1.2金属的强度和塑性 课件(共16张) - 中职《金属材料及热处理（第三版）》同步教学（劳动版）

02金属的强度和塑性1．载荷金属材料在使用和加工过程中所受到的各种外力统称为载荷，用符号F表示。载荷按其作用性质不同，可分为静载荷、冲击载荷及交变载荷三种。静载荷是指大小和方向不变或变化缓慢的载荷。如桥梁的主索和吊索所承受的载荷可视为静载荷。冲击载荷是指在短时间内以较高速度作用于工件上的载荷。如錾削加工时，錾子所受的载荷为冲击载荷。交变载荷是指大小或方向随时间发生周期性变化的载荷。如齿轮在工作过程中所承受的载荷为交变载荷。任务二金属的强度和塑性一、载荷、变形与应力任务二金属的强度和塑性2．变形金属材料受到载荷作用而产生的几何形状和尺寸的变化称为变形。变形分为弹性变形和塑性变形。随载荷的存在而产生、随载荷的去除而消失的变形称为弹性变形；载荷去除后仍不能恢复的变形称为塑性变形。3．应力金属材料在受到外力作用时，其内部作用着与外力相对抗的力称为内力。单位面积上的内力称为应力，用R表示。应力能够准确地反映金属材料内部的受力状态，因此，所有强度指标都是用应力表示的。当外力为拉伸载荷（F）时，其横截面积（S）上应力的计算公式为金属材料的强度和塑性指标是通过拉伸试验测量的。1．试样——拉伸试样试验时，首先将被测试材料加工成标准试样，按照相关国家标准的规定，常用拉伸试样如图1-2所示。图中d是试样的原始直径，du

是试样缩颈处直径，Lo

为试样的原始标距，Le

为引伸计标距，Lu

为断后标距。根据标距长度与直径之间的关系，比例试样分为长比例试样（Lo=10d0）和短试样（Lo=5d0）两种。任务二金属的强度和塑性二、拉伸试验2．试验设备——拉伸试验机如图1-3所示为拉伸试验机。将试样装夹在试验机上，然后缓慢施加拉伸载荷，直至拉断试样。任务二金属的强度和塑性3．试验结果与分析——拉伸曲线拉伸试验测出的拉伸载荷与伸长量关系的曲线叫作拉伸曲线。如图1-4所示是低碳钢的拉伸曲线，图中纵坐标表示拉伸载荷，横坐标表示伸长量ΔL。图中明显地表现出以下几个变形阶段。任务二金属的强度和塑性（1）Oe——弹性变形阶段。当F<Fe

时，如果卸载，试样即恢复原状。（2）s点附近——屈服阶段。当载荷增加到一定数值时，曲线上出现水平或锯齿状线段，这种在载荷不增加的情况下，试样还继续伸长的现象称为屈服。屈服阶段后，材料开始出现明显塑性变形，此时去除载荷，试样将出现残余伸长。（3）屈服后至b点——强化阶段。此阶段载荷越大，试样塑性变形量越大。随着塑性变形量增大，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化（或称加工硬化）。（4）bz——缩颈阶段（局部塑性变形阶段）。当载荷达到最大值Fm

后，试样截面发生局部收缩，称为“缩颈”。这时变形主要集中于缩颈部位，直至z点时被拉断。工程上使用的金属材料，多数没有明显的屈服现象。有些脆性材料，不仅没有屈服现象，而且也不产生“缩颈”，如铸铁等。任务二金属的强度和塑性金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度，用符号R表示。强度的大小通常用应力来表示，常见的指标如下。1．屈服强度当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间发生塑性变形而载荷不增加时的应力称为屈服强度，分为上屈服强度和下屈服强度。上屈服强度为试样发生屈服而载荷首次下降前的最高应力值，用ReH

表示，单位为MPa，用下式计算。任务二金属的强度和塑性三、强度与强度指标任务二金属的强度和塑性式中FeH——试样发生屈服而载荷首次下降前的最大值，N；

So——试样原始横截面积，mm2。下屈服强度为在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力值，用ReL

表示，单位为MPa，用下式计算。式中FeL——不计初始瞬时效应时屈服期间的最小载荷，N；

So——试样原始横截面积，mm2。2．规定塑性延伸强度Rp规定塑性延伸强度指塑性延伸率ep

等于规定的引伸计标距百分率时的应力，用Rp表示，如图1-5所示。使用的符号应附脚注说明所规定的百分率，例如Rp0.2，表示规定塑性延伸率为0.2%时的应力。对于无明显屈服现象的金属材料，一般使用其规定塑性延伸强度Rp代替下屈服强度ReL。定义中塑性延伸率指试验中任一给定时刻引伸计标距的塑性延伸与引伸计标距之比的百分率；引伸计标距指用引伸计测量试样延伸时所使用试样平行长度部分的长度（见图1-2），测量屈服强度和规定强度性能时推荐Le≥Lo/2。任务二金属的强度和塑性3．规定总延伸强度Rt

规定总延伸强度指规定总延伸率et

等于规定的引伸计标距百分率时的应力，用Rt

表示，如图1-6所示。使图1-5规定塑性延伸强度用的符号应附脚注说明所规定的百分率，例如Rt

0.5，表示规定总延伸率为0.5%时的应力。任务二金属的强度和塑性4．规定残余延伸强度Rr

卸除应力后残余延伸率er

等于规定的引伸计标距百分率时对应的应力称为规定残余延伸强度，用Rr

表示，如图1-7所示。使用的符号应附脚注说明所规定的百分率，例如Rr0.2，表示规定残余延伸率为0.2%时的应力。任务二金属的强度和塑性5．抗拉强度试样在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，计算公式为式中Rm——抗拉强度，MPa；

Fm——试样在拉断前承受的最大载荷，N。零件在工作中所承受的应力不允许超过抗拉强度，否则会产生断裂。Rm

也是机械零件设计和选材的主要依据。任务二金属的强度和塑性金属材料在载荷作用下断裂前所能承受最大塑性变形的能力称为塑性。塑性指标常用断后伸长率和断面收缩率来表示。1．断后伸长率试样拉断后（见图1-2b），标距的残余伸长与原始标距之比的百分率称为断后伸长率，其计算公式为式中A——断后伸长率，%；

Lu——试样拉断后的标距长度，mm；

Lo——试样的原始标距长度，mm。任务二金属的强度和塑性四、塑性与塑性指标2．断面收缩率断面收缩率是指试样拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积之比的百分率，其计算公式为式中Z——断面收缩率，%；

So——试样原始横截面积，mm2；

Su——试样断口处的最小横截面积，mm2。断面收缩率不受试样尺寸的影响，能比较准确地反映金属材料的塑性。断后伸长率（A）与断面收缩率（Z）数值越