材料的力學(xué)性能-課件

第一章材料的力學(xué)性能了解材料的性能是正確使用和加工材料的基礎(chǔ)概述1ppt課件互動討論題1以同學(xué)們現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)與知識，在選擇某種材料來制造某個機(jī)械零件時，應(yīng)該考慮哪些因素？2ppt課件性能：能否滿足使用要求制成零件的難易程度經(jīng)濟(jì)：材料是否容易獲得材料價格及運(yùn)輸?shù)瘸杀举Y源環(huán)境：材料是否可以再生產(chǎn)材料生產(chǎn)及使用對環(huán)境的影響3ppt課件互動討論題2在上述必須考慮的因素中，首先要考慮的關(guān)鍵因素是什么？A、材料的性能B、材料的成本C、材料對資源與環(huán)境的影響4ppt課件材料的性能使用性能：工藝性能：力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能冷加工性能熱加工性能熱處理性能5ppt課件力學(xué)性能強(qiáng)度、塑性硬度沖擊吸收功疲勞強(qiáng)度斷裂韌度6ppt課件第一節(jié)強(qiáng)度與塑性材料在外力作用下的表現(xiàn)行為：變形斷裂材料在外力作用下的行為過程：彈性變形—塑性變形—斷裂（永久變形）7ppt課件一、拉伸試驗(yàn)與力—伸長曲線1、拉伸試驗(yàn)簡介*拉伸試樣：長試樣：l0=10d0;短試樣：l0=5d0d0l08ppt課件液壓式萬能電子材料試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī)9ppt課件2、力—伸長曲線FesbklFsFb10ppt課件二、強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度的定義：材料抵抗塑性變形和斷裂的能力。強(qiáng)度的大?。河脩?yīng)力表示。什么叫應(yīng)力？材料單位截面積上的內(nèi)力，用表示，單位為MPb。

1MPb=1MN/m2=1N/mm211ppt課件常用強(qiáng)度指標(biāo)：屈服點(diǎn)、規(guī)定殘余伸長應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度。1、屈服點(diǎn)與規(guī)定殘余伸長應(yīng)力屈服點(diǎn)：s=Fs/S0問題：有些材料在拉伸過程中沒有屈服現(xiàn)象。怎么辦？12ppt課件規(guī)定殘余伸長應(yīng)力：

r0.2=Fr0.2/S0slF0.20.2%l0o13ppt課件物理意義：

材料抵抗微量塑性變形的能力。工程意義：

機(jī)械設(shè)計和選材的重要論據(jù)。為什么？

機(jī)械零件在工作中不允許產(chǎn)生明顯的塑性變形。14ppt課件2、抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度：b=

Fb/S0物理意義：

材料在拉伸條件下斷裂前能夠隨的最大應(yīng)力。工程意義：

也是機(jī)械設(shè)計和選材的重要論據(jù)。15ppt課件討論1：

s、r0.2、b都是機(jī)械設(shè)計和選材的重要論據(jù)。實(shí)際使用時怎辦？塑性材料：s、r0.2

脆性材料：b屈強(qiáng)比：

s/

b16ppt課件討論2：屈強(qiáng)比

s/

b有何意義？

屈強(qiáng)比

s/

b值越大，材料強(qiáng)度的有效利用率越高，但零件的安全可靠性降低。

所以在實(shí)際應(yīng)用時要根據(jù)具體情況考慮。

17ppt課件三、塑性指標(biāo)

塑性的定義：材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變形的能力。

常用指標(biāo)：

斷后伸長率、斷面收縮率18ppt課件1、斷后伸長率問題：

的大小與試樣標(biāo)距長度有關(guān)。同種材料5>10

(l1-

l0)=100%l019ppt課件2、斷面收縮率

的大小不受尺寸影響，比較確切地反映了材料的塑性。但測量精度相對較差。

(s1-

s0)=100%s020ppt課件物理意義：反映了材料在拉伸條件下塑性變形的能力。工程意義：

塑性好的材料不僅便于加工（軋、鍛、沖等），而且零件的安全性較高。21ppt課件討論：

強(qiáng)度與塑性是一對矛盾。在實(shí)際選用時怎樣考慮？自行車三角架起重機(jī)吊鉤齒輪、軸工具（扳手、旋具）22ppt課件上堂課復(fù)習(xí)拉伸過程、屈服、頸縮現(xiàn)象拉伸試驗(yàn)：強(qiáng)度指標(biāo)：s、r0.2、b

