《金属的力学性能》PPT课件.ppt

第一章 金属材料的力学性能,本节重点：准确理解常用力学性能的有关名词 术语和使用范围;各种性能指标的的 表示方法和实际应用.,主要内容：金属材料的力学性能,包括材料的强 度 、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳 强度等。,本节难点：各性能指标的物理意义和测定方法,材料的性能,金属材料的力学性能 -是指金属材料在受外力作用时所反映出来的性能。,思考 如果把铁丝和钢丝折弯有何区别?,常用的力学性能主要有：强度、硬度、塑性、冲击韧度和疲劳强度等。,研究力学性能意义：是选择和使用金属材料的重要依据,第一节 刚度、强度、塑性,一、拉伸试验及拉伸曲线,OE段：弹性变形 阶段； 平台或锯齿（ES段）：屈服阶段； SB段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。 B点：形成了“缩颈”。 BK段：非均匀变形阶段，承载下降，到K点断裂。,弹性变形去除外力后试样恢复原状的变形 塑性变形在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形,1 、变形过程,2、应力与应变曲线,应力 ：单位面积上试样承受的载荷。这里用试样承受的载荷除以试样的原始横截面积S 0表示: F = ( M pa ) S 0 应变：单位长度的伸长量。这里用试样的伸长量除以试样的原始标距表示: l = l 0 应力应变曲线（ - 曲线） 形状和拉伸曲线基本相同，单位不同,思考 怎样比较不同材料抵抗外力能力的大小？,2、应力与应变曲线,比例极限（ p ） 例:弹簧秤 弹性极限（ e） 如:弹簧 屈服极限（ s ） 抗拉极限(b),二、刚度 是表征金属材料抵抗弹性变形的能力,E 式中的E为与材料有关的常数，称为弹性模量，工程上常用E作为衡量材料刚度的指标。 弹性模量主要取决于金属材料的种类，即金属的本性（晶格类型、晶格常数等）。一般机械零件大都在弹性状态下工作，对刚度有一定要求，如机床主轴、起重机臂等，在使用时不允许产生过量的弹性变形。,三、强度 金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和破坏的能力,工程上常用的金属材料的强度指标： 屈服点（ s ）或规定残余伸长应力（ r） 抗拉强度(b),屈服点（ s ）:指材料产生屈服时的应力,规定残余伸长率为0.2%时的应力,原标准（GB228-76）： 屈服强度,很重要，大多数零件不允许有塑性变形,规定残余伸长应力:,对有明显屈服现象的材料,对无明显屈服现象的材料,抗拉强度(b) :材料在拉伸条件下所能承受最大拉力的应力值,若零件在使用时不允许产生过量塑性变形，应以材料的s或r0.2进行设计计算。 若零件在使用时只要求不发生破坏，则以材料的b来设计计算。 因此s和b是机械零件设计计算的主要依据。,很重要，表示零件破坏前能抗的最大应力值,四、塑性 在外力作用下金属材料在断裂前产生不可逆永久变形的能力,常用的塑性判据： 拉伸时的断后伸长率和断面收缩率,1、断后伸长率,由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率数值不同，因此应注明试样尺寸比例。如: 10试样 L0=10d0 5 试样 L0=5d0,2、断面收缩率,和是用来判断材料在断裂前所能产生的最大塑性变形量大小。 一般认为5的材料为塑性材料，如低碳钢；5的为脆性材料，如灰铸铁 .,塑性对材料的意义: 1.是金属材料进行压力加工的必要条件; 2.提高安全性:因为零件在工作时万一超载，也会由于塑性变形使材料强化而避免突然断裂,第二节 冲击韧性,在设计和制造受冲击载荷的零件和工具（如锻锤、冲床、铆钉枪等）时，必须考虑所用材料的冲击吸收功或冲击韧度。,一、摆锤式一次冲击试验,把试样放在试验机的支承面上，试样的缺口背向摆锤冲击方向。将质量为m的摆锤安放到规定的高度H，然后下落，将试样打断，并摆过支点升到某一高度h，试样在冲击试验力一次作用下，折断时所吸收的功为冲击吸收功为Ak。,1、试样冲断时所消耗的冲击功A k为:,A k = m g H m g h (J),2、冲击韧度a k,二、冲击吸收功和冲击韧度,就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。,冲击吸收功 Ak 作为材料韧性判据，与温度、试样形状、尺寸、表面粗糙度、内部组织和缺陷有关。,1.