銅黃銅ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:17/130一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v銅及銅合金系銅及銅合金系鎳銅鎳銅鈹銅鈹銅ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:18/130一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鋁及鋁合金系鋁及鋁合金系 分類分類 純鋁純鋁(LGLG高純鋁高純鋁L L純鋁純鋁)防鏽鋁防鏽鋁(LF)(LF)錳錳鎂為主要合金元素鎂為主要合金元素 硬鋁硬鋁(LY)(LY)銅銅鎂為主要合金元素鎂為主要合金元素 超硬鋁超硬鋁(LC)(LC)銅銅鎂鎂鋅為主要合金元素鋅為主要合金元素 鍛鋁鍛鋁(LD)(LD)含的合金元素種類多含的合金元素種類多但含量少但含量少 鑄鑄造造鋁鋁合合金金(ZL)(ZL)ZLZL后后面面的的第第一一個個數數字字表表示示合合金金系系列列11鋁鋁硅硅系系22鋁鋁銅銅系系33鋁鋁鎂鎂系系44鋁鋁鋅鋅系系。后后兩兩位表示順序號。位表示順序號。常常 見見 種種 類類:H4000A:H4000A 1050 1050 H18A3003-OA3005-H18A3003-OA3005-OA1100P-H16 OA1100P-H16 用途用途常用作常用作shellshell等零件材料等零件材料ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:19/130一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v鋅及鋅合金系鋅及鋅合金系 常見種類常見種類:鑄造鋅合金鑄造鋅合金(ZDC2)用用途途常常用用作作NUTBracketNUTBracket等等零零件件材材料料及及鍍鍍層層材材料料(鍍鍍彩鋅彩鋅)ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:20/130一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v錫及錫合金系錫及錫合金系 常見種類常見種類:Sn:Sn及及Sn/PbSn/Pb合金合金 用途用途常用作常用作shellhookshellhook及端子及端子tailtail的鍍層材料的鍍層材料v鎳及鎳合金系鎳及鎳合金系 常見種類常見種類:Ni:Ni及及Au-NiCu-NiAu-NiCu-Ni合金合金 用途用途常用作常用作shellhookshellhook及端子及端子tailtail的鍍層材料的鍍層材料ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:21/130一一 連接器常用金屬材料連接器常用金屬材料v貴金屬及其合金貴金屬及其合金 常常見見種種類類釕釕(Ru)(Ru)、銠銠(Rh)(Rh)、鈀鈀(Pb)(Pb)和和銀銀(Ag);(Ag);鋨鋨(Os)(Os)、銥、銥(Ir)(Ir)、鉑、鉑(Pt)(Pt)和金和金(Au)(Au)。用途用途常用作常用作電觸點和電接觸用材料電觸點和電接觸用材料ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:22/130使用性能使用性能:保証工件正常工作材料應具備的性能保証工件正常工作材料應具備的性能-力學力學性能性能 物理和化學性能等。物理和化學性能等。工藝性能工藝性能:材料在加工過程中所表現出來的性能材料在加工過程中所表現出來的性能-鑄造鑄造性能性能 鍛壓性能鍛壓性能 沖壓性能沖壓性能 焊接性能焊接性能 切削性能等。切削性能等。