第1部分-金屬材料的力學(xué)性能

1、金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能 主講教師：趙仕梅主講教師：趙仕梅 Email： Tel:ROAD ENERGY 概述概述 u 使用性能：使用性能：材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)的材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)的 性能。包括性能。包括力學(xué)性能力學(xué)性能、物理性能物理性能和和化學(xué)化學(xué) 性能性能。 u 工藝性能：工藝性能：材料在加工過(guò)程中所表現(xiàn)的材料在加工過(guò)程中所表現(xiàn)的 性能。包括性能。包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理鑄造、鍛壓、焊接、熱處理 和和切削性能切削性能等。等。 u 材料的力學(xué)性能：材料的力學(xué)性能：指材料在外力作用下指材料在外力作用下 表現(xiàn)出來(lái)的性能，主要有表現(xiàn)出來(lái)的性能，主要有

2、強(qiáng)度、塑性、強(qiáng)度、塑性、 硬度、沖擊韌度硬度、沖擊韌度和和疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度等。等。 神舟一號(hào)飛船 ROAD ENERGY 概述 一一. .常用術(shù)語(yǔ)常用術(shù)語(yǔ) 1. 1.應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力與應(yīng)變 作用在機(jī)件上的外力載荷（靜載 荷、動(dòng)載荷） F F FF F = F S F S F （MPa） 外力 內(nèi)力應(yīng)力 應(yīng)力：應(yīng)力：物體內(nèi)部任一截面單位面積上的相互作用力。同截面垂直的稱為物體內(nèi)部任一截面單位面積上的相互作用力。同截面垂直的稱為“正正 應(yīng)力應(yīng)力”或或“法向應(yīng)力法向應(yīng)力”，同截面相切的稱為，同截面相切的稱為“剪應(yīng)力剪應(yīng)力”或或“切應(yīng)力切應(yīng)力”。 ROAD ENERGY u 材料在外力的作用下將發(fā)生形狀

3、和尺寸變化，稱為材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形變形。 u 外力去除后能夠恢復(fù)的變形稱為外力去除后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形彈性變形。 u 外力去除后不能恢復(fù)的變形稱為外力去除后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形塑性變形。 五萬(wàn)噸水壓機(jī) 概述概述 ROAD ENERGY 概述 0 l 0 d k l F F 拉伸拉伸前前 應(yīng)變：應(yīng)變：物體形狀尺寸所發(fā)生的相對(duì)物體形狀尺寸所發(fā)生的相對(duì) 改變。改變。 物體內(nèi)部某處的線段在變形后長(zhǎng)度物體內(nèi)部某處的線段在變形后長(zhǎng)度 的改變值同線段原長(zhǎng)之比值稱為的改變值同線段原長(zhǎng)之比值稱為 “線應(yīng)變線應(yīng)變” 0 d k d 拉伸拉伸后后 0 l l ROAD E

4、NERGY 概述概述 u如何評(píng)定材料的力學(xué)性能？如何評(píng)定材料的力學(xué)性能？ ROAD ENERGY 一、彈性和塑性 一、拉伸試驗(yàn)過(guò)程分析、拉伸試驗(yàn)過(guò)程分析 拉伸試驗(yàn)是指用靜（緩慢）拉伸力對(duì)試樣進(jìn)行軸向拉伸，通過(guò)測(cè)量拉伸 力和伸長(zhǎng)量來(lái)測(cè)定試樣強(qiáng)度、塑性等力學(xué)性能的試驗(yàn)。拉伸試樣通常采 用圓柱形拉伸試樣（GB22887）。 lL0試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度（mm） ld0試樣的原始直徑（mm） 長(zhǎng)試樣L0=10d0 短試樣 L0=5d0 ROAD ENERGY 一、彈性和塑性 靜拉伸試驗(yàn)機(jī)原理靜拉伸試驗(yàn)機(jī)原理 ROAD ENERGY 一、彈性和塑性一、彈性和塑性 縱坐標(biāo)表示力縱坐標(biāo)表示力F，單位，單位N；橫坐

5、標(biāo)表示伸長(zhǎng)量；橫坐標(biāo)表示伸長(zhǎng)量 L，單位為，單位為mm 力力- -伸長(zhǎng)曲線：如右伸長(zhǎng)曲線：如右圖，以低碳鋼為例圖，以低碳鋼為例 （1）OP：彈性變形階段：彈性變形階段(P為彈性極限點(diǎn)為彈性極限點(diǎn)) 試樣變形完全是彈性的，這種隨載荷的存在而產(chǎn)生，試樣變形完全是彈性的，這種隨載荷的存在而產(chǎn)生， 隨載荷的去除而消失的變形稱為彈性變形。隨載荷的去除而消失的變形稱為彈性變形。Fp為試樣為試樣 能恢復(fù)到原始形狀和尺寸的最大拉伸力。能恢復(fù)到原始形狀和尺寸的最大拉伸力。 （2）PS：屈服階段：屈服階段（S為屈服點(diǎn)為屈服點(diǎn)） 不能隨載荷的去除而消失的變形稱為。在載荷不增加不能隨載荷的去除而消失的變形稱為。在載荷

