模塊1金屬材料的力學性能

1、材料的分類和金屬材料的性能材料的分類和金屬材料的性能金屬的晶體結構與結晶金屬的晶體結構與結晶鐵碳合金鐵碳合金鋼的熱處理鋼的熱處理常用金屬材料常用金屬材料 引言：引言：1 1、金屬材料的性能、金屬材料的性能使用性能：使用性能： 指材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能，主要包括力學性指材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能，主要包括力學性能、物理性能和化學性能。能、物理性能和化學性能。工藝性能：工藝性能： 指金屬材料在加工過程中表現(xiàn)的性能。指金屬材料在加工過程中表現(xiàn)的性能。2 2、金屬材料金屬材料力學性能力學性能 包括包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、沖壓性能、切削鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、沖壓性能、切削加工性

2、能和熱處理工藝性能加工性能和熱處理工藝性能等。等。 指材料在外力作用下表現(xiàn)出來抵抗產(chǎn)生塑性變形或斷裂的指材料在外力作用下表現(xiàn)出來抵抗產(chǎn)生塑性變形或斷裂的能力，主要有能力，主要有強度、塑性、硬度、沖擊韌性強度、塑性、硬度、沖擊韌性和和疲勞強度疲勞強度等。等。一、強度一、強度 強度指金屬材料在外載荷的作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力強度指金屬材料在外載荷的作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力 。 強度可分為屈服強度、抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度等。強度可分為屈服強度、抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度等。 常見的常見的強度指標有抗拉強度和屈服強度。強度指標有抗拉強度和屈服強度。拉伸試驗2、材料的拉伸曲線、材料的

3、拉伸曲線1 1、O-O-F Fe e段：直線、彈性變形段：直線、彈性變形第一章第一章 金屬的力學性能金屬的力學性能常見金屬的彈性模量常見金屬的彈性模量 彈性模量：E=( F/S)/(dL/L) 材料的剛度不等于零件的剛度。零件的剛度不僅取材料的剛度不等于零件的剛度。零件的剛度不僅取決于材料的彈性模量，還與零件的形狀和尺寸有關，可決于材料的彈性模量，還與零件的形狀和尺寸有關，可以通過增加橫截面積或改變截面形狀來提高其剛度以通過增加橫截面積或改變截面形狀來提高其剛度。2、材料的拉伸曲線、材料的拉伸曲線1 1、O-O-F Fe e段：直線、彈性變形段：直線、彈性變形2 2、F Fe e- -F FS

4、 S段：曲線、彈性變形段：曲線、彈性變形+ +塑性變形塑性變形5 5、b b點：出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即試樣局部截面明顯縮小試樣承載能力降低，點：出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即試樣局部截面明顯縮小試樣承載能力降低，拉伸力達到最大值，試樣即將斷裂。拉伸力達到最大值，試樣即將斷裂。3 3、F FS S 段：水平線（略有波動）明顯的段：水平線（略有波動）明顯的塑性變形屈服現(xiàn)象，作用的力基本不變，塑性變形屈服現(xiàn)象，作用的力基本不變，試樣連續(xù)伸長。試樣連續(xù)伸長。4 4、F FS S- -F Fb b曲線：彈性變形曲線：彈性變形+ +均勻塑性變形均勻塑性變形6 6、K K點：試件在縮頸處拉斷點：試件在縮頸處拉斷第一章第一章 金

5、屬的力學性能金屬的力學性能 1、屈服點（屈服強度）、屈服點（屈服強度） 它是拉伸試樣產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時所對應的應力。它是拉伸試樣產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時所對應的應力。第一章第一章 金屬的力學性能金屬的力學性能0SsAFFsA0式中：式中：試樣產(chǎn)生屈服時所能承受的最大荷載，試樣產(chǎn)生屈服時所能承受的最大荷載，N。試樣的原始橫截面積試樣的原始橫截面積對低塑性和脆性材料（鑄鐵、高碳鋼）對低塑性和脆性材料（鑄鐵、高碳鋼） 符號：符號： R Rp0.2p0.2稱為條件屈服強度稱為條件屈服強度R Rp0.2p0.2= F= F0.20.2/S/S0 0 F0.2：塑性變形為試樣長度塑性變形為試樣長度0.2的拉伸力（的拉伸

