金属的性能1.1力学性能.ppt

Chapter 1 金属的性能,1.1 力学性能(mechanical properties) 一、承受静载时力学性能 1.拉伸实验,拉伸试验机,Chapter 1 金属的性能,载荷F变形量L曲线 应力(stress)F/A0(MPa), 应变(strain) = L/L0(%) 应力应变曲线（曲线）,Chapter 1 金属的性能,Chapter 1 金属的性能,(1)弹性模量E：弹性阶段： E 。E为材料的弹性模量(刚性系数)，表征材料的抵抗弹性变形的抗力。,实例与问题？,Chapter 1 金属的性能,(2)强度(strength):材料抵抗变形和断裂的能力 (MPa) 弹性极限(plastic )e 屈服强度(yield )s： 材料出现一定塑性 变形时的应力。 S屈服点,Chapter 1 金属的性能,0.2名义屈服极限：(产生0.2塑性变形时的应力值) 拉伸强度(tensile )b：试样拉伸时承受的最大载荷的应力强度极限,屈服强度是工程中选材时强度设计和校核的主要依据。,问题？,Chapter 1 金属的性能,(3)塑性(plasticity)：材料发生永久变形但不断裂 的能力 延伸率(elongation): = (L1L0)/ L0 100% (%) 断面收缩率(reduction of area):(A0Ak)/A0(%),Chapter 1 金属的性能,注： 不同材料具有不同形状的曲线,Chapter 1 金属的性能,注： 名义曲线与真实曲线,Chapter 1 金属的性能,2. 硬度(hardness):常表征材料表面的塑变抗力 布氏硬度(Brinell ),布氏硬度计,Chapter 1 金属的性能,HBS淬火钢压头，可测450HBS以下 HBW硬质合金压头，450650 HBW 测法：量d值，查表得出HBS(W),Chapter 1 金属的性能,主要用于铸铁、有色合金、退火和正火钢 一定条件下，材料的HBS与b的存在以下关系： b = k HBS k-与材料有关的常数，低碳钢为0.36；高碳钢为0.34；合金钢为0.325；灰铸铁为0.1,Chapter 1 金属的性能,洛氏硬度(Rockwell )：以压痕深度量度材料 硬度 常用的有HRA(用于硬质合金、陶瓷、硬薄件)，HRC(用于淬火钢、调质钢)；其硬度值在硬度计表盘上显示；压痕小；不同标度之间不可换算。,Chapter 1 金属的性能,Chapter 1 金属的性能,维氏硬度(Vickers )：原理同HB HvP/Av =1.8544P/d2,Chapter 1 金属的性能,Hv具有统一性：不同载荷之间可比较；还可用于压痕法测脆性材料的断裂韧度 硬度是表征材料力学性能的综合物理量；是比较量,Chapter 1 金属的性能,二、承受动载时力学性能 冲击韧度(impact toughness)：材料抵抗冲击载荷的能力,表达式：k = Ak / A0 （J/cm2）,Chapter 1 金属的性能, 通常，k值大的材料称为韧性材料，反之为脆性材料 材料承受大能量冲击，抗冲击能力主要取决于k、；材料承受小能多冲，抗冲击能力主要取决于强度。 冲击韧度受材料组织、表面质量、环境温度等因素影响,Chapter 1 金属的性能,Chapter 1 金属的性能,Chapter 1 金属的性能,不作为选材的主要指标； 低温服役的工件选材注意脆性转变温度,Chapter 1 金属的性能,建造中的Titanic 号,Chapter 1 金属的性能,Chapter 1 金属的性能,三、承受交变载荷作用时强度指标 疲劳强度(fatigue ) 1.材料的疲劳：材料在小于b(s)的交变应力作用下损坏的现象称为疲劳。 交变应力随时间而变化的应力,Chapter 1 金属的性能,2.疲劳破坏特征： 突然性断裂前没有明显的塑性变形 缺口敏感：表面缺陷或缺口成为裂纹源 零件的疲劳断口：由疲劳源（或裂纹源）、裂纹扩展区和断裂区组成。,Chapter 1 金属的性能,Chapter 1 金属的性能,3.疲劳强度：材料经过N次应力循环而不破坏的最大应力 N循环次数。对于钢铁材料，数量级为107；对于有色合金，数量级为108,Chapter 1 金属的性能,4.提高零件疲劳强度的措施： a.提高零件表面质量； b.避免应力集中； c.提高材料的b(s),Chapter 1 金属的性能,1943年美国T-2油轮发生断裂,北极星导弹,Chapter 1 金属的性能,四、断裂韧度(fracture toughness) 材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。 KI 应力场强度因子 (I表示裂纹在外力下呈张开型),Chapter 1 金属的性能,KIC =YC a1/2，临界应力场强度因子 Y与裂纹形状、加载方式有关的系数 C裂纹失稳扩展应力 a裂纹长度的1/2,Chapter 1 金属的性能,单边切口梁(SENB)法测定KIC 断裂韧性计算公式：,其中：a切口裂纹长度(mm)； b试样宽度(mm)； P施加应力(N)； L跨距(mm)； W试样高（mm）； Y无量纲系数，与a/W及加载速度有关,Chapter 1 金属的性能,压痕法(IP)测定KIC,KIC断裂韧性(Pam1/2); l 裂纹的平均长度(m) d 压痕对角线长度(m); Hv 维氏硬度(Pa),Chapter 1 金属的性能,五、材料的耐磨性 (wear-resistance) 材料抵抗磨损的能力： 1/ 磨损率 ：材料在单位时间或单位运动距离内磨损质量。,相对耐磨性 相 标/试 标、试分别表示标准试样和试验试样的耐磨性。 提高耐磨性途径：