金属材料的机械性能.ppt

2.1金属材料的机械性能,四大工程材料：钢铁铝及铝合金塑料水泥,2,第二章金属材料基础,金属材料的性能包括：机械(力学)性能物理化学性能工艺性能,3,第二章金属材料基础,机械(力学)性能:在机械载荷（外力）作用下表现出来的特性。主要指标有:强度、塑性、硬度、冲击韧性(度)、疲劳强度,4,第二章金属材料基础,物理化学性能主要指标有：密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、耐热性、耐腐蚀性等。,5,第二章金属材料基础,工艺性能加工成形的难易程度。主要指标有：铸造性能、可锻性、可焊性、热处理性和可切削性等,2.1金属材料的力学性能一、强度和塑性,拉伸试验（GB6397-1986）,拉伸试样,低碳钢拉伸试验图分析,变形阶段的分析：,oe段：弹性变形阶段。能恢复原来形状和尺寸。呈线性规律。e点：弹性极限点es段：既有弹性变形，还有微量的塑性变形。当拉力增大到Fs时，即使拉伸力不增加，试样却会继续伸长，这种现象称为“屈服”。S点：屈服极限点。sb段：当拉力大于Fs时，试样产生大量的塑性变形，直到拉伸力为Fb时，试样横截面发生局部收缩，即产生“缩颈”。B点：强度极限点bk段：由于局部产生“缩颈”，试样所能承受的拉伸力迅速减小，直至拉断（K点）,N/mm2；MPa,应变：试样单位长度上的伸长量,应力与应变概念,应力：试样单位横截面上的拉力,低碳钢拉伸试验图,1.强度指标，单位：MPa(N/mm2）,b抗拉强度,s屈服强度(屈服点）,强度:材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。,（F）,屈服强度和抗拉强度在工程上常用屈服强度和抗拉强度来表示金属材料的强度指标。其计算公式为：屈服强度（屈服点）拉伸试样产生屈服现象时的应力s=Fs/A0(MPa)抗拉强度拉伸试样在拉断前所承受的最大应力b=Fb/A0(MPa)Fs试样产生屈服现象时所承受的最大载荷,NFb-试样在拉断前所能承受的最大载荷,NA0试样原始截面积,mm金属不能在超过其s、b的条件下工作。因此作为强度设计的依据.,2.塑性指标,应用中：10试样L0=10d05试样L0=5d0,伸长率：试样拉断后,其标距的伸长与原始标注的百分比.,塑性:材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。,断面收缩率:试样拉断后,缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比,说明：、值愈大，表明材料的塑性愈好。,式中A0试样的原始截面积，mm；A1试样拉断后,断口处横截面积，mm；,=（A0A1）/A0100%,3、硬度,硬度:是材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。或者说是金属表面抵抗局部塑性变形的能力。,15,3、硬度,硬度是衡量金属软硬的指标。直接影响金属材料的耐磨性，硬度越高，材料的耐磨性越好。,16,3、硬度,硬度的种类有：,1、布氏硬度用HB表示,2、洛氏硬度用HR表示,1.布氏硬度HB用于测定软性材质（HBS450）测试原理图：,HBS测定,压头直径有三种:10mm、5mm、2.5mm载荷也有三种:30000N、7500N、1870N,以淬火钢球为压头,19,HB=F/S,F：所加压力S：压痕表面积,20,特点：优点：测量值较稳定、准确度较洛氏硬度高缺点：测量费时，且压痕较大，不适合成品检验。适用范围：用于测定软性材质（HBS450）如:灰口铸铁、软钢和非铁合金等。,洛式硬度计图,3、洛式硬度,22,洛式硬度的定义：,在初始试验力及总试验力（初始试验力+主试验力）的先后作用下，将压头（金刚石圆锥体或钢球）压入试验表面，经规定时间后，卸除主试验力，由测量的残余压痕深度增量来计算硬度值，用HR表示。,压头有三种:120。金刚石压头、1.5875mm钢球、3.175mm钢球主载荷有三种:、60kg、100kg、150kg,24,式中：K=100；金刚石压头。K=130；淬火钢球压头。,洛式硬度测量原理示意图,0-0：未加试验力时，压头与试件表面未接触1-1：加初试验力10kg时，压头从a压入至b2-2：加总试验力时，压头压入至c3-3：卸除主试验力，压头回复至d保持规定时间：测量残余压痕深度增量bd;计算洛氏硬度值:,F,25,根据压头和试验力的不同，常用的洛氏硬度有三种：HRA：1200金刚石圆锥体，总试验力60kgHRB：1.588mm淬火钢球，总试验力100kgHRC：1200金刚石圆锥体，总试验力150kg应用最广,26,特点：优点：测试简便、迅速、因压痕小、不损伤零件，适合成品检验。缺点测得的硬度值重复性较差，需在不同的部位测量数次。适用范围：用于测定硬质材质（2070HRC）如:淬火钢、调质钢等。,三、冲击韧性定义：金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。其常用指标为-冲击韧度（ak）,用冲击试验测定冲击韧度ak,计算公式：ak=Ak/S(J/cm)用单位面积上的冲击功来表示ak冲击韧度Ak冲断试样所消耗的冲击功，J;S试样缺口处的横截面积，cm。冲击值一般作为选材的参考，不直接用于强度计算。试验表明：在冲击能量不大的情况下，金属材料承受多次重复冲击的能力，主要决定于强度，而不是要求过高的冲击韧度。ak值对组织缺陷很敏感，因此，冲击试验在生产上用来检验冶炼、热加工、热处理工艺质量的有效方法。,四、疲劳强度金属材料在无数次重复或交变载荷的作用下而不致引起断裂的最大应力疲劳强度。在机械零件中有许多零件在交变载荷的作用下工作的。这种受交变应力的零件，发生断裂时的应力。远低于该材料的屈服强度，这种破坏现象叫做疲劳破坏。据统计，约有80%的机件失效都可归咎于疲劳破坏。金属材料所承受重复或交变载