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3D打印的材料及工艺ppt

  • 素材大小:6.78 MB
  • 素材授权:免费下载
  • 更新时间:2016-12-18
  • 素材类别:高校大学PPT
  • 素材格式:.ppt
  • 关键提要:工学
  • 素材版本:PowerPoint2003及以上版本(.ppt)
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这是一个关于3D打印的材料及工艺ppt,主要介绍3D打印常用材料、材料的制备方法、材料的性能、材料发展趋势。欢迎点击下载哦。

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3D打印的材料及工艺ppt

PPT内容

       由于晶须的尺寸很小,从宏观上看与粉末一样,因此在制备复合材料时,只需将晶须分散后与基体粉末混合均匀,然后对混好的粉末进行热压烧结,即可制得致密的晶须增韧陶瓷基复合材料。
      目前常用的是SiC,Si3N4,Al2O3晶须,常用的基体则为Al2O3,ZrO2,SiO2,Si3N4及莫来石等。
      晶须增韧陶瓷基复合材料的性能与基体和晶须的选择、晶须的含量及分布等因素有关。
  由于晶须具有较大的长径比,因此,当其含量较高时,因其桥架效应而使致密化变得因难,从而引起了密度的下降并导致性能的下降。
      为了克服这一弱点,可采用颗粒来代替晶须制成复合材料,这种复合材料在原料的混合均匀化及烧结致密化方面均比晶须增强陶瓷基复合材料要容易。
   当所用的颗粒为SiC,TiC时,基体材料采用最多的是Al2O3,Si3N4。目前,这些复合材料已广泛用来制造刀具。
       晶须与颗粒对陶瓷材料的增韧均有一定作用,且各有利弊:
    晶须的增强增韧效果好,但含量高时会使致密度下降; 颗粒可克服晶须的一弱点,但其增强增韧效果却不如晶须。
4.4.3 纤维增强陶瓷基复合材料的制备
  纤维增强陶瓷基复合材料的性能取决于多种因素,如基体、纤维及二者之间的结合等。
 从基体方面看,与气孔的尺寸及数量,裂纹的大小以及一些其它缺陷有关;
从纤维方面来看,则与纤维中的杂质、纤维的氧化程度、损伤及其他固有缺陷有关;
从基体与纤维的结合情况上看,则与界面及结合效果、纤维在基体中的取向,以及载体与纤维的热膨胀系数差有关。  
正因为有如此多的影响因素,所以在实际中针对不同的材料的制作方法也会不同,成型技术的不断研究与改进,正是为了能获得性能更为优良的材料。  
一、塑料的组成
添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质。
填料(填充剂)主要起增强作用;
增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性;
固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构;
稳定剂用于防止塑料老化,延长其使用寿命;
润滑剂用于防止塑料加工时粘在模具上, 使制品光亮;
着色剂用于塑料制品着色。
其他的还有发泡剂、催化
    剂、阻燃剂、抗静电剂等。
热塑性塑料受热时软化,冷却后变硬,具有可塑性和重复性,其树脂结构为线性或支链型,弹性、塑性好,硬度低。
热固性塑料加热固化后不再软化,形成不溶、不熔物,其树脂结构为体型(网状型),硬度高,脆性大,无弹性和塑性。
三、塑料的性能特点
塑料的优点:
相对密度小(一般为0.9 ~2.3);耐蚀性、电绝缘性、减摩、耐磨性好;有消音吸振性能;良好的工艺性能 。
单丝挤出成型
单丝挤出成型