二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 v金屬材料性能金屬材料性能ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:23/130材料在外力作用下所表現出來的性能材料在外力作用下所表現出來的性能-鋼度鋼度 強度強度 塑性塑性和韌性等和韌性等。這些性能指標是通過試驗測定的。在機械。這些性能指標是通過試驗測定的。在機械零件零件設計計算設計計算 材料選用材料選用 材質檢驗材質檢驗以及工藝評定中以及工藝評定中通常通常是以材料的是以材料的力學性能指標力學性能指標作為主要依據。作為主要依據。力學性能測試方法力學性能測試方法 GB228-87 金屬金屬拉伸試驗拉伸試驗方法方法,將材料制成標准將材料制成標准試樣（見圖試樣（見圖1）然后將試樣裝在拉力試驗機上施加靜力然后將試樣裝在拉力試驗機上施加靜力隨著拉力的增加試樣逐漸產生變形隨著拉力的增加試樣逐漸產生變形直到拉斷為止。將直到拉斷為止。將力及力所對應的伸長量繪制成坐標圖力及力所對應的伸長量繪制成坐標圖即拉伸曲線（圖即拉伸曲線（圖2）。）。v力學性能力學性能:二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:24/130v拉伸試驗方法與拉伸曲線拉伸試驗方法與拉伸曲線:圖圖1.拉伸試樣拉伸試樣拉伸后拉伸后拉伸前拉伸前L0L1FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲線LK O二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:25/130v拉伸曲線拉伸曲線:彈性變形段彈性變形段 圖中圖中OE段段試樣伸長量隨拉試樣伸長量隨拉力成正比例增加力成正比例增加若去除拉力后試若去除拉力后試樣回復原狀。樣回復原狀。彈彈-塑性變形段塑性變形段 圖中超過圖中超過E點后點后若去除拉力若去除拉力試樣不能回復原狀試樣不能回復原狀尚有一部分伸尚有一部分伸長量保留下來長量保留下來這部分遺留下來的這部分遺留下來的變形即為塑性變形。變形即為塑性變形。FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲線LK O二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:26/130v拉伸曲線拉伸曲線:屈服段屈服段 當拉力增加到當拉力增加到Fs時時拉伸曲拉伸曲線在線在S點呈現水平台階點呈現水平台階即表示外即表示外力不在增加試樣繼續變形力不在增加試樣繼續變形這種現這種現象稱為屈服。該水平台階即稱為象稱為屈服。該水平台階即稱為屈服台階。屈服台階。彈彈-塑性變形及斷裂段塑性變形及斷裂段 屈服后屈服后試樣又隨拉力增加試樣又隨拉力增加而逐漸均勻伸長而逐漸均勻伸長達到達到B點后點后試樣試樣的某一局部開始變細的某一局部開始變細出現緊縮現出現緊縮現象象由于在緊縮部分試樣截面積迅由于在緊縮部分試樣截面積迅速減小速減小因此試樣繼續伸長的拉力因此試樣繼續伸長的拉力也就相應減小也就相應減小當達到當達到K點時點時試樣試樣斷裂。斷裂。FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲線LK O二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:27/130v拉伸曲線拉伸曲線:F-LF-L曲線與試樣尺寸有關。為曲線與試樣尺寸有關。為消除試樣尺寸的影響消除試樣尺寸的影響把拉力把拉力F F除以試樣原始截面積除以試樣原始截面積S S0 0。得出試。得出試樣截面積上的應力樣截面積上的應力=F/S=F/S0 0同時把伸長量同時把伸長量LL除以試樣原始除以試樣原始標距標距L L0 0得到試樣的應變得到試樣的應變=L/LL/L0 0。-曲線與曲線與F-LF-L曲線曲線形狀一樣形狀一樣只是坐標不同。只是坐標不同。FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲線LK O二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:28/130剛度剛度 剛度是表征金屬材料抵抗彈性變形的能力剛度是表征金屬材料抵抗彈性變形的能力。在彈性。在彈性變形階段變形階段即拉伸曲線上的即拉伸曲線上的OEOE階段階段 與與的關系的關系為直線為直線OEOE這表示這表示應力應力與應變與應變成正比成正比可寫成可寫成=E=E式中的式中的E E為與材料有關的常數為與材料有關的常數稱為彈性模稱為彈性模量量單位為單位為GN/mGN/m2 2(10(109 9N/mN/m2 2)。彈性模量。彈性模量E E表示引起單表示引起單位變形時所需的應力。工程上常用位變形時所需的應力。工程上常用E E作為衡量材料剛作為衡量材料剛度的指標。度的指標。E E值越大值越大在一定應力作用下產生的彈性在一定應力作用下產生的彈性變形愈小變形愈小則剛度越大。則剛度越大。二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:29/130剛度剛度 彈性模量主要取決于金屬材料的種類彈性模量主要取決于金屬材料的種類即即金屬的本性金屬的本性（晶晶格類型格類型晶格常數等晶格常數等）。通常強化金屬的一些方法）。通常強化金屬的一些方法如淬如淬火火冷作硬化等冷作硬化等對對E E值影響很小。常用材料的值影響很小。常用材料的E E值值碳鋼碳鋼為為196216GN/m196216GN/m2 2(2000022041Kg/mm(2000022041Kg/mm2 2)灰鑄鐵為灰鑄鐵為78 78 157GN/m157GN/m2 2(795916020Kg/mm(795916020Kg/mm2 2),),銅合金為銅合金為72128GN/m72128GN/m2 2(7347(7347 13061Kg/mm13061Kg/mm2 2)鋁合金為鋁合金為70GN/m70GN/m2 2(7143Kg/mm(7143Kg/mm2 2)。一般機械零件大都在彈性狀態下工作一般機械零件大都在彈性狀態下工作對剛度有一定要求對剛度有一定要求如機床主軸如機床主軸起重機臂架等起重機臂架等在使用時不允許產生過量在使用時不允許產生過量的彈性變形。的彈性變形。二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:30/130強度強度 強度是金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形強度是金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的能力。常用用的強度指標有屈服和破壞的能力。常用用的強度指標有屈服點點屈服強度和抗拉強度。屈服強度和抗拉強度。屈服點屈服點屈服強度屈服強度 屈服點屈服點屈服強度表征金屬材料對產生明顯屈服強度表征金屬材料對產生明顯塑性變形的抗力。塑性變形的抗力。具有明顯屈服現象的材料具有明顯屈服現象的材料如低碳鋼如低碳鋼用屈用屈服點來表征材料對產生明顯塑性變形的抗服點來表征材料對產生明顯塑性變形的抗力。所謂力。所謂屈服點是指材料產生屈服時的應屈服點是指材料產生屈服時的應力力即屈服力即屈服力F Fs s(N)(N)除以試樣原始截面積除以試樣原始截面積S S0 0（mmmm2 2)所得的商所得的商用用s s表示表示單位為單位為N/mmN/mm2 2,即即 s s=F=Fs s/S/S0 0(N/mm(N/mm2 2)。1N/m1N/m2 2=1.020408x10=1.020408x10-7-7Kg/mmKg/mm2 2FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲線LK O二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:31/130屈服點屈服點屈服強度屈服強度 無明顯屈服現象的材料無明顯屈服現象的材料如高碳如高碳鋼鋼銅合金銅合金鋁合金等鋁合金等用屈服用屈服強度來表征材料對產生明顯塑性強度來表征材料對產生明顯塑性變形的抗力。