第一章-金属材料的力学性能 3

第一章是关于金属材料的力学性能。主要内容如下：1 .让学生理解金属材料机械性能的概念。2、掌握金属材料力学性能的评价方法和指标。重点和难点：1 .金属材料强度和硬度的概念。2、金属材料强度、硬度的评价方法和指标。金属材料是由金属元素或以金属元素为主要材料并具有金属特性的工程材料。金属材料、纯金属、合金、金属材料、黑色金属、有色金属、非合金钢、低合金钢、合金钢、铸铁、滑动轴承合金、钛和钛合金、其他有色合金、铜和铜合金、铝和铝合金、加工工艺、铸造、压力加工、焊接、粉末冶金、加工、特殊加工、熔焊、压力焊接、铜焊、机械性能-材料在承受各种载荷(外力)时的行为，即抵抗外力的能力。载荷类型：静载荷施加压力缓慢，排副变形速度小；动载荷加载速度更快，塑性变形速度更快；可变载荷作用力的大小和方向作用力的周期性变化。装载方法：1。1.1静态拉伸试验和材料的强度和塑性。用静态拉力缓慢轴向拉伸标准样品直至其断裂的试验方法。d0=10mml0=10d0或5d0，转换：s0是样品的原始横截面积(mm2)l0是样品的规格长度的转换：纵坐标：用应力表示，横坐标：用应变表示，1.1.1弹性极限和刚度(1)弹性极限(2)材料刚度，S0，金属材料在受到外力时会变形。当外力消除时，恢复其原始形状的能力称为弹性。这种随着外力的消除而消除的变形称为弹性变形。材料在弹性范围内，应力和应成正比，比值E=/称为弹性模量，单位为兆帕。弹性模量E表示材料抵抗弹性变形的能力，用于表示材料的刚度。1.1.2材料强度(1)屈服强度(2)拉伸强度(3)断裂强度，塑性变形：一种物理现象，其中材料在外力作用下变形，并且在施加的外力消除或消失后不能恢复到其原始状态。强度：指材料在外力作用下抵抗永久变形和损坏的能力。屈服强度：指金属材料发生屈服时的屈服极限，即抵抗轻微塑性变形的应力。抗拉强度：指拉伸破坏前试样承受的最大拉应力，反映最大均匀变形的阻力。断裂强度：是材料断裂时的应力。1.1.3可塑性-在外力作用下变形而不断裂的能力。(1)伸长率(2)断面收缩率和塑性对材料的意义：1。安全改进2。压力加工和成型的便利性。总和越大，材料的可塑性越好。1.2硬度。硬度是材料抵抗局部变形的能力，反映了材料抵抗其他物体压力的能力。硬度是一项综合性能指标。硬度测量简单快速，不会损坏零件。1.2.1布氏硬度试验，原理：HB=F/S=2F/DD-(D2-d2)1/2当试验头为硬化钢球时，只能试验布氏硬度小于450的材料。HBS表示，当测试头为硬质合金时，可以测试布氏硬度为450-650的材料，用HBW表示，在一定的载荷F下，将直径为D的球(硬化钢球或硬质合金球)压入待测材料的表面，保持一段时间后，去除载荷。测量在待测表面上形成的压痕的直径D，从而计算压痕的球形面积S。单位面积的载荷称为布氏硬度。布氏硬度值HB=F/S单位：kgf/mm2，优点：测量值稳定，缺点准确：操作缓慢，不适合大批量生产和薄零件，布氏硬度适用于铸铁、有色金属退火、正火、调质钢原料，毛坯HBS时有效洛氏硬度适用于硬化钢。由调质钢批量生产的零件在HRC20-67时有效，且维氏硬度为1.2.3。优点：维氏硬度可用于测量从非常软到非常硬的各种材料，更薄的材料和各种表面渗透层，具有高精度。缺点：测试程序很复杂。在用规定的压力P将金刚石压头压入被测试件的表面并保持一段时间后，去除载荷，测量压痕凸起的两条对角线的平均长度d，并根据平均长度d计算压痕的表面积S。最后，计算压痕表面积上的平均压力(HV=P/S)，该压力作为被测试材料的维氏硬度值。注：各种硬度测试方法测得的硬度值不能直接比较。只有通过硬度转换表将硬度值转换为相同的硬度值后，才能比较这些值。硬度HBS和抗拉强度换算经验公式，某些零件在工作中会受到高速载荷的冲击，如锻压锤杆、冲床的冲头、汽车齿轮、飞机起落架等。瞬时冲击产生的应力和应变比静态载荷产生的应力和应变大得多。