作为粉末冶金新技术,第一个引入注目的技术就是快速凝固制粉技术,快速冷凝制取金属粉末是指金属或合金的熔滴通过急剧冷却,形成非晶、准晶和微晶金属粉末的技术。它的出现无论对粉末合金成分的设计还是对粉末合金的微观结构以及宏观特性都产生了深刻影响,它给高性能粉末冶金材料制备开辟了一条崭新道路,有力地推动了粉末冶金的发展。
雾化技术特点:
 使熔体在离心力、机械力或窝速流体冲击力等外力作用下分散成尺寸极小的雾状熔滴,并使熔滴在与流体或冷模接触中迅速冷却凝固。
1. 流体雾化法
      通过高速、高压的工作介质流体对熔体流的冲击把熔体分离成很细的熔滴,并通过对流的方式散热而实现快速冷却凝固。
      熔体的冷却速度主要由工作介质的密度、熔体和工作介质的传热能力、熔滴的直径决定,而熔滴的直径手熔体过热温度、熔体流直径、雾化压力和喷嘴设计等雾化参数控制。
1. 流体雾化法:
(a)水雾化法:
      水雾化法即为熔体流在高压高速水流的冲击下,经过片状、线状、熔滴状三个阶段逐步分离雾化,并在水流冷却下凝固成粉末。
       图中:
       1、熔体
       2、石英管
       3、水流
       4、熔滴
1. 流体雾化法:
(b)气体雾化法 :
      与水雾法相比,如果雾化
熔体的流体不用水而用空气或
惰性气体,则为气体雾化法。
      右图为气雾法制粉装置示意图,
图中自上而下分别为:电源、坩埚、
雾化气体、喷嘴、粉末、真空泵
收集器。
水雾化法与气雾化法比较:
水雾化法与气雾化法的优点:
  设备比较简单,工艺简单,操作容易,可以成吨大量连续生产
缺点: 能达到的冷却速率比较低,粉末的粒度及其分布的影响因素较多,不易精确控制,且粉末易氧化
1. 流体雾化法:
(c)超声气体雾化法:
      超声气体雾化法的主要设备与水雾化法相似,但是用速度高达850 m/s的高速高频(80~100kHz)脉冲气流代替了水流。
      高速高频脉冲气流可以把熔体流分离成更细、更均匀的熔滴,并且熔体也不像水雾化法中经过三个阶段,而是直接分离成细小熔滴凝固成粉末,制备的粉末更细。超声气体雾化法已成功应用于高温合金和铝合金粉末的制备。
1. 流体雾化法:
(d)高速旋转筒雾化法:
    如下图所示:经感应加热融化后的熔体流从石英管中喷射到旋转筒内层的淬火液(水、碳氢化合物或低温流体)中,熔体流在旋转淬火液的冲击下雾化分离成熔滴并冷却凝固成纤维或粉末,然后在离心力的作用下飞出。
图中:1、冷却液
          2、旋转筒
          3、感应线圈
          4、熔体
          5、石英管
1. 流体雾化法:
(d)高速旋转筒雾化法:
           高速旋转筒雾化法优点:可以获得较高的冷却速率。现今,高速旋转筒雾化法已经应用于快速凝固高温合金、各种钢、铝和铜等有色合金的生产中。
2. 离心雾化法:
      离心雾化法主要包括快速凝固雾化法和旋转电极雾化法。
      在离心雾化法中,熔体在旋转衬底的冲击和离心力的作用下雾化,同时通过传导和对流的方式传热。
优点:  生产效率高,可以连续运作
             适于大批量生产
2. 离心雾化法:
(a)快速凝固雾化法:
      该方法中,熔化的合金熔体
从石英坩埚中喷到一个表面刻有
沟槽的圆盘形雾化器上,圆盘以
高达3500r/min的速度旋转,喷到盘上的熔体雾化成小小的熔滴并在离心力的作用下向外飞出,同时惰性气体流沿与熔滴运动几乎垂直的方向高速流动,是熔滴迅速凝固成粉末。
2. 离心雾化法:
(a)快速凝固雾化法:
      优点: 1)凝固冷却速率大,一般可达105K/s;
                 2)粉末的尺寸与分布是可控的。
        因为快速凝固雾化法中旋转雾化器的转速约为比熔体旋转法中的辊轮转速大10倍,所以熔体与雾化器接触的时间很短,熔滴主要是在与气流接触时通过对流传热冷却凝固的。
