金屬材料與熱處理第二章第二節(jié)

1、金屬材料與熱處理第二章第二節(jié)第1頁，共13頁，2022年，5月20日，22點11分，星期三一、復習回顧1、回想載荷的概念2、形變強化/加工硬化3二、導入我們日常生活中材料需要什么樣的性能？第2頁，共13頁，2022年，5月20日，22點11分，星期三第二節(jié)金屬的力學性能材料的力學性能是指材料在外力作用下所表現出來的特性。力學性能包括強度、塑性、硬度、沖擊韌度及疲勞強度等。一、強度強度是指金屬材料在載荷作用下抵抗變形和破壞的能力。強度指標一般可以通過金屬拉伸試驗來測定。把標準試樣裝夾在試驗機上，然后對試樣緩慢施加拉力，使之不斷變形直到拉斷為止。在此過程中，試驗機能自動繪制出載荷F和試樣變形量AL

2、的關系曲線。此曲線叫做拉伸曲線。1拉伸曲線圖2-1為低碳鋼的拉伸曲線，圖中縱坐標表示載荷單位為N；橫坐標表示絕對伸長量L，單位為mm。第3頁，共13頁，2022年，5月20日，22點11分，星期三從圖2-1中可以看出下面幾個變形階段：（1）Oe彈性變形階段 （2）es屈服階段 （3）sb強化階段 （4）bk縮頸階段第4頁，共13頁，2022年，5月20日，22點11分，星期三2強度指標材料受到外力作用會發(fā)生變形，同時在材料內部產生一個抵抗變形的力稱為內力。單位面積上的內力稱為應力，單位為Pa（帕），即N/m2工程上常用MPa(兆帕)，1MPa=106pa，或1Pa=1N/m2，或1MPa=1N

3、/mm2。（1）屈服點s材料產生屈服時的最小應力。單位為MPa。s= Fs/AO （2-1）式中，Fs是屈服時的最小載荷(N)；A0是試樣原始截面積。對于無明顯屈服現象的金屬材料（如高碳鋼、鑄鐵），測量屈服點很困難，工程上經常采用殘余伸長為0.2原長時的應力0.2作為屈服強度指標，稱為規(guī)定殘余伸長應力。0.2= F0.2/AO （2-2）（2）抗拉強度b材料在拉斷前所承受的最大應力，單位為MPa?？估瓘姸缺硎静牧系挚咕鶆蛩苄宰冃蔚淖畲竽芰Γ彩窃O計機械零件和選材的主要依據。b= Fb/AO （2-3）式中，Fb是試樣斷裂前所承受的最大載荷（N）。第5頁，共13頁，2022年，5月20日，22點

4、11分，星期三二、塑性金屬材料在載荷的作用下，產生塑性變形而不斷裂的能力稱為塑性。通過拉伸試驗測得 的常用塑性指標有：斷后伸長率和斷面收縮率。1斷后伸長率試樣拉斷后的標距伸長量和原始標距之比 =(L1L0)/L0100 （2-4） 式中，L1試樣原始標距長度。L0試樣拉斷后的標距長度。2斷面收縮率試樣拉斷處=100橫截面積的縮減量與原始橫截面積之比= =(A0A1)/AO 100（2-5）式中，Ao是試樣的原始橫截面積；A是試樣斷口處的橫截面積。第6頁，共13頁，2022年，5月20日，22點11分，星期三三、硬度硬度是指材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或劃痕的能力。常用來測定硬度的方法有布氏硬

5、度試驗法和洛氏硬度試驗法。1布氏硬度試驗法如圖2-2所示采用直徑為D的淬火鋼球或硬質合金球，在規(guī)定載荷F的作用下，壓入被測金屬表面，保持一定時間后卸除載荷，測定壓痕直徑，求出壓痕球形的表面積，壓痕單位表面積上所承受的平均壓力（F/A）即為布氏硬度值，壓頭為淬火鋼球時用HBS表示，壓頭為硬質合金球用時HBW表示。例如120HBS，450HBW。第7頁，共13頁，2022年，5月20日，22點11分，星期三2洛氏硬度試驗法采用頂角為120的金剛石圓錐體或直徑為1.588mm的淬火鋼球作為壓頭如圖2-3所示。試驗時先施加初載荷，使壓頭與試樣表面接觸良好，保證測量準確，再施加主載荷，保持到規(guī)定的時間后

6、再卸除主載荷，依據壓痕的深度來確定材料的硬度值。第8頁，共13頁，2022年，5月20日，22點11分，星期三四、沖擊韌度 對于承受沖擊載荷的材料，如汽車發(fā)動機中的活塞，不僅要求具有高的強度和一定的塑性，還必須具備足夠的沖擊韌度。金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌度。沖擊韌度的測定方法，如圖2-4所示。是將被測材料制成標準缺口試樣，在沖擊試驗機上由置于一定高度的重錘自由落下而一次沖斷。沖斷試樣所消耗的能量稱為沖擊功，其數值為重錘沖斷試樣的勢能差。沖擊韌度值aKV就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功，這個值越大，則韌性越好，受沖擊時，越不容易斷裂。第9頁，共13頁，2022年，

7、5月20日，22點11分，星期三五、疲勞強度在汽車上的許多零件中，比如各種軸、齒輪、彈簧、連桿等，要受到大小和方向呈周期性變化的載荷作用。這種交變載荷雖然小于材料的強度極限，甚至小于其彈性極限，但經多次循環(huán)后，在沒有明顯的外觀變形時也會發(fā)生斷裂，這種破壞稱作疲勞破壞或疲勞斷裂。這種破壞都是突然發(fā)生的，具有很大的危險性。疲勞強度-1是表示材料以周期性交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應力，其大小與應力變化的次數有關。對于黑色金屬規(guī)定循環(huán)次數為107次，有色金屬循環(huán)次數為108次。為了提高金屬的疲勞強度，可以通過改善零件的結構形狀，避免應力集中，減小表面粗糙度值，進行表面熱處理和強化處理等方法。第10頁，共13頁，2022年，5月20日，22點11分，星期三小結一、強度二、塑性三、硬度四、沖擊韌度五、疲勞強度第11頁，共13頁，2022年，5月