方法、試樣力-伸長曲線：塑性指標(biāo)：、、23ppt課件拉伸試驗(yàn)是否適用于生產(chǎn)現(xiàn)場對零件進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)？思考題：

不適應(yīng)，多用于原材料質(zhì)量檢驗(yàn)和科研、試制過程中。

？因?yàn)樗瞧茐男栽囼?yàn)。

？生產(chǎn)中需要其他力學(xué)性能試驗(yàn)方法。24ppt課件第二節(jié)硬度衡量材料軟硬程度的指標(biāo)。定義：物理意義：與試驗(yàn)方法有關(guān)。25ppt課件常用硬度試驗(yàn)法：刻劃法：里氏回跳法：肖氏壓入法：布氏、洛氏、維氏

工業(yè)上應(yīng)用廣泛的是靜載荷壓入法硬度試驗(yàn)。26ppt課件一、布氏硬度1、試驗(yàn)方法簡介hd/2/2F壓頭試樣布氏硬度試驗(yàn)原理27ppt課件28ppt課件試驗(yàn)原理概述：方法：用一定直徑的壓頭（球體），以相應(yīng)試驗(yàn)力壓入待測表面，保持規(guī)定時間卸載后，測量材料表面壓痕直徑，以此計算出硬度值。29ppt課件布氏硬度值：計算：用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力表示。符號：HBS（HBW）計算公式：

2FHBS=0.102

D(D-D2-d2)

30ppt課件討論2：布氏硬度值的物理意義？討論1：布氏硬度的計算很麻煩，實(shí)際應(yīng)用時怎么解決？

布氏硬度值越高，材料抵抗硬物壓入的能力越強(qiáng)，材料的硬度越高。查表，見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書31ppt課件布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范：壓頭：材料與直徑D試驗(yàn)力：F的大小N(kgf)試驗(yàn)力保持時間：t(s)詳見表1-1（P11）32ppt課件1、首先根據(jù)被測材料的硬度范圍選擇壓頭的材料：對布氏硬度值450的材料：選用淬火鋼球壓頭對布氏硬度值450的材料：選用硬質(zhì)合金球壓頭33ppt課件討論3：試驗(yàn)前怎樣估計材料的硬度范圍？2、然后根據(jù)被測材料種類和厚度，按表1-1選定D、F和t。例：測量厚度為30mm的低碳鋼試樣的布氏硬度。試驗(yàn)規(guī)范為：淬火鋼球壓頭、D=10mm、F=29420N、t=10s34ppt課件布氏硬度值的表示：常用試驗(yàn)規(guī)范（D=10mm、F=29420N、t=10~15s）條件下測得的布氏硬度值：

275HBS525HBW其他條件下測得的布氏硬度值：

120HBS10/1000/30550HBW5/7535ppt課件布氏硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測量誤差?。ㄒ驂汉鄞螅瑪?shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：壓痕面積較大，測量費(fèi)時。應(yīng)用：常用于測量灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼、非鐵金屬及非金屬材料的硬度。不適于測量成品零件或薄件的硬度。36ppt課件二、洛氏硬度1、試驗(yàn)方法簡介00112332h0hh137ppt課件.

38ppt課件試驗(yàn)原理概述：方法：用錐頂角為120°的金剛石圓錐或直徑1.588mm的淬火鋼球，以相應(yīng)試驗(yàn)力壓入待測表面，保持規(guī)定時間卸載后卸除主試驗(yàn)力，以測量的殘余壓痕深度增量來計算出硬度值。39ppt課件試驗(yàn)過程：初試驗(yàn)力F1：1-1壓痕深度h0主試驗(yàn)力F1：2-2壓痕深度h1卸除主試驗(yàn)力，保留初試驗(yàn)力：

3-3殘余壓痕深度增量h40ppt課件洛氏硬度值：計算：用殘余壓痕深度增量來計算。符號：HR計算公式：HR=K-（h/0.002)式中K=100（金剛石）或130（鋼球)41ppt課件問題：殘余壓痕深度增量的測量是非常困難的，實(shí)際應(yīng)用時怎么解決？實(shí)際測量時是從表盤上直接讀出洛氏硬度值的。42ppt課件洛氏硬度值的試驗(yàn)規(guī)范(標(biāo)尺)：見表1-2（P12）HRC20~67150kgf金剛石HRB20~100100kgf淬火鋼球HRA20~8860kgf金剛石洛氏硬度值的表示：