6、不增加 或略有減小的情況下，試樣還繼續(xù)伸長(zhǎng)的現(xiàn)象叫做屈或略有減小的情況下，試樣還繼續(xù)伸長(zhǎng)的現(xiàn)象叫做屈 服。屈服后，材料開(kāi)始出現(xiàn)明顯的塑性變形。服。屈服后，材料開(kāi)始出現(xiàn)明顯的塑性變形。Fs稱為稱為 屈服載荷屈服載荷 （3）SM：強(qiáng)化階段（：強(qiáng)化階段（M為極限載荷點(diǎn)為極限載荷點(diǎn)） 隨塑性變形增大，試樣變形抗力也逐漸增加，這種現(xiàn)隨塑性變形增大，試樣變形抗力也逐漸增加，這種現(xiàn) 象稱為形變強(qiáng)化（或稱加工硬化）。象稱為形變強(qiáng)化（或稱加工硬化）。Fm：試樣拉伸的：試樣拉伸的 最大載荷。最大載荷。 （4）MK：縮頸階段（局部塑性變形）（：縮頸階段（局部塑性變形）（K為斷裂點(diǎn)為斷裂點(diǎn)） 當(dāng)載荷達(dá)到最大值當(dāng)載荷達(dá)

7、到最大值Fm后，試樣的直徑發(fā)生局部收縮，后，試樣的直徑發(fā)生局部收縮， 稱為稱為“縮頸縮頸”。工程上使用的金屬材料，多數(shù)沒(méi)有明。工程上使用的金屬材料，多數(shù)沒(méi)有明 顯的屈服現(xiàn)象，有些脆性材料，不但沒(méi)有屈服現(xiàn)象，顯的屈服現(xiàn)象，有些脆性材料，不但沒(méi)有屈服現(xiàn)象， 而且也不產(chǎn)生而且也不產(chǎn)生“縮頸縮頸”。如鑄鐵等。如鑄鐵等。 k m F p s l s F Fp mF o s ROAD ENERGY 一、彈性和塑性一、彈性和塑性 二、強(qiáng)度指標(biāo)：二、強(qiáng)度指標(biāo)： 強(qiáng)度是金屬?gòu)?qiáng)度是金屬材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。 1.1.屈服強(qiáng)度和規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力屈服強(qiáng)度和規(guī)定殘余

8、伸長(zhǎng)應(yīng)力 （1 1）屈服強(qiáng)度是指材料開(kāi)始產(chǎn)生明顯塑性變形（屈服）時(shí)的應(yīng)力，屈服強(qiáng)度是）屈服強(qiáng)度是指材料開(kāi)始產(chǎn)生明顯塑性變形（屈服）時(shí)的應(yīng)力，屈服強(qiáng)度是 機(jī)械零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。計(jì)算公式：機(jī)械零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。計(jì)算公式： 式中式中 ：屈服強(qiáng)度，：屈服強(qiáng)度，MPaMPa; ; : :拉伸試樣產(chǎn)生屈服時(shí)的恒定拉力或首次下降的最小拉力，拉伸試樣產(chǎn)生屈服時(shí)的恒定拉力或首次下降的最小拉力，N N； : :拉伸試樣原始橫截面積拉伸試樣原始橫截面積, , 。 （2 2）規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度是指拉伸試樣在卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的）規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度是指拉伸試樣在卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的 殘余伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距比

9、值達(dá)到規(guī)定的百分比是的應(yīng)力，用殘余伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距比值達(dá)到規(guī)定的百分比是的應(yīng)力，用 表示，如表示，如 表示規(guī)定殘余伸長(zhǎng)率為表示規(guī)定殘余伸長(zhǎng)率為0.2%0.2%時(shí)的應(yīng)力。時(shí)的應(yīng)力。 0 e S F R sL L L R e sL F 0 S r R 2 . 0r R 2 mm ROAD ENERGY 一、彈性和塑性 2.抗拉強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度是指拉伸試樣拉斷前所承受的最大量稱拉應(yīng)力，用 符號(hào) 表示。 可用下式計(jì)算： 式中 ：抗拉強(qiáng)度，MPa； ：拉伸試樣承受的最大載荷，N； ：拉伸試樣原始橫截面積， 。 是表征金屬材料有均勻塑性變形向局部集中塑性變形過(guò)渡的臨界 值，也是表征金屬材料在靜拉伸條件下的最大

