第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能

1、 航空工程材料航空工程材料圖1-1 圓形標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣（a）拉伸前；（b）拉伸后拉伸試樣拉伸試樣2.拉伸過(guò)程拉伸過(guò)程拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)機(jī)機(jī)l Fl bl ul Fbbk Fss o g fe Fep Fp3.拉伸曲線拉伸曲線圖1-2 拉伸曲線0SFbse0ll退火低碳鋼低、中回火鋼淬火鋼及鑄鐵中碳調(diào)質(zhì)鋼5.不同材料的拉伸曲線不同材料的拉伸曲線圖1-3 名義屈服強(qiáng)度的確定2 2、塑性塑性:是指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。是指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。 (1)斷面收縮率斷面收縮率: 是指試樣拉斷處橫截面積的收縮量是指試樣拉斷處橫

2、截面積的收縮量 S與原始橫截面積與原始橫截面積S0之比。之比。(2)伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率:是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量 L 與原與原始標(biāo)距始標(biāo)距L 0之比。之比。 S0 - S 1 = - 100% S0 l 1 - l0 = - 100% l0三、三、 硬硬 度度布氏硬度布氏硬度HB 洛氏硬度洛氏硬度HR 維氏硬度維氏硬度HV銼刀法銼刀法硬度硬度( hardness ):是指材料抵抗其他硬物體壓入是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力其表面的能力常用測(cè)量硬度的方法常用測(cè)量硬度的方法布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) 布氏硬度的試驗(yàn)原理圖適用范圍適用范圍:v 450，HBS;v 650，HB

3、W; 符號(hào)符號(hào)HBS或或HBW之前的數(shù)字表示硬度之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。如如: :120HBS10/1000/30表示表示直徑為直徑為10mm的的鋼球鋼球在在1000kgf（9.807kN）載荷載荷作用下作用下保保持持30s測(cè)得的測(cè)得的布氏硬度值為布氏硬度值為120。h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)10HRCHBS洛氏硬度的試驗(yàn)原理適用范圍適用范圍: 測(cè)量薄板類測(cè)量薄板類 ; HVHBS ; 1、沖擊韌性、沖擊韌性 材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞

4、的能力。材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊試樣和沖擊試驗(yàn)示意圖沖擊試樣和沖擊試驗(yàn)示意圖試樣沖斷時(shí)所消耗的試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功沖擊功A k為為: A k = m g H m g h (J) 沖擊韌性值沖擊韌性值a k 就是試樣缺口處單位就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。截面積上所消耗的沖擊功。 AK a k = (J/cm) S0圖1-9裂紋表面三種位移形式(a) 張開型裂紋； (b) 滑開型裂紋； (c) 撕開型裂紋。圖1-10斷裂強(qiáng)度與裂紋深度的關(guān)系曲線示意圖 斷裂韌性斷裂韌性 表示材料經(jīng)無(wú)數(shù)次交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力值。圖1-11疲勞斷裂斷

5、口照片疲勞斷裂特征疲勞斷裂特征鋼材的循環(huán)次數(shù)鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取一般取 N = 107有色金屬的循環(huán)次數(shù)有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取一般取 N = 108鋼材的鋼材的疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度與與抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系之間的關(guān)系: -1 = (0.45 (0.450.55)0.55) b 所謂金屬材料的蠕變，就是材料在一定的應(yīng)力和所謂金屬材料的蠕變，就是材料在一定的應(yīng)力和溫度下其長(zhǎng)度隨時(shí)間的緩慢變化過(guò)程。溫度下其長(zhǎng)度隨時(shí)間的緩慢變化過(guò)程。廣義地說(shuō)，是材料在應(yīng)力和溫度的作用下發(fā)生的緩慢變形與時(shí)間的關(guān)系。金屬之所以能產(chǎn)生蠕變，是因?yàn)樵诟邷貤l件下，金屬原子之間的距離增加，原子間結(jié)合力減小，故變形抗力小，在一定

6、載荷作用下易于發(fā)生緩慢變形。同時(shí)在變形過(guò)程中，因溫度較高，不會(huì)發(fā)生加工硬化，變形抗力不會(huì)自動(dòng)提高，故變形可持續(xù)緩慢地進(jìn)行下去。材料在蠕變過(guò)程中所發(fā)生的斷裂稱為蠕變斷裂。與靜強(qiáng)度下發(fā)生的斷裂相比，它有以下特點(diǎn)。 （1）在一般的靜強(qiáng)度試驗(yàn)中，材料的塑性通常是隨試驗(yàn)溫度的升高而增大，但在高溫下以很緩慢的速率變形時(shí)（即蠕變?cè)囼?yàn)條件），即使在室溫下為高延性的材料，它也可能發(fā)生低延性斷裂。 （2）蠕變斷裂過(guò)程中的變形隨時(shí)間的變化曲線，通常分為三個(gè)階段（圖1-13）：第階段應(yīng)變隨時(shí)間而遞增，但應(yīng)變速率隨時(shí)間呈現(xiàn)非穩(wěn)定遞減狀態(tài)（減速蠕變階段減速蠕變階段）；第階段是應(yīng)變隨時(shí)間恒定變化的穩(wěn)定階段，即應(yīng)變速率基本保持不變（恒速蠕恒速蠕變階段變階段）；第階段是應(yīng)變速率隨時(shí)間而遞增的非穩(wěn)定階段（加加速蠕變階段速蠕變階段），最后導(dǎo)致斷裂。圖1-13蠕變斷裂的三個(gè)過(guò)程 圖1-13是一種典型的蠕變曲線，但并非在所有情況下材料的蠕變曲線均由三個(gè)階段組成。如在高溫或高應(yīng)力下，材料沒(méi)有第階段而只有第、階段，或