01-金属的力学性能.ppt

工程材料与成型技术第一章机械工程材料的性能,机电系贾伟建,第一章材料的性能,教学目标１．了解材料的主要力学性能指标屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性等力学性能及其测试原理；２．强调各种力学性能指标的生产实际意义；３．了解工程材料的物理性能、化学性能及工艺性能。,材料的力学性能,定义金属材料的力学性能是指金属材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。指标弹性、刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧性、断裂韧度和疲劳强度等。,材料的其他性能,物理性能密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等；化学性能耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等；工艺性能铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理工艺性等。,一、强度,一、拉伸实验与拉伸曲线1.拉伸试样GB6397-86规定金属拉伸试样有圆形、矩形、异型及全截面．常用标准圆截面试样。长试样L010d0;短试样L05d0,拉伸试样,一）、强度,2.低碳钢的拉伸过程,拉伸试验机,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。断裂总伸长为Of，其中塑形变形Og试样断后测得的伸长，弹性伸长gf。,,,k,o,g,f,3.拉伸曲线,4.应力与应变曲线,1应力σ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S0表示F载荷NσMpaS0原始横截面积mm22应变ε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Δl伸长量mmεl0原始长度mm3应力－应变曲线（σ-ε曲线）形状和拉伸曲线相同，单位不同,*强度指标如图,退火低碳钢,低、中回火钢,淬火钢及铸铁,中碳调质钢,5.不同材料的拉伸曲线,二）、刚度和强度,,,2.刚度将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。弹性模量弹性下应力与应变的比值,表示材料抵抗弹性变形的能力。即Eσ/ε材料的E越大，刚度越大；E对组织不敏感；零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有关。,Eσ/ε,1.弹性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的性能。,弹性变形随载荷撤除而消失的变形。,,,4.强度材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。,种类抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。,1屈服点与屈服强度产生明显塑性变形的最低应力值.,,屈服强度塑性变形量为0.2，微量塑性变形,,试样产生0.2残余塑性变形,屈服点σs、屈服强度σ0.2是零件设计的主要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。,2抗拉强度试样在断裂前所能承受的最大应力。,它表示材料抵抗断裂的能力。是零件设计的重要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。,三）、塑性是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。,1断面收缩率是指试样拉断处横截面积的收缩量ΔS与原始横截面积S0之比。,2伸长率是指试样拉断后的标距伸长量ΔL与原始标距L0之比。,S0-S1ψ-100S0,,l1-l0δ-100l0,δ10属塑性材料,思考讨论同一材料的两种标准试样δ5与δ10关系ΔlΔlu＋ΔｌbδΔl/l0Δlu/l0Δlb/l0,,,,,,,,,,δ,δu,δb,,,,,,δ,,,塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定塑性。防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。,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δ５[（71-50）/50]x10042S03.14x10/2278.5mm2S13.14x4.9/2218.85mm2Ψ[S0-S1/S0]x10024,练习题二,某工厂买回一批材料（要求бs≥230MPa；бb≥410MPa；δ5≥23；ψ≥50）．做短试样（ｌ05ｄ0；ｄ010mm）拉伸试验，结果如下Fs19KN，Fb34.5KN；l163.1mm；d16.3mm;问买回的材料合格吗解根据试验结果计算如下бs＝Fs／s０＝19x1000/3.14x52242＞230MPaбb＝Fb／s０＝34.5x1000/3.14x52439.5＞410MPaδ5＝[Δl／l0]x100＝[63.1-50/50]x10026.2＞23ψ＝[ΔS／S0]x100＝60.31＞50材料的各项指标均合格，因此买回的材料合格。,,五）、硬度,布氏硬度HB洛氏硬度HR维氏硬度HV锉刀法,硬度hardness是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力常用测量硬度的方法,,（有损伤测量）,1布氏硬度HBBrinell-hardness,1布氏硬度HBBrinell-hardness,适用范围,＜450HBS;淬火钢球,＜650HBW;硬质合金钢球,,1布氏硬度HBBrinell-hardness,符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。,2洛氏硬度HRRockwllhardness,10HRC≈HBS,3维氏硬度HVdiamondpenetratorhardness,适用范围,测量薄板类;,HV≈HBS;,,4锉刀法,一组硬度差为5HRC的锉刀。例如10HRC、15HRC、20HRC等。,六）、冲击韧性notchtoughness,材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。,,冲击试验机,冲击试样和冲击试验示意图,试样冲断时所消耗的冲击功Ak为,AkmgH–mghJ,冲击韧性值ak就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。,七）、疲劳强度fatiguestrength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。,,钢材的循环次数一般取N107,有色金属的循环次数一般取N108,钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系σ-10.45～0.55σb,,1943年美国T-2油轮发生断裂,,八）、比强度specificstrength材料的强度值与密度值之比。,材料物理、化学性能,１．物理性能密度、熔点、导热导电性、磁性、热膨胀系数。２．化学性能耐腐蚀性、耐氧化性、化学稳定性。工艺性能铸造、锻压、焊接、切削、热处理性能,作业,１．熟悉拉伸曲线２．掌握强度及塑性指标，了解这些指标在工程上的应用．３．课后习题P15－3、6,