機(jī)械基礎(chǔ)材料的力學(xué)性能

1、復(fù)習(xí)：1.軸向拉伸和壓縮的受力特點(diǎn)。2.截面法的步驟。3.應(yīng)力的定義及計(jì)算公式。4.線應(yīng)變的定義及計(jì)算公式。5.胡克定律。1了解材料的力學(xué)性能及其應(yīng)用。 2在萬能試驗(yàn)機(jī)上觀察：在靜載荷作用下，對低碳鋼拉伸、鑄鐵進(jìn)行拉伸、壓縮試驗(yàn)時(shí)的現(xiàn)象，記錄試驗(yàn)過程和結(jié)果，解釋力學(xué)性能。 機(jī)械零件或工具在使用過程中往往要受到各種形式外力的作用，這就要求制成零件或工具的金屬材料必須具有承受機(jī)械載荷而不超過許可變形或不被破壞的能力，這種能力就是材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能。一、材料的力學(xué)性能及其應(yīng)用一、材料的力學(xué)性能及其應(yīng)用金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來的力學(xué)性能指標(biāo)：強(qiáng) 度塑 性硬 度沖擊韌性疲勞強(qiáng)度1 1強(qiáng)度及

2、其應(yīng)用強(qiáng)度及其應(yīng)用 強(qiáng)度強(qiáng)度金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。強(qiáng)度的大小用應(yīng)力表示。根據(jù)載荷的作用方式分類抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗扭強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度在工程上常用來表示金屬材料強(qiáng)度的指標(biāo):屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度是指在外力作用下開始產(chǎn)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力。(1).屈服強(qiáng)度（屈服極限、屈服點(diǎn)）： 用Rel表示(2).抗拉強(qiáng)度（強(qiáng)度極限）:是指試樣斷裂前所能承受的最大的應(yīng)力。用Rm表示Rel=Fl/So Fl：試樣屈服時(shí)的載荷 So：試樣的原始截面面積Rm=Fm/So Fm:試樣斷裂前的最大載荷 So：試樣的原始截面面積 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度是通過拉伸試驗(yàn)測定的。它利用拉伸試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生的靜拉力，對標(biāo)

3、準(zhǔn)試樣進(jìn)行軸向拉伸，同時(shí)連續(xù)測量變化的載荷和試樣的伸長量，直至斷裂，并根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，計(jì)算得出有關(guān)的力學(xué)性能指標(biāo)。拉伸試驗(yàn)機(jī) 塑性塑性材料受力后斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。2 2塑性及其應(yīng)用塑性及其應(yīng)用斷后伸長率A：試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長量與原始標(biāo)距 之比的百分率。斷面收縮率Z:試樣拉斷后，縮頸處面積變化量與原始橫 截面面積之比的百分率塑性衡量 指標(biāo)l1-l0l0100%A=l1試樣拉斷后的標(biāo)距,mml0試樣的原始標(biāo)距,mmS0-S1S0Z=100%S0試樣原始橫截面積,mm2S1試樣斷裂處的最小橫截面積,mm2 A、Z越大，材料塑性越好；越大，材料塑性越好；A5%時(shí)，材料為脆性材料。 （ ）3

4、.強(qiáng)度的指標(biāo)有抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。 （ ）三、計(jì)算題1.對稱直徑為10mm的鋼制短板試樣，載荷加至18800N時(shí)保持，試樣仍產(chǎn)生明顯變形。當(dāng)載荷加至34500N時(shí)試樣被拉斷。拉斷后試樣長度為70mm，斷裂處最小直徑為6mm，試求Rm、Rel、A、Z。 硬度硬度材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。它是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)。硬度越高，材料的耐磨性越好。3 3硬度及其應(yīng)用硬度及其應(yīng)用硬度表示布氏硬度（HBW）洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）維氏硬度（HV） (1)布氏硬度 用直徑為D的球體（硬質(zhì)合金球或鋼球），在規(guī)定試驗(yàn)力F的作用下壓入被測金屬的表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除載荷，測量

5、試樣表面壓痕的直徑d，由此計(jì)算壓痕的球缺面積S，用壓痕單位面積的平均壓力（F/S）作為測試金屬的布氏硬度值。測定條件： 壓頭為淬火鋼球時(shí), 以HBS表示,可測 450的材料；壓頭為硬質(zhì)合金時(shí),:以HBW表示,可測650的材料。布氏硬度計(jì) 表示法：數(shù)字在前、字母在后。如200HBS、I50HBS175HBS；標(biāo)注時(shí)不要寫成HBS=200，或HBS=150175，或500HBS，不要出現(xiàn)單位；數(shù)值差不要超過30。 (2)洛氏硬度 用一個(gè)頂角1200的金剛石圓錐體或一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^，在規(guī)定試驗(yàn)力作用下壓入被測試金屬表面，由壓頭在金屬表面所形成的壓痕深度來確定其硬度值。洛氏硬度計(jì)洛氏硬