6、力（N） S0 ：試樣原始橫截面積（：試樣原始橫截面積（mm2）第一章第一章 金屬的力學性能金屬的力學性能 2、抗拉強度、抗拉強度 它是金屬材料在拉斷前所能承受的最大應力。它是金屬材料在拉斷前所能承受的最大應力。第一章第一章 金屬的力學性能金屬的力學性能0bAFbFsA0式中：式中：試樣在拉斷前所能承受的最大荷載，試樣在拉斷前所能承受的最大荷載，N。試樣的原始橫截面積，試樣的原始橫截面積，mm2二、塑性二、塑性 塑性是金屬材料在外載荷作用下塑性是金屬材料在外載荷作用下出現(xiàn)斷裂前出現(xiàn)斷裂前所能承受所能承受最最大塑性變形大塑性變形的能力。評定指標是延伸率和斷面收縮率。的能力。評定指標是延伸率和斷面

7、收縮率。1 1、延伸率、延伸率2 2、斷面收縮率、斷面收縮率指試樣拉斷后標距的伸長量與原標距長度的百分比。指試樣拉斷后標距的伸長量與原標距長度的百分比。指試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。指試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。A=(L=(L1 1- L- L0 0)/L)/L0 0 x 100% x 100%L L0 0 : :原始標距度原始標距度L L1 1: :拉斷后標距長度。拉斷后標距長度。Z=(SZ=(S0 0-S-S1 1)/S)/S0 0 x 100% x 100%S S0 0: :試件原橫截面積。試件原橫截面積。S S1 1: :

8、斷裂后頸縮處的橫截面積。斷裂后頸縮處的橫截面積。 二、塑性指標二、塑性指標1-2 1-2 塑性塑性意義：因為塑性反映出了金屬斷裂前的最大變形量，所以它表示出了壓力加工時金屬允許加工量的限度，是金屬重要的加工性能。同時，在使用條件下，如果金屬具有良好的塑性，在發(fā)生斷裂前能產(chǎn)生適當?shù)乃苄宰冃?，就能避免突然的脆性斷裂，所以它同樣是重要的使用性能? 1、延伸率、延伸率1 1、定義：、定義：硬度指金屬材料抵抗比它更硬的物體壓入其硬度指金屬材料抵抗比它更硬的物體壓入其表面的能力。它是衡量材料軟硬程度的指標。材料的硬表面的能力。它是衡量材料軟硬程度的指標。材料的硬度是通過硬度試驗來測定的。度是通過硬度試驗

9、來測定的。2 2、硬度的測試方法、硬度的測試方法 （1 1）布氏硬度（）布氏硬度（HBHB） （2 2）洛氏硬度（）洛氏硬度（HRHR） （3 3）維氏硬度（）維氏硬度（HVHV） 布氏硬度試驗布氏硬度試驗 原理原理: :用一定直徑的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球球體以相應的試驗力壓入用一定直徑的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球球體以相應的試驗力壓入待測材料表面，保持規(guī)定時間并達到穩(wěn)定狀態(tài)后卸除試驗力，測量材料待測材料表面，保持規(guī)定時間并達到穩(wěn)定狀態(tài)后卸除試驗力，測量材料表面表面壓痕直徑壓痕直徑，以計算硬度的一種壓痕硬度試驗方法。，以計算硬度的一種壓痕硬度試驗方法。HBW=F/S2 2、布氏硬度表示方法、布氏硬度表