       而通过改变熔体喷出速度和雾化器的尺寸及转速,可以控制粉末的尺寸与分布。
       缺点:当合金的熔点较高时,石英管喷嘴容易损坏。
3.机械雾化和其它雾化法
     这类雾化方法是通过机械力的作用或者电场力等其它作用分离和雾化熔体然后冷凝成粉末。
A.双辊雾化法
(Twin Roll Atomization)
     熔体流在喷入高速相对旋转的辊轮间隙时形成空穴并被分离成直径小至30m的熔滴,雾化的熔滴可经气流、水流或固定于两辊间隙下方的第三个辊轮冷却凝固成不规则的粉末或薄片。
超微粉末在使用过程中必须具有以下特点:粉末颗粒表面洁净;粉末的粒径和粒径分布可以控制;粉末的稳定性好,易于储存;粉末的产率、产量高等。
气相法是制备超微粉末的有效方法,主要特点是:粉末的生成(反应)条件易于调节,可以控制超微粉末的粒度,粉末的纯度高。
气相法制备超微粉末技术分为两大类,一类是蒸发凝聚法,一类是气相化学反应法。   
采用气相法制备超微粒子时,无论采用哪种具体工艺,都会涉及气相中粒子形核、晶核长大、凝聚等一系列粒子生长基本过程。
气相法制备技术
蒸发凝聚法
低压惰性气体中蒸发凝聚法
 等离子体蒸发法
阴极溅射法
流动油面上真空蒸发法
通电加热法
气相化学反应法制备技术
一、蒸发凝聚法
基本概念:
      蒸发凝聚法是将金属、合金、金属化合物、陶瓷等材料加热,产生蒸气,并将蒸气冷却凝聚,发生形核、长大,生成超微粉末的技术。
1. 低压惰性气体中蒸发凝聚法
 在1~100Torr的低压高纯惰性气体(Ar气或He气等)中加热蒸发金属或合金原料,产生金属蒸气,蒸发原子在与惰性气体分子碰撞过程中失去动能,发生形核、长大而生成超微粉末。
技术优点:
粉末的纯度极高;
粉末颗粒是在准热平衡状态下生成的,颗粒的结晶性好;
粉末的粒度可以通过调整蒸发温度和惰性气体的压力来控制,可以得到粒度分分布范围很窄的超微粉末;
适合于制备一切能够进行蒸发的材料的超微粉末。
(1)电阻加热蒸发法
优点:
缺点:电阻材料的损耗大,易在超微粉末中带入杂质,每次投料量很少。
(2)电弧放电加热蒸发法
在水冷铜坩锅和高融点金属电极之间放电,产生数万伏的脉冲电压,使放置在水冷铜坩锅的中的金属试料表面产生极高温度,进行蒸发冷凝,就可以得到超微粉末。放电电压随稀薄气体的种类、电极的形状和放置位置不同而不同,为了形成稳定的放电电压上述条件应该稳定不变。
(3)感应电流加热蒸发法
    原理:以中、高频感应电流加热坩埚内的金属原料,在低压(1~10KPa)的He、Ar等惰性气体中进行蒸发,金属蒸气原子在与惰性气体原子发生碰撞的过程中冷却,凝聚而形成超微粒子。蒸发金属用的坩埚一般选用刚玉(Al2O3)、ZrO2、BN等陶瓷。
关键技术问题:蒸发源、粉末收集
    超微粉末的收集采用流动的惰性气体进行动态沉积进行捕收,这种捕收方式不仅可以降低装置内的温度,促进金属的蒸发及金属蒸气形核,开可以驱使初生的超微粒子迅速离开蒸发源,得到抑制粉末粒度的效果。
水平:感应电流加热蒸发法制备超微粉末的装置规格已经达到520m,超微粉末的月产量已经达到吨级。
(4)电子束加热蒸发法
电子束加热方法在金属焊接和蒸发镀膜等微细加工中有着重要的应用,操作一般是在高真空中进行的。若装置内残余气体分子数量过多,则电子就会与气体分子发生碰撞,产生散射作用,降低电子束的加热效果。要采用电子束加热蒸发法制备超微粉末,必须克服这一矛盾。
工艺特点:能量密度高,加热速度快,加热温度高,不仅可以蒸发常规金属,尤其适合于蒸发高熔点金属如W、Mo、Ta、Ti、Pt及化合物超微粉末。对于在高温下容易与坩埚起反应的材料更有效。采用电子束加热蒸发法制备的超微粉末粒度分布非常窄,可以获得粒径在几个nm的粉末,且粉末的纯度高。
不足之处:粉末的产量不高。
现在已经开发出了功率达100KV的电子枪,电子束流强度为50mA,粉末的产率可以达到数g/h。