因此，在选择制造此类零件的材料时，必须考虑材料的抗冲击性。2、材料在非静态载荷下的力学性能，2.1冲击韧性，冲击韧性是在冲击载荷作用下，材料抵抗冲击力而不被破坏的能力。冲击吸收功ak和冲击韧性Ak通常用于测量。将一定重量的摆锤g提升到一定高度h1，使其获得Gh1的势能；然后松开摆锤，使其刀刃冲向箭头所示的样品缺口的后面；样品破碎后另一侧的摆的高度为h2，相应的势能为Gh2。样品破碎前后的能量差是样品破碎时钟摆消耗的功，或样品变形和断裂吸收的能量，称为冲击吸收功Ak，即Ak=Gh1-Gh2，单位为J.冲击吸收功除以样品缺口底部的横截面积F，得到冲击韧性值ak，即ak=ak/F。材料的Ak值越大，韧性越好。材料的ak值越小，材料的脆性越大。一般来说，ak值小的材料称为脆性材料。材料的ak值随着试验温度的降低而降低。当温度下降到一定值或范围时，ak值将急剧下降，材料将从韧性状态变为脆性状态。这种变化称为冷脆转变，相应的温度称为冷脆转变温度。材料的冷脆转变温度越低，其低温冲击性能越好，允许温度范围越大。因此，对于寒冷地区的桥梁、车辆及其他部件所用的材料，必须进行低温(一般为-40)冲击弯曲试验，以防止低温下的脆性断裂，2.2多重抗冲击性，小能量的多重冲击，材料在一定冲击能量下断裂前的冲击次数应作为多重抗冲击性的指标进行测量。当冲击能量较高时，主要取决于塑性。当冲击能量较低时，主要取决于强度；2.3疲劳强度疲劳断裂：当工作应力低于屈服点时发生断裂。断裂前，材料往往没有明显的塑性变形，断裂是突然发生的，非常有害。它是通过测量重复交变载荷下无断裂材料的最大应力获得的。交变应力：大小和方向随时间周期性变化的应力，重复应力：方向不随时间变化，t，t，疲劳试验，疲劳曲线，疲劳强度-材料不会突破无限应力循环的最大应力。它表明材料抗疲劳断裂的能力。纯弯曲疲劳强度用-1表示，国家标准GB4337-84规定一般钢材的交变次数为106107次循环；有色金属的交替时间为107108个周期。3、金属材料的断裂韧性，低应力脆性力学性能指标：(1)蠕变强度(2)持久强度。一般来说，对于金属材料，只有当温度高于材料熔点的0.3倍时，蠕变现象才明显。一些有机聚合物材料在室温下会发生明显的蠕变。4.2随着温度的降低，大多数材料的脆性会增加，严重时甚至会发生脆性断裂。材料的冲击能量随着温度的降低而降低。(5)金属材料的物理性质。密度为每单位体积5.1的物质的质量称为该物质的密度。密度小于5103千克/立方米的金属称为轻金属，如铝、镁、钛及其合金。密度大于5103千克/立方米的金属称为重金属，如铁、铅、钨等。5.2熔点-金属从固态变为液态的温度。熔点高的金属称为难熔金属，如钨、钼、钒等。它们可用于制造耐高温零件，如火箭、导弹、燃气轮机和喷气式飞机等。熔点低的金属称为易熔金属，如锡和铅，可用来制造保险丝和消防安全阀零件。5.3导热系数导热系数通常通过导热系数来测量。热导率越大，热导率越好。银是金属中导热性最好的，其次是铜和铝。5.4导电金属材料传导电流的能力称为导电性。通常用电导率来衡量，电导率越大，金属材料的电导率越好。银是最导电的金属，其次是铜和铝。5.5、金属材料的热膨胀随温度变化而膨胀，收缩特性称为热膨胀。热膨胀由线性膨胀系数l和体积膨胀系数 v表示，其中：l-线性膨胀系数(1/K或1/)；L1扩张前的长度(m)；L2扩张后的长度(m)；t-温度变化(k或c)。5.6磁性铁磁性材料：可在外部磁场中被强磁化，如铁、钴等金属材料：顺磁性材料：只能在外部磁场中被弱磁化，如锰、铬等反磁性材料：可抵抗或减弱外部磁场对材料本身的磁化作用，如铜、锌等，6.1金属材料的化学性质6.1耐腐蚀性金属材料在常温下抵抗氧、水蒸汽等化学介质的腐蚀和破坏的能力称为耐腐蚀性。6.2抗氧化性金属材料受热时抗氧化的能力称为抗氧化性。加入铬、硅等合金元素可以提高