金属材料的力学性能(一章).ppt

第一章 金属材料的力学性能,机电工程学院 杨春梅,第一章 材料的机械性能 Performance of Metal Material,金属材料的力学性能 金属材料的其他性能,铸造性 可锻性 可焊性 切削加工性 热处理性,工程材料的性能,使用性能,力学性能 物理性能 化学性能,工艺性能,压力加工方法示意图,载荷施加方式,金属材料的力学性能,概念：金属材料在承受外力作用时所表现出来的性能称为金属材料的机械性能 一.定义 : 力学性能是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。 二.指标 : 强度、弹性 、 塑性 、 韧性 、 硬度和疲劳强度等。,一.静拉伸试验 强度概念-金属材料在外力作用下 抵抗塑性变形的能力。 应力概念-单位横截面上的内力,11 静载荷条件下材料 的力学性能,一.静拉伸试验,拉伸试验机,P,P,L0=10d0,L0=5d0,圆形断面,二.拉伸图（重点）,应力,应变,二、拉伸图,b,s,e,拉伸试样的颈缩现象,金属材料在静载荷的作用下将发生： 1、弹性变形 2、塑性 3、断裂 三个基本过程。,（一）.弹性和刚度,（一）.弹性和刚度,（一）.弹性和刚度: 弹性：金属材料受外力作用时产生变形, 当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸 的性能。 刚度：指材料在受力时抵抗产生塑性变形的 能力,弹性变形:随载荷撤除而消失的变形。,E=,Q=E,F0,L0,（二）.材料的强度 材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。,种类: 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯强度 、 抗剪强度 、 抗扭强度等。 当受拉力时，强度特性指标主要是屈服强度s和 抗拉强度b。,(2)抗拉强度 试样在断裂前所能承受的最大应力。,(4)条件屈服强度( 塑性变形量为0.2%),(3)屈服强度: 屈服点 S,（三）.塑性 是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。(、 ）, 10% 属塑性材料, 伸长率； l 0试棒原始标距长度(mm)； l试棒受拉伸断裂后的标距长度(mm)；,1.伸长率(延伸率) 是指试样拉断后的标距伸长量L 与 原始标距L 0之比。,2.断面收缩率： 是指试样拉断处横截面积S k的收缩量与 原始横截面积S0之比。,断面收缩率； A0试棒原始截面积(mm2)； A试棒受拉伸断裂后的截面积(mm2)。,（四）.硬度( hardness ) 是指材料抵抗其它更硬物体压入其 表面的能力。,布氏硬度 HB 洛氏硬度 HR （ HRA 、HRB、HRC) 维氏硬度 HV,常用测量硬度的方法,压入法,压入法 划痕法 回跳法,1 布氏硬度 HB,F,1 布氏硬度 HB,适用范围:,450HBS;,650HBW;,1 布氏硬度 HB,符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保 持30s测得的布氏硬度值为120。,S,W,2 洛氏硬度 HR,10HRCHBS,3 维氏硬度 HV,适用范围:,测量薄板类 ;,HVHBS ;,注意：各种硬度直不能直接进行比较。 一般情况下硬度高时，耐磨性也较好，且硬度和强度之间有一定的关系。,12 非静载荷时材料的力学性能,冲击载荷冲击韧性 交变载荷疲劳强度,动载的形式：,一.冲击韧性( notch toughness ):,定义：材料在冲击载荷作用下抵抗破 坏的能力。,W,冲击试验机,冲击试样和冲击试验示意图,试样冲断时所消耗的冲击功A k为:,A k = m g H m g h (J),冲击韧性值a k 就是试样缺口处单位 截面积上所消耗的冲击功。,试样缺口处的断面积,冲击功,二.疲劳强度( fatigue strength ): 定义： 表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。,钢材的循环次数一般取 N = 107,有色金属的循环次数一般取 N = 108,钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系: -1 = (0.450.55) b,钢铁材料的疲劳曲线,O,注意： 1、同一材料的疲劳强度比屈服极限低； 2、提高零件表面质量及强化材料表面可以提高零件的-1,疲劳破坏的特点,1、疲劳破坏是在低应力下产生的；,-1s,4、在疲劳破坏过程中，局部的组织变化 是在疲劳过程中不断发生、并逐渐积累 起来的；,2、疲劳破坏与连续加载时只要应力高于材 料的强度极限就立即破坏不同；,3、疲劳破坏有相当的危险性；,疲劳破坏的特点,5、疲劳断口分两部分：疲劳裂纹扩展 区、最后突然断裂区； 6、疲劳断裂是循环应力和拉伸应力同时 作用，且在微观局部发生塑性变形的情况 下发生的； 7、疲劳断裂三个阶段：裂纹的形成、裂 纹的扩展和最终失稳断裂； 8、在一定条件下，当应力最大值低于某 一特定值时，材料可经无限次循环而不断 裂。,1943年美国T-2油轮发生断裂,提高零件疲劳强度的方法,1、对零件表面进行强化处理（表面喷 丸、表面淬火、冷挤压）等， 2、或进行精密加工提高零件表面粗糙 度等。,第 三 节 金属材料的其他性能,材料的理化性能：密度、熔点、热膨胀性、导电性、导热性磁性、抗腐蚀性、耐磨性 材料的工艺性能：在制作机件的过程中 采用某种加工方法制成成品难易程度。（铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性能）,第 四 节 金属材料的断裂韧性,1.金属材料的缺口效应：突变的台阶和缺口（螺纹，油孔）。 2.断裂韧性：较大尺寸的构件和零件的低应力脆断。断裂应力低于材料的屈服强度。（构件或零件内存在着裂纹及类似裂纹的缺陷）,1简答题 (1)根据化学成分、结合键的特点，工程材料是如何分类的?主要差异表现在哪里? (2)什么是材料的力学性能,力学性能主要包括哪些指标? (3)什么是强度?什么是塑性？ 衡量这两种性能的指标有哪些?各用什么付号表示？ (4）什么是硬度，HBS、HBW、HRA、HRB、HRC各代表用什么方法测出的硬