金属的力学性能 (2)精选文档.ppt

金属的力学性能本讲稿第一页，共二十二页第第8 8章章 金属的力学性能金属的力学性能 引言：引言：1 1、金属材料的性能、金属材料的性能使用性能：使用性能：指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。和化学性能。工艺性能：工艺性能：指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能。处理的性能。2 2、金属材料金属材料力学性能力学性能 包括包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和热处理工艺性能能和热处理工艺性能等。等。指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬强度、塑性、硬度、冲击韧度度、冲击韧度和和疲劳强度疲劳强度等。等。本讲稿第二页，共二十二页第一节 强度与塑性一、材料的拉伸曲线一、材料的拉伸曲线1 1、oeoe段：直线、弹性变性段：直线、弹性变性2 2、eses段：曲线、弹性变形段：曲线、弹性变形+塑性变形塑性变形5 5、b b点：点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。值，试样即将断裂。3 3、s ss s段：水平线（略有波动）明显的塑性变段：水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。4 4、s sb b曲线：弹性变形曲线：弹性变形+均匀塑性变形均匀塑性变形本讲稿第三页，共二十二页拉伸试验拉力试验机拉伸试样拉伸破坏试样（低碳钢）本讲稿第四页，共二十二页强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。一、强度的指标一、强度的指标2 2、抗拉强度、抗拉强度指试样拉断前所承受的最大拉应力。指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。1 1、屈服点、屈服点b=F Fb b/S/S0 0 当材料的内应力当材料的内应力b b时，材料将产生断裂。时，材料将产生断裂。b b常用作脆性材料的选材和设计的依据。常用作脆性材料的选材和设计的依据。符号：符号：s 材料产生屈服现象时的最小应力材料产生屈服现象时的最小应力s s=F Fs s/S/S0 0 Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（试样屈服时所承受的拉伸力（N）S0：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（mm）本讲稿第五页，共二十二页压缩试验压缩试样试验前试验前破坏后（灰铸铁）破坏后（灰铸铁）破坏后（低碳钢）破坏后（低碳钢）压缩试验压缩试验本讲稿第六页，共二十二页剪切试验剪切试样剪切试验剪切试验本讲稿第七页，共二十二页扭转试验扭转试样扭转试验扭转试验扭转破坏试样（低碳钢）扭转破坏试样（灰铸铁）本讲稿第八页，共二十二页二、塑性指标二、塑性指标 塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。长率和断面收缩率。1 1、断后伸长率、断后伸长率2 2、断面收缩率、断面收缩率指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。=(L=(L1 1-L)/L x 100%-L)/L x 100%L:L:标距（本实验标距（本实验L=100L=100）L1:L1:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。=(A0-A1)/A0 x 100%=(A0-A1)/A0 x 100%A0:A0:试件原横截面积。试件原横截面积。A1:A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。本讲稿第九页，共二十二页第二节 硬度引言：引言：1 1、定义：、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。它指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。2 2、硬度的测试方法、硬度的测试方法 （1 1）布氏硬度）布氏硬度 （2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 （3 3）维氏硬度）维氏硬度 （4 4）肖氏硬度）肖氏硬度本讲稿第十页，共二十二页本讲稿第十一页，共二十二页1 1、布氏硬度试验、布氏硬度试验（布氏硬度计）原理原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。2 2、布氏硬度值、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。如：120HBS 500HBW4 4、测量范围、测量范围 用于测量用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.