金属的性能1.1力学性能.ppt

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1、Chapter 1 金属的性能 1.1 力学性能力学性能(mechanical properties)一、承受静载时力学性能一、承受静载时力学性能 1.拉伸实验拉伸实验 拉拉伸伸试试验验机机Chapter 1 金属的性能载荷F变形量L曲线 应力应力(stress)F/A0(MPa),应变应变(strain)=L/L0(%)应力应变曲线（曲线）Chapter 1 金属的性能Chapter 1 金属的性能(1)弹性模量弹性模量E：弹性阶段：E。E为材料的弹性模量(刚性系数)，表征材料的抵抗弹性变形的抗力。实例与问题？Chapter 1 金属的性能(2)强度强度(strength):材料抵抗变形和断

2、裂的能力(MPa)弹性极限(plastic)e屈服强度(yield)s：材料出现一定塑性变形时的应力。S屈服点Chapter 1 金属的性能 0.2名义屈服极限：名义屈服极限：(产生0.2塑性变形时的应力值)拉伸强度(tensile)b b：试样拉伸时承受的最大载荷的应力强度极限强度极限 屈服强度是工程中选材时强度设计和校核的主要依据。问题？Chapter 1 金属的性能 (3)塑性(plasticity)：材料发生永久变形但不断裂 的能力 延伸率(elongation):=(L1L0)/L0 100%(%)断面收缩率(reduction of area):(A0Ak)/A0(%)Chapte

3、r 1 金属的性能注：不同材料具有不同形状的曲线 Chapter 1 金属的性能注：名义曲线与真实曲线 Chapter 1 金属的性能2.硬度硬度(hardness):常表征材料表面的塑变抗力 布氏硬度布氏硬度(Brinell)布布氏氏硬硬度度计计Chapter 1 金属的性能 HBS淬火钢压头，可测450HBS以下 HBW硬质合金压头，450650 HBW 测法：量d值，查表得出HBS(W)Chapter 1 金属的性能主要用于铸铁、有色合金、退火和正火钢一定条件下，材料的HBS与b的存在以下关系：b=k HBS k-与材料有关的常数，低碳钢为0.36；高碳钢为0.34；合金钢为0.325；

4、灰铸铁为0.1Chapter 1 金属的性能洛氏硬度洛氏硬度(Rockwell)：以压痕深度量度材料 硬度 常用的有HRA(用于硬质合金、陶瓷、硬薄件)，HRC(用于淬火钢、调质钢)；其硬度值在硬度计表盘上显示；压痕小；不同标度之间不可换算。Chapter 1 金属的性能h1-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Chapter 1 金属的性能维氏硬度维氏硬度(Vickers)：原理同HB HvP/Av=1.8544P/d2维氏硬度计维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理维氏硬度压痕维氏硬度压痕Chapter 1 金属的性能 Hv具有统一性：不同载荷之间可比较；还可用

5、于压痕法测脆性材料的断裂韧度硬度是表征材料力学性能的综合物理量；是比较量Chapter 1 金属的性能二、承受动载时力学性能二、承受动载时力学性能 冲击韧度冲击韧度(impact toughness)：材料抵抗冲击载荷的能力 表达式：表达式：k=Ak/A0 （J/cm2）Chapter 1 金属的性能 通常，k值大的材料称为韧性材料，反之为脆性材料 材料承受大能量冲击，抗冲击能力主要取决于k、；材料承受小能多冲，抗冲击能力主要取决于强度。冲击韧度受材料组织、表面质量、环境温度等因素影响Chapter 1 金属的性能Chapter 1 金属的性能Chapter 1 金属的性能不作为选材的主要指标

6、；低温服役的工件选材注意脆性转变温度Chapter 1 金属的性能建造中的建造中的Titanic 号号Chapter 1 金属的性能Titanic近代船用钢板近代船用钢板Chapter 1 金属的性能三、承受交变载荷作用时强度指标三、承受交变载荷作用时强度指标 疲劳强度疲劳强度(fatigue)1.材料的疲劳：材料在小于b(s)的交变应力作用下损坏的现象称为疲劳。交变应力随时间而变化的应力Chapter 1 金属的性能2.2.疲劳破坏特征疲劳破坏特征：突然性断裂前没有明显的塑性变形缺口敏感：表面缺陷或缺口成为裂纹源零件的疲劳断口：由疲劳源（或裂纹源）、裂纹疲劳源（或裂纹源）、裂纹扩展区扩展区和

7、断裂区断裂区组成。Chapter 1 金属的性能Chapter 1 金属的性能3.3.疲劳强度疲劳强度：材料经过N次应力循环而不破坏的最大应力N循环次数。对于钢铁材料，数量级为107；对于有色合金，数量级为108Chapter 1 金属的性能4.提高零件疲劳强度的措施提高零件疲劳强度的措施：a.提高零件表面质量；b.避免应力集中；c.提高材料的b(s)Chapter 1 金属的性能1943年美国年美国T-2油轮发生断裂油轮发生断裂北北极极星星导导弹弹Chapter 1 金属的性能四、断裂韧度四、断裂韧度(fracture toughness)材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。KI 应力场强度因子(I

8、表示裂纹在外力下呈张开型)裂纹扩展的基本形式裂纹扩展的基本形式Chapter 1 金属的性能KIC=YC a1/2，临界应力场强度因子Y与裂纹形状、加载方式有关的系数C裂纹失稳扩展应力 a裂纹长度的1/2Chapter 1 金属的性能单边切口梁单边切口梁(SENB)法测定法测定KIC断裂韧性计算公式：其中：a切口裂纹长度(mm)；b试样宽度(mm)；P施加应力(N)；L跨距(mm)；W试样高（mm）；Y无量纲系数，与a/W及加载速度有关Chapter 1 金属的性能 压痕法(IP)测定KIClldKIC断裂韧性(Pam1/2);l 裂纹的平均长度(m)d 压痕对角线长度(m);Hv 维氏硬度(

9、Pa)Chapter 1 金属的性能五、材料的耐磨性五、材料的耐磨性 (wear-resistance)材料抵抗磨损的能力：1/磨损率：材料在单位时间或单位运动距离内磨损质量。相对耐磨性 相 标/试 标、试分别表示标准试样和试验试样的耐磨性。提高耐磨性途径：调整材料硬度与韧性，改善摩擦状况Chapter 1 金属的性能小结：小结：本章重点：本章重点：深刻理解金属材料性能指标的基本概念，注重性能指标与实际应用的关系理解材料的性能是选材的主要依据；材料的性能是选材的主要依据；材料的结构决定材料的性能。材料的结构决定材料的性能。Chapter 1 金属的性能小小负负荷荷维维氏氏硬硬度度计计显微维氏硬度计显微维氏硬度计