(5)激光加热蒸发法
 激光加热蒸发法是一种将连续且高能量密度的辐射光源(CO2激光、YAG激光)透过激光器窗口聚集在固体表面上,使其蒸发的物理方法。由于激光束的功率密度可以达到104W/cm2以上,激光照射在物体表面时,可以将物料迅速融化,乃至气化。作为窗口的材料一般选用Ge或Nacl单晶板。
工艺优点:
容易制备粒度很细的超微粉末;
粉末的纯度很高,颗粒表面洁净;
蒸发源的能量密度比电弧加热法要高一个数量级,材料在极短时间内可以达到蒸发温度,而且蒸发位置和蒸发源的能量密度可以通过调整聚光系统来控制;
制备出来颗粒粒径极细,且分布范围较窄,借助于改变气氛压力可以自由控制粒径。
激光加热蒸发法主要缺点:
能源转换效率较低,一般不超过20%;
不适于制备很多表面反射性强,吸热效率低的金属超微粉末。
    由于激光输出功率的限制,这种方法最初只能用于研究室规模的实验,最近陆续出现了一些KW级输出功率的激光装置,为工业规模生产创造了条件。
2. 等离子体蒸发法
      等离子体是一种高能离子束,由中性粒子、离子、电子等组成,温度高达10000K以上,如将等离子体照射在物料上,或将颗粒状物料注入到等离子体内,物料就会迅速气化成蒸气,在等离子体边缘,蒸气迅速冷却时,达到过饱和状态,发生凝聚形核,就可以形成超微粉末。根据这一思想,可以将等离子体作为一种流动的反应器,用于制备超微粉末。
(1)产生等离子体的方法
利用电极间的放电电弧产生等离子体
 将电流电压加在阴极和阳极组成的电弧等离子体发生器上,当气体(Ar、N2、O2和H2等)通过阴极和阴极间隙时,部分气体电离而形成的等离子体。
利用高频磁场感应加热气体
     以将频率为几兆赫以上的高频交变电流通到套在石英管外的螺缍管圈上,使石英管内流过的气体感应加热,部分电离形成等离子体。
混合等离子体法
  将上述两者结合在一起,既具有直流电弧等离子体稳定性的优点,又具有高频感应等离子体体积大的优点,把反应物和Ar气送至超高温(10000℃左右)的混合等离流中,使原料粉末熔化、蒸发、然后快速冷凝,形成超微粉末。
(2)等离子体加热蒸发法基本原理 及工艺
原理:向惰性气体如氢、氦、氮放电产生的等离子体中输入固体粉末粒子,并便获得的超高温蒸气通过急冷装置在非平衡过程中凝聚,如把几种不同的固体粒子同时注人,则可制得合金或化合物超微粒子。
基本工艺:
等离子体火焰加热蒸发法:
原理与激光加热法的类似。等离子体火焰以45度角倾斜照射在固体金属表面上,使其受热蒸发,产生蒸气。金属蒸气和高温等离子流混合在一起形成火焰尾,反射到粉末收集器内。在冷却过程中,金属蒸气凝结成超微粉末,并沉积在水冷收集器上。
问题:采用等离子体火焰直接加热金属块进行蒸发时,高温等离子体火焰容易将熔体吹飞,不利于控制粉末的粒度。
解决办法:将待蒸发原料以粉末颗粒的形式加入到高温等离子体中,使之完全蒸发形成高温蒸气。
关键问题:被注入到等离子体火焰中的颗粒状原料必须能完全被蒸发掉。金属颗粒的蒸发效率取决于其粒径大小和被注入时的初始速度、等离子体流动速度和热传导系数等。因此,为了提高等离子体的热传导系数,可以采用在等离子体中导入H2的方法,而且H2的加入还具有还原效果,有利于制备高纯的金属超微粉末。
反应等离子体蒸发法
采用含C、N、O等的气体做反应剂进行蒸发实验,可以制备出化合物超微粉末。
等离子体化学气相沉积法
利用高温等离子体将反应剂气化,并发生化学反应,生成超微粉末。
3. 阴极溅射法
 原理:将两块板状金属平行放置在Ar(40~250Pa)中,在两块金属板上加上几百伏的直流电压,使金属板间产生辉光放电。放电产生的离子撞击在阴极待蒸发靶材上(待蒸发材料为阴极,Al板为阳极),将靶材上的金属原子激发出来,形成金属蒸气,凝聚后形成超微粉末。
 特点:靶材表面不会融化;高融点金属也能蒸发;若将蒸发靶材做成几种元素的混合物,还可以制备出复合超微粉末,且粉末的成分与靶材的一致。