6、度的分類及應(yīng)用洛氏硬度的分類及應(yīng)用洛氏硬度符號為HR，其中HRC應(yīng)用最廣，測量范圍是2070。例如某零件硬度50HRC，表示用C標(biāo)尺測定該零件表面的洛氏硬度值為50。 (3)維氏硬度 用一個(gè)金剛石正四棱錐體壓頭，在規(guī)定試驗(yàn)力F作用下壓入被測試金屬表面，保持一定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，然后再測量壓痕投影的兩對角線的平均長度d，進(jìn)而計(jì)算出壓痕的表面積S，用F/S作為被測試金屬的硬度值，符號HV。 維氏硬度符號HV之前的數(shù)值為硬度值，HV后面的數(shù)值依次表示試驗(yàn)力值（單位為kgf）和試驗(yàn)力保持時(shí)間（保持時(shí)間為10-15s時(shí)不標(biāo)注）例如： 640HV30表示在試驗(yàn)力294.2N下，保持10-15s測得的維氏

7、硬度值為640。640HV30/20表示在試驗(yàn)力為294.2N下，保持20S測得的維氏硬度值為640。 沖擊載荷：以很大速度作用于工件上的載荷。 受沖擊載荷作用的零件：沖床的沖頭、鍛錘的錘桿、內(nèi)燃機(jī)的活塞銷與連桿、風(fēng)動(dòng)工具。 對于承受沖擊載荷的零件來說，僅具有足夠的靜載強(qiáng)度指標(biāo)是不夠的，還必須具有足夠抵抗沖擊載荷的能力4 4沖擊韌性及其應(yīng)用沖擊韌性及其應(yīng)用 沖擊韌性沖擊韌性金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力。作業(yè)：一、填空題1.測定金屬硬度常用的方法有_硬度、洛氏硬度、_硬度3種。分別用_、_和_表示。2.硬度是金屬材料抵抗其他更硬物體_的能力。3.金屬材料抵抗_載荷作用而_的能力稱為韌

8、性，用符號_表示。二、判斷題1.做布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，在相同的條件下，壓痕直徑越小說明材料的硬度越硬硬度值越大。 （ ）2.HRC測量方便，能直接從刻度盤上讀數(shù)，無單位，常用于測量退火鋼、有色金屬等。 ( )3.金屬在外力作用下產(chǎn)生的變形都不能恢復(fù)。 （ ）三、名詞解釋1.硬度2.強(qiáng)度3.塑性4.韌性復(fù)習(xí)：1.強(qiáng)度的定義及其指標(biāo)。2.塑性的定義及其指標(biāo)。3.硬度的分類。 二、靜載拉壓力學(xué)試驗(yàn)二、靜載拉壓力學(xué)試驗(yàn)常用拉伸試樣形狀光滑圓柱試樣：光滑圓柱試樣：長試樣長試樣L010d0，短試樣短試樣L0=5d0 其中：其中：L0為試樣標(biāo)為試樣標(biāo)距，距，d0為試樣直徑為試樣直徑板狀試樣板狀試樣低碳鋼和鑄鐵件

9、拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線低碳鋼鑄鐵注意：注意：并非所有金屬材料或同一材料在不同條件下都具有相同類型的拉伸力-伸長曲線低碳鋼和鑄鐵件壓縮時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線低碳鋼鑄鐵萬能試驗(yàn)機(jī)上對低碳鋼進(jìn)行拉伸試驗(yàn)1 1拉伸時(shí)的應(yīng)力拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線（1）低碳鋼 根據(jù)等截面直桿的低碳鋼材料拉伸試驗(yàn)所得應(yīng)力應(yīng)變曲線圖，拉伸過程可分為彈性變形階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和縮頸階段。低碳鋼拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線 實(shí)際上在圖中，a和a兩點(diǎn)非常接近，所以工程上對彈性極限和比例極限并不作嚴(yán)格區(qū)分。1）比例極限 a點(diǎn)是應(yīng)力與應(yīng)變成正比的最高點(diǎn)，與a點(diǎn)相對應(yīng)的應(yīng)力值稱為比例極限比例極限。 a點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力是材料只出現(xiàn)彈性變形的極限

