金屬材料力學(xué)性能

1、第一章第一章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能第一節(jié)第一節(jié) 強(qiáng)度與塑性強(qiáng)度與塑性第二節(jié)第二節(jié) 硬度硬度第三節(jié)第三節(jié) 沖擊韌度沖擊韌度第四節(jié)第四節(jié) 疲勞疲勞一、拉伸試驗(yàn)一、拉伸試驗(yàn)在萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上做拉伸實(shí)驗(yàn)第一節(jié) 強(qiáng)度與塑性二、強(qiáng)度二、強(qiáng)度 金屬材料在載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力稱為金屬材料在載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)強(qiáng)度度。 按外力作用的性質(zhì)不同，分為：按外力作用的性質(zhì)不同，分為： 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度s 、抗拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度b 、抗壓強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度b c、抗剪強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度b等。等。 1 1、屈服點(diǎn)與屈服強(qiáng)度、屈服點(diǎn)與屈服強(qiáng)度 金屬材料開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最低應(yīng)力值稱為

2、金屬材料開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最低應(yīng)力值稱為屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)，用符號(hào)用符號(hào)s s 表示。表示。s s=F=Fs s/A/Ao o 式中式中F Fs s試樣發(fā)生屈服時(shí)的載荷（試樣發(fā)生屈服時(shí)的載荷（N N）; ; A Ao o試樣的原始橫截面積（試樣的原始橫截面積（mmmm2 2）。 工業(yè)上使用的某些金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，在拉工業(yè)上使用的某些金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，在拉伸過程中，沒有明顯的屈服現(xiàn)象，無法確定其屈服點(diǎn)伸過程中，沒有明顯的屈服現(xiàn)象，無法確定其屈服點(diǎn)s s ，按按GB/T2228GB/T2228規(guī)定，可用規(guī)定，可用屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度0.20.2來表示該材料開始產(chǎn)生來表示該材料開始產(chǎn)生塑

3、性變形時(shí)的最低塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力值。屈服強(qiáng)度為試樣標(biāo)應(yīng)力值。屈服強(qiáng)度為試樣標(biāo)距部分產(chǎn)生距部分產(chǎn)生0.2%0.2%殘余伸長時(shí)殘余伸長時(shí)的應(yīng)力值，即的應(yīng)力值，即 0.20.2=F=F0.20.2/A/Ao o式中式中 F F0.20.2試樣標(biāo)距產(chǎn)生的試樣標(biāo)距產(chǎn)生的0.2%0.2%殘殘 余伸長時(shí)載荷（余伸長時(shí)載荷（N N）；）； A Ao o試樣的原始橫截面積（試樣的原始橫截面積（mmmm2 2）。）。屈服強(qiáng)度的測定2、抗拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度 金屬材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力值稱為抗拉強(qiáng)度，金屬材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力值稱為抗拉強(qiáng)度，用符號(hào)用符號(hào) b b表示。表示。 b b=F=Fb b/A/

4、Ao o式中式中 F Fb b試樣在斷裂前所承受的載荷（試樣在斷裂前所承受的載荷（N N）；）； A Ao o試樣原始橫截面積（試樣原始橫截面積（mmmm2 2）。）。三、塑性三、塑性 金屬材料的載荷作用下，斷裂前材料發(fā)生不可逆久變形的金屬材料的載荷作用下，斷裂前材料發(fā)生不可逆久變形的能力稱為能力稱為塑性塑性。 通過拉伸試驗(yàn)可測定材料的塑性。通過拉伸試驗(yàn)可測定材料的塑性。 常用的塑性指標(biāo)有常用的塑性指標(biāo)有斷后伸長率斷后伸長率和和斷面收縮率斷面收縮率。 =(L1-L0)/L0 =(F0-F1)/F0第二節(jié)第二節(jié) 硬度硬度 硬度硬度是指金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、是指金屬材料抵抗局部變形

