金屬材料的力學(xué)性能一

1、金屬材料的力學(xué)性能一第1頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三第一章 材料的機(jī)械性能Performance of Metal Material金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的其他性能第2頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三鑄造性 可鍛性可焊性切削加工性熱處理性 工程材料的性能 使用性能力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能 工藝性能第3頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三壓力加工方法示意圖 載荷施加方式第4頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三 金屬材料的力學(xué)性能概念：金屬材料在承受外力作用時(shí)所表現(xiàn)出來的性能稱為金屬材料的機(jī)械性

2、能一.定義 : 力學(xué)性能是指材料在力的作用下抵抗變形和開裂的性能。二.指標(biāo) : 強(qiáng)度、彈性 、 塑性 、 韌性 、 硬度和疲勞強(qiáng)度等。第5頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三一.靜拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度概念-金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形的能力。應(yīng)力概念-單位橫截面上的內(nèi)力11 靜載荷條件下材料 的力學(xué)性能第6頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三一.靜拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)機(jī)PPL0=10d0L0=5d0圓形斷面第7頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三二.拉伸圖（重點(diǎn)）應(yīng)力應(yīng)變二、拉伸圖bse第8頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)1

3、5分，星期三拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象金屬材料在靜載荷的作用下將發(fā)生： 1、彈性變形2、塑性3、斷裂 三個(gè)基本過程。第9頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三（一）.彈性和剛度（一）.彈性和剛度第10頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三（一）.彈性和剛度:彈性：金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形,當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)到原來形狀及尺寸的性能。剛度：指材料在受力時(shí)抵抗產(chǎn)生塑性變形的 能力彈性變形:隨載荷撤除而消失的變形。彈性極限: Pe 彈性極限載荷( N ) e= ( M pa ) F0 試樣原始橫截面積( mm2)E=Q=EF0L0第11頁，共38頁，2022年，5月

4、20日，22點(diǎn)15分，星期三（二）.材料的強(qiáng)度 材料在載荷作用下抵抗變形和破壞的能力。種類: 抗拉強(qiáng)度、 抗壓強(qiáng)度、 抗彎強(qiáng)度 、 抗剪強(qiáng)度 、 抗扭強(qiáng)度等。當(dāng)受拉力時(shí)，強(qiáng)度特性指標(biāo)主要是屈服強(qiáng)度s和抗拉強(qiáng)度b。(2)抗拉強(qiáng)度 試樣在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力。 F b 試樣斷裂前的最大載荷(N) b = ( M pa ) S 0 試樣原始橫截面積( mm2)第12頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三 (4)條件屈服強(qiáng)度( 塑性變形量為0.2%) F0.2 0.2 = ( M pa ) S 0 試樣原始橫截面( mm2)試樣產(chǎn)生0.2%殘余塑性變 形時(shí)的載荷(N)(3)屈服

5、強(qiáng)度: 屈服點(diǎn) S Fs s = ( M pa ) A0試樣屈服時(shí)的載荷( N )試樣原始橫截面積( mm2)第13頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三（三）.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。(、 ） l l 0 = 100% l 0 10% 屬塑性材料 伸長率；l 0試棒原始標(biāo)距長度(mm)；l試棒受拉伸斷裂后的標(biāo)距長度(mm)；1.伸長率(延伸率) 是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長量L 與原始標(biāo)距L 0之比。第14頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三2.斷面收縮率： 是指試樣拉斷處橫截面積S k的收縮量與原始橫截面積S0之比。 A

6、0 - A = 100% A0 斷面收縮率；A0試棒原始截面積(mm2)；A試棒受拉伸斷裂后的截面積(mm2)。第15頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三（四）.硬度( hardness ) 是指材料抵抗其它更硬物體壓入其表面的能力。布氏硬度 HB洛氏硬度 HR （ HRA 、HRB、HRC) 維氏硬度 HV常用測量硬度的方法壓入法壓入法劃痕法回跳法第16頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三1 布氏硬度 HB布氏硬度計(jì) F第17頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三1 布氏硬度 HB適用范圍: 450HBS; 650HBW;第18

