第一章金屬材料的力學性能教案

復習舊1、材料的發(fā)展歷史2、工程材料的分類講授新第一章金材料的學性能材料的性能有使用性能和工藝性能兩類使用性是保證工件的正常工作應具備的性能主要包括力學性能物理性能、化學性能等。工藝性是材料在被加工過程中適應各種冷熱加工的性能，包括鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、熱處理性能、切削加工性能等。力學性是指金屬在外力作用下所顯示的性能能。金屬力學性能指標有：強度、剛度、塑性、硬度、韌性和疲勞強度等。第一節(jié)一、拉伸試驗及力—伸長曲線

剛度、度與塑性L原始標距長度；L—拉斷后試樣標距長度01d原始直徑。0

d拉斷后試樣斷口直徑1國際上常用的是L=5d（短試樣），Ld長試樣）0000

????

拉伸曲線]：拉伸試驗中記錄的拉伸力F與伸長量Δ（某一拉伸力時試樣的長度與原始長度的差Δ）的F—ΔL線稱為拉伸曲線圖。Oe：為純彈性變形階段，卸去載荷時，試樣能恢復原狀Es段：屈服階段Sb段：強化階段，試樣產生均勻的塑性變形，并出現(xiàn)了強化?Bk段：局部塑性變形階段二、剛剛度:金屬材料抵抗彈變的能力指標：彈性模量EE=σ/ε

(Gpa)彈性范圍內.應力與應變的比值（或線形關系，正比）E↑剛度↑一定應力作用下彈性變形↓三、強度指標σ=F/S

o強度：強度是指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力。強度表：度一般用拉伸曲線上所對應某點的應力來表示。單位采用N/mm

2

(或MPa兆帕）σ=F/A

oσ——應力（MPa）；F——拉力（N）；S—截面積（mmo

2

）。常用的強度判據(jù)主要有屈服點、條件屈服強度（也稱為規(guī)定殘余伸長應力）和抗拉強度等。1、屈服點與條件屈服強度[服強度s??產生屈服時的應力（屈服點），亦表示材料發(fā)生明顯塑性變形時的最低應力值。[規(guī)定余伸長應力：σ

r0.2

?

產生0.2%殘余伸長率時的應力。σ

r0.2

=Fr0.2/A

o2、抗拉強度[拉強度：σ

b????

斷裂前最大載荷時的應力（強度極限）σγ0.2常常難以測出，所以，脆性材料沒有屈服強度指標，只有抗拉強度指標用于零件的設計計算。

22s

強度意：一般機械零件或工具使用時不允許發(fā)生塑性變形故屈服點σ是機械設計強度計算的主要依據(jù)；抗拉強度代表材料抵抗拉斷的能力，若應力大于抗拉強度，則會發(fā)生斷裂而造成事故。三、塑性指標材料產生塑性變形而不破壞的能力稱為塑性用的塑性指標是斷后伸長率δ和斷面收縮率。一般通過拉伸實驗測定。1、斷后伸長率斷后伸長率是指試樣拉斷后標距的伸長量與原標距長度的百分比。用符號δ表示。δ（-L/1002、斷面收縮率斷面收縮率是指試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，用符號ψ表示：ψ（/A010塑性直接影響到零件的成形及使用。第二節(jié)

沖擊韌定義：指在沖擊載荷作用下材料抵抗沖擊力的作用而不被破壞的能力是材料強度和塑性的綜合表現(xiàn)。衡量指沖擊韌度a(a＝A/F)kkka值測定方法：次彎曲沖擊實驗法，K物理意：樣在沖斷時單位橫截面積上所消耗的沖擊功。值越大，表示材料的沖擊韌性越好。K

A，單位為K第三節(jié)

疲勞強交變載：荷大小和方向隨時間發(fā)生周期變化的載荷。疲勞斷：零件在變載荷下經過長時間工作而發(fā)生低應力斷裂的現(xiàn)象成為疲勞斷裂。疲勞斷過程：裂紋萌生、疲勞裂紋擴展、最后斷裂。疲勞抗指標：疲勞極限，又稱疲勞強度σ表示。材料經過無限次應－1力循環(huán)不發(fā)生斷裂的最大應力，即疲勞曲線上水平部分對應的應力值。