5、，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。壓痕或劃痕的能力。 可用硬度試驗(yàn)機(jī)測定，可用硬度試驗(yàn)機(jī)測定，常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度HBWHBW、洛氏硬度（、洛氏硬度（HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC等）和維氏硬度等）和維氏硬度HVHV。 第三節(jié)、沖擊韌度第三節(jié)、沖擊韌度 試驗(yàn)時(shí)，將試樣放在試驗(yàn)機(jī)兩支座上，。把質(zhì)量為試驗(yàn)時(shí)，將試樣放在試驗(yàn)機(jī)兩支座上，。把質(zhì)量為m m的擺錘的擺錘抬到高抬到高H H，使擺錘具有位能為，使擺錘具有位能為mHgmHg。擺錘落下沖斷試樣后升。擺錘落下沖斷試樣后升至至h h高度高度, ,具有位能為具有位能為mhgmhg，故擺錘沖斷試樣推動(dòng)的位能為，故擺

6、錘沖斷試樣推動(dòng)的位能為mHgmhgmHgmhg，這就是試樣變形和斷裂所消耗的功稱為，這就是試樣變形和斷裂所消耗的功稱為沖擊吸沖擊吸收功收功A AK K，即，即A AK=K=mg(H-h)mg(H-h) 用試樣的斷口處截面積用試樣的斷口處截面積S SN N（cmcm2 2）去除）去除A AK K（J J）即得到）即得到?jīng)_擊韌沖擊韌度度，用，用a ak k表示，單位為表示，單位為J/cmJ/cm2 2. . a aK K=A=AK K/S/SN N第四節(jié)、疲勞第四節(jié)、疲勞一、疲勞概念一、疲勞概念 雖然零件所承受的交變應(yīng)力數(shù)值小于材料的屈服強(qiáng)度，但雖然零件所承受的交變應(yīng)力數(shù)值小于材料的屈服強(qiáng)度，但在

7、長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后也會(huì)發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后也會(huì)發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂疲勞斷裂。 對稱循環(huán)交變應(yīng)力對稱循環(huán)交變應(yīng)力 二、疲勞曲線與疲勞極限二、疲勞曲線與疲勞極限 試驗(yàn)證明，金屬材料所受最大交變應(yīng)力試驗(yàn)證明，金屬材料所受最大交變應(yīng)力maxmax 愈大，愈大，則斷裂前所受的循環(huán)周次則斷裂前所受的循環(huán)周次N N（定義為疲勞壽命）愈（定義為疲勞壽命）愈少，這種交變應(yīng)力少，這種交變應(yīng)力maxmax 與疲勞壽命與疲勞壽命N N的關(guān)系曲線稱的關(guān)系曲線稱疲勞曲線疲勞曲線或或SNSN曲線曲線 工程上規(guī)定，材料經(jīng)受相當(dāng)循環(huán)周次不發(fā)生斷裂的工程上規(guī)定，材料經(jīng)受相當(dāng)循環(huán)周次不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力稱為最大

8、應(yīng)力稱為疲勞極限，疲勞極限，以符號(hào)以符號(hào)-1-1表示。表示。 疲勞曲線-1Nn21N1N2NnNc鋼鐵材料：107次非鐵合金：108次部分工程材料的疲勞極限-1（MPa）三、提高材料疲勞極限的途徑三、提高材料疲勞極限的途徑1 1、設(shè)計(jì)方面設(shè)計(jì)方面 盡量使用零件避免交角、缺口和截面突變，盡量使用零件避免交角、缺口和截面突變，以避免應(yīng)力集中及其所引起的疲勞裂紋。以避免應(yīng)力集中及其所引起的疲勞裂紋。2 2、材料方面材料方面 通常應(yīng)使晶粒細(xì)化，減少材料內(nèi)部存在的夾通常應(yīng)使晶粒細(xì)化，減少材料內(nèi)部存在的夾雜物和由于熱加工不當(dāng)引起的缺陷。如疏松、氣孔和表面雜物和由于熱加工不當(dāng)引起的缺陷。如疏松、氣孔和表面氧化等。氧化等。3 3、機(jī)械加工方面機(jī)械加工方面 要降低零件表面粗糙度值。要降低零件表面粗糙度值。4 4、零件表面