材料力学性能.ppt

第一章金属材料的力学性能 金属材料力学性能指标主要包括 强度 塑性 硬度 韧性 疲劳强度等 强度 材料在外力作用 抵抗塑性变形和断裂的能力 工程上常用的金属材料的强度指标 屈服强度 s 和抗拉强度 b 等 一 强度 抗拉强度 b 材料在断裂前所能承受的最大应力 b Fb A0单位 MPa 屈服点 屈服强度 s 材料产生屈服时的应力 s Fs A0单位 MPa 式中 A0 圆形试样的原始横截面积 单位mm2 s和 b在设计机械和选择 评定金属材料时有重要意义 机械零件多以 s作为强度设计的依据 对于脆性材料 在强度计算时 则以 b为依据 拉伸曲线及标准试样 标准试件 应力 应变曲线 屈服极限 S 弹性极限 P 强度极限 b 颈缩阶段 弹性阶段 塑性 材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的性能 表证材料的塑性指标是 伸长率 和断面收缩率 1 使材料具有良好的成形性 2 受到外力变形时 有强化作用 二 塑性 延伸率 L1 L0 L0 100 断面收缩率 S0 S1 S0 100 式中L0 试样的原始长度L1 试样拉断时的标距长度S0 试样的原始截面积S1 试样断裂处的横截面积 和 愈大 则塑性愈好 良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件 硬度 金属材料表面抵抗局部变形的能力 最常用的硬度指标有 布氏硬度 HB 洛氏硬度 HR系列 和维氏硬度 HV 硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标 它直接影响到材料的耐磨性及切削加工性 硬度测试方法 压入法 划痕法 回弹高度法 测试设备 布氏硬度机 洛氏硬度机等专用仪器 三 硬度 1 布氏硬度 式中 F 试验力 N D 压头的直径 mm HBS表示用淬火钢球作为压头测出的硬度值 HBW表示用硬质合金球作为压头测出的硬度值 试验时 先加初试验力 预载荷 然后加主试验力 压入试样表面之后 去除主试验力 在保留初试验力的情况下 根据试样残余压痕深度增量来衡量试样的硬度大小 2 洛氏硬度 洛氏硬度试验原理图 四 冲击韧度 ak 有些机件在工作时要受到高速作用的载荷冲击 如锻压机的锤杆 冲床的冲头 汽车变速齿轮 飞机的起落架等 瞬时冲击引起的应力和应变要比静载荷引起的应力和应变大得多 因此在选择制造该类机件的材料时 必须考虑材料的抗冲击能力 即冲击韧度 冲击韧度 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力 常用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧度 大能量 一次冲断 试验表明 在冲击载荷不太大的情况下 金属材料承受多次重复冲击的能力 主要取决于强度 冲击值对组织缺陷很敏感 因此冲击试验是生产上用来检验冶炼 热加工 热处理等工艺质量的有效方法 Ak 击断试样所消耗的吸收功S 试样断口处的原始截面积 五 疲劳强度 工程上一些机件工作时受交变应力或循环应力作用 即使工作应力低于材料的屈服强度 但经过一定循环周次后仍会发生断裂 这样的断裂现象称之为疲劳 零件的疲劳断裂过程可分为裂纹产生 裂纹扩展和瞬间断裂三个阶段 疲劳强度的概念金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力 叫做疲劳强度 用 1表示 材料的疲劳强度通常在旋转对称弯曲疲劳试验机上测定 金属材料的物理 化学 工艺性能 化学性能 是指金属材料在室温或高温时抵抗各种化学作用的能力 主要是指抵抗活泼介质的化学侵蚀能力 化学性能包括耐蚀性 抗氧化性 热稳定性 物理性能 密度 熔点 导热性 导电性 热膨胀性 磁性等 工艺性能 按工艺方法的不同 可分为铸造性能 可锻性 焊接性和切削加工性等 1 铸造性能 金属在铸造成形过程中获得外形准确 内部完整铸件的能力称为铸造性能 铸造性能包括流动性 吸气性 收缩性和偏析等 2 切削加工性能 切削加工性能是指金属在切削加工时的难易程度 3 锻造性能 金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为锻造性能 锻造性能的好坏主要同金