金屬的力學(xué)性能

關(guān)于金屬的力學(xué)性能1.本章重點(diǎn):金屬材料的各種性能指標(biāo)及其測定方法,以及它們在實(shí)際工作中如何應(yīng)用。2.難點(diǎn):各種強(qiáng)度指標(biāo)的物理意義及它們之間的區(qū)別。3.學(xué)習(xí)目的與要求:能充分理解各種性能指標(biāo)的含義及實(shí)際應(yīng)用。第2頁,共30頁，星期六，2024年，5月力學(xué)性能？影響力學(xué)性能的因素？力學(xué)性能指標(biāo)？如何測定？第3頁,共30頁，星期六，2024年，5月第一節(jié)金屬室溫強(qiáng)度和塑性力學(xué)性能:材料在外力作用下所表現(xiàn)的一些性能，稱為材料的力學(xué)性能（機(jī)械性能）。是設(shè)計(jì)選材的重要依據(jù)------金屬的強(qiáng)度和塑性可通過拉伸試驗(yàn)來測定。第4頁,共30頁，星期六，2024年，5月一、拉伸試驗(yàn)拉伸試樣（GB228-1987）長試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d0第5頁,共30頁，星期六，2024年，5月2.力——伸長曲線彈性變形階段屈服階段頸縮現(xiàn)象拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線。強(qiáng)化階段

第6頁,共30頁，星期六，2024年，5月ΔLF03.脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比）脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。

第7頁,共30頁，星期六，2024年，5月中碳鋼變形量△l,應(yīng)變?外力F，應(yīng)力σ高碳鋼低碳鋼第8頁,共30頁，星期六，2024年，5月二、強(qiáng)度金屬材料在靜載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。通常用符號：σ表示。根據(jù)載荷的作用方式不同有不同的強(qiáng)度指標(biāo)。通過拉伸曲線可以確定的有下列指標(biāo)：（一）規(guī)定非比例伸長應(yīng)力（二）規(guī)定總伸長應(yīng)力（三）規(guī)定殘余伸長應(yīng)力（四）屈服點(diǎn)（五）抗拉強(qiáng)度第9頁,共30頁，星期六，2024年，5月（一）規(guī)定非比例伸長應(yīng)力規(guī)定比例極限和規(guī)定非比例伸長應(yīng)力。簡單介紹指金屬材料在受拉力過程中，標(biāo)距部分非比例伸長率達(dá)到某一規(guī)定數(shù)值時(shí)的應(yīng)力；當(dāng)規(guī)定數(shù)值為0.01%時(shí),其代號寫成σp0.01。

σp=Fp/S0規(guī)定非比例伸長應(yīng)力屬規(guī)定微量塑性伸長應(yīng)力。所謂非比例伸長是指外力與伸長不呈比例關(guān)系的伸長。單位MPA第10頁,共30頁，星期六，2024年，5月（二）規(guī)定總伸長應(yīng)力是試樣標(biāo)距部分的總伸長（彈性+塑性）達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力，表示此應(yīng)力的符號應(yīng)加腳注說明。σt=Ft/S0第11頁,共30頁，星期六，2024年，5月（三）規(guī)定殘余伸長應(yīng)力

σr=Fr/S0

規(guī)定殘余伸長是指外力卸除后，彈性變形回復(fù)，試樣標(biāo)距部分的殘余伸長。σr0.2表示規(guī)定殘余伸長率為0.2%時(shí)的應(yīng)力。屬規(guī)定微量塑性伸長應(yīng)力。外力Fe是使試棒只產(chǎn)生彈性變形的最大載荷。材料在外力作用下產(chǎn)生彈性變形時(shí)所能承受的的最大應(yīng)力叫彈性極限，用σe表示，單位Mpa，即σe=Fe/S0現(xiàn)在與規(guī)定非比例伸長率相近。第12頁,共30頁，星期六，2024年，5月（四）屈服點(diǎn)當(dāng)載荷增加到超過Fe后，試棒發(fā)生塑性變形，外力達(dá)到Fs時(shí)，拉伸曲線出現(xiàn)一個(gè)小平臺（低碳鋼）。此時(shí)好象材料已失去抵抗外力的能力而屈服了。我們把試棒產(chǎn)生屈服時(shí)的應(yīng)力稱為材料的屈服點(diǎn)，也稱屈服強(qiáng)度或屈服極限σs，即σs=Fs/S0有上下屈服點(diǎn)之分。注：塑性材料在靜載荷作用下常根據(jù)屈服點(diǎn)來確定許用應(yīng)力。第13頁,共30頁，星期六，2024年，5月（五）抗拉強(qiáng)度(強(qiáng)度極限)用σb表示抗拉強(qiáng)度:反映材料最大均勻變形的抗力,是材料在拉伸條件下所能承受的最大載荷的應(yīng)力值。當(dāng)載荷達(dá)到Fb后試棒的某一部分就會形成“縮頸”，此時(shí)不增加載荷試棒也會變形直至斷裂。所以也表征材料抵抗斷裂的能力。

