2022年第一章金属材料的力学性能.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载复习旧课 1、材料的进展历史 2、工程材料的分类 讲授新课 第一章 金属材料的力学性能 材料的性能有使用性能和工艺性能两类使用性能是保证工件的正常工作应具备的性能,主要包括力学性能、 物理性能、化学性能等；工艺性能 是材料在被加工过程中适应各种冷热加工的性能,包括铸造性能、锻 压性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等；力学性能 是指金属在外力作用下所显示的性能能；金属力学性能指标有：强度、刚度、塑性、硬度、韧性和疲惫强度等；刚度、强度与塑性 第一节 一、拉伸试验及力伸长曲线L0 原始标距长度； L1拉断后试样标距长度d0

2、原始直径；d1 拉断后试样断口直径国际上常用的是 L0=5 d 0（短试样）, L0=10 d 0（长试样）名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载 拉伸曲线 ：拉伸试验中记录的拉伸力 试样的长度与原始长度的差拉伸曲线图；F 与伸长量 L（某一拉伸力时 L=Lu-L0）的 F L 曲线称为Oe段：为纯弹性变形阶段,卸去载荷时,试样能复原原状 Es 段：屈服阶段 Sb段：强化阶段,试样产生匀称的塑性变形,并显现了强化 Bk 段：局部塑性变形阶段二、刚度 刚度 : 金属材料抗击弹变的才能 指标：弹性模量 E

3、E= / Gpa 弹性范畴内 . 应力与应变的比值（或线形关系,正比）E刚度肯定 应力作用下弹性变形三、强度指标 = F/S o强度：强度是指材料抗击塑性变形和断裂的才能；强度表示： 强度一般用拉伸曲线上所对应某点的应力来表示；单位采纳 N/mm 2 或 MPa 兆帕） = F/A o 应力（ MPa）； F拉力（ N）； So截面积（ mm 2）；常用的强度判据主要有屈服点、条件屈服强度（也称为规定残余伸长应力）和抗拉强度等；1、屈服点与条件屈服强度 屈服强度 s 产生屈服时的应力（屈服点）,亦表示材料发生明显塑性变形时的最低应力值； 规定残余伸长应力 ：r0.2产生 0.2%残余伸长率时的

4、应力； r0.2= Fr0.2 /A o2、抗拉强度名师归纳总结 抗拉强度 ：b断裂前最大载荷时的应力（强度极限）第 2 页,共 6 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载 0.2 经常难以测出,所以,脆性材料没有屈服强度指标,只有抗拉强度 指标用于零件的设计运算；强度意义： 一般机械零件或工具使用时, 不答应发生塑性变形, 故屈服点 s是机械设计强度运算的主要依据；抗拉强度代表材料抗击拉断的才能,如应力 大于抗拉强度,就会发生断裂而造成事故；三、塑性指标材料产生塑性变形而不破坏的才能称为塑性； 和断面收缩率；一般通过拉伸试验测定；1、

5、断后伸长率常用的塑性指标是断后伸长率断后伸长率是指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比；用符号 表示； =（L1-L 0 / L0 100% 2、断面收缩率 断面收缩率是指试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积 的百分比,用符号 表示： = （A0-A1）/ A0 100% 塑性直接影响到零件的成形及使用；其次节 冲击韧性 定义：指在冲击载荷作用下, 材料抗击冲击力的作用而不被破坏的才能,是 材料强度和塑性的综合表现；衡量指标 ：冲击韧度 ak ak A k/Fk aK 值测定方法： 一次弯曲冲击试验法,物理意义： 试样在冲断时单位横截面积上所消耗的冲击功 A K ,单位为

6、J/cm 2；aK 值越大,表示材料的冲击韧性越好；第三节 疲惫强度 交变载荷： 载荷大小和方向随时间发生周期变化的载荷；疲惫断裂： 零件在交变载荷下经过长时间工作而发生低应力断裂的现象成为 疲惫断裂；疲惫断裂过程： 裂纹萌生、疲惫裂纹扩展、最终断裂；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载疲惫抗力指标： 疲惫极限,又称疲惫强度,用1 表示；材料经过无限次应力循环不发生断裂的最大应力,即疲惫曲线上水平部分对应的应力值；疲惫断裂的缘由： 一般认为是,由于材料表面与内部的缺陷（夹杂、划痕、尖角等）,造成局部应