國家標准規定變形的抗力。國家標准規定以以對應于規定殘余伸長為對應于規定殘余伸長為0.2%0.2%的應的應力（力（r0.2r0.2),),或者以對應于規定非或者以對應于規定非比例伸長為比例伸長為0.2%0.2%的應力（的應力（p0.2p0.2)作為作為屈服強度屈服強度。1N/m1N/m2 2=1.020408x10=1.020408x10-7-7Kg/mmKg/mm2 2FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲線LK O二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:32/130FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲線LK O抗拉強度抗拉強度 試樣拉伸過程中的最大力所對應的應力試樣拉伸過程中的最大力所對應的應力即最大力即最大力F Fb b（N)N)除以試樣的原始截面除以試樣的原始截面積積S S0 0（mmmm2 2)所得的商所得的商稱為抗拉強度稱為抗拉強度用用b b表示表示單位為單位為N/mmN/mm2 2,即即b b=F Fb b/S/S0 0 (N/mm (N/mm2 2)塑性材料（如低碳鋼）塑性材料（如低碳鋼）由圖可知由圖可知當當拉力達到拉力達到F Fb b時試樣出現頸縮。因此抗拉時試樣出現頸縮。因此抗拉強度是表征材料對產生局部伸長（頸強度是表征材料對產生局部伸長（頸縮）的抗力。對于脆性材料（如灰鑄縮）的抗力。對于脆性材料（如灰鑄鐵）鐵）拉伸過程不出現頸縮現象拉伸過程不出現頸縮現象FFb b 就是斷裂負荷。因此抗拉強度是表征就是斷裂負荷。因此抗拉強度是表征材料對斷裂的抗力。材料對斷裂的抗力。1N/m1N/m2 2=1.020408x10=1.020408x10-7-7Kg/mmKg/mm2 2二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:33/130FFeEFsFkFbS B 圖圖2.典型低碳鋼的拉伸曲線典型低碳鋼的拉伸曲線LK O抗拉強度抗拉強度 若零件在使用時不允許產生過若零件在使用時不允許產生過量的塑性變形量的塑性變形應以材料的應以材料的s s或或p0.2 p0.2（r0.2r0.2)進行設計計算。進行設計計算。若零件在使用時只要求不發生若零件在使用時只要求不發生破壞破壞則以材料的則以材料的b b來設計計來設計計算。因此算。因此 s s p0.2 p0.2（r0.2r0.2)和和b b是機械零件設計計算的主是機械零件設計計算的主要依據。要依據。1N/m1N/m2 2=1.020408x10=1.020408x10-7-7Kg/mmKg/mm2 2二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:34/130塑性塑性 在外力作用下金屬材料在斷裂前產生塑性變形的能力稱為在外力作用下金屬材料在斷裂前產生塑性變形的能力稱為塑性塑性。塑性通常用拉伸試驗測定的斷后伸長率（又稱延伸。塑性通常用拉伸試驗測定的斷后伸長率（又稱延伸率）和斷面收縮率來衡量。率）和斷面收縮率來衡量。斷后伸長率斷后伸長率 斷后伸長率是指試樣拉斷后標距的伸長量與原始的標距的斷后伸長率是指試樣拉斷后標距的伸長量與原始的標距的百分比百分比用用表示表示即即=(L=(L1 1-L-L0 0)/L)/L0 0 x100%x100%式中的式中的L L0 0為試樣原始標距為試樣原始標距(mm);L(mm);L1 1為試樣拉斷后的標距為試樣拉斷后的標距(mm)(mm)。