模块1金属材料的力学性能

1、材料的分类和金属材料的性能材料的分类和金属材料的性能金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构与结晶铁碳合金铁碳合金钢的热处理钢的热处理常用金属材料常用金属材料 引言：引言：1 1、金属材料的性能、金属材料的性能使用性能：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。能、物理性能和化学性能。工艺性能：工艺性能： 指金属材料在加工过程中表现的性能。指金属材料在加工过程中表现的性能。2 2、金属材料金属材料力学性能力学性能 包括包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性

2、能和热处理工艺性能加工性能和热处理工艺性能等。等。 指材料在外力作用下表现出来抵抗产生塑性变形或断裂的指材料在外力作用下表现出来抵抗产生塑性变形或断裂的能力，主要有能力，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧性强度、塑性、硬度、冲击韧性和和疲劳强度疲劳强度等。等。一、强度一、强度 强度指金属材料在外载荷的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力强度指金属材料在外载荷的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力 。 强度可分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。强度可分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。 常见的常见的强度指标有抗拉强度和屈服强度。强度指标有抗拉强度和屈服强度。拉伸试验2、材料的拉伸曲线、材料的

3、拉伸曲线1 1、O-O-F Fe e段：直线、弹性变形段：直线、弹性变形第一章第一章 金属的力学性能金属的力学性能常见金属的弹性模量常见金属的弹性模量 弹性模量：E=( F/S)/(dL/L) 材料的刚度不等于零件的刚度。零件的刚度不仅取材料的刚度不等于零件的刚度。零件的刚度不仅取决于材料的弹性模量，还与零件的形状和尺寸有关，可决于材料的弹性模量，还与零件的形状和尺寸有关，可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高其刚度以通过增加横截面积或改变截面形状来提高其刚度。2、材料的拉伸曲线、材料的拉伸曲线1 1、O-O-F Fe e段：直线、弹性变形段：直线、弹性变形2 2、F Fe e- -F FS

4、 S段：曲线、弹性变形段：曲线、弹性变形+ +塑性变形塑性变形5 5、b 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，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。拉伸力达到最大值，试样即将断裂。3 3、F FS S 段：水平线（略有波动）明显的段：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，塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。试样连续伸长。4 4、F FS S- -F Fb b曲线：弹性变形曲线：弹性变形+ +均匀塑性变形均匀塑性变形6 6、K K点：试件在缩颈处拉断点：试件在缩颈处拉断第一章第一章 金

5、属的力学性能金属的力学性能 1、屈服点（屈服强度）、屈服点（屈服强度） 它是拉伸试样产生屈服现象时所对应的应力。它是拉伸试样产生屈服现象时所对应的应力。第一章第一章 金属的力学性能金属的力学性能0SsAFFsA0式中：式中：试样产生屈服时所能承受的最大荷载，试样产生屈服时所能承受的最大荷载，N。试样的原始横截面积试样的原始横截面积对低塑性和脆性材料（铸铁、高碳钢）对低塑性和脆性材料（铸铁、高碳钢） 符号：符号： R Rp0.2p0.2称为条件屈服强度称为条件屈服强度R Rp0.2p0.2= F= F0.20.2/S/S0 0 F0.2：塑性变形为试样长度塑性变形为试样长度0.2的拉伸力（的拉伸

6、力（N） S0 ：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（mm2）第一章第一章 金属的力学性能金属的力学性能 2、抗拉强度、抗拉强度 它是金属材料在拉断前所能承受的最大应力。它是金属材料在拉断前所能承受的最大应力。第一章第一章 金属的力学性能金属的力学性能0bAFbFsA0式中：式中：试样在拉断前所能承受的最大荷载，试样在拉断前所能承受的最大荷载，N。试样的原始横截面积，试样的原始横截面积，mm2二、塑性二、塑性 塑性是金属材料在外载荷作用下塑性是金属材料在外载荷作用下出现断裂前出现断裂前所能承受所能承受最最大塑性变形大塑性变形的能力。评定指标是延伸率和断面收缩率。的能力。评定指标是延伸率和断面

7、收缩率。1 1、延伸率、延伸率2 2、断面收缩率、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。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。A=(L=(L1 1- L- L0 0)/L)/L0 0 x 100% x 100%L L0 0 : :原始标距度原始标距度L L1 1: :拉断后标距长度。拉断后标距长度。Z=(SZ=(S0 0-S-S1 1)/S)/S0 0 x 100% x 100%S S0 0: :试件原横截面积。试件原横截面积。S S1 1: :

