第一章-金属材料的力学性能 2

第一章金属材料的力学性能，第一节强度和塑性第二节硬度第三节冲击韧性第四节疲劳，第一节拉伸试验，万能材料实验机进行拉伸试验，第一节强度和塑性，拉伸曲线，1，oe阶段：直线，弹性变形阶段2，es阶段：曲线，弹性变形塑性变形阶段3，ss阶段：水平线(稍微波动)明显的塑性变形屈服现象，作用力几乎没有4、sb曲线：均匀塑性变形-强化台5、bd台：出现缩颈台-缩颈现象，即试样局部截面明显缩小，试样负荷能力降低，在b点拉伸力达到最大值，试样达到d点时断裂。 二、强度、金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫强度。 根据外力作用的性质，分为屈服强度s、抗拉强度b、抗压强度bc、剪切强度b等。 1 .屈服点和屈服强度金属材料开始发生屈服现象时的最低应力值称为屈服点，用符号s表示。 s=Fs/So式中的fs-试料屈服时的载荷(n) so-试料的原始截面积(mm2)。 工业上使用的金属材料，例如高碳钢、铸铁等，在拉伸过程中没有明显的屈服现象，无法确定其屈服点s，可以用GB/T2228规定的屈服强度0.2表示该材料开始塑性变形时的最低应力值。 屈服强度是试样间距部分产生0.2%残留伸长率时的应力值，即0.2=F0.2/So式中的F0.2试样间距引起的0.2%残留伸长率时载荷(n ) . 屈服强度的测定、2、拉伸强度、金属材料断裂前受到的最大应力值称为拉伸强度，用符号b表示。 b=Fb/So式中fb-试样在断裂前受到的载荷(n) so-试样的原始截面积(mm2) . 三、在塑性、金属材料负荷下，断裂前材料不可逆永久变形的能力称为塑性。 通过拉伸试验可以测定材料的塑性。 常用的塑性指标是断裂伸长率和截面收缩率。 =(L1-L0)/L0=(S0-S1)/S0，第二节硬度、硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕、划痕的能力。 硬度的实验方法可以用硬度试验机测量，常用的硬度指标为布氏硬度HBW、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC等)和维氏硬度HV。 布氏硬度计，一，布氏硬度，一，布氏硬度试验原理：是用一定直径的球体(淬火钢球或硬质合金球)对被测定材料的表面施加压力，保持一定时间达到稳定状态后，解除试验力，测定材料表面的压痕直径计算硬度的压痕硬度试验方法。 2、布氏硬度值用施加在球面压痕的单位面积上的平均压力表示。 例如120HBS500HBW3，优点和缺点(1)的测定值准确、稳定、重现性强，能够测定组织粗大、不均匀的材料(铸铁) (2)能够测定的硬度值不高(650HBw) (3)不测试成品和片(4)测定花费时间，效率差。 4、测量范围用于原材料和半成品的测量，适用于灰铸铁、结构钢、有色金属和非金属材料等的测量，洛氏硬度、2、洛氏硬度、1、洛氏硬度试验原理：为顶角1200金刚石圆锥和淬火钢球，在试验力(初始试验力F0和主试验力f )的作用下压入试样表面，进行规定2、洛氏硬度值用测量的剩馀压痕深度表示(HRA、HRB、HRC )。 可以直接从表盘上读取。 例如50HRC3，优点和缺点(1)试验简单，方便，迅速(2)压痕小，成品，薄的(3)数据不准确，应测量三点取平均值(4)，不得测量组织不均匀的材料，如铸铁。4 .测定范围用于测定淬火钢、硬质合金等材料，维氏硬度计、三、维氏硬度、1、维氏硬度试验原理：为角度136的金刚石四棱锥压头，以较小的试验力F(49.03-980.07N )压入试样表面，保持规定时间后，释放压力2、维氏硬度值用凹坑对角线的长度表示。 例： 640HV。 3、优缺点(1)测量准确，应用范围广(硬度极软，非常硬)。 (2)可测量的成品和片材(3)试料的表面高，耗费时间。 4 .测量范围较薄，常用于电镀、化学热处理(渗碳、氮化)后的表层等。 考虑：硬度耐磨损性强度间关系高不一定好第三节，将冲击韧性、冲击载荷：以大速度作用于工件的载荷称为冲击载荷冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力是塑性和强度的综合表现(没有考虑受冲击的要素，平时没有考虑， 今后的韧性是材料承受冲击能力的影响因素：材质、试样尺寸、试样条件、泰坦尼克c沉没原因、泰坦尼克c含硫高钢板，韧性差，尤其在低温下呈脆性。 因此，冲击样品是典型的脆性断裂口。 现代船用钢板的冲击试样相当韧性。 泰坦尼克号钢板(左图)和近代船用钢板(右图)的冲击试验结果，冲击试验、试验时，将试料放在试验机的两座上，将质量m的钟摆提升到高度h，使钟摆具有位能mHg。 夏比坠落破坏样品后，上升到h的高度，位能为mhg，因此夏比破坏样品的位能为mHgmhg，这是样品的变形和破坏消耗的功称为冲击吸收功AK，AK=mg(h-h )是样品的切断中去除AK(J )得到冲击韧性，用AK表示，单位为J/cm2.aK=AK/SN，第四节、疲劳、第一、疲劳的概念是部件受到的交变应力的数值比材料的屈服强度小，但是长时间的断裂原因：机械部件为交变压力，经过时间后，在高应力区域局部形成微小的裂纹疲劳破坏具有时间上的突发性，具有位置上的局部性和对环境和缺陷的敏感性等特点，疲劳破坏总是很难及时发现，容易发生事故。 据统计，机械零件断裂的80%是疲劳造成的。 在、二、疲劳曲线和疲劳强度、实验中，金属材料受到的最大交变应力max越大，破坏前受到的周期次数n (定义为疲劳寿命)越少，该交变应力max与疲劳寿命n的关系曲线被称为疲劳曲线或者s-n曲线，材料在相当周期未被破坏的最大应力被称为疲劳强度，符号- n 钢铁材料： 107次有色合金： 108次，部分工程材料疲劳极限-1(MPa )，3，提高材料疲劳极限的途径，1，在设计方面尽量使用零件避免交角、缺口和截面突变，避免应力集中及由此引起的疲劳裂纹。 2 .在材料方面，通常要使晶粒微细化，减少材料内部存在的夹杂物和热加工错误造成的缺陷。 多孔、气孔、表面氧化等。 3 .在机械加工方面必须降低零件的表面粗糙度值。 4 .零件表面强化采用化学热处理、表面淬火、喷