二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:35/130斷面收縮率斷面收縮率 斷面收縮率是指試樣拉斷后頸縮處橫截面積的最大縮減量斷面收縮率是指試樣拉斷后頸縮處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比與原始橫截面積的百分比用用表示表示即即=(S=(S0 0-S S1 1)/S)/S0 0 x100%x100%式中的式中的S S0 0為試樣的原始橫截面積為試樣的原始橫截面積(mm(mm2 2);S);S1 1為拉為拉斷后試樣頸縮處的最小橫截面積斷后試樣頸縮處的最小橫截面積(mm(mm2 2)。斷后伸長率斷后伸長率與試樣原始標距與試樣原始標距L L0 0有關。這是由于試樣拉斷有關。這是由于試樣拉斷后的伸長量由試樣的均勻伸長和頸縮處的局部伸長兩部分后的伸長量由試樣的均勻伸長和頸縮處的局部伸長兩部分組成的組成的因此因此L L0 0愈長則愈長則愈小。常用圓形截面試樣的原始愈小。常用圓形截面試樣的原始標距標距L L0 0為直徑為直徑d d0 0的的1010倍倍(長試樣）和長試樣）和5 5倍（短試樣）二種倍（短試樣）二種其其斷后伸長率分別用斷后伸長率分別用1010（或（或）和）和5 5表示。而斷面收縮率表示。而斷面收縮率與試樣的尺寸無關與試樣的尺寸無關故能更可靠地反映材料塑性。故能更可靠地反映材料塑性。二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:36/130斷面收縮率斷面收縮率 和和是用來判斷材料在斷裂前所能產生的最大塑性變形是用來判斷材料在斷裂前所能產生的最大塑性變形量大小。量大小。一般認為一般認為25%25%的材料為塑性材料的材料為塑性材料如低碳鋼如低碳鋼 2%2%的為脆性材料的為脆性材料如灰鑄鐵。如灰鑄鐵。塑性還是金屬材料進塑性還是金屬材料進行壓力加工的必要條件。此外行壓力加工的必要條件。此外零件也要求具有一定的塑零件也要求具有一定的塑性。因為零件在工作時萬一超載性。因為零件在工作時萬一超載也會由于塑性變形使材也會由于塑性變形使材料強化而避免突然斷裂。但是料強化而避免突然斷裂。但是必須指出必須指出和和值的大小值的大小與負荷大小是無關的。與負荷大小是無關的。二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:37/130沖擊韌性沖擊韌性 前面討論的剛度前面討論的剛度強度和塑性是在靜拉力作用下的力學性強度和塑性是在靜拉力作用下的力學性能。但是能。但是許多機器零件許多機器零件如鍛錘杆如鍛錘杆在工作過程中往往在工作過程中往往受沖擊力作用。這種急速施加的沖擊力將促使金屬材料產受沖擊力作用。這種急速施加的沖擊力將促使金屬材料產生突然脆斷生突然脆斷具有很大的危險性。因此具有很大的危險性。因此為確保零件安全為確保零件安全工作工作還必須了解金屬材料在沖擊力作用下所表現的性能。還必須了解金屬材料在沖擊力作用下所表現的性能。金屬材料在沖擊力作用下金屬材料在沖擊力作用下抵抗斷裂的能力稱為沖擊韌性抵抗斷裂的能力稱為沖擊韌性（簡稱韌性（簡稱韌性）。金屬材料在常溫下的韌性指標是用）。金屬材料在常溫下的韌性指標是用GB229-84 GB229-84 金屬夏比（金屬夏比（U U型缺口）沖擊試試驗方法型缺口）沖擊試試驗方法測定測定的的其原理如圖其原理如圖3 3。二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:38/130沖擊試樣沖擊試樣圖圖3 試樣安裝試樣安裝沖擊力沖擊力沖擊韌性沖擊韌性 首先將被測材料制成帶有首先將被測材料制成帶有U U型缺口的標型缺口的標准試樣准試樣然后將試樣安放在試驗機上然后將試樣安放在試驗機上呈簡支梁狀態呈簡支梁狀態再將擺錘從一定高再將擺錘從一定高度落下度落下沖斷試樣。從試驗機的刻度沖斷試樣。從試驗機的刻度盤上可讀出沖擊吸收功盤上可讀出沖擊吸收功A Akuku值。而值。