疲勞斷的原因：般認為是，由于材料表面與內部的缺陷（夾雜、劃痕、尖角等造成局部應力集中，形成微裂紋。隨應力循環(huán)次數(shù)的增加，微裂紋逐漸擴展使零件的有效承載面積逐漸減小以致于最后承受不起所加載荷而突然斷裂。提高材疲勞抗力的施：過合理選材改善材料的結構形狀避免應力集中，減小材料和零件的缺陷；提高零件表面光潔度；對表面進行強化，噴丸處理等，可以提高材料的疲勞抗力。第四節(jié)

硬度硬度是指材料抵抗局部變形特別是塑性變形壓痕或劃痕的能力他是衡量材料軟硬的指標。一、布氏硬度布氏硬測量原理：采用直徑為D的球形壓頭相應的試驗力F壓入材料的表面，經規(guī)定保持時間后卸除試驗力，用讀數(shù)顯微鏡測量殘余壓痕平均直d，用球冠形壓痕單位表面積上所受的壓力表示硬度值際測量可通過測出d值后查表獲得硬度值HBS—表示用淬火鋼球壓頭測量的布氏硬度值。適用范圍：小于HBW—表示用硬質合金壓頭測量的布氏硬度值。適用范圍：布氏硬表示方法：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、載荷及載荷保持時間。布氏硬特點：點：測量數(shù)值穩(wěn)定，準確，能較真實地反映材料的平均硬度；?????????????缺點：壓痕較大，操作慢，不適用批量生產的成品件和薄形件布氏硬測量范圍：于原材料與半成品硬度測量可用于測量鑄鐵非鐵金屬（有色金屬）、硬度較低的鋼（如退火、正火、調質處理的鋼）布氏硬度數(shù)值通過布氏硬度試驗測定。布氏硬度值是試驗力除以壓痕球形表面積所得的商用淬火鋼球壓頭時用符號HBS，使用硬質合金球壓頭時用符號HBW當F、D一定時，布氏硬度值僅與壓痕直徑d的大小有關。布氏硬度習慣上只寫出硬度值而不必注明單位，其標注方法是，符號或HBW之前為硬度值，符號后面按順序用數(shù)值表示試驗條件。

布氏硬度值的測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復性強。二、洛氏硬度洛氏硬測量原理：金剛石圓錐或淬火鋼球壓頭，在試驗壓力F

的作用下，將壓頭壓入材料表面，保持規(guī)定時間后，去除主試驗力，保持初始試驗力，用殘余壓痕深度增量計算硬度值實際測量時可通過試驗機的表盤直接讀出洛氏硬度的數(shù)值。氏硬度量條件：洛氏硬度可以測量從軟到硬較大范圍的硬度值根據(jù)被測對象硬度值大小不同，可用不同的壓頭和試驗力，如下表。常用洛硬度的試驗件和應范圍硬度符號

壓頭類型

總試驗力（kgf）

硬度范圍

應用舉例HRA120

o

金剛石圓錐

588.4(60)

20~88

硬質合金碳化物淺層表面硬化鋼等φ1.588mm淬火980.7(10HRB20~100鋼球0)

退火正火鋼鋁合金銅合金、鑄鐵HRC120o金剛石圓錐

1471(150)

20~70

淬火鋼調質鋼深層表面硬化鋼洛氏硬特點：點：測量迅速、簡便、壓痕小、硬度測量范圍大，?????????????????缺點：數(shù)據(jù)準確性、穩(wěn)定性、重復性不如布氏硬度測定結果波動較大，穩(wěn)定性較差，故需測試三點，取其算術平均值，一般不適宜測試組織不均勻的材料。三、維氏硬度維氏硬度是將相對面夾角為的正四棱錐體金剛石壓頭以選定的試驗力（49.03~980.7N）壓入被測材料或零件表面，經規(guī)定保持時間后卸除試驗力，用測量的壓痕對角線長度計算硬度的一種壓痕硬度試驗。試驗原理如課件中所示。維氏硬度的表示符號為，測量范圍是5~1000HV，標注方法與布氏硬度相同值寫在符號的前面試驗條件寫在符號的后面對于鋼及鑄鐵的試驗力保持時間為10~15s時，可以不標出。

課堂小力學性小結力學

性能判據(jù)含義性能

名稱抗拉強度

符號σb

試樣拉斷前能承受的大應力拉伸試驗產屈服現(xiàn)象的應力，樣產生明顯強度

屈服點

σ

s

塑性變形規(guī)定殘余延強度

σ

規(guī)定殘余伸率為0.2%的應力試樣橫截面的最大縮量與原始截面積的百斷面收縮率

ψ塑性