金属材料的力学性能一精选文档.ppt

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1、金属材料的力学性能一金属材料的力学性能一本讲稿第一页，共三十八页第一章第一章 材料的机械性能材料的机械性能Performance of Metal Material金属材料的金属材料的力学力学性能性能金属材料的其他性能金属材料的其他性能本讲稿第二页，共三十八页铸造性铸造性 可锻性可锻性可焊性可焊性切削加工性切削加工性热处理性热处理性 工程材料的性能工程材料的性能 使用性能使用性能力学性能力学性能物理性能物理性能化学性能化学性能 工艺性能工艺性能本讲稿第三页，共三十八页压力加工方法示压力加工方法示意图意图 载荷施加方式载荷施加方式本讲稿第四页，共三十八页 金属材料的力学性能金属材料的力学性能概念

2、概念：金属材料在承受外力作用时所表现出来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的性能称为金属材料的机械性能机械性能一一.定义定义:力学性能是指材料在力的作用下抵抗变形力学性能是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。和开裂的性能。二二.指标指标:强度、弹性强度、弹性、塑性塑性、韧性韧性、硬度和硬度和疲劳强度等。疲劳强度等。本讲稿第五页，共三十八页一一.静拉伸试验静拉伸试验强度概念强度概念-金属材料在外力作用下金属材料在外力作用下抵抗塑性变形的能力。抵抗塑性变形的能力。应力概念应力概念-单位横截面上的内力单位横截面上的内力11 静载荷条件下材料静载荷条件下材料 的力学性能的力学性

3、能本讲稿第六页，共三十八页一一.静拉伸试验静拉伸试验拉伸试验机拉伸试验机PPL0=10d0L0=5d0圆形圆形断面断面本讲稿第七页，共三十八页二二.拉伸图（拉伸图（重点重点）应力应力应变应变二、拉伸图二、拉伸图bse本讲稿第八页，共三十八页拉拉伸伸试试样样的的颈颈缩缩现现象象金属材料在静载荷金属材料在静载荷的作用下将发生：的作用下将发生：1、弹性变形、弹性变形2、塑性、塑性3、断裂、断裂 三个基本过程。三个基本过程。本讲稿第九页，共三十八页（一）（一）.弹性和刚度弹性和刚度（一）（一）.弹性和刚度弹性和刚度本讲稿第十页，共三十八页（一）（一）.弹性和刚度弹性和刚度:弹性：弹性：金属材料受外力作

4、用时产生变形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当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。的性能。刚度：刚度：指材料在受力时抵抗产生塑性变形的指材料在受力时抵抗产生塑性变形的 能力能力弹性变形弹性变形:随载荷撤除而消失的变形。随载荷撤除而消失的变形。弹性极限弹性极限:Pe 弹性极限载荷弹性极限载荷(N)e=(M pa)F0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)E=Q=EF0L0本讲稿第十一页，共三十八页（二）（二）.材料的强度材料的强度 材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。(1)种类种类:抗拉强度抗拉强度、抗压强度、抗压

5、强度、抗弯强度抗弯强度 、抗剪强度抗剪强度 、抗扭强度等。抗扭强度等。当受拉力时，强度特性指标主要是当受拉力时，强度特性指标主要是屈服强度屈服强度s s和和抗拉强度抗拉强度b b。(2)抗拉强度抗拉强度 试样在断裂前所能承受的最大应力。试样在断裂前所能承受的最大应力。F b 试样断裂前的最大载荷试样断裂前的最大载荷(N)b=(M pa)S 0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)本讲稿第十二页，共三十八页(4)条件屈服强度条件屈服强度(塑性变形量为塑性变形量为0.2%)F0.2 0.2 =(M pa)S 0 试样原始横截面试样原始横截面(mm2)试样产生试样产生0.2%残余塑性变残余塑性

6、变 形时的载荷形时的载荷(N)(3)屈服强度屈服强度:屈服点屈服点 S Fs s=(M pa)A0试样屈服时的载荷试样屈服时的载荷(N)试样试样原始横截面积原始横截面积(mm2)本讲稿第十三页，共三十八页（三）（三）.塑性塑性 是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。被破坏的能力。(、）l l 0 =100%l 0 10%属塑性材料属塑性材料 伸长率；伸长率；l 0试棒原始标距长度试棒原始标距长度(mm)；l试棒受拉伸断裂后的标距长度试棒受拉伸断裂后的标距长度(mm)；1.伸长率伸长率(延伸率延伸率)是指试样拉断后的标距伸长量是指试样拉断后的标距伸

