项目一-金属材料的力学性能

1,项目一金属材料的力学性能,引言：,1、金属材料的性能,使用性能：,指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。,工艺性能：,指金属材料在加工过程中表现的性能。,2、金属材料力学性能,包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。,指材料在外力作用下表现出来的特性，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。,2,第一节强度与塑性,一、强度,强度指金属材料在静载荷的作用下抵抗变形和断裂的能力。,常见的强度形式有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗扭强度、抗剪强度等。一般以抗拉强度作为判别金属强度指标。,1、拉伸试样,第一章金属的力学性能,3,2、材料的拉伸曲线,1、oe段：直线、弹性变形,2、es段：曲线、弹性变形+塑性变形,5、b点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。,3、ss段：水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。,4、sb曲线：弹性变形+均匀塑性变形,1-1强度与塑性,万能液压试验机,4,强度指标用应力值来表示。,3、强度的指标,1、弹性极限,符号：e指材料能保持弹性变形的最大应力。,e=Fe/S0,Fe：弹性变形范围内的最大拉伸力（N）S0：试样原始横截面积（mm2）,1-1强度与塑性,2、屈服点（屈服强度）,s=Fs/S0,符号：s材料产生屈服现象时的最小应力。,Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N）S0：试样原始横截面积（mm2）,5,3、抗拉强度,指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。,对低塑性和脆性材料,b=Fb/S0,当材料的内应力b时，材料将产生断裂。b常用作脆性材料的选材和设计的依据。材料具有较高的s，同时具有较低的屈强比，那么材料可靠性较高。,符号：0.2称为条件屈服强度,0.2=F0.2/S0,F0.2：塑性变形为试样长度0.2的拉伸力（N）S0：试样原始横截面积（mm2）,1-1强度与塑性,6,二、塑性指标,塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。,1、断后伸长率,2、断面收缩率,指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。,指试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。,=(L1-L0)/L0 x100%,L0:原始标距长度L1:拉断后标距长度。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。,=(S0-S1)/S0 x100%,S0:试件原横截面积。S1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。,1-1强度与塑性,7,第二节硬度,引言：,1、定义：指材料局部体积内抵抗弹性、塑性变形、压痕和划痕的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。,2、硬度的测试方法（1）布氏硬度（2）洛氏硬度（3）维氏硬度,第一章金属的力学性能,8,1、布氏硬度试验（布氏硬度计）,原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。,2、布氏硬度值用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。如：120HBS500HBW600HBS1/30/20,4、测量范围用于测量调质钢、铸铁、非金属材料及有色金属材料等.,一、布氏硬度,3、优缺点（1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2）可测的硬度值不高（3）不测试成品与薄件（4）测量费时，效率低,1-2硬度,9,1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）,原理:用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。,2、洛氏硬度值用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。如：50HRC,4、测量范围用于测量退火件、有色金属（淬火钢球）、淬火钢等较硬材料（金刚石压头）.,二、洛氏硬度,3、优缺点（1）试验简单、方便、迅速（2）压痕小，可测成品、薄件（3）数据不够准确，应测三点取平均值（4）不能测组织不均匀材料，如铸铁。,1-2硬度,10,1、维氏硬度试验（维氏硬度计）,原理:用夹角为136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F（49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度d。,2、维氏硬度值可根据d值从维氏硬度表中直接查出。标记如：640HV30。,4、测量范围常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。,三、维氏硬度,3、优缺点（1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（2）可测成品与薄件（3）试样表面要求高，费工。,1-2硬度,11,冲击载荷：指加载速度很快而作用时间很短的突发性载荷。,金属抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧度。,常用一次摆锤冲击弯曲实验来测定金属材料的韧度。,第三节冲击韧度,1-3冲击韧度,12,冲击试样缺口底部单位横截面积上的冲击吸收功，称为冲击韧度。一般来说，强度、塑性均好的材料，韧度值也高。在实际工作中常见的是承受多次小能量冲击。对多次冲击问题：1）如果冲击能量低，冲击周次较多时，KV主要取决于材料的强度，强度高则冲击韧度较好；2）如果冲击能量高，则主要取决于材料的塑性，材料塑性越高则冲击韧度较好。,13,交变应力大小和方向随时间作周期性变化的应力。,什么是金属的疲劳？,疲劳强度材料在无数次交变载荷作用下而不破坏的最大应力