45HRC、65HRB、80HRA43ppt課件洛氏硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測量操作簡單，方便快捷，壓痕小；測量范圍大，能測較薄工件。缺點(diǎn)：測量精度較低，可比性差，不同標(biāo)尺的硬度值不能比較。應(yīng)用：是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的硬度試驗(yàn)方法，并可用于成品檢驗(yàn)和薄件、表面硬度檢驗(yàn)。不適于測量組織不均勻材料。44ppt課件三、維氏硬度1、試驗(yàn)方法簡介與布氏硬度試驗(yàn)原理基本相同。只是壓頭改用了金剛石四棱錐體，試驗(yàn)力小但范圍大（49.03N~980.7N)，測量精度高，適用范圍廣。45ppt課件46ppt課件試驗(yàn)方法概述：以一定的試驗(yàn)力將壓頭壓入試樣表面，保持規(guī)定時間卸載后，在試樣表面留下一個四方錐形的壓痕，測量壓痕兩對角線長度，以此計算出硬度值。47ppt課件維氏硬度值：計算：用壓痕兩對角線的平均長度來計算。符號：HV計算公式：HV=0.1891F/d2aad48ppt課件維氏硬度值的表示：與布氏硬度基本相同，在后面要標(biāo)注試驗(yàn)條件—試驗(yàn)力和保持時間（10~15S不標(biāo)）。例：580HV30表示用30kgf(294.2N)試驗(yàn)力保持10~15S測定的維氏硬度值為580。49ppt課件維氏硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：適用范圍廣，從極軟到極硬材料都可測量;測量精度高，可比性強(qiáng)；能測較薄工件。缺點(diǎn)：測量操作較麻煩，測量效率低，對試樣表面質(zhì)量要求高。應(yīng)用：廣泛用于科研單位和高校，以及薄件、表面硬度檢驗(yàn)。不適于大批生產(chǎn)和測量組織不均勻材料。50ppt課件討論1：三種常用硬度試驗(yàn)方法的比較討論2：三種常用硬度值的比較51ppt課件下堂課內(nèi)容：第三節(jié)沖擊吸收功第四節(jié)疲勞強(qiáng)度請同學(xué)們認(rèn)真預(yù)習(xí)！52ppt課件上堂課復(fù)習(xí)HRC、HRB、HRA布氏硬度：維氏硬度：洛氏硬度：HBS、HBWHV53ppt課件前述強(qiáng)度、塑性、硬度等力學(xué)性能均系材料在靜載荷作用下表現(xiàn)的力學(xué)行為。思考題：零件在實(shí)際工作中是否只承受靜載荷作用？

？否！零件在實(shí)際工作中更多承受動載荷作用。54ppt課件

？材料在動載荷作用下表現(xiàn)的力學(xué)行為是否相同？大小與方向隨時間發(fā)生變明顯化的載荷。

？什么是動載荷？如：沖擊載荷、交變載荷沖擊載荷對零件的破壞性比靜載荷要大得多。55ppt課件第三節(jié)沖擊吸收功材料抵抗沖擊力作用的能力。沖擊韌性定義：沖擊韌性的表示：一般用沖擊吸收功來表示。沖擊吸收功的定義：材料在沖擊力作用下折斷時所吸收的功。56ppt課件沖擊吸收功的測量：沖擊試驗(yàn)一、夏比沖擊試驗(yàn)1、試驗(yàn)原理簡介夏比沖擊試驗(yàn)是將帶有缺口的標(biāo)準(zhǔn)試樣安放在試驗(yàn)機(jī)上的機(jī)架上，使試樣的缺口位于兩支座中間并背向擺錘的沖擊方向，如下圖：57ppt課件mgmgh1h258ppt課件將一定質(zhì)量m的擺錘提升到h1高度，此時擺錘具有位能mgh1；讓擺錘自由落下沖斷試樣后升到h2高度，此時擺錘具有位能為mgh2。顯然，擺錘在沖斷試樣后損失的能量為：AKV（AKU）=mgh1-mgh2（J）59ppt課件

AKV（AKU）就是試樣在一次沖擊試驗(yàn)作用下折斷時所吸收的功，稱為沖擊吸收功。實(shí)際測量時，沖擊試樣必須按國家標(biāo)準(zhǔn)制造，有夏比V型和U型缺口試樣兩種。

AKV（AKU）可從沖擊試驗(yàn)機(jī)的刻度盤上直接讀出。2、沖擊吸收功60ppt課件討論2：為什么AKV只是設(shè)計的參考指標(biāo)？討論1：沖擊吸收功的工程意義