7、长量L 与与原始标距原始标距L 0之比。之比。本讲稿第十四页，共三十八页2.2.断面收缩率：断面收缩率：是指试样拉断处横截面积是指试样拉断处横截面积S k的收缩量与的收缩量与原始横截面积原始横截面积S0之比。之比。A0-A =100%A0 断面收缩率；断面收缩率；A0试棒原始截面积试棒原始截面积(mm2)；A试棒受拉伸断裂后的截面积试棒受拉伸断裂后的截面积(mm2)。本讲稿第十五页，共三十八页（四）（四）.硬度硬度(hardness)是指材料抵抗其它更硬物体压入其是指材料抵抗其它更硬物体压入其表面的能力。表面的能力。布氏硬度布氏硬度 HB洛氏硬度洛氏硬度 HR（HRA HRA、HRBHRB、H

8、RC)HRC)维氏硬度维氏硬度 HV常用测量硬度的方法常用测量硬度的方法压入法压入法压入法压入法划痕法划痕法回跳法回跳法本讲稿第十六页，共三十八页1 布氏硬度布氏硬度 HB布氏硬度计布氏硬度计 F本讲稿第十七页，共三十八页1 布氏硬度布氏硬度 HB适用范围适用范围:v 450HBS;v 650HBW;本讲稿第十八页，共三十八页1 布氏硬度布氏硬度 HB 符号符号HBS或或HBW之前的数字表示硬度值，之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示符号后面的数字按顺序分别表示球体直径球体直径、载载荷荷及及载荷保持时间载荷保持时间。如。如:120HBS10/1000/30表表示示直径为直径为10

9、mm的钢球的钢球在在1000kgf（9.807kN）载载荷作用下保荷作用下保 持持30s测得的测得的布氏硬度值为布氏硬度值为120。SW本讲稿第十九页，共三十八页2 洛氏硬度洛氏硬度 HRh1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛洛氏氏硬硬度度计计10HRCHBS本讲稿第二十页，共三十八页3 维氏硬度维氏硬度 HV适用范围适用范围:测量薄板类测量薄板类;HVHBS;本讲稿第二十一页，共三十八页注意：各种硬度直不能直接进行比较。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。好，且硬度和强度之间有一定的关系。本

10、讲稿第二十二页，共三十八页12 非静载荷时材料的力学性能非静载荷时材料的力学性能 冲击载荷冲击载荷冲击韧性冲击韧性 交变载荷交变载荷疲劳强度疲劳强度动载的形式：动载的形式：本讲稿第二十三页，共三十八页一一.冲击韧性冲击韧性(notch toughness):定义：定义：材料在冲击载荷作用下抵抗破材料在冲击载荷作用下抵抗破 坏的能力。坏的能力。W本讲稿第二十四页，共三十八页冲击试验机冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图冲击试样和冲击试验示意图本讲稿第二十五页，共三十八页试样冲断时所消耗的试样冲断时所消耗的冲击功冲击功A k为为:A k=m g H m g h(J)冲击韧性值冲击韧性值a k 就是试

11、样缺口处单位就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功截面积上所消耗的冲击功。AK-a k=(J/cm)A0-试样缺口处的断面积试样缺口处的断面积冲击功冲击功本讲稿第二十六页，共三十八页二二.疲劳强度疲劳强度(fatigue strength):定义：定义：表示材料经无数次交变载荷作用而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。不致引起断裂的最大应力值。本讲稿第二十七页，共三十八页钢材的循环次数钢材的循环次数一般取一般取 N=107有色金属的循环次数有色金属的循环次数一般取一般取 N=108钢材的钢材的疲劳强度疲劳强度与与抗拉强度抗拉强度之间的关系之间的关系:-1=(0.45(0.

