材料热加工工艺 第一章 金属材料的力学性能.ppt

1、第一章,金属材料的力学性能,金属在外加载荷（包括静载荷、冲击载荷、交变载荷）作用下表现出来的特性。,强度,塑性,硬度,冲击韧性,疲劳强度,材料的性能,第一节 刚度、强度、塑性,1、拉伸试样 试验前在试棒上打出标距 按国标规定标准拉伸试样可分为： ) 板形试样：原材料为板材或带材 ) 圆形试样：长试样L010d0， 短试样L0=5d0 其中：L0为试样标距，d0为试样直径,一、拉伸试验与拉伸曲线,刚度、强度和塑性是根据拉伸试验测定出来的。,2、拉伸过程将试样装在拉伸试验机夹头上，缓慢加载，通过自动记录装置得到试样所受载荷F和伸长量L的关系曲线称为拉伸曲线。,拉伸试样的颈缩现象,3、拉伸曲线,4、

2、应力与应变曲线,(3)应力应变曲线（ - 曲线）： 形状和拉伸曲线相同，单位不同。,5、不同材料的拉伸曲线,二、通过拉伸试验测得的性能指标,1）刚度 表征金属材料抵抗弹性变形的能力。,弹性模量E（GPa） ：表示引起单位变形时所需要的应力。即材料的E越大，产生的弹性变形越小，刚度越大。 E值主要取决于材料的本性。 碳钢为210 GPa ，铝合金为70 GPa,= E ,通过改变横截面积来提高材料的刚度,2）、强度,材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的抗力。 有屈服强度和抗拉强度之分。,螺栓的变形与折断,齿轮轮齿的 折断,a.屈服点、屈服强度：表征金属材料对产生明显 塑性变形的抗力。,屈服点：

3、在S点附近，曲线较为平坦，不需要进一步的增大外力，便可以产生明显的塑性变形，该现象称为材料的屈服现象； S称为屈服强度。,*屈服点一般作为低碳钢、中碳钢、退火钢等较软的材料的强度指标，用以表明这类材料抗永久变形的能力，它是设计和选材的重要依据之一。,选用原则：若不允许发生过量的塑性变形，以屈服强度S 、0.2为依据；若零件在使用时只要求不发生破坏，以抗拉强度b来设计。,某些较硬的材料，如铸铁、高碳钢以及合金没有明显的屈服现象。通常规定，试棒产生0.2%的塑性变形时的应力值作为这类材料的条件屈服点，记为 。,b.抗拉强度,指材料在断裂前所能承受的最大拉应力，记为 。,3、塑性,材料在外力作用下产

4、生不可逆永久变形（塑性变形）而不断裂的能力。,1）伸长率,2）断面收缩率,注意： 长试样(l0=10d0)的伸长率写成或10。 短试样( l0 =5d0)的伸长率须写成5。 同一种材料5，不同材料值和5值不能直接比。 5%的材料称为塑性材料，5%的材料称为脆性材料。 铸铁是典型的脆性材料，低碳钢是塑性最好的材料。,材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。 通常用冲击韧性指标aK来度量。,第二节 冲击韧性,冲击试验示意,A kU = m g（h h） (J),冲击韧度指标就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。,试样冲断时所消耗的冲击吸收功A kU为:,冲击吸收功的大小与试验的温度有关。材料的韧脆

5、转变温度越低，说明低温冲击性能越好。,冲击吸收功的大小并不能真正反映材料的韧脆程度，因为其中有一部分功损失。,冲击韧度指标：,TITANIC,建造中的Titanic 号,TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关,Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果,1、疲劳断裂,特点： 断裂前无明显的塑性变形，断裂突然发生； 断裂时应力很低，大多低于s。,2、疲劳强度:材料经无数次交变载荷作用而不断裂的最大应力值，用-1表示，单位为MPa.,3、提高疲劳强度的途径:,1）在零件结构设计中尽量避免尖角，缺口和截面 突变，以免产生应力集中而由此产生疲劳裂纹； 2) 提高零件表面加

6、工质量，减少疲劳源； 3) 采用各种表面强化处理，如表面淬火、喷丸等。,材料经过无限次应力循环不发生断裂的最大应力。对应于疲劳曲线上水平部分的应力值-1 。,(1)布氏硬度 HB,1.测量原理,第四节 硬 度,硬度:是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。 常用压入法； 三种：布氏、洛氏、维氏硬度,齿轮因硬度不足而磨损,2.测量过程,3.测定条件,压头为淬火钢球时, 以HBS表示,可测 450的材料； 压头为硬质合金时, 以HBW表示,可测650的材料。 压头直径有10、5、2.5、2、1mm五种。,4.表示方法,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mm

7、、载荷Kgf （N）及载荷保持时间S。 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。可直接写成120HBS。,布氏硬度压痕面积大，测量准确，又因压痕大，不宜测试薄件或成品件，主要测试铸铁、碳钢及退火、正火、和调质处理的钢材的硬度。 测量不同材料需更换压头及改变试验力。,另外：材料的b与HB之间的经验关系： 对于低碳钢: b(MPa)3.6HB 对于高碳钢：b(MPa)3.4HB 对于灰铸铁： b(MPa)1HB 或 b(MPa) 0.6(HB-40),(2)洛氏硬度 HR,金刚石压头(k=0.2),淬火钢压头(k=0.26),分类：根据压头的材料及压头所加的负荷不同又可分为HRA、HRB、HRC三种:,特点：操作简便，可直接读出硬度值，压痕小，可用于成品件的测量，但测值重复性差。 HRC测定淬火钢的硬度,应用最广。,表示方法：55HRC表示C标度测定的洛氏硬度值为55，无单位。,(3)维氏硬度 HV,表示方法：640HV30/20,表示在30kgf作用下保持20 s，维氏硬度值为640。,用一