而AAkuku =W(H-h)=W(H-h)式中的式中的WW為擺錘重為擺錘重(N(N或或Kgf),Kgf),HhHh分別為擺錘沖斷前的高度分別為擺錘沖斷前的高度(m)(m)和沖和沖斷后的高度斷后的高度(m),A(m),Akuku的單位為的單位為J J或或Kgf.m(1Kgf.m=9.8J)Kgf.m(1Kgf.m=9.8J)。沖擊吸收功。沖擊吸收功A Akuku除除以試樣沖斷前缺口處的橫截面積以試樣沖斷前缺口處的橫截面積S(cmS(cm2 2)所得的商所得的商稱為沖擊韌度稱為沖擊韌度用用a akuku表示表示單位為單位為J/cmJ/cm2 2(或或Kgf.m/cmKgf.m/cm2 2)。A Akukuaakuku中的中的“U U”表示表示U U型缺口試樣。型缺口試樣。二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:39/130沖擊韌性沖擊韌性 沖擊韌度與試樣的尺寸形狀有關。標准沖擊試樣有沖擊韌度與試樣的尺寸形狀有關。標准沖擊試樣有U U型缺型缺口和口和V V型缺口兩種型缺口兩種其沖擊韌度分別用其沖擊韌度分別用akuaku和和akvakv表示。表示。V V型型缺口比缺口比U U型缺口容易產生應力集中型缺口容易產生應力集中從而使材料的脆性增從而使材料的脆性增加而韌性減小加而韌性減小故同一材料故同一材料akvakv比比akuaku值小。由于值小。由于akvakv能較好能較好反映材料的韌性反映材料的韌性所以許多行業（如造船）都采用所以許多行業（如造船）都采用akvakv或或AkvAkv來檢驗材料的韌性。還應該指出來檢驗材料的韌性。還應該指出不能將不能將akuaku值誤認為值誤認為沖擊吸收功沖擊吸收功AkuAku和缺口處橫截面積和缺口處橫截面積S S成比例關系成比例關系即當材料即當材料的截面積增大時的截面積增大時沖擊吸收功成比例增大。沖擊吸收功成比例增大。二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:40/130沖擊韌性沖擊韌性 實踐標明實踐標明大型零件易于脆斷大型零件易于脆斷這是由于大型零件在沖斷這是由于大型零件在沖斷時難于發生塑性變形時難于發生塑性變形從而造成脆性增加從而造成脆性增加韌性下降的緣韌性下降的緣故。為避免這種誤解故。為避免這種誤解一些國家已不采用沖擊韌度一些國家已不采用沖擊韌度(aku(aku akv)akv)而是直接使用沖擊吸收功而是直接使用沖擊吸收功AkuAku或或AkvAkv作為材料韌性的作為材料韌性的指標。指標。二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 2 2a ak kv v K Kg gf f.m m/c cm m圖圖4 溫度對沖擊韌度的影響溫度對沖擊韌度的影響40CrNi鋼鋼 沖擊吸收功沖擊吸收功沖擊韌度還與試驗溫沖擊韌度還與試驗溫度有關。一些材料的沖擊吸收功度有關。一些材料的沖擊吸收功沖沖擊韌度隨溫度降低而減小擊韌度隨溫度降低而減小且在某一且在某一溫度范圍發生急劇下降溫度范圍發生急劇下降這種現象稱這種現象稱為為冷脆冷脆該溫度范圍稱為脆性轉變溫該溫度范圍稱為脆性轉變溫度范圍度范圍如圖如圖4.4.ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:41/130沖擊韌性沖擊韌性 因此因此工程上還用脆性轉變溫度工程上還用脆性轉變溫度TkTk作為材料韌性指標。由作為材料韌性指標。由于確定脆性轉變溫度的依據不同于確定脆性轉變溫度的依據不同從而得到不同脆性轉變從而得到不同脆性轉變溫度指標。工程上常取與某一沖擊吸收功對應的溫度作為溫度指標。工程上常取與某一沖擊吸收功對應的溫度作為脆性轉變溫度脆性轉變溫度Tk,Tk,如如16Mn16Mn鋼的鋼的Tku24JTku24J為為-40C-40C。即。即AkuAku值不低值不低于于24J24J的最低溫度為的最低溫度為-40 C.-40 C.韌性指標可用來估計零件在使用時是否發生脆性斷裂韌性指標可用來估計零件在使用時是否發生脆性斷裂僅僅具有對比的相對意義具有對比的相對意義不能用于設計計算。