7、頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三1 布氏硬度 HB 符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。如:120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保 持30s測得的布氏硬度值為120。SW第19頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三2 洛氏硬度 HRh1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計(jì)10HRCHBS第20頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三3 維氏硬度 HV適用范圍: 測量薄板類 ; HVHBS ;第21頁，共38頁

8、，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三注意：各種硬度直不能直接進(jìn)行比較。 一般情況下硬度高時(shí)，耐磨性也較好，且硬度和強(qiáng)度之間有一定的關(guān)系。第22頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三12 非靜載荷時(shí)材料的力學(xué)性能 沖擊載荷沖擊韌性 交變載荷疲勞強(qiáng)度動載的形式：第23頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三一.沖擊韌性( notch toughness ): 定義：材料在沖擊載荷作用下抵抗破 壞的能力。W第24頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊試樣和沖擊試驗(yàn)示意圖第25頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)

9、15分，星期三試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功A k為: A k = m g H m g h (J) 沖擊韌性值a k 就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。 AK- a k = (J/cm) A0-試樣缺口處的斷面積沖擊功第26頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三二.疲勞強(qiáng)度( fatigue strength ): 定義： 表示材料經(jīng)無數(shù)次交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力值。第27頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取 N = 107有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取 N = 108鋼材的疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系: -1 = (0.4

10、50.55) b鋼鐵材料的疲勞曲線O第28頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三注意：1、同一材料的疲勞強(qiáng)度比屈服極限低；2、提高零件表面質(zhì)量及強(qiáng)化材料表面可以提高零件的-1 第29頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三疲勞破壞的特點(diǎn)1、疲勞破壞是在低應(yīng)力下產(chǎn)生的；-1s4、在疲勞破壞過程中，局部的組織變化是在疲勞過程中不斷發(fā)生、并逐漸積累起來的；2、疲勞破壞與連續(xù)加載時(shí)只要應(yīng)力高于材料的強(qiáng)度極限就立即破壞不同；3、疲勞破壞有相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)性；第30頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三疲勞破壞的特點(diǎn)5、疲勞斷口分兩部分：疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)、

11、最后突然斷裂區(qū)；6、疲勞斷裂是循環(huán)應(yīng)力和拉伸應(yīng)力同時(shí)作用，且在微觀局部發(fā)生塑性變形的情況下發(fā)生的；7、疲勞斷裂三個(gè)階段：裂紋的形成、裂紋的擴(kuò)展和最終失穩(wěn)斷裂；8、在一定條件下，當(dāng)應(yīng)力最大值低于某一特定值時(shí)，材料可經(jīng)無限次循環(huán)而不斷裂。第31頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三1943年美國T-2油輪發(fā)生斷裂第32頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三提高零件疲勞強(qiáng)度的方法1、對零件表面進(jìn)行強(qiáng)化處理（表面噴 丸、表面淬火、冷擠壓）等，2、或進(jìn)行精密加工提高零件表面粗糙 度等。第33頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三第 三 節(jié) 金屬

12、材料的其他性能材料的理化性能：密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性磁性、抗腐蝕性、耐磨性材料的工藝性能：在制作機(jī)件的過程中 采用某種加工方法制成成品難易程度。（鑄造性、鍛造性、焊接性、切削加工性能）第34頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三第 四 節(jié) 金屬材料的斷裂韌性1.金屬材料的缺口效應(yīng)：突變的臺階和缺口（螺紋，油孔）。2.斷裂韌性：較大尺寸的構(gòu)件和零件的低應(yīng)力脆斷。斷裂應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度。（構(gòu)件或零件內(nèi)存在著裂紋及類似裂紋的缺陷）第35頁，共38頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期三1簡答題(1)根據(jù)化學(xué)成分、結(jié)合鍵的特點(diǎn)，工程材料是如何分類的?主要差異表現(xiàn)在哪里?(2)什么是材料的力學(xué)性能,力學(xué)性能主要包括哪些指標(biāo)? (3)什么是強(qiáng)度?什么是塑性？ 衡量這兩種性能的指標(biāo)有哪些?各用什么付號表示？(4）什么是硬度，HBS、HBW、HRA、HRB、HRC各代表用什么方法測出的硬度？各種硬度測試方法的特點(diǎn)有何不同?(5)什么是