σb=Fb/S0單位：Mpaσb的特點(diǎn)：測量簡便,數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確(特別是脆性材料),有時(shí)也可以作為設(shè)計(jì)零件時(shí)的強(qiáng)度指標(biāo)采用,但安全系數(shù)要大一些。第14頁,共30頁，星期六，2024年，5月注意屈強(qiáng)比的概念，σs/σb，比值越大，材料的性能潛力越能發(fā)揮出來。過低與過高都不好。合適的比值在0.65~0.75之間。疲勞強(qiáng)度：把試樣承受無限次應(yīng)力循環(huán)或達(dá)到規(guī)定的循環(huán)次數(shù)才斷裂的最大應(yīng)力，作為材料的疲勞強(qiáng)度。第15頁,共30頁，星期六，2024年，5月三、塑性

塑性是指金屬材料在外力作用下斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力，通常評定材料塑性的指標(biāo)是：伸長率和斷面收縮率。第16頁,共30頁，星期六，2024年，5月伸長率（δ

）lk-l0l0×100%δ=lk——試樣拉斷后的標(biāo)距,mm;l0——試樣的原始標(biāo)距,mm。第17頁,共30頁，星期六，2024年，5月（一）伸長率δ也叫延伸率，是試樣在一定應(yīng)力下的標(biāo)距增長量與原標(biāo)距長度之比?？捎孟率奖硎?/p>

δ=(Lk-L0)/L0*100%根據(jù)拉伸試棒的標(biāo)距的不同，伸長率有δ5和δ10兩種符號，同一材料的這兩種伸長率是不同的。要比較不同材料的伸長率也應(yīng)該用相同符號的伸長率。若不注明，則是長試樣伸長率。第18頁,共30頁，星期六，2024年，5月（二）斷面收縮率斷面收縮率就是試樣拉斷后，縮頸處橫截面面積的最大縮減量與原始橫截面面積的百分比，即：ψ=（S0-SK）/S0*100%國家標(biāo)準(zhǔn)的變化，新舊標(biāo)準(zhǔn)的對照?。?！第19頁,共30頁，星期六，2024年，5月第二節(jié)硬度硬度是材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度是材料的一個(gè)重要指標(biāo)，它能夠給出材料軟硬程度的數(shù)量概念，是衡量金屬軟硬程度的判據(jù)。特點(diǎn)：硬度試驗(yàn)方法簡便、迅速，一般不破壞試件，設(shè)備也比較簡單，測試數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確。工業(yè)生產(chǎn)中常用的硬度試驗(yàn)方法有兩類：靜態(tài)力硬度試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)力試驗(yàn)方法。第20頁,共30頁，星期六，2024年，5月一、布氏硬度

布氏硬度試驗(yàn)是指用一定直徑的球體（硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入式樣表面，經(jīng)保持規(guī)定的時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用測量的表面壓痕直徑計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)。第21頁,共30頁，星期六，2024年，5月布氏硬度試驗(yàn)原理圖硬度值的表示：符號前的數(shù)值是硬度值，符號HB后的數(shù)值依次表示球體直徑、負(fù)荷大小及負(fù)荷保持時(shí)間（10~15s時(shí)不標(biāo)注）。1、試驗(yàn)原理布氏硬度=

FA凹=2FπD[D-（D2-d2）?]第22頁,共30頁，星期六，2024年，5月

測量比較軟的材料。測量范圍HBS<450、HBW<650的金屬材料。3.優(yōu)缺點(diǎn)2.應(yīng)用

壓痕大，測量準(zhǔn)確，但不能測量成品件。第23頁,共30頁，星期六，2024年，5月1.

原理二、洛氏硬度返回上一頁下一頁回主頁加初載荷加主載荷卸除主載荷讀硬度值第24頁,共30頁，星期六，2024年，5月2.應(yīng)用范圍20~671500N120°金剛石圓錐體HRC25~1001000N1.588mm鋼球HRB70~85600N120°金剛石圓錐體HRA常用洛氏硬度標(biāo)度的試驗(yàn)范圍第25頁,共30頁，星期六，2024年，5月優(yōu)點(diǎn)：操作簡便、迅速，效率高，可直接測量成品件及高硬度的材料。3.優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：壓痕小，測量不準(zhǔn)確，需多次測量。第26頁,共30頁，星期六，2024年，5月三、維氏硬度原理，符號表示：640HV30640HV30/20的不同優(yōu)缺點(diǎn)：載荷小，壓入深度淺，主要用于測量金屬零件的表面硬度，試驗(yàn)載荷選擇不影響其硬度值的大小，測定硬度范圍大，但測定較麻煩，工作效率不高。第27頁,共30頁，星期六，2024年，5月其它硬度（自學(xué)）第三節(jié)沖擊韌度（一）沖擊韌度在沖擊載荷工作下材料的性能指標(biāo)，一般用擺錘式一次沖擊試驗(yàn)P16沖擊韌度對材料的組織缺陷十分敏感（二）斷裂韌度第28頁,共30頁，星期六，2024年，5月本章小結(jié)：通過本章的學(xué)習(xí)，大家