10、值，稱為彈性極限彈性極限。低碳鋼拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線2）屈服強(qiáng)度 屈服屈服應(yīng)力幾乎不變，應(yīng)變卻不斷增加，從而產(chǎn)生明顯的塑性變形的現(xiàn)象。屈服階段屈服階段材料出現(xiàn)屈服現(xiàn)象的過程。 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，金屬材料發(fā)生塑性變形而力不增加的應(yīng)力點(diǎn)。上屈服強(qiáng)度（上屈服強(qiáng)度（ReH）試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高應(yīng)力下屈服強(qiáng)度（下屈服強(qiáng)度（ReL）在屈服期間，不計(jì)初期瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力通常把材料的下屈服強(qiáng)度作為材料的屈服強(qiáng)度。3）抗拉強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度（Rm）應(yīng)力應(yīng)變曲線中強(qiáng)化階段的最高點(diǎn) d 所對應(yīng)的應(yīng)力值，是試件斷裂前能承受的最大應(yīng)力值。冷冷 作作 硬硬 化化 材料在常溫下

11、預(yù)拉到強(qiáng)化階段，使其發(fā)生塑性變形，然后卸載，當(dāng)再次加載時(shí)，其比例極限和屈服強(qiáng)度有所提高而塑性降低的現(xiàn)象稱為冷作硬化冷作硬化。 冷作硬化現(xiàn)象可經(jīng)退火消除。 工程中常利用該性質(zhì)來提高材料在彈性階段的承載能力。（2）鑄鐵鑄鐵拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線 沒有明顯的直線階段和屈服階段，在應(yīng)力不大的情況下就突然斷裂。抗拉強(qiáng)度Rm是衡量脆性材料的唯一指標(biāo)。2 2壓縮時(shí)的應(yīng)力壓縮時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線（1）低碳鋼低碳鋼壓縮時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線 低碳鋼在壓縮時(shí)的比例極限、屈服強(qiáng)度和彈性模量均與拉伸時(shí)大致相同。但在達(dá)到屈服強(qiáng)度以后，不存在抗拉強(qiáng)度。（2）鑄鐵鑄鐵壓縮時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線 鑄鐵壓縮時(shí)的曲線無明顯的直線部分，因此

12、只能認(rèn)為近似符合胡克定律。此外，也不存在屈服強(qiáng)度。 鑄鐵的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其拉伸時(shí)的抗拉強(qiáng)度，宜作承受壓力構(gòu)件的材料。構(gòu)架 現(xiàn)有低碳鋼和鑄鐵兩種材料組成的構(gòu)架，如圖所示，若桿件2選用低碳鋼，桿件1選用鑄鐵，你認(rèn)為合理嗎？為什么？3. 3. 塑性材料和脆性材料力學(xué)性能的主要區(qū)別塑性材料和脆性材料力學(xué)性能的主要區(qū)別 （1）塑性材料斷裂前有顯著的塑性變形，還有明顯的屈服現(xiàn)象，而脆性材料在變形很小時(shí)突然斷裂，無屈服現(xiàn)象。 （2）塑性材料拉伸和壓縮時(shí)的比例極限、屈服強(qiáng)度和彈性模量均相同，又因?yàn)樗苄圆牧弦话悴辉试S達(dá)到屈服強(qiáng)度，所以其抵抗拉伸和壓縮的能力相同。脆性材料抵抗拉伸的能力遠(yuǎn)低于抵抗壓縮的能力。常用的

13、力學(xué)性能指標(biāo)及其含義作業(yè)：一、填空題1.低碳鋼拉伸時(shí)拉伸曲線為_、_、_和_4步驟。2.金屬拉伸試樣在屈服時(shí)會(huì)表現(xiàn)出明顯的_變形。3.金屬材料圓截面試樣上中間等直部分試驗(yàn)段的長度L稱為_，按它與直徑d的關(guān)系l=5d者稱短度樣，而l=_d者稱長試樣。4.使材料試樣受拉達(dá)到強(qiáng)化階段，然后卸載，在重新加載時(shí)，其在彈性范圍內(nèi)所能隨的最大荷載將_，而且斷裂后的延伸率會(huì)降低，此即材料的_現(xiàn)象。5.混凝土，石料等脆性材料的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于它的_強(qiáng)度。6.正方形截面的低碳鋼直拉桿，其軸向向拉力3600N，若許用應(yīng)力為100Mpa，由此拉桿橫截面邊長至少應(yīng)為_mm。二、判斷題1. 低碳鋼屈服極限肯定對應(yīng)的是屈服階段中最小的應(yīng)力. （ ）2.不同尺寸的拉伸試樣,只要是同一種材料,那么拉伸試驗(yàn)時(shí)的屈服