一、布氏硬度一、布氏硬度一、布氏硬度一、布氏硬度3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2 2）可测的硬度值可测的硬度值不高不高（3 3）不测试成品与薄件不测试成品与薄件（4 4）测量费时，效率低测量费时，效率低本讲稿第十二页，共二十二页1 1、洛氏硬度试验、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）原理原理:用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。度试验。2 2、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。如：如：50HRC50HRC 4 4、测量范围、测量范围 用于测量用于测量淬火钢、硬质合金淬火钢、硬质合金等材料等材料.二、洛氏硬度二、洛氏硬度二、洛氏硬度二、洛氏硬度3 3、优缺点、优缺点（1 1）试验简单、方便、迅速试验简单、方便、迅速（2 2）压痕小，可测成品，薄件压痕小，可测成品，薄件（3 3）数据不够准数据不够准确，应测三点取平均值确，应测三点取平均值（4 4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。不应测组织不均匀材料，如铸铁。本讲稿第十三页，共二十二页1 1、维氏硬度试验、维氏硬度试验 原理原理:用用夹角为夹角为136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）压入）压入试样表面，测出压痕对角线长度试样表面，测出压痕对角线长度d d。2 2、维氏硬度值、维氏硬度值 用压痕对角线长度表示。用压痕对角线长度表示。如：如：640HV640HV。4 4、测量范围、测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。三、维氏硬度三、维氏硬度三、维氏硬度三、维氏硬度3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（2 2）可测成品与薄件可测成品与薄件（3 3）试样表面要求高，费工。试样表面要求高，费工。本讲稿第十四页，共二十二页三、冲击韧度三、冲击韧度三、冲击韧度三、冲击韧度本讲稿第十五页，共二十二页试试验验时时，将将试试样样放放在在试试验验机机两两支支座座上上，。把把质质量量为为m m的的摆摆锤锤抬抬到到高高H H，使使摆摆锤锤具具有有位位能能为为mHgmHg。摆摆锤锤落落下下冲冲断断试试样样后后升升至至h h高高度度,具具有有位位能能为为mhgmhg，故故摆摆锤锤冲冲断断试试样样推推动动的的位位能能为为mHgmHgmhgmhg，这这就就是是试试样样变变形和断裂所消耗的功称为形和断裂所消耗的功称为冲击吸收功AK，即，即A AK=K=mg(H-h)mg(H-h)用用试试样样的的断断口口处处截截面面积积S SN N（cmcm2 2）去去除除A AK K（J J）即即得到得到冲击韧度，用，用a ak k表示，单位为表示，单位为J/cmJ/cm2 2.a aK K=A=AK K/S/SN N本讲稿第十六页，共二十二页第四节、疲劳一、疲劳概念 虽然零件所承受的交变应力数值小于材料的屈服强度，但在长时间运转后也会发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。对称循环交变应力对称循环交变应力据统计，机械零件据统计，机械零件断裂中有断裂中有80%80%是由是由于疲劳引起。于疲劳引起。本讲稿第十七页，共二十二页二、疲劳曲线与疲劳极限二、疲劳曲线与疲劳极限 试验证明，金属材料所受最大交变应力max 愈大，则断裂前所受的循环周次N（定义为疲劳寿命）愈少，这种交变应力max 与疲劳寿命N的关系曲线称疲劳曲线或SN曲线 工程上规定，材料经受相当循环周次不发生断裂的最大应力称为疲劳极限，以符号-1表示。本讲稿第十八页，共二十二页 疲劳曲线-1Nn21N1N2NnNc钢铁材料：107次非铁合金：108次本讲稿第十九页，共二十二页部分工程材料的疲劳极限-1（MPa）本讲稿第二十页，共二十二页三、提高材料疲劳极限的途径三、提高材料疲劳极限的途径1 1、设设计计方方面面 尽尽量量使使用用零零件件避避免免交交角角、缺缺口口和和截截面面突突变变，以避免应力集中及其所引起的疲劳裂纹。以避免应力集中及其所引起的疲劳裂纹。2 2、材材料料方方面面 通通常常应应使使晶晶粒粒细细化化，减减少少材材料料内内部部存存在在的的夹夹杂杂物物和和由由于于热热加加工工不不当当引引起起的的缺缺陷陷。如如疏疏松松、气气孔孔和和表面氧化等。表面氧化等。3 3、机械加工方面机械加工方面 要降低零件表面粗糙度值。要降低零件表面粗糙度值。4 4、零零件件表表面面强强化化方方面面 可可采采用用化化学学热热处处理理、表表面面淬淬火火、喷喷丸丸处处理理和和表表面面涂涂层层等等，使使零零件件表表面面造造成成压压应应力力，以抵消或降低表面拉应力引起疲劳裂纹的可能性。以抵消或降低表面拉应力引起疲劳裂纹的可能性。本讲稿第二十一页，共二十二页复习思考题参考答案复习思考题参考答案本讲稿第二十二页，共二十二页