10、示方法 HBS：壓頭為淬火鋼球：壓頭為淬火鋼球 HBW：壓頭硬質(zhì)合金球：壓頭硬質(zhì)合金球3 3、優(yōu)缺點、優(yōu)缺點（1 1）壓痕面積大，測試數(shù)據(jù)重復性好壓痕面積大，測試數(shù)據(jù)重復性好（2 2）不適宜測定成品及薄而小的零件不適宜測定成品及薄而小的零件（3 3）不能不能測太硬的零件測太硬的零件洛氏硬度試驗洛氏硬度試驗 原理原理: : 用金剛石圓錐或淬火鋼球，在試驗力的作用下壓入試樣表面，用金剛石圓錐或淬火鋼球，在試驗力的作用下壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定時間后卸除試驗力，用測量的殘余壓痕深度增量來計算硬度的一經(jīng)規(guī)定時間后卸除試驗力，用測量的殘余壓痕深度增量來計算硬度的一種壓痕硬度試驗。種壓痕硬度試驗。HR=（K-

11、h）/0.002 2 2、優(yōu)缺點、優(yōu)缺點（1 1）試驗簡單、方便、迅速，能直接讀出硬度值試驗簡單、方便、迅速，能直接讀出硬度值（2 2）壓痕小，可測成品、薄件壓痕小，可測成品、薄件（3 3）測試的硬度值范圍大，可測從極軟到極硬的金屬材料測試的硬度值范圍大，可測從極軟到極硬的金屬材料（4 4）不能測組織不均勻材料，如鑄鐵。不能測組織不均勻材料，如鑄鐵。維氏硬度試驗維氏硬度試驗 原理原理: :用用夾角為夾角為136136的金剛石四棱錐體壓頭，使用很小試驗力的金剛石四棱錐體壓頭，使用很小試驗力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）壓入試樣表面，測出壓痕對角線長度）壓入試樣表面

12、，測出壓痕對角線長度d d。2 2、優(yōu)缺點、優(yōu)缺點（1 1）試驗時所加載荷小，壓入深度淺，可測成品與薄件試驗時所加載荷小，壓入深度淺，可測成品與薄件（2 2）測試范圍廣測試范圍廣（3 3）試硬度值的測定較麻煩，工作效率低試硬度值的測定較麻煩，工作效率低沖擊載荷：指加載速度很快而作用時間很短的突發(fā)性載荷。沖擊載荷：指加載速度很快而作用時間很短的突發(fā)性載荷。沖擊韌性：金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。沖擊韌性：金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。 常用一次擺錘沖擊彎曲實驗來測定金屬材料的韌性。常用一次擺錘沖擊彎曲實驗來測定金屬材料的韌性。 一、概念一、概念二、二、沖擊試驗沖擊試驗ak=G

13、(H-h)/S一、疲勞現(xiàn)象一、疲勞現(xiàn)象 機械零件如曲軸、連桿、齒輪、彈簧等，經(jīng)常會受交變載荷載荷作用。在交變載荷下，零件所承受的最大應力值雖遠小于其屈服強度，但經(jīng)過多次循環(huán)后，零件在無明顯外觀變形的情況下就會發(fā)生突然斷裂，這種斷裂稱為疲勞斷裂。 疲勞斷裂是突然發(fā)生的，因此具有很大的危險性，經(jīng)常造成嚴重事故。疲勞強度：指材料經(jīng)受一定的循環(huán)次數(shù)而不斷裂時，其最大疲勞強度：指材料經(jīng)受一定的循環(huán)次數(shù)而不斷裂時，其最大應力就作為材料的疲勞強度應力就作為材料的疲勞強度 1-5 1-5 疲勞強度疲勞強度通常規(guī)定鋼鐵材料的循環(huán)基數(shù)取通常規(guī)定鋼鐵材料的循環(huán)基數(shù)取10107 7，有色金屬取，有色金屬取10108 8。2 2）物理性能和化學性能）物理性能和化學性能（1 1）物理性物理性能能（