金属材料的机械性能ppt课件

1、第一章第一章 金属材料的机械性能金属材料的机械性能 机械设计中，材料的选择是按结构材料的力学性能即机械性能来进行选择的。 材料的力学性能机械性能）：即材料抵抗外力的能力。其主要表现为：在静载荷下，动载荷下，特殊状态载荷下的力学性能。 第一节第一节 静载时材料的机械性能静载时材料的机械性能 静载时材料的机械性能指标力学性能指标），可用静拉伸试验测定。 试验中注意： ，及 应力、应变图图 11等概念。 0FP 0LL 一，静载时材料的机械力学一，静载时材料的机械力学)性能性能 （一弹性和刚度 弹性：在应力、应变图上，如加载后应力不超过 ，卸载后试样即可完全恢复原状，这种不产生永久变形的性能，称为弹

2、性。e 弹性极限 ：（图 11上E点的应力值，即不产生永久变形的最大应力值。 比例极限 ：（图 11上P点的应力值，即保持应力与应变成正比关系的最大应力值。* 与 ，实用中常取相同值。e P P e 刚度：在图 11上，OP直线的斜 率，是材料的弹性模量E，弹性模量E又称为刚度，它是表征材料抵抗产生弹性变形的能力即衡量材料产生变形难易程度的指标。）。 其定义式为： E愈大，使其产生弹性变形的应力亦愈大，变形愈困难。 E注： E为材料本身的指标，随材料不同而不同。 故各种钢材的弹性模量均为： E190000220000 （ ） E 只取决于材料本身，基本不受热处理、 合金化、冷热加工方式的影响。

3、 E的值，随温度T的升高而降低。 aMP2/mmN（二强度（二强度强度：外力作用下，材料抵抗变形与断强度：外力作用下，材料抵抗变形与断 裂的能力。裂的能力。衡量强度的指标为：衡量强度的指标为： 屈服强度屈服强度 ，抗拉强度，抗拉强度s b 1.1. 屈服强度屈服强度 ： 即图即图 1 11 1上，上，S S点的应力，表示点的应力，表示 材料在外力作用下开始产生塑性变形的材料在外力作用下开始产生塑性变形的最最 低应力值。低应力值。 零构件在工作中一般不允零构件在工作中一般不允许产生许产生 塑性变形。塑性变形。 因此因此, , 是零构件设计是零构件设计计算时的主计算时的主 要参数，是材料选择的重要

4、指标。要参数，是材料选择的重要指标。 s s 2. 抗拉强度抗拉强度 ： 即图即图 （11上，上，B点的应力，是试样点的应力，是试样在拉断前的最大应力值，同样是零构件在拉断前的最大应力值，同样是零构件设计、选材的重要指标。设计、选材的重要指标。注：注： 的比值称为屈强比。屈强比的比值称为屈强比。屈强比 愈小，构件可靠性愈高愈小，构件可靠性愈高, 但材料利但材料利 用率愈低。用率愈低。 热处理、热处理、 合金化、合金化、 冷热加工等对冷热加工等对 的数值会产生很大的影响。的数值会产生很大的影响。 b bs /bs ,（三塑性（三塑性 塑性：产生塑性变形但不断裂的性能称为塑性：产生塑性变形但不断裂

5、的性能称为塑性。塑性大小，用伸长率塑性。塑性大小，用伸长率 ，断面收缩率，断面收缩率 表示：表示： 注：注： ， 的值愈大，材料塑性愈好。的值愈大，材料塑性愈好。 需承受各种变形加工与冲击载荷的零件应具需承受各种变形加工与冲击载荷的零件应具 有一定的塑性有一定的塑性 。 00001100 LLL 00010100 FFF ， 虽然与虽然与 ， ， 一样，一样，是材料的力学性能指标，但在零构）是材料的力学性能指标，但在零构） 件的设计中，却不参与强度计算过程。件的设计中，却不参与强度计算过程。 另：另： ， ， ， ， 均为材料的整均为材料的整体强度标。体强度标。 e P bs , e P bs

6、 ,二，硬度二，硬度-静载时材料的局部机械力学性能指标静载时材料的局部机械力学性能指标 硬度：硬度： 是指金属表面抵抗其它硬物压入的是指金属表面抵抗其它硬物压入的能力，是材料对局部塑性变形的抗力。随着被测材能力，是材料对局部塑性变形的抗力。随着被测材料的种类，软硬程度、厚薄尺寸的不同，工程上常料的种类，软硬程度、厚薄尺寸的不同，工程上常用的硬度指标有：用的硬度指标有： 布氏硬度布氏硬度HB，洛氏硬度，洛氏硬度HRC，肖氏硬度，肖氏硬度HV，维氏硬度维氏硬度HS等，各种硬度指标的值之间，可以换算。等，各种硬度指标的值之间，可以换算。 （一布氏硬度（一布氏硬度HB 定义：见图定义：见图12，以，以

7、3000kgf的压力的压力P，将直径为，将直径为D的淬火钢球压入金属材料表的淬火钢球压入金属材料表面，得到压痕直径为面，得到压痕直径为d，则载荷，则载荷p与压痕面与压痕面积的比值，即为布氏硬度积的比值，即为布氏硬度HB值。值。 实际上由实际上由HB的表达式可知，测得压痕直径的表达式可知，测得压痕直径d的数值，的数值，即可求出布氏硬度值。即可求出布氏硬度值。 注：注： 太薄、太硬（太薄、太硬（ HB450的材料不易采的材料不易采用布氏硬度。用布氏硬度。 （二洛氏硬度（二洛氏硬度 洛氏硬度，随测试时使用的压头及施加压力的洛氏硬度，随测试时使用的压头及施加压力的不同，分为不同，分为HRA、HRB、H

