航空工程材料 金属的力学性能

1、.1 1 航空工程材料及成型工艺航空工程材料及成型工艺第第 1 1 章章金属的力学性能金属的力学性能.机身高33.65米，机上有3座横梁、4根立柱和6只工作缸。3座横梁的重量是100300吨，下横梁是用100多块钢板拼焊成的；4根立柱各长18米，直径1米，重80吨，立柱上的螺丝帽一个重5 6重。2002年2月18日，运行38年后，突发事故，一根立柱轰然断裂。.1 1 静强度、硬度、塑性、冲击韧性、断裂韧性、疲劳性能以及蠕变、蠕变疲劳性能等。航空工程材料及成型工艺航空工程材料及成型工艺指材料受外力作用时所表现的性能。.1 1 航空工程材料及成型工艺航空工程材料及成型工艺1.1 刚度与弹性1.2

2、强度与塑性1.3 硬 度1.4 韧性1.5 疲劳强度1.6 蠕变及蠕变-疲劳断裂 .弹性弹性是物体本身的一种特性，发生弹性形变弹性形变后可以恢复原来的状态的一种性质。刚度刚度是机械零件和构件抵抗变形的能力。Stiffness elasticity 第第1 1章章 金属的力学性能金属的力学性能1.1 刚度与弹性.标准拉伸试验、标准试样、应力与应变标准拉伸试验、标准试样、应力与应变 003.11d10AL0065.55AdL .AACDE低碳钢的应力应变曲线1.1 刚度与弹性 将标准试样施加轴向拉伸载荷，使之发生形变直至断裂，得到应变随应力变化的关系曲线，称为：应力应力应变曲线应变曲线应力应力应变

3、曲线应变曲线.AACDE低碳钢的应力应变曲线1.1 刚度与弹性应力应力应变曲线应变曲线A点所对应的应力为材料承受最大弹性变形时的应力，称为弹性极限 。e.AACDE低碳钢的应力应变曲线1.1 刚度与弹性应力应力应变曲线应变曲线OA点所对应的应力为保持这种比例关系的最大应力，称为比例极限 。p.AACDE低碳钢的应力应变曲线1.1 刚度与弹性应力应力应变曲线应变曲线 在弹性变形范围内，应力与应变的比值称为弹性模量E。O.1.1 刚度与弹性.强度强度 strength 材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为强度。塑性塑性 plastic property 材料受力破坏前承受最大塑性变形的能力。第第1

4、1章章 金属的力学性能金属的力学性能1.2 强度与塑性塑性指标塑性指标和。强度指标强度指标屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。.1.2 强度与塑性OAABCDE低碳钢的应力一应变曲线在BC段，持续发生塑性变形而应力却不增加，材料的这种现象称为屈服。 屈服强度反映材料抵抗永久变形的能力。yield strength屈服强度屈服强度.1.2 强度与塑性OAABCDE低碳钢的应力应变曲线Yield stength.1.2 强度与塑性 Yield stength.1.2 强度与塑性OAABCDE低碳钢的应力应变曲线CD段为均匀塑性变形阶段。在这一阶段，应力随应变增加而增加，产

5、生应变强化。变形超过D点后，试样开始发生局部塑性变形，出现颈缩，随应变增加，应力明显下降，并迅速在E点断裂。tensile strength抗拉强度抗拉强度.1.2 强度与塑性OAABCDE低碳钢的应力应变曲线 抗拉强度抗拉强度.1.2 强度与塑性材料受力破坏前承受最大塑性变形的能力材料的塑性指标为伸长率和断面收缩率。塑性塑性. 1.2 强度与塑性伸长率伸长率.1.2 强度与塑性断面收缩率断面收缩率试样断裂后，横截面积最大缩减量与原始横截面积之比的百分率称为断面收缩率。.1.2 强度与塑性伸长率与断面收缩率的比较伸长率与断面收缩率的比较.1.2 强度与塑性伸长率与断面收缩率的比较伸长率与断面收

6、缩率的比较.1.2 强度与塑性原因：510有些材料在拉伸试验时会出现局部颈缩，而有些材料则不会。由于不同长度的试样所得伸长率不同，长度越大，伸长率越小。.塑性良好的材料，冷压成型好。飞机和发动机上的许多薄壁零件，如蒙皮、翼肋、燃烧室零件等都是冷压成型的，使用的材料都应具有良好的塑性。1.2 强度与塑性.具有一定塑性的零件，在使用过程中万一超载或形成应力集中，它可产生少量塑性变形，由于加工硬化效应而使它的强度提高，不致突然断裂。如果塑性不够而产生脆性的突然断裂，这在工程上是很危险的。1.2 强度与塑性.Hardness第第1 1章章 金属的力学性能金属的力学性能1.3 硬硬 度度.1.3 硬 度

7、Brinell Hardness布氏硬度布氏硬度.120HBS10/1000/30直径为10mm保持30s载荷为1000kgf(9.807kN)布氏硬度值为120 。压头为钢球 当压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。1.3 硬 度布氏硬度布氏硬度.1.3 硬 度布氏硬度布氏硬度压头为硬质合金时用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。.1.3 硬 度布氏硬度计布氏硬度计 当被测样品过小或者布氏硬度大于450时，就改用洛氏硬度计量。.1.3 硬 度洛氏硬度计洛氏硬度计.1.3 硬 度洛氏硬度洛氏硬度 根据压痕深度大小表示材料的硬度值，压坑越深，硬