4. 流动油面上真空蒸发法
金属在高真空环境中蒸发时,金属原子连续不断地在固体衬底上冷凝,形核,生长,最终形成金属薄膜。在蒸发的初期阶段,在衬底上形成的薄膜是不连续的,它是由粒度分布很窄的超微粒子组成的“岛状”结构。利用这一现象,将固体衬底改为流动的低蒸气压液体,当金属原子到达流动的液体表面上发生冷凝时,就可以形成超微粉末。这种在真空环境中采用蒸发冷凝的方法制备超微粉末的方法被称之为流动油面上真空蒸发法(Vacum Evaporation on Running oil Suhstracte),简称VEROS法。
VROS法制备超微粉末的特点:
粉末的平均粒径很小,可以达到3nm,比其它方法制得的粉末细得多;
粉末的粒度分布范围很窄;
蒸发速度比低压惰性气体加热蒸发法的大得多;
超微粒子在油中的分散性好。
不足之处:从液体中分离粉末的手续麻烦;粉末粒度太细,容易氧化。
5. 通电加热法
     通电加热法最初是为了制备SiC超微粉末而开发出来的,装置原理如图所示:在数Torr~数十Torr的惰性气体中,将作为电极的炭捧和放在铜板电极上的固态Si接触,在将固态Si加热的同时,在炭捧与铜板之间外加交流电压,由于Si具有负的电阻温度系数,随着温度上升,Si的电阻减少,所以两极之间电流增加炭捧变赤热状态,硅熔化后附着在炭捧表面,发生反应,生成SiC,并进一步蒸发、冷凝,形成SiC超微粉末。
二、气相化学反应法制备技术
 气相反应法是指金属蒸气或者气态化合物通过化学反应生成超微粉末的方法。
化学气相反应大多采用高挥发性金属卤化物、碳基化合物、烃化物、有机金属化合物和氧氯化合物、金属醇盐作为原料,有时还涉及使用氧、氢、氨、氮、甲烷等一系列进行氧化还原反应的反应性气体,因此化学气相反应合成常被用来制备包括金属在内的各种超微粉体。
该法所用设备简单,反应条件容易控制,产物纯度高且粒径分布窄,尤其适于规模生产。
1. 气相反应法分类
通过单一化合物的气相热分解反应来生成超微粉末。在该方法中,原料A必需含有生成超微粉末所需的全部元素,例如CH3SiCl3中含有生成SiC超微粉末所需的Si和C元素,通过分解反应,就可以生成SiC超微粉末。
               A(g)B(s)+C(g)          
利用两种以上的气态化学物质间的化学反应来生成超微粉末。在该方法中,原料的选择自由度很大,制备同一种超微粉末可以有很多种组合。
               A(g)+B(g)C(s)+D(g) 
2.工艺特点
要求原料的蒸气压高,分解温度低,容易制备,具有较高的反应活性等。一般可以采用金属的卤化物、烷氧基化合物M(OR)、烷基化合物M(R)n等。
采用气相化学反应法制备超微粉末时,生成的超微粉末性质除取决于反应物质的物理化学性质之外,还取决于反应器的构造、加热方式、反应气体导入反应器的方式等。
诱导化学反应方法的有电阻炉加热法、化学火焰法、等离子体法、电弧法和激光法等。
3.电阻加热式的气相化学反应法
 电阻加热式管式反应器是化工领域中最为典型、最为简单的一类反应器,也可以用于合  成超微粉末。这类反应器的结构,如管径、长度、温度场分布,及原料气的供给方式,载体气体,反应气体的流速等都直接影响到反应的转化率,原料的利用率,粉末的产率、粒度、纯度等。
注意问题:
由于反应器采用的是外部加热,反应器壁温度很高,易和反应气体反应,所以反应器材质选定很重要。作为反应器的材料要求在需要的温度条件下能够不和气体原料发生化学反应,一般使用石英玻璃管、磁管、Al2O3管和石墨管。在使用还原气氛合成氮化物和碳化物超微粉末时,也可以在反应器的高温区插入Mo管,用来反应器。
考虑到反应管内流体的温度、速度分布特征以及传热学行为,选用细而长的管子有利。这样的反应器内的温度梯度小,反应高温段的温度分布均匀,有利于均相反应的进行;反应气体进入到反应管内时应尽量保持稳流状态,压力要稳定,这样,就可以控制超微粒子的形核与生长过程,达到控制超微粉末粒径的目的。
