金属的力学性能.ppt

1、工程材料与热处理 第一章 金属的力学性能,第一章 金属的力学性能,目标: 熟悉材料的主要力学性能指标：屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性等力学性能及其测试原理； 强调各种力学性能指标的生产实际意义； 了解工程材料的物理性能、化学性能及工艺性能。,金属的力学性能,一、定义 : 1、力学性能定义： 金属材料的力学性能是指金属材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。 2、力学性能包括：强度、硬度、塑性 、韧性 和疲劳强度。 3、载荷可分为：静载荷，冲击载荷，交变载荷。 二、指标 : 弹性

2、 、刚度、强度、塑性 、 硬度、冲击韧性 、断裂韧度和疲劳强度等。,材料的其他性能,1、物理性能： 密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等； 2、化学性能： 耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等； 3、加工工艺性能： 铸造性能、锻造性能、焊接性能、机械加工性能、 热处理工艺性能等。,第一节 强度和塑性,一、拉伸实验与拉伸曲线 1.拉伸试样 GB6397-86规定金属拉伸试样有： 圆形、矩形、异型及全截面 常用标准圆截面试样有 长试样：L0=10d0; 短试样：L0=5d0,拉伸试样,第一节 强度和塑性,2.拉伸过程,拉伸试验机,拉伸的四个阶段 1、oe段: 弹性变形阶段。(op段：比 例弹性

3、变形阶段；pe段：非比例弹性变形阶段；) 2、es段：屈服阶段。平台或锯齿。 3、sb段：强化阶段。均匀塑性变形阶段。 *b点：形成了“缩颈”。 4、bk段：缩颈阶段。非均匀变形阶段，承载下降。 *k点：断裂点。 *断裂总伸长为of， 其中塑形变形og(试样断后测得的伸长)，弹性伸长gf。,k,o,g,f,3.拉伸曲线,4.应力与应变曲线,(1)应力 ：单位面积上试样承受的载荷。这里用试样承受的载荷除以试样的原始横截面积A 0表示: F 载荷( N ) = ( M pa ) A 0原始横截面积( mm2) (2)应变：单位长度的伸长量。这里用试样的伸长量除以试样的原始标距表示: l伸长量(mm

4、 ) = l 0原始长度( mm) (3)应力应变曲线（ - 曲线）: 形状和拉伸曲线相同，单位不同,退火低碳钢,低、中回火钢,淬火钢及铸铁,中碳调质钢,5.不同材料的拉伸曲线,二、强度和刚度,2.刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。 弹性模量：弹性下应力与应变的比值,表示材料抵 抗弹性变形的能力。即： E= / 材料的E越大，刚度越大； E对组织不敏感； 零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有 关。,E= / ,1.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。,弹性变形: 随载荷撤除而消失的变形。,4.强度: 材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力

5、。,种类: 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯强 度 、 抗剪强度 、 抗扭强度等。,(1) 屈服点 与屈服强度: 产生明显塑性变形的最低应力值.,硬脆材料屈服强度( 塑性变形量为0.2%，微量塑性变形),试样产生0.2%残余塑性变形,屈服点 s 、屈服强度0.2是零件设计的主要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。,(2)抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。,1）、它表示材料抵抗断裂的能力。 2）、是零件设计的重要依据；也是评定 金属强度的重要指标之一。,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。,1、断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积的收缩量 A与原始横截面积A0之比

6、。,2、伸长率: 是指试样拉断后的标距伸长量 L 与原始标距L 0之比。,A0 - A 1 = - 100% A0,l 1 - l0 = - 100% l0, 10% 属塑性材料,思考:1、同一材料5 10？ 2、l=lub 3、= l/l0=lu/l0 + lb/l0,b,u,塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定塑性。 防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。,练习题一,拉力试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，经拉力试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若最后的标距长度为71mm，颈缩区的最小直径为4.9mm，试求该材料的伸长率和断面收缩率的值？ 解： =（71-

7、50） 50 100%=42% A0=3.14 (10 2)2=78.5(mm2) A1=3.14 (4.9 2)2=18.85(mm2) =(S0-S1)S0 100%=24%,练习题二,某工厂买回一批材料（要求：s230MPa；b410MPa；523%；50%）做短试样（0=50；0=10mm）拉伸试验，结果如下：Fs=19KN，Fb=34.5KN；l1=63.1mm；d1=6.3mm;问买回的材料合格吗？ 解： 根据试验结果计算如下： sFs A(191000) (3.1452 )=242230MPa b Fb A(34.51000) (3.1452 )=439.5410MPa 5 ll

8、 0100% (63.1-50) 50100%=26.2%23% AA0100% 60.31% 50% 材料的各项指标均合格，因此买回的材料合格。,第二节 硬 度,布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV 锉刀法,四.硬度( hardness ) 硬度是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。 常用测量硬度的方法,1、布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )1）、布氏硬度计,1、布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) 2）、适用范围:,450HBS;,650HBW;,1、布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )3）符号及表示方法,（1）、符号：H

9、BS或HBW （2）、表示方法： 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。,2、洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )1）、洛氏硬度计,10HRCHBS,2、洛氏硬度2）种类及适用范围,（1）、HRA：适用范围为60 85 HRA，表面淬火钢、硬质合金等。 （2）、HRB：适用范围为25 100 HRB，软钢、退火钢及有色金属等。 （3）、HRC：适用范围为20 67 HRC，一般淬火

10、，回火钢件。,3、维氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness ),适用范围:,测量薄板类 ;,HVHBS ;,4、锉刀法:,一组硬度差为5HRC的锉刀。 例如: 10HRC、15HRC、20HRC等。,五.冲击韧性( notch toughness ):,1、概念：材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。,2、冲击试验机,3、冲击试样和冲击试验示意图,4、冲击功：试样冲断时所消耗的 冲击功A k为:,A k = m g H m g h (J),5、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。,六.疲劳强度( fatigue strength ): 1、概念：表示材料经无数次交变载 作用而不致引起断裂的最大应力值。,注：1）、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 = 108,2）、钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系: -1 = (0.450.55) b,六.疲劳强度( f