7、力集中,形成微裂纹；随应力循环次数的增加,微裂纹逐渐扩展,使零件的有效承载面积逐步减小,断裂；以致于最终承担不起所加载荷而突然提高材料疲惫抗力的措施：通过合理选材, 改善材料的结构外形, 防止应力 集中,减小材料和零件的缺陷；提高零件表面光滑度；对表面进行强化,喷丸处 理等,可以提高材料的疲惫抗力；第四节 硬度 硬度是指材料抗击局部变形, 特殊是塑性变形、 压痕或划痕的才能, 他是衡 量材料软硬的指标；一、布氏硬度 布氏硬度测量原理： 采纳直径为 D的球形压头, 以相应的试验力 F 压入材料的表 面,经规定保持时间后卸除试验力,用读数显微镜测量残余压痕平均直径 d,用 球冠形压痕单位表面积上所

8、受的压力表示硬度值；实际测量可通过测出 d 值后查 表获得硬度值 HBS表示用淬火钢球压头测量的布氏硬度值；适用范畴：小于 450 HBW表示用硬质合金压头测量的布氏硬度值；适用范畴：450650 布氏硬度表示方法： 符号 HBS或 HBW之前的数字表示硬度值, 符号后面的数字按 次序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间；布氏硬度特点： 优点：测量数值稳固,精确,能较真实地反映材料的平均硬度；缺点：压痕较大,操作慢,不适用批量生产的成品件和薄形件布氏硬度测量范畴： 用于原材料与半成品硬度测量,可用于测量铸铁； 非铁金属（有色金属）、硬度较低的钢（如退火、正火、调质处理的钢）布氏硬度数值通过布氏

9、硬度试验测定；布氏硬度值是试验力除以压痕球形表面积所得的商；符号 HBS,使用硬质合金球压头时用符号 HBW；使用淬火钢球压头时用名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载当 F、D肯定时,布氏硬度值仅与压痕直径 d 的大小有关；布氏硬度习惯上只写出硬度值而不必注明单位,其标注方法是,符号 HBS或 HBW之前为硬度值,符号后面按次序用数值表示试验条件；布氏硬度值的测量误差小,数据稳固,重复性强；二、洛氏硬度洛氏硬度测量原理： 用金刚石圆锥或淬火钢球压头,在试验压力 F 的作用下,将压头压入材料表面,保持规

10、定时间后,去除主试验力,保持初始试验力,用残余压痕深度增量运算硬度值, 实际测量时, 可通过试验机的表盘直接读出洛氏硬度的数值；氏硬度测量条件： 洛氏硬度可以测量从软到硬较大范畴的硬度值,依据被测对象硬度值大小不同,可用不同的压头和试验力,如下表；常用洛氏硬度的试验条件和应用范畴硬度符 总试验力 硬度范压头类型 应用举例号 F/N（kgf ）围588.460 硬质合金、 碳化物、浅层表面HRA 120 o金刚石圆锥 2088 硬化钢等 1.588mm淬火 980.710 退火、正火钢, 铝合金、铜合HRB 20100 钢球 0 金、铸铁1471150 淬火钢、调质钢、深层表面硬HRC 120

11、o金刚石圆锥 2070 化钢洛氏硬度特点： 优点：测量快速、简便、压痕小、硬度测量范畴大,缺点：数据精确性、 稳固性、 重复性不如布氏硬度测定结果波动较大,稳固性较差,故需测试三点,取其算术平均值,一般不相宜测试组织不匀称的材料；三、维氏硬度维氏硬度是将相对面夹角为136 的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力（ 49.03980.7N）压入被测材料或零件表面,经规定保持时间后卸除试验力,名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载用测量的压痕对角线长度运算硬度的一种压痕硬度试验；试验原理如课件中所示；维氏硬度

12、的表示符号为HV,测量范畴是 51000HV,标注方法与布氏硬度相同；值写在符号的前面, 试验条件写在符号的后面； 对于钢及铸铁的试验力保持时间为 1015s 时,可以不标出；课堂小结力学性能小结力学 性能判据含义性能名称符号试样拉断前所能承担的最大应力抗拉强度b 拉伸试验产生屈服现象时的应力,试样产生明显强度屈服点s塑性变形塑性规定残余延长强度r0.2 规定残余伸长率为0.2%时的应力断面收缩率试样横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比硬度断后伸长率断后标距的残余伸长与原始标距之比的百分率布氏硬度HBSHBW 球形压痕单位面积上承担的平均压力HRA、HRB、用洛氏硬度标尺的满程与压痕深度之差运算的硬洛氏硬度韧性维氏硬度HRC 度值HV 正四棱锥压痕单位面积上承担的平均压力冲击吸取功AK 试样冲断所吸取的能量疲惫疲惫极限试样受很多次循环应力作用仍不破断的最大应力-1课后作业名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页