8、RC等三种硬度指标，最等三种硬度指标，最常用的为常用的为HRC。 HRC P=150kgf 金刚石锥头顶角金刚石锥头顶角 ）用压痕深）用压痕深h 值标定值标定,压痕越深，硬度越低。压痕越深，硬度越低。 HRA P=60kgf 金刚石锥头顶角金刚石锥头顶角 ）用压痕深）用压痕深h 值标定值标定,压痕越深，硬度越低。压痕越深，硬度越低。 注：注：HRC，HRA用于渗碳层，表面淬火层，硬质合用于渗碳层，表面淬火层，硬质合 金材料的硬度表示。金材料的硬度表示。01200120HRB P=100kgf D1.588mm钢球钢球 用压用压痕痕 深深h值标定值标定,压痕越深，硬度越低。压痕越深，硬度越低。

9、HRB适用于软铜适用于软铜,铜合金材料的硬度表示。铜合金材料的硬度表示。阐明：阐明： 1 各种硬度值之间有换算关系。各种硬度值之间有换算关系。 2 材料的硬度材料的硬度HB与与 值之间亦有换值之间亦有换 算关系，如：算关系，如：b 低碳钢 HB约为 高碳钢 HB约为 调质合金钢 HB约为 铝铸件 HB约为 退火青铜、黄铜 HB约为 这些关系可用于热处理后零件实际 值的测定，即可用实测零件硬度值的方法来确定零件的实际强度，同时判断零件的热处理质量。6 . 3/b 4 . 3/b 25. 3/b 26. 0/b 55. 0/b b 第二节第二节 动载时材料的机械性能动载时材料的机械性能 动载荷：主

10、要有两种形式：动载荷：主要有两种形式： 冲击：以较高速度施加到零件上的冲击：以较高速度施加到零件上的载荷。载荷。 交变载荷：其大小与方向作周期性交变载荷：其大小与方向作周期性变化的载荷。变化的载荷。一，一， 冲击韧性（冲击韧性（ ） 定义：即指材料抵抗冲击的能力，用定义：即指材料抵抗冲击的能力，用 的值表示。由其测量方法见图的值表示。由其测量方法见图13确定的确定的计算式为计算式为 ： J/cm 式中单位：式中单位： 1 J/cm 0.1kgf、m/cm 冲击韧性（冲击韧性（ ）的大小，除取决于材）的大小，除取决于材料本身外，还受温度，试样大小，缺口形状等料本身外，还受温度，试样大小，缺口形状

11、等的影响。的影响。 kv kv kv 8 . 921 FGHGH222kv 阐明： 1. 不参与零构件的设计计算过程。 2. 工作时受冲击的零件，进行强度计算时,应按经验选择有一定 值的材料。如： 受冲击的零件，选材 49 J/cm 一般载荷零件，选材 2949 J/cm 3. 实际中，常用冲击试验来检验: 材料的组织均匀性、白点、裂纹等。 用来检验材料的热处理质量如：回火 脆性，晶粒大小等。kv kv kv kv 22二，疲劳强度二，疲劳强度 疲劳断裂现象：零件工作时承受交变载荷，即疲劳断裂现象：零件工作时承受交变载荷，即使交变应力往往低于使交变应力往往低于 ，但经一定循环次数后便，但经一定

12、循环次数后便发生的断裂现象。发生的断裂现象。 缘由：材料内部缺陷，加工过程中的外伤、划缘由：材料内部缺陷，加工过程中的外伤、划痕，设计不合理引起的应力集中等。痕，设计不合理引起的应力集中等。 疲劳强度：指在一定应力循环次数下，不发生疲劳强度：指在一定应力循环次数下，不发生断裂的最大应力。断裂的最大应力。 常用疲劳强度指标为常用疲劳强度指标为 ： 对称循环疲劳强度对称循环疲劳强度 脉动循环疲劳强度脉动循环疲劳强度 s 1 1 一定应力循环次数：即循环基数一定应力循环次数：即循环基数N见后图见后图14），），(钢钢 ,有色金属有色金属 )。 阐明：阐明： 冲击韧性（冲击韧性（ ），疲劳强度），疲劳

13、强度 ， 都是材料的整体力学性能。疲劳强度指标，是零都是材料的整体力学性能。疲劳强度指标，是零件强度计算、选择材料的重要参数。件强度计算、选择材料的重要参数。710 N810 Nkv 1 1 第三节第三节 特殊状态下材料的机械性能特殊状态下材料的机械性能 特殊状态： 指零件的工作环境温度很高，或实际材料内部存在缺陷时。 高温：高温： 室温下材料的力学性能指标不能室温下材料的力学性能指标不能表示高温下的性能。表示高温下的性能。 一般随温度一般随温度T上升，上升，E， ，HB值下降，而值下降，而 ， 值上升。值上升。 设计时，选材不合理，零件高温设计时，选材不合理，零件高温下会发生蠕变。下会发生蠕变。 b