4. 等离子体合成技术
(1)反应等离子体法
 由于等离子体的温度可以高达10000K以上,不仅可以将金属、合金乃至陶瓷汽化,还可以诱发各种化学反应。在蒸发金属或合金的过程中,采用含碳、含氮或含氧性气氛,还可以制备出金属碳化物、氮化物或氧化物超微粉末。
(2)等离子体化学气相沉积法
方法有两种,如图所示,一种是在等离子体中导入反应性气体A,使之热理解成原子态,在等离子体火焰的尾部导入反应性气体B,两者发生化学反应,生成化合物C超微粉末,如图(a)所示;一种是在等离子体火焰尾部同时导入反应性气体,进行化学反应,生成C化合物的超微粉末,如图(b)所示。但后者的缺点是,热效率不高,且容易在超微粉末中引入杂质,而前者更有效。
5. 激光诱导化学反应法
原理:利用反应性气体分子对特性波长的激光光子能量的吸收,活化,诱导气体分子的光解、热分解、激光光敏化和化合反应等,发生超微粒子的形核与生长,最终形成超微粉末。采用的激光一般是波长为10.6m的CO2激光和波长为1.06m的Nd:YAG激光。CO2激光有连续型和脉冲型两种。
使用性能:材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能、化学性能和生物性能。
工艺性能:材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。
2.3.1材料的机械性能(力学性能)
材料在载荷 (外力或能量) 以及环境因素作用下表现出 的变形和破断的特性。
材料受外力作用时,将会产生变形和破坏。其过程一般是:弹性变形-塑性变形-断裂。
材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化,称为变形。
外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。
外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。
金属应力-应变 曲线(分为四阶段): 
弹性变形
屈服变形
均匀塑性变形阶段
局部集中塑性变形 - 颈缩
一、弹性和刚度
弹性:指标为弹性极限e,即材料承受最大弹性变形时的应力。
刚度:材料抵抗弹性变形能力。弹性模量E。        
二、强度与塑性
强度:材料在外力作用下抵抗塑性变形和破断的能力。
屈服强度s:材料发生微量塑性变形时的应力值。是设计 和选材的主要依据之一。
条件屈服强度0.2:残余变形量为0.2%时的应力值。
抗拉强度b:材料断裂前所承受的最大应力值。是零件设计的重要  依据,也是 评定金属材料质量的重要指标。
 铸铁、陶瓷、复合材料等脆性材料
                       σb =σs
中、高碳钢等无明显屈服现象
塑性:材料受力破断前可承受最大塑性变形的能力。 指标为:
   伸长率:
三、冲击韧性
是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。
ak = Ak / F ( J/cm2 或 MJ/m2 )
    Ak-冲击破坏所消耗的功变形功及断裂功; F-试样断口截面积。
影响因素 :材料、T、试样大小、缺口形状等。
应用:汽车紧急制动;蒸汽锤;冲床等动载荷。
脆性材料:断裂前无明显变形,断口呈结晶状,有金属光泽。
 韧性材料: 断裂前明显塑变,断口呈灰色纤维状,无光泽。
韧脆转变温度
材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。
Titanic 号钢板(左图)和近代船用钢板(右图)的冲击试验结果
四、疲劳
材料在低于s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。