12、450.55)0.55)b钢铁材料的疲劳曲线钢铁材料的疲劳曲线O本讲稿第二十八页，共三十八页注意：注意：1、同一材料的疲劳强度比屈服极限低；、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、提高零件表面质量及强化材料表面可以提高零件的以提高零件的-1 本讲稿第二十九页，共三十八页疲劳破坏的特点疲劳破坏的特点1 1、疲劳破坏疲劳破坏是在是在低应力低应力下产生的；下产生的；-1s4、在疲劳破坏过程中，局部的组织变化、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、并逐渐积累是在疲劳过程中不断发生、并逐渐积累起来的；起来的；2、疲劳破坏疲劳破坏与连续加载时只要应力高于材

13、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；料的强度极限就立即破坏不同；3、疲劳破坏疲劳破坏有相当的危险性；有相当的危险性；本讲稿第三十页，共三十八页疲劳破坏的特点疲劳破坏的特点5 5、疲劳断口分两部分疲劳断口分两部分：疲劳裂纹扩展：疲劳裂纹扩展区、最后突然断裂区；区、最后突然断裂区；6 6、疲劳断裂是循环应力和拉伸应力同时、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作用，且在微观局部发生塑性变形的情况下发生的；下发生的；7 7、疲劳断裂三个阶段：疲劳断裂三个阶段：裂纹的形成、裂裂纹的形成、裂纹的扩展和最终失稳断裂；纹的扩展和最终失稳断裂；8 8、在一定条件

14、下，当应力最大值低于某、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一特定值时，材料可经无限次循环而不断裂。裂。本讲稿第三十一页，共三十八页1943年美国年美国T-2油轮发生断裂油轮发生断裂本讲稿第三十二页，共三十八页提高零件疲劳强度的方法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、对零件表面进行强化处理（表面喷 丸、表面淬火、冷挤压）等，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、或进行精密加工提高零件表面粗糙 度等。度等。本讲稿第三十三页，共三十八页第第 三三 节节 金属材料的其他性能金属材料的其他性能材料的理化性能材料的理化性能：密

15、度、熔点、热膨胀性、：密度、熔点、热膨胀性、导电性、导热性磁性、抗腐蚀性、耐磨性导电性、导热性磁性、抗腐蚀性、耐磨性材料的工艺性能材料的工艺性能：在制作机件的过程中：在制作机件的过程中 采采用某种加工方法制成成品用某种加工方法制成成品难易程度。难易程度。（铸造铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性能性、锻造性、焊接性、切削加工性能）本讲稿第三十四页，共三十八页第第 四四 节节 金属材料的断裂金属材料的断裂韧性韧性1.金属材料的缺口效应金属材料的缺口效应：突变的台阶和突变的台阶和缺口缺口（螺纹，油孔）。2.断裂韧性断裂韧性：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

16、存在着裂纹及类似裂纹的缺陷）本讲稿第三十五页，共三十八页1简答题简答题(1)根据化学成分、结合键的特点，工程材料是根据化学成分、结合键的特点，工程材料是如何分类的如何分类的?主要差异表现在哪里主要差异表现在哪里?(2)什么是材料的力学性能什么是材料的力学性能,力学性能主要包括哪些力学性能主要包括哪些指标指标?(3)什么是强度什么是强度?什么是塑性？什么是塑性？衡量这两种性能衡量这两种性能的指标有哪些的指标有哪些?各用什么付号表示？各用什么付号表示？(4）什么是硬度，）什么是硬度，HBS、HBW、HRA、HRB、HRC各代表用什么方法测出的硬度？各种硬度各代表用什么方法测出的硬度？各种硬度测试方法的特点有何不同测试方法的特点有何不同?(5)什么是冲击韧度什么是冲击韧度?(6)什么是疲劳现象什么是疲劳现象?什么是疲劳强度什么是疲劳强度?本讲稿第三十六页，共三十八页(7)简述各力学性能指标是在什么载荷作简述各力学性能指标是在什么载荷作用下测试的用下测试的?(8)用标准试样测得的材料的力学性能能用标准试样测得的材料的力学性能能否直接代表材料制成零件的力学性能，为否直接代表材料制成零件的力学性能，为什么什么?本讲稿第三十七页，共三十八页欢迎进入下一章学习内容欢迎进入下一章学习内容本讲稿第三十八页，共三十八页