金屬材料的力學(xué)性能一

金屬材料的力學(xué)性能一第一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五第一章材料的機(jī)械性能

PerformanceofMetalMaterial金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的其他性能第二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五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

工藝性能第三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五壓力加工方法示意圖

載荷施加方式第四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五金屬材料的力學(xué)性能概念：金屬材料在承受外力作用時所表現(xiàn)出來的性能稱為金屬材料的機(jī)械性能一.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。第五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五一.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§1—1靜載荷條件下材料

的力學(xué)性能第六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五一.靜拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)機(jī)PPL0=10d0L0=5d0圓形斷面第七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五二.拉伸圖（重點(diǎn)）應(yīng)力應(yīng)變二、拉伸圖bse第八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五拉伸試樣的頸縮現(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

三個基本過程。

第九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五（一）.彈性和剛度（一）.彈性和剛度第十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五（一）.彈性和剛度:彈性：金屬材料受外力作用時產(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)

σe=

(Mpa)

F0

試樣原始橫截面積(mm2)E=σεQ=EF0L0第十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五（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，強(qiáng)度特性指標(biāo)主要是屈服強(qiáng)度σs和抗拉強(qiáng)度σb。(2)抗拉強(qiáng)度試樣在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力。Fb試樣斷裂前的最大載荷(N)

σb

=

(Mpa)

S0試樣原始橫截面積(mm2)第十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五(4)條件屈服強(qiáng)度(塑性變形量為0.2%)F0.2

σ0.2

=

(Mpa)

S0試樣原始橫截面(mm2)試樣產(chǎn)生0.2%殘余塑性變形時的載荷(N)(3)屈服強(qiáng)度:屈服點(diǎn)S

Fs

σs

=

(Mpa)

A0試樣屈服時的載荷(N)試樣原始橫截面積(mm2)第十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五（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。(δ、ψ）l–l0δ=×100%l0

δ<2~5%屬脆性材科δ≈5~10%屬韌性材料δ>10%屬塑性材料δ

——伸長率；l0——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L0之比。第十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五2.斷面收縮率：

是指試樣拉斷處橫截面積Sk的收縮量與原始橫截面積S0之比。A0-Aψ=×100%A0

ψ——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)。第十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五（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十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五1布氏硬度

HB布氏硬度計

F第十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五1布氏硬度

HB適用范圍:

＜450HBS;

＜650HBW;第十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五1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第十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五2洛氏硬度HRh1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計10HRC≈HBS第二十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五3維氏硬度

HV適用范圍:測量薄板類;HV≈HBS;第二十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五注意：各種硬度直不能直接進(jìn)行比較。一般情況下硬度高時，耐磨性也較好，且硬度和強(qiáng)度之間有一定的關(guān)系。第二十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五§1—2非靜載荷時材料的力學(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：第二十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五一.沖擊韌性(notchtoughness):定義：材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。W第二十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊試樣和沖擊試驗(yàn)示意圖第二十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五試樣沖斷時所消耗的沖擊功Ak為:Ak=mgH–mgh(J)沖擊韌性值ak

就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。AK--------

ak

=(J/cm2)

A0-------試樣缺口處的斷面積沖擊功第二十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五二.疲勞強(qiáng)度(fatiguestrength):

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。第二十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五鋼材的循環(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:

σ-1

=(0.45～0.55)σ

b鋼鐵材料的疲勞曲線O第二十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五注意：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σ-1

第二十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五疲勞破壞的特點(diǎn)1、疲勞破壞是在低應(yīng)力下產(chǎn)生的；σ-1<σs4、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性；第三十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五疲勞破壞的特點(diǎn)5、疲勞斷口分兩部分：疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)、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，材料可經(jīng)無限次循環(huán)而不斷裂。第三十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五1943年美國T-2油輪發(fā)生斷裂第三十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五提高零件疲勞強(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。第三十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)金屬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）第三十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五第四節(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）第三十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五1·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，