冲击韧度对材料内部缺陷反映很敏感 能够灵敏地显示材料的宏观缺陷和组织微小变化，因此在生产中可用来检验材料的冶金质量,热加工质量,冲击韧度对材料的意义:,2.冲击韧度随温度下降越来越低冷脆现象 在韧脆转变温度以下，材料由韧性状态转变为脆性状态。材料的韧脆转变温度越低，说明低温冲击性能越好,第四节 疲劳强度,材料的疲劳：材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产 生局部永久性累计损伤，经一定循环次数后产生 裂纹或突然发生完全断裂的过程。,在多次交变应力作用，金属会在远小于抗拉强度b，甚至小于屈服点s的应力下失效（出现裂纹或完全断裂）,疲劳破坏的原因： 应力集中微裂纹扩展断裂破坏。,疲劳强度（-1） ：金属材料经无穷多次（钢材107）应力循环而不发生疲劳破坏的最大应力值。,第四节 硬 度,硬度：,硬度试验方法:,压入法,它是材料性能的一个综合的物理量。 (表示金属材料在一个小的体积范围内金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力）,布氏硬度（HB） 洛氏硬度（HR） 维氏硬度（HV）,一、布氏硬度,1、测定原理,2、计算公式,HBS：淬火钢球作压头；适用于450HBS HBW：硬质合金作压头；适用于650HBW,试验时，根据被测的材料不同，球直径、试验力及试验力保持时间按表1-1选择,表1-1 布氏硬度试验规范,3、表示方法,XXX HBS(W) XX / XXX / XX,500HBW5/750,例：,表示用直径5mm硬质合金球在7355N试验力作用下保持1015s测得的布氏硬度值为500,120HBS10/1000/30,表示用直径10mm钢球压头在9807N试验力作用下保持30s测得的布氏硬度值为120,习惯上布氏硬度值不标出试验规范，如 170HBS。,4、适用范围 常用于测小于450HBS的原材料或零件毛坯的硬度，不能测淬火钢件的硬度。,优点：试验数据准确、稳定,缺点：测试较麻烦;压痕大，不适合成品检验,二、洛氏硬度,测 定 原 理,试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验力及按表1-2选择，对应的洛氏硬度标尺为HRA、HRB、HRC三种,表1-2 常用的三种洛氏硬度的试验条件及应用范围,2、符号,3、表示方法,硬度值+HR,例： 52HRC 70HRA,4、适用范围 洛氏硬度HRC可以用于硬度很高的材料，在钢件热处理质量检查中应用最多。,优点：测量迅速简便，压痕小，可在成品零件上检测 。 缺点:准确性不够。,三、维氏硬度,1、测定原理,用一定的试验力F，将顶角为1360的金刚石四棱锥压入金属表面，保持一定时间后卸去试验力，然后测出压痕对角线长度d1、d2（mm），并求出压痕对角线的平均值d。,2、计算公式,3、表示方法,硬度值+HV+试验力/保持时间 如：640HV30/20,4、适用范围 适用于测量零件薄的表面硬化层的硬度。,一、判断题 1.有些没有明显屈服现象的金属材料其屈服点可用符号r0.2表示 2.一般来说硬度高的金属材料耐磨性也好。 3.压痕直径越大，材料硬度越高。 4.甲零件的硬度为250HBS，乙零件的硬度为52HRC，则甲比乙的硬度高。 5.材料在受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度。 6.材料在多次交变载荷作用下的破坏现象称为疲劳。 7.强度高的材料，韧性都低。 8.冲击吸收功是机械零件设计选材的主要依据。 9.某些机械零件工作时承受应力远小于材料的屈服点，也能发生突然性断裂。 10.拉伸试验时，试样的伸长量与拉伸力总成正比。 11.屈服点代表试样在试验过程中力不增加，而仍能继续伸长（变形）时的应力。 12.金属材料的硬度越高，其抵抗局部弹性变形能力越强。,二、选择题 1、拉伸试验可测定材料的（ ）。 A.强度 B.硬度 C.塑性 D.韧性 2、材料在动载荷作用下表现的力学性能是（ ）。 A.b B C.Ak D. -1 3.在设计机械零件时多用（ ）作为强度判据。 A.b B C.Ak D. s E. 4.试样在拉伸过程中，力不增加仍能继续伸长时的应力称（ ） A.屈服力 B.疲劳强度 C.屈服点 5.测量钢车刀、锉刀的硬度，应选用（ ）。 A.HRA B.HRB C.HRC 6.测量有色金属及合金的硬度，应选用（ ）。 A.HRA B.HRB C.HRC D.HBS,作业一,熟悉拉伸曲线 掌握强度、塑性及硬度指标，了解这些指标在工程上的应用 课后习题：,（1）某工厂买回一批材料（要求：s230MPa；