8、度越低。洛氏硬度的试验原理图试验方法： 用一个顶角为120度的或直径为1.59mm/3.18mm的，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬度。Rockwell hardness.1.3 硬 度洛氏硬度洛氏硬度（HR） 洛氏硬度的试验原理图.1.3 硬 度洛氏硬度洛氏硬度（HR） 硬度计上有一个表头，测量时表头上可直接读出被测件的硬度值，故比布氏法方便，而且压痕小，可以直接在成品零件上测试。 洛氏硬度试验采用三种试验力，三种压头，它们共有9种组合，对应于洛氏硬度的9个标尺：HRA，HRB， HRC， HRD， HRE, HRF，HRG，HRH，HRK。这9个标尺的应用涵盖了几乎所有

9、常用的金属材料。.1.3 硬 度洛氏硬度洛氏硬度（HR） 注意：不同级别的硬度值不能直接相互比较。标注示例：50HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度为50 。洛氏法的缺点： 测量结果分散度大。.1.3 硬 度.1.3 硬 度维氏硬度维氏硬度 Vickers hardness 维氏硬度的试验原理图.1.3 硬 度维氏硬度维氏硬度 Vickers hardness 维氏硬度的试验原理图.1.3 硬 度维氏硬度维氏硬度 Vickers hardness .1.3 硬 度维氏硬度维氏硬度 Vickers hardness .1.3 硬 度作业题作业题 1.1 金属材料的力学性能指的是什么性能？常用的力学性

10、能包括哪些方面的1.2 衡量金属材料强度、塑性及韧性用哪些性能指标？各用什么符号和单位表示？1.3 什么情况下使用材料的名义屈服强度概念，它是如何定义的？1.4 伸长率和断面收缩率，哪个更能准确反映材料的塑性？为什么？1.5 强度和硬度分别是从什么角度衡量材料的性能的？1.6 可否通过增加零件的尺寸来提高其弹性模量？.冲击韧性冲击韧性 断裂韧性断裂韧性第第1 1章章 金属的力学性能金属的力学性能1.4 韧性.1.4 韧性冲击韧性冲击韧性.1.4 韧性摆锤式冲击试验机冲击韧性冲击韧性.1.4 韧性摆锤式冲击试验机冲击韧性冲击韧性)/(AA2kcmmkgk.1.4 韧性冲击韧性冲击韧性.1.4 韧

11、性脆断.1.4 韧性脆断.1.4 韧性脆断思考：什么原因导致材料的脆断思考：什么原因导致材料的脆断.1.4 韧性脆断答案答案.1.4 韧性裂纹的分类裂纹的分类.1.4 韧性裂纹. Kc1.4 韧性表征断裂程度的指标表征断裂程度的指标.第1章 金属的力学性能.第1章 金属的力学性能.疲劳断裂疲劳断裂 fatigue fracture第1章 金属的力学性能.第第1 1章章 金属的力学性能金属的力学性能1.5 疲劳强度.1.5 疲劳强度疲劳断裂疲劳断裂 fatigue fracture.电液伺服疲劳试验机电液伺服疲劳试验机1.5 疲劳强度疲劳强度的测定疲劳强度的测定疲劳试验疲劳试验. 将试验结果绘成

12、应力与次数的关系曲线，称为疲劳曲线疲劳曲线。1.5 疲劳强度104105106107N 疲劳强度的测定疲劳强度的测定疲劳试验疲劳试验.1.5 疲劳强度思考：如何提高金属材料的疲劳极限？名义疲劳极限名义疲劳极限.1.5 疲劳强度提高疲劳极限的途径提高疲劳极限的途径.1.5 疲劳强度提高疲劳极限的途径提高疲劳极限的途径.1.5 疲劳强度提高疲劳极限的途径提高疲劳极限的途径.1.5 疲劳强度提高疲劳极限的途径提高疲劳极限的途径.1.5 疲劳强度提高疲劳极限的途径提高疲劳极限的途径. ：第第1 1章章 金属的力学性能金属的力学性能1.6 蠕变及蠕变-疲劳断裂 .1.6 蠕变及蠕变蠕变及蠕变-疲劳断裂疲劳断裂 金属蠕变的原因金属蠕变的原因.1.6 蠕变及蠕变蠕变及蠕变-疲劳断裂疲劳断裂 蠕变断裂蠕变断裂.蠕变蠕变疲劳断裂疲劳断裂1.6 蠕变及蠕变蠕变及蠕变-疲劳断裂疲劳断裂 蠕变蠕变疲劳断裂疲劳断裂.1.6 蠕变及蠕变蠕变及蠕变-疲劳断裂疲劳断裂 应变应变时间时间蠕变断裂过程的三个阶段蠕变断裂过程的三个阶段.1.6 蠕变及蠕变蠕变及蠕变-疲劳断裂疲劳断裂 蠕变蠕变疲劳断裂的特点疲劳断裂的特点. 1.7 什么叫做材料的冲击韧性，它是如何测量的？ 1.8 研究材料的断裂韧性所涉及的三种基本裂纹类型是什么？他们分别具有怎样的特征？ 1.9 什么叫做疲劳断裂？导致疲劳断裂的载荷具有怎样的特征？