因測量結(jié)果受試樣形狀、表面形態(tài)、內(nèi)部組織的影響大，測量數(shù)據(jù)重復(fù)性差。

反映了材料抵抗沖擊力而不破壞的能力。是評定材料力學(xué)性能的重要指標(biāo)。是機(jī)械設(shè)計的參考指標(biāo)。61ppt課件3、韌脆轉(zhuǎn)變溫度

實(shí)踐表明，同種材料的沖擊吸收功與試驗(yàn)溫度有關(guān)。用同種材料在一系列不同的溫度下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，可得到?jīng)_擊吸收功與試驗(yàn)溫度的關(guān)系曲線，稱為沖擊吸收功-溫度關(guān)系曲線。62ppt課件上平臺區(qū)下平臺區(qū)過渡區(qū)韌脆轉(zhuǎn)變溫度AKVTO63ppt課件討論3：韌脆轉(zhuǎn)變溫度的工程意義

反映了有些材料在室溫時并不顯示脆性，但低溫時可能發(fā)生脆斷。韌脆轉(zhuǎn)變溫度是衡量材料冷脆傾向的重要指標(biāo)。討論4：韌脆轉(zhuǎn)變溫度高好、低好？

韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，材料的低溫抗沖擊性越好，不容易發(fā)生低溫脆斷。64ppt課件討論4：韌脆轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)用舉例

A、氣溫是變化的；

B、機(jī)械產(chǎn)品的地域性。車輛、橋梁、輸油管道、船舶65ppt課件二、多次沖擊試驗(yàn)實(shí)際生產(chǎn)中，零件經(jīng)一次沖擊即斷裂的情況是極少的。多數(shù)零件是在小能量沖擊條件下經(jīng)受許多次(>103)沖擊后才斷裂。這種沖擊稱為小能量多次沖擊。要測量材料在小能量多次沖擊作用下的抗力，可采用小能量多次沖擊試驗(yàn)。66ppt課件試驗(yàn)時將多沖試樣安放在試驗(yàn)機(jī)支座上，用小能量進(jìn)行多次沖擊，直到試樣斷裂，得出材料在一定沖擊能量下，開始出現(xiàn)裂紋和最后斷裂的沖擊次數(shù)，以此作為多沖抗力。多沖試驗(yàn)方法：67ppt課件研究表明：材料的沖擊抗力是取決于強(qiáng)度和塑性的綜合性能指標(biāo)。討論5：沖擊抗力與強(qiáng)度、塑性的關(guān)系

大能量一次沖擊時，沖擊抗力主要取決于塑性。

小能量多次沖擊時，沖擊抗力主要取決于強(qiáng)度。68ppt課件第四節(jié)疲勞極限

1、什么叫疲勞現(xiàn)象？一、疲勞現(xiàn)象零件在循環(huán)應(yīng)力的作用，即使工作時承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)或規(guī)定殘余伸長應(yīng)力，在經(jīng)受一定的應(yīng)力循環(huán)后也會發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。69ppt課件什么叫循環(huán)應(yīng)力（載荷）？

大小或方向隨時間發(fā)生周期性變化應(yīng)力（載荷），也稱交變應(yīng)力。

2、疲勞斷裂的破壞性疲勞斷裂都是突然發(fā)生的，斷裂前沒有明顯的塑性變形，具有極大的危險性。

機(jī)械零件的斷裂中，80%因疲勞引起，每年造成巨大損失。70ppt課件

3、疲勞斷裂的過程裂紋源—擴(kuò)散（截面逐步減小）—最后突然脆斷討論：設(shè)計選材時怎樣防止疲勞？

需要一個能反映材料抵抗循環(huán)應(yīng)力的力學(xué)性能指標(biāo)。71ppt課件

1、定義二、疲勞極限材料在循環(huán)應(yīng)力作用下，經(jīng)受無限次循環(huán)而不斷裂的最大應(yīng)力值稱為疲勞極限。疲勞極限用疲勞試驗(yàn)測量，通常在放置對稱彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。通過試驗(yàn)得出疲勞曲線。72ppt課件用一批試樣在不同的循環(huán)應(yīng)力下進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，直到試樣斷裂。記錄下每個試樣循環(huán)應(yīng)力與試樣斷裂前循環(huán)次數(shù)N，最后繪出-N關(guān)系曲線，稱為疲勞曲線。

2、疲勞曲線73ppt課件N-10107疲勞曲線