8、断裂后颈缩处的横截面积。断裂后颈缩处的横截面积。 二、塑性指标二、塑性指标1-2 1-2 塑性塑性意义：因为塑性反映出了金属断裂前的最大变形量，所以它表示出了压力加工时金属允许加工量的限度，是金属重要的加工性能。同时，在使用条件下，如果金属具有良好的塑性，在发生断裂前能产生适当的塑性变形，就能避免突然的脆性断裂，所以它同样是重要的使用性能。1 1、延伸率、延伸率1 1、定义：、定义：硬度指金属材料抵抗比它更硬的物体压入其硬度指金属材料抵抗比它更硬的物体压入其表面的能力。它是衡量材料软硬程度的指标。材料的硬表面的能力。它是衡量材料软硬程度的指标。材料的硬度是通过硬度试验来测定的。度是通过硬度试验

9、来测定的。2 2、硬度的测试方法、硬度的测试方法 （1 1）布氏硬度（）布氏硬度（HBHB） （2 2）洛氏硬度（）洛氏硬度（HRHR） （3 3）维氏硬度（）维氏硬度（HVHV） 布氏硬度试验布氏硬度试验 原理原理: :用一定直径的淬火钢球或硬质合金球球体以相应的试验力压入用一定直径的淬火钢球或硬质合金球球体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，测量材料表面表面压痕直径压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。HBW=F/S2 2、布氏硬度表示方法、布氏硬度表

10、示方法 HBS：压头为淬火钢球：压头为淬火钢球 HBW：压头硬质合金球：压头硬质合金球3 3、优缺点、优缺点（1 1）压痕面积大，测试数据重复性好压痕面积大，测试数据重复性好（2 2）不适宜测定成品及薄而小的零件不适宜测定成品及薄而小的零件（3 3）不能不能测太硬的零件测太硬的零件洛氏硬度试验洛氏硬度试验 原理原理: : 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，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。种压痕硬度试验。HR=（K-

11、h）/0.002 2 2、优缺点、优缺点（1 1）试验简单、方便、迅速，能直接读出硬度值试验简单、方便、迅速，能直接读出硬度值（2 2）压痕小，可测成品、薄件压痕小，可测成品、薄件（3 3）测试的硬度值范围大，可测从极软到极硬的金属材料测试的硬度值范围大，可测从极软到极硬的金属材料（4 4）不能测组织不均匀材料，如铸铁。不能测组织不均匀材料，如铸铁。维氏硬度试验维氏硬度试验 原理原理: :用用夹角为夹角为136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度）压入试样表面

12、，测出压痕对角线长度d d。2 2、优缺点、优缺点（1 1）试验时所加载荷小，压入深度浅，可测成品与薄件试验时所加载荷小，压入深度浅，可测成品与薄件（2 2）测试范围广测试范围广（3 3）试硬度值的测定较麻烦，工作效率低试硬度值的测定较麻烦，工作效率低冲击载荷：指加载速度很快而作用时间很短的突发性载荷。冲击载荷：指加载速度很快而作用时间很短的突发性载荷。冲击韧性：金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。冲击韧性：金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。 常用一次摆锤冲击弯曲实验来测定金属材料的韧性。常用一次摆锤冲击弯曲实验来测定金属材料的韧性。 一、概念一、概念二、二、冲击试验冲击试验ak=G

13、(H-h)/S一、疲劳现象一、疲劳现象 机械零件如曲轴、连杆、齿轮、弹簧等，经常会受交变载荷载荷作用。在交变载荷下，零件所承受的最大应力值虽远小于其屈服强度，但经过多次循环后，零件在无明显外观变形的情况下就会发生突然断裂，这种断裂称为疲劳断裂。 疲劳断裂是突然发生的，因此具有很大的危险性，经常造成严重事故。疲劳强度：指材料经受一定的循环次数而不断裂时，其最大疲劳强度：指材料经受一定的循环次数而不断裂时，其最大应力就作为材料的疲劳强度应力就作为材料的疲劳强度 1-5 1-5 疲劳强度疲劳强度通常规定钢铁材料的循环基数取通常规定钢铁材料的循环基数取10107 7，有色金属取，有色金属取10108 8。2 2）物理性能和化学性能）物理性能和化学性能（1 1）物理性物理性能能（