金属材料的力学性能一

金属材料的力学性能一第一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五第一章材料的机械性能

PerformanceofMetalMaterial金属材料的力学性能金属材料的其他性能第二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五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

工艺性能第三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五压力加工方法示意图

载荷施加方式第四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五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。第五页，共三十八页，编辑于2023年，星期五一.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§1—1静载荷条件下材料

的力学性能第六页，共三十八页，编辑于2023年，星期五一.静拉伸试验拉伸试验机PPL0=10d0L0=5d0圆形断面第七页，共三十八页，编辑于2023年，星期五二.拉伸图（重点）应力应变二、拉伸图bse第八页，共三十八页，编辑于2023年，星期五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。

第九页，共三十八页，编辑于2023年，星期五（一）.弹性和刚度（一）.弹性和刚度第十页，共三十八页，编辑于2023年，星期五（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)

σe=

(Mpa)

F0

试样原始横截面积(mm2)E=σεQ=EF0L0第十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五（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σs和抗拉强度σb。(2)抗拉强度试样在断裂前所能承受的最大应力。Fb试样断裂前的最大载荷(N)

σb

=

(Mpa)

S0试样原始横截面积(mm2)第十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五(4)条件屈服强度(塑性变形量为0.2%)F0.2

σ0.2

=

(Mpa)

S0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)屈服强度:屈服点S

Fs

σs

=

(Mpa)

A0试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)第十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五（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。(δ、ψ）l–l0δ=×100%l0

δ<2~5%属脆性材科δ≈5~10%属韧性材料δ>10%属塑性材料δ

——伸长率；l0——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L0之比。第十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五2.断面收缩率：

是指试样拉断处横截面积Sk的收缩量与原始横截面积S0之比。A0-Aψ=×100%A0

ψ——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)。第十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期五（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十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期五1布氏硬度

HB布氏硬度计

F第十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期五1布氏硬度

HB适用范围:

＜450HBS;

＜650HBW;第十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期五1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第十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期五2洛氏硬度HRh1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计10HRC≈HBS第二十页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3维氏硬度

HV适用范围:测量薄板类;HV≈HBS;第二十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五注意：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。第二十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五§1—2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：第二十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五一.冲击韧性(notchtoughness):定义：材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。W第二十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图第二十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期五试样冲断时所消耗的冲击功Ak为:Ak=mgH–mgh(J)冲击韧性值ak

就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。AK--------

ak

=(J/cm²)

A0-------试样缺口处的断面积冲击功第二十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期五二.疲劳强度(fatiguestrength):

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。第二十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期五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:

σ-1

=(0.45～0.55)σ

b钢铁材料的疲劳曲线O第二十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期五注意：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σ-1

第二十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期五疲劳破坏的特点1、疲劳破坏是在低应力下产生的；σ-1<σs4、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；第三十页，共三十八页，编辑于2023年，星期五疲劳破坏的特点5、疲劳断口分两部分：疲劳裂纹扩展区、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。第三十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五1943年美国T-2油轮发生断裂第三十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五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。第三十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五第三节金属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）第三十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五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）第三十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期五1·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，