零件所要求的不能用于設計計算。零件所要求的沖擊韌度是依據零件失效分析積累的資料來確定的。此外沖擊韌度是依據零件失效分析積累的資料來確定的。此外韌性指標對材料的缺陷反映很敏感韌性指標對材料的缺陷反映很敏感能夠靈敏的顯示材能夠靈敏的顯示材料宏觀缺陷及組織微小的變化料宏觀缺陷及組織微小的變化因此在生產中還用它來檢因此在生產中還用它來檢驗材料質量是否合格。驗材料質量是否合格。二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:42/130疲勞強度疲勞強度 許多零件在工作時所承受的許多零件在工作時所承受的應力是隨時間作周期性變化應力是隨時間作周期性變化的。例如的。例如傳動軸在轉動時傳動軸在轉動時雖然外力雖然外力F F不變不變但軸上但軸上A A點點處的應力處的應力卻是隨時間卻是隨時間t t作周作周期性的變化期性的變化如圖如圖5.5.這種應這種應力稱為交變應力。從圖中還力稱為交變應力。從圖中還可看出可看出最大應力最大應力2 2與最小與最小應力應力4 4大小相等而符號相反大小相等而符號相反這種應力循環稱為對稱循這種應力循環稱為對稱循環。環。二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 F1 12 23 34 41 1t t圖圖5 軸的交變應力軸的交變應力 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:43/130疲勞強度疲勞強度 金屬材料在交變應力作用下會產生局部累積損傷金屬材料在交變應力作用下會產生局部累積損傷經長期經長期應力循環后應力循環后這種損傷逐步發展成為裂紋或斷裂這種損傷逐步發展成為裂紋或斷裂這種現這種現象稱為疲勞破壞。金屬材料在交變應力下的疲勞破壞與靜象稱為疲勞破壞。金屬材料在交變應力下的疲勞破壞與靜拉力下的破壞完全不同拉力下的破壞完全不同其特點是其特點是疲勞破壞的應力低疲勞破壞的應力低其應力不僅低于抗拉強度其應力不僅低于抗拉強度甚至低于屈服強度甚至低于屈服強度再有再有疲疲勞破壞時無明顯的塑性變形勞破壞時無明顯的塑性變形即使是塑性材料即使是塑性材料在斷裂前在斷裂前也不呈現明顯的塑性變形也不呈現明顯的塑性變形而是脆性斷裂而是脆性斷裂因此因此具有較具有較大的危險性大的危險性。疲勞強度是指金屬材料經無數多次應力循環而發生疲勞破疲勞強度是指金屬材料經無數多次應力循環而發生疲勞破壞的最大應力值壞的最大應力值。它表征材料對疲勞破壞的抗力。它表征材料對疲勞破壞的抗力。二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 ConfidentialLu uXshareshare-Conn.R&D11/308 Page:44/130疲勞強度疲勞強度 金屬材料的疲勞強度一般是用金屬材料的疲勞強度一般是用GB4337-84GB4337-84金屬彎曲疲勞金屬彎曲疲勞試驗方法試驗方法測定的。試驗是用一組（測定的。試驗是用一組（610610根）光滑圓形根）光滑圓形截面的試樣截面的試樣測出試樣所呈受的彎曲交變應力測出試樣所呈受的彎曲交變應力maxmax與其與其對應的斷裂前應力循環此次數對應的斷裂前應力循環此次數N N的關系曲線（疲勞曲線）的關系曲線（疲勞曲線）如圖所示。由圖可知如圖所示。由圖可知maxmax愈小則愈小則N N愈大愈大當當maxmax二二 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 圖圖6 鋼的疲勞曲線鋼的疲勞曲線 N107-1-1maxmax降低到某一數值時降低到某一數值時疲勞曲線疲勞曲線趨于水平趨于水平即表示材料經無窮即表示材料經無窮多次應力循環多次應力循環(實際上實際上一般規一般規定應力循環次數定應力循環次數NN鋼鐵為鋼鐵為10107 7次次有色金屬為有色金屬為10108 8次次)而不發而不發生疲勞破壞生疲勞破壞該應力值就是該應力值就是Confiden