金属工艺学-金属的力学性能.ppt

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1、第一篇 机械工程材料基础,材料的性能,材料分类,第一章 金属材料的力学性能,本节重点：金属材料的力学性能,主要内容：金属材料的力学性能,包括材料的强 度、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳 强度等。,本节难点：各性能指标的物理意义和测定方法,第一节 拉伸试验及强度和塑性,一、拉伸试验及拉伸曲线,拉伸试验机,2、应力与应变曲线,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S 0表示:F 载荷(N)=(M pa)S 0 原始横截面积(mm2)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)=l 0原始长度(mm)应力应变曲线（-曲线）:形状和

2、拉伸曲线相同，单位不同,op段：比例弹性变形 阶段；pe段：非比例弹性变形阶段；平台或锯齿（s段）：屈服阶段；sb段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。b点：形成了“缩颈”。bk段：非均匀变形阶段，承载下降，到k点断裂。,二、常用强度判据,强度:材料在外力作用，抵抗塑性变形 和断裂的能力。,工程上常用的金属材料的强度指标：规定非比例伸长应力（p）屈服点（s）或规定残余伸长应力（r）抗拉强度(b),1、规定非比例伸长应力,规定非比例伸长率为0.01%时的应力,规定非比例伸长率为0.05%时的应力,2、屈服点和规定残余伸长应力,规定残余伸长率为0.2%时的应力,原标准（GB228-76）：屈服强度,3

3、、抗拉强度（曾称强度极限）,是设计和选材的主要依据之一，是工程技术上的主要强度指标。,三、塑性判据,塑性:材料在外力作用，抵抗塑性变形 和断裂的能力。,常用的塑性判据：拉伸时的断后伸长率和断面收缩率,1、断后伸长率,由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率数值不同，因此应注明试样尺寸比例。,2、断面收缩率,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：=（71-50）/50 x100%=42%S0=3.14x(10/2)2=78.5(mm

4、2)S1=3.14x(4.9/2)2=18.85(mm2)=(S0-S1)/S0 x100%=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：sFss(19x1000)/(3.14x52)=242 230MPa b Fb s(34.5x1000)/(3.14x52)=439.5 410MP5 l l 0 x100%(63.1-50)/50 x100%=26.2%23%S S

5、0 x100%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,硬度：,硬度试验方法,指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力（金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力）,一、布氏硬度,1、测定原理,试验时，根据被测的材料不同，球直径、试验力及试验力保持时间按表-1选择,表1-1 布氏硬度试验规范,2、符号,HBS：淬火钢球作压头HBW：硬质合金作压头,3、表示方法,XXX HBS(W)XX/XXX/XX,500HBW5/750,例：,表示用直径5mm硬质合金球在7355N试验力作用下保持1015s测得的布氏硬度值为500,120HBS10/1000/3

6、0,表示用直径10mm钢球压头在9807N试验力作用下保持30s测得的布氏硬度值为120,布氏硬度试验法一般用于试验各种硬度不高的钢材、铸铁、有色金属等，也用于试验经淬火、回火但硬度不高的钢件。,4、适用范围,二、洛氏硬度,测定原理,试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验力及按表-2选择，对应的洛氏硬度标尺为HRA、HRB、HRC三种,表1-2 常用的三种洛氏硬度的试验条件及应用范围,2、符号,3、表示方法,硬度值+HR,52HRC70HRA,例：,洛氏硬度HRC可以用于硬度很高的材料，在钢件热处理质量检查中应用最多。,4、适用范围,第三节 冲击吸收功,在设计和制造受冲击载荷的零件和工具

7、（如锻锤、冲床、铆钉枪等）时，必须考虑所用材料的冲击吸收功或冲击韧度。,一、摆锤式一次冲击试验原理,摆锤试验机,试验在专门的摆锤式冲击试验机上进行，把试样放在试验机的支承面上，试样的缺口背向摆锤冲击方向。将质量为m的摆锤安放到规定的高度H，然后下落，将试样打断，并摆过支点升到某一高度h，试样在冲击试验力一次作用下，折断时所吸收的功为冲击吸收功为Ak。,1、试样冲断时所消耗的冲击功A k为:,A k=m g H m g h(J),2、冲击韧度a k,二、冲击吸收功和冲击韧度,就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。,冲击吸收功 Ak 作为材料韧性判据，与温度、试样形状、尺寸、表面粗糙度、内部组

8、织和缺陷有关。,第四节 疲劳极限,交变应力：是指大小和方向构随时间周期变化的应力。,材料的疲劳：,材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累计损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。,在多次交变应力作用，金属会在远小于抗拉强度b，甚至小于屈服点s。的应力下失效（出现裂纹或完全断裂）,疲劳破坏的原因：,应力集中微裂纹扩展断裂破坏。,疲劳曲线：实验证明，一般钢铁材料所受交变应力最大值max与其失效前的应力循环次数（疲劳寿命）N的曲线关系。,第五节 断 裂 韧 度,断裂过程：,材料中有微裂纹受外力出现应力场外加拉力增大应力强度因子KI增大到临界值（断裂韧度KIc）断裂,抵抗脆性断裂能力的性能指标,作业,熟悉拉伸曲线掌握强度及塑性指标，了解这些指标在工程上的应用课后习题P12、6、7,