金属材料的力学性能一

1、金属材料的力学性能一第1页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三第一章 材料的机械性能Performance of Metal Material金属材料的力学性能金属材料的其他性能第2页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三铸造性 可锻性可焊性切削加工性热处理性 工程材料的性能 使用性能力学性能物理性能化学性能 工艺性能第3页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三压力加工方法示意图 载荷施加方式第4页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三 金属材料的力学性能概念：金属材料在承受外力作用时所表现出来的性能称为金属材料的机械性

2、能一.定义 : 力学性能是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。二.指标 : 强度、弹性 、 塑性 、 韧性 、 硬度和疲劳强度等。第5页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三一.静拉伸试验强度概念-金属材料在外力作用下抵抗塑性变形的能力。应力概念-单位横截面上的内力11 静载荷条件下材料 的力学性能第6页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三一.静拉伸试验拉伸试验机PPL0=10d0L0=5d0圆形断面第7页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三二.拉伸图（重点）应力应变二、拉伸图bse第8页，共38页，2022年，5月20日，22点1

3、5分，星期三拉伸试样的颈缩现象金属材料在静载荷的作用下将发生： 1、弹性变形2、塑性3、断裂 三个基本过程。第9页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三（一）.弹性和刚度（一）.弹性和刚度第10页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三（一）.弹性和刚度: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到原来形状及尺寸的性能。刚度：指材料在受力时抵抗产生塑性变形的 能力弹性变形:随载荷撤除而消失的变形。弹性极限: Pe 弹性极限载荷( N ) e= ( M pa ) F0 试样原始横截面积( mm2)E=Q=EF0L0第11页，共38页，2022年，5月

4、20日，22点15分，星期三（二）.材料的强度 材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。种类: 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯强度 、 抗剪强度 、 抗扭强度等。当受拉力时，强度特性指标主要是屈服强度s和抗拉强度b。(2)抗拉强度 试样在断裂前所能承受的最大应力。 F b 试样断裂前的最大载荷(N) b = ( M pa ) S 0 试样原始横截面积( mm2)第12页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三 (4)条件屈服强度( 塑性变形量为0.2%) F0.2 0.2 = ( M pa ) S 0 试样原始横截面( mm2)试样产生0.2%残余塑性变 形时的载荷(N)(3)屈服

5、强度: 屈服点 S Fs s = ( M pa ) A0试样屈服时的载荷( N )试样原始横截面积( mm2)第13页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三（三）.塑性 是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。(、 ） l l 0 = 100% l 0 10% 属塑性材料 伸长率；l 0试棒原始标距长度(mm)；l试棒受拉伸断裂后的标距长度(mm)；1.伸长率(延伸率) 是指试样拉断后的标距伸长量L 与原始标距L 0之比。第14页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三2.断面收缩率： 是指试样拉断处横截面积S k的收缩量与原始横截面积S0之比。 A

6、0 - A = 100% A0 断面收缩率；A0试棒原始截面积(mm2)；A试棒受拉伸断裂后的截面积(mm2)。第15页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三（四）.硬度( hardness ) 是指材料抵抗其它更硬物体压入其表面的能力。布氏硬度 HB洛氏硬度 HR （ HRA 、HRB、HRC) 维氏硬度 HV常用测量硬度的方法压入法压入法划痕法回跳法第16页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三1 布氏硬度 HB布氏硬度计 F第17页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三1 布氏硬度 HB适用范围: 450HBS; 650HBW;第18

7、页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三1 布氏硬度 HB 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保 持30s测得的布氏硬度值为120。SW第19页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三2 洛氏硬度 HRh1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计10HRCHBS第20页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三3 维氏硬度 HV适用范围: 测量薄板类 ; HVHBS ;第21页，共38页

8、，2022年，5月20日，22点15分，星期三注意：各种硬度直不能直接进行比较。 一般情况下硬度高时，耐磨性也较好，且硬度和强度之间有一定的关系。第22页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三12 非静载荷时材料的力学性能 冲击载荷冲击韧性 交变载荷疲劳强度动载的形式：第23页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三一.冲击韧性( notch toughness ): 定义：材料在冲击载荷作用下抵抗破 坏的能力。W第24页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图第25页，共38页，2022年，5月20日，22点

9、15分，星期三试样冲断时所消耗的冲击功A k为: A k = m g H m g h (J) 冲击韧性值a k 就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。 AK- a k = (J/cm) A0-试样缺口处的断面积冲击功第26页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三二.疲劳强度( fatigue strength ): 定义： 表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。第27页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三钢材的循环次数一般取 N = 107有色金属的循环次数一般取 N = 108钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系: -1 = (0.4

10、50.55) b钢铁材料的疲劳曲线O第28页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三注意：1、同一材料的疲劳强度比屈服极限低；2、提高零件表面质量及强化材料表面可以提高零件的-1 第29页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三疲劳破坏的特点1、疲劳破坏是在低应力下产生的；-1s4、在疲劳破坏过程中，局部的组织变化是在疲劳过程中不断发生、并逐渐积累起来的；2、疲劳破坏与连续加载时只要应力高于材料的强度极限就立即破坏不同；3、疲劳破坏有相当的危险性；第30页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三疲劳破坏的特点5、疲劳断口分两部分：疲劳裂纹扩展区、

11、最后突然断裂区；6、疲劳断裂是循环应力和拉伸应力同时作用，且在微观局部发生塑性变形的情况下发生的；7、疲劳断裂三个阶段：裂纹的形成、裂纹的扩展和最终失稳断裂；8、在一定条件下，当应力最大值低于某一特定值时，材料可经无限次循环而不断裂。第31页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三1943年美国T-2油轮发生断裂第32页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三提高零件疲劳强度的方法1、对零件表面进行强化处理（表面喷 丸、表面淬火、冷挤压）等，2、或进行精密加工提高零件表面粗糙 度等。第33页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三第 三 节 金属

12、材料的其他性能材料的理化性能：密度、熔点、热膨胀性、导电性、导热性磁性、抗腐蚀性、耐磨性材料的工艺性能：在制作机件的过程中 采用某种加工方法制成成品难易程度。（铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性能）第34页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三第 四 节 金属材料的断裂韧性1.金属材料的缺口效应：突变的台阶和缺口（螺纹，油孔）。2.断裂韧性：较大尺寸的构件和零件的低应力脆断。断裂应力低于材料的屈服强度。（构件或零件内存在着裂纹及类似裂纹的缺陷）第35页，共38页，2022年，5月20日，22点15分，星期三1简答题(1)根据化学成分、结合键的特点，工程材料是如何分类的?主要差异表现在哪里?(2)什么是材料的力学性能,力学性能主要包括哪些指标? (3)什么是强度?什么是塑性？ 衡量这两种性能的指标有哪些?各用什么付号表示？(4）什么是硬度，HBS、HBW、HRA、HRB、HRC各代表用什么方法测出的硬度？各种硬度测试方法的特点有何不同?(5)什么是