材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用-1表示。
钢铁材料规定次数为107,有色金属合金为108。
疲劳断口
钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:
           σ-1 = (0.45~0.55)σ b
疲劳占失效零件的70%以上,80%的断裂由疲劳造成。
疲劳原因:划痕、内应力集中引起微裂纹展
影响因素:循环应力特征、温度、材料成分和组织、
  夹杂物、表面状态、残余应力等。
陶瓷、高分子材料的疲劳抗力很低;金属材料,纤维增强复合材料疲劳强度较高。
通过改善材料的形状结构,减少表面缺陷,提高表面光洁度,进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。
五、硬度
硬度是指材料抵抗表面局部塑性变形的能力。
硬度是衡量材料软硬的指标,是一个综合的物理量。工业上质量检验、工艺设计最常用的性能指标。材料的硬度越高,耐磨性越好,故常将硬度值作为衡量材料耐磨性的重要指标之一。
硬度的应用:
▲ 检验产品质量
▲ 衡量刀具、轴承等软硬程度和耐磨性
▲ 可换算为强度极限
布氏硬度HB
直径为D的淬火钢球或硬质合金球,以相应的试验力P压入试样表面,保持规定的时间后卸除试验力,在试样表面留下球形压痕,如下图所示。
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。
压头为硬质合金球时,用符号HBW表示,适用于布氏硬度在650以下的材料。
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 b(MPa)≈ 0.6(HB-40)
洛氏硬度HR
洛氏硬度是以顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为Φ1.588㎜的淬火钢球作压头,以规定的试验力使其压入试样表面。试验时,先加初试验力,然后加主试验力。压入试样表面之后卸除主试验力,在保留初试验力的情况下,根据试样表面压痕深度,确定被测金属材料的洛氏硬度值。
根据压头类型和主载荷不同,分为九个标尺,常用的标尺为A、B、C。
      ▲ HRB(钢球压头,100kg载荷)
  ▲ HRC(圆锥压头,150kg载荷)
  ▲  HRA(圆锥压头,60kg载荷)
维氏硬度HV
金刚石正四棱锥压头,精确,但操作复杂,用于科学试验。
压力可选5~120kg间的特定值;适于各种硬度值的测量;压痕小,可测表面硬化层、薄片零件。
硬度之间互换的关系:
  200 ~ 600HBS时:      10HRC ~ HBS
硬度小于450HBS时:   HBS ~ HV
维氏硬度HV符号前的数字为硬度值,后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。
根据载荷范围不同,规定了三种测定方法—维氏硬度试验 、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。
维氏硬度保留了布氏硬度和
    洛氏硬度的优点。  
六、断裂韧性KIC
低应力脆断 —— 应力远小于屈服强度时发生突然脆性断裂 。
机理 —— 微裂纹、缺陷、应力集中 → 裂纹扩展 →失稳扩展 。
断裂韧性 —— 裂纹失稳扩展抗力。
影响因素 —— 成分、热处理、加工工艺。
七、高温下的机械性能
温度升高 → 硬度、强度、弹性模量下降;塑性、韧性 增加。
棋牌休闲直播 蠕变 – 高温下工作的材料,随时间的延长,应变量缓慢增加,甚至发生断裂。

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