工程材料 第1章 材料结构与性能-part3

1、拉伸过程拉伸过程2. 拉伸过程：拉伸过程：1 1）op/peop/pe段：直线段：直线( (弹性变性弹性变性) )2 2）eses段：曲线段：曲线( (弹性变形弹性变形+ +塑性变形塑性变形) )5 5）b b点：出现缩颈现象，点：出现缩颈现象，即试样局即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，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）s ss s段：水平线（略有波动），段：水平线（略有波动），塑性变形塑性变形, 作用的力基本不变，试样作用的力基本不变，试样连续伸长。连续伸长。4 4）sbsb曲线：弹性变形曲线：弹性变形+ +塑性变形

2、塑性变形 拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线：拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线：弹性变形阶段弹性变形阶段塑性变形阶塑性变形阶段段颈缩现象至断裂颈缩现象至断裂拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象低碳钢拉伸过程变化的三个阶段：低碳钢拉伸过程变化的三个阶段：LF0 0另，另， 脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。 （二）弹性与塑性（二）弹性与塑性n弹性 金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能回复其原来形状的性能，叫做弹性。n弹性变形 随着外力消失而消失的变形，叫做弹

3、性变形。n塑性 金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能叫做塑性。n塑性变形 在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形，叫做塑性变形。FF （2 2）塑性变形）塑性变形: : 材料在外力作用下材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形产生永久的不可恢复的变形，称，称为为塑性变形塑性变形。FFF很显然，金属材料具有不同的弹性和塑性，那么，金属材料的弹性和塑性如何衡量？1、弹性的衡量：弹性模量E弹性:金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状的性能，也就是，力和变形同时存在、同时消失。 应力:单位面积上的拉力4P/d2应变:单位长度上的伸长量L/L0 e弹性极限 刚性:

4、金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。1）伸长率（）伸长率（ ）l1-l0l0100%=l1试样拉断后的标距试样拉断后的标距,mm;l0试样的原始标距试样的原始标距,mm。2、塑性的衡量（塑性指标）：伸长率、塑性的衡量（塑性指标）：伸长率 和断面收缩率和断面收缩率 2）断面收缩率（）断面收缩率（ ）S0-S1S0=100%S0试样原始横截面积试样原始横截面积,mm2；S1颈缩处的横截面积颈缩处的横截面积,mm2 。、越大，材料塑性越好。越大，材料塑性越好。(三三) 强强 度度n金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力强度。按作用力性质不同，可分为屈服强度（屈服点）及抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、

5、抗剪强度等。在工程上常用来表示金属材料强度的指标有屈服强度和抗拉强度。分 类拉力屈服强度、抗拉强度压力抗压强度弯曲力抗弯强度剪切力抗剪强度SFSF 低碳钢拉伸时的应力低碳钢拉伸时的应力应变曲线应变曲线应力:单位面积上的拉力4P/d2应变:单位长度上的伸长量L/L0 1.屈服强度（屈服极限、屈服点）： 当载荷增达到s点时，拉伸曲线出现了平台，即试样所承受的载荷几乎不变，但塑性变形不断增加，这种现象称为屈服。 屈服点是指在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小应力。用s表示。 计算公式计算公式:s=FsS0 应用：制作机械零件和工应用：制作机械零件和工程构件时的选材和设计的依据程构件时的选材和设计的

6、依据。 条件屈服强度0.2 有些材料在拉伸图中没有明显的水平阶段。为了衡量这些材料的屈服特性,规定产生永久残余变形等于一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力,称为条件屈服强度或简称屈服强度0.2 。 脆性材料脆性材料拉伸试验拉伸试验的屈服点：的屈服点：试样卸除载荷后，其标距部分的残余伸长率达到试样标距试样卸除载荷后，其标距部分的残余伸长率达到试样标距长度的长度的0.2%0.2%时的应力，用符号时的应力，用符号0.20.2表示。表示。FsS0s= 应用：应用：s和和0.2常作为零件选材和设计的依据。常作为零件选材和设计的依据。脆性材料的屈服点脆性材料的屈服点LF0 0F0.20.2%L0F0.

7、2S00.2=计算公式计算公式: b=FbS0 应用：制作机械零件和工应用：制作机械零件和工程构件时的选材和设计的依据程构件时的选材和设计的依据。计算公式计算公式:2. 抗拉强度（强度极限）:材料承受最大载荷时的应力。用b表示。 屈服强度和抗拉强度在机械设计和选择、评定金属屈服强度和抗拉强度在机械设计和选择、评定金属材料时有重要意义，材料不能在超过其材料时有重要意义，材料不能在超过其s的条件下的条件下工作，否则会引起机件的塑性变形；更不能超过其工作，否则会引起机件的塑性变形；更不能超过其 b的条件下工作，否则会导致机件的破坏。的条件下工作，否则会导致机件的破坏。(四)、 硬度:材料抵抗更硬的物

8、体压入其内的能力 ,是材料性能的一个综合物理量。表示材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。 金属材料的硬度可用硬度仪来测试，常用的硬指标有布氏硬度、洛氏硬度等。 1.布氏硬度HB 用直径D的淬火钢球或硬质合金球,在一定压力P下,将钢球垂直地压入金属表面,并保持压力到规定的时间后卸荷,测压痕直径d. HB=F/S (N/mm2) 单位一般不写 S-压痕面积. 布氏硬度试验原理图布氏硬度计布氏硬度计 2NHBmm压入载荷（ ）压痕的表面积（）2220.102()FD DDd压头是直径为D的钢球或硬质合金球。 HBS压头为钢球，用于测量450HBW（ 107 不疲劳破坏 疲劳曲

9、线疲劳破坏原因: 材料有杂质,表面划痕,能引起应力集中（指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象）,导致微裂纹,裂纹扩展致使零件不能承受所加载荷突然破坏.产生疲劳破坏的原因 材料有杂质、表面划伤等缺陷应力集中 微裂纹 裂纹扩展 破 坏 三三、金属材料的性能：金属材料的性能：1、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。物理性能：密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、物理性能：密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性。如，飞机上使用的零件要

10、求比重轻；电机、电磁性。如，飞机上使用的零件要求比重轻；电机、电器用零件要考虑导电性，器用零件要考虑导电性， 等等。等等。化学性能：室温或高温时抵抗各种化学作用的能力，化学性能：室温或高温时抵抗各种化学作用的能力，也称化学稳定性，也称化学稳定性， 包括耐酸性、耐碱性、抗氧化性等包括耐酸性、耐碱性、抗氧化性等等。如，化工设备、医疗器械要求化学稳定性好。等。如，化工设备、医疗器械要求化学稳定性好。同时，各种金属材料存在各不相同的使用性能。因此：同时，各种金属材料存在各不相同的使用性能。因此：1 1）我们必须首先熟悉各种金属材料的主要性能。）我们必须首先熟悉各种金属材料的主要性能。2 2）才能根据不同的技术要求，选择合适的金属材料。）才能根据不同的技术要求，选择合适的金属材料。 比如：比如：1 1）医疗器械）医疗器械 不锈钢。不锈钢。 2 2）飞机上使用的零件，）飞机上使用的零件，要求比重要求比重轻，当然强度也要高轻，当然强度也要高铝合金甚至复合材料。铝合