10、承載能力。 m R m R 0 S F R m m m R m F 0 S 2 mm m R ROAD ENERGY 三、塑性三、塑性 塑性是金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。金屬塑性是金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。金屬 材料的塑性可以用拉伸試樣斷裂時(shí)的最大相對(duì)變形量來(lái)表示。主材料的塑性可以用拉伸試樣斷裂時(shí)的最大相對(duì)變形量來(lái)表示。主 要指標(biāo)為斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。要指標(biāo)為斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。 1.1.斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率 拉伸試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比稱為斷后伸拉伸試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比稱為斷后伸 長(zhǎng)率，用符號(hào)長(zhǎng)率，用符號(hào) 表示?？捎孟率接?jì)

11、算：表示。可用下式計(jì)算： = = 式中式中 ：斷后伸長(zhǎng)率，：斷后伸長(zhǎng)率，% %； ：拉斷拉伸試樣對(duì)接后測(cè)出的標(biāo)距長(zhǎng)度：拉斷拉伸試樣對(duì)接后測(cè)出的標(biāo)距長(zhǎng)度,mm,mm； ：拉伸試樣原始標(biāo)距，：拉伸試樣原始標(biāo)距，mmmm。 其中短拉伸試樣的斷后伸長(zhǎng)率用符號(hào)其中短拉伸試樣的斷后伸長(zhǎng)率用符號(hào) ，長(zhǎng)拉伸試樣測(cè)定的斷后，長(zhǎng)拉伸試樣測(cè)定的斷后 試樣的斷后生產(chǎn)率用符號(hào)試樣的斷后生產(chǎn)率用符號(hào) 。 拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象 一、彈性和塑性一、彈性和塑性 3 .11 A %100 )( 0 0 L LLU U L 0 L 3 .11 AA或 3 .11 AA或 3 .11 AA或 A ROAD ENERGY 一、彈性和塑性

12、 2.斷面收縮率 斷面收縮率是指拉伸試樣拉斷后頸縮處橫截面積的最大縮減量與原 始橫截面積的百分比，用符號(hào) 表示，可用下式計(jì)算： 式中 ：斷面收縮率，%； ：拉伸試樣原始橫截面積， ； ：拉伸試樣斷口處橫截面積， 。 10%，塑性材料。 %100 )( 0 0 S SS Z U Z U S2 mm 0 S 2 mm Z Z Z Z ROAD ENERGY u說(shuō)明：說(shuō)明： 1.1.金屬材料的伸長(zhǎng)率（金屬材料的伸長(zhǎng)率（ ）和斷面收縮率（）和斷面收縮率（ ）數(shù)值越大）數(shù)值越大 ，表示材料的塑性越好，表示材料的塑性越好。 2.2.用斷面收縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接近真實(shí)變形。用斷面收縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更

13、接近真實(shí)變形。 例例1.1.有一直徑有一直徑 =10mm=10mm， =100mm=100mm的低碳鋼試樣，拉伸驗(yàn)時(shí)測(cè)的低碳鋼試樣，拉伸驗(yàn)時(shí)測(cè) 得得 =21KN=21KN， =29KN=29KN， =5.65mm=5.65mm， =138mm=138mm，求：，求： 、 、 、 。 一、彈性和塑性一、彈性和塑性 3 .11 AA或 Z 0 d 0 L sL F m F U d U L L R e m RAZ ROAD ENERGY 二、硬度二、硬度 n 硬度硬度: :材料抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力材料抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力 , ,是材料性能的一個(gè)綜合物是材料性能的一個(gè)綜合物 理量。表示

14、材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破斷理量。表示材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破斷 的能力。硬度測(cè)定方法有的能力。硬度測(cè)定方法有壓入法、劃痕法、回彈高度法壓入法、劃痕法、回彈高度法等，其中壓入法等，其中壓入法 應(yīng)用最廣。在壓入法中根據(jù)應(yīng)用最廣。在壓入法中根據(jù)載荷、壓頭和表示方法載荷、壓頭和表示方法的不同，常將硬度分的不同，常將硬度分 為為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度三種。三種。 1.1.布氏硬度布氏硬度HB(BrinellHB(Brinell-hardness)-hardness) 用直徑D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球,在一定壓力P下,將鋼

15、球垂直地壓入金屬表面, 并保持壓力到規(guī)定的時(shí)間后卸荷,測(cè)壓痕直徑d。 （1）布氏硬度的布氏硬度的測(cè)試原理測(cè)試原理：用一定直徑的球體（鋼球或硬質(zhì)合金），以規(guī)定的試 驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，然后用測(cè)量表面壓痕直徑 來(lái)計(jì)算硬度。 ROAD ENERGY 布氏硬度計(jì) 二、硬度二、硬度 )( 2 102. 0 22 dDDD P HB n 布氏硬度布氏硬度HB(BrinellHB(Brinellhardness)hardness) ROAD ENERGY 二、硬度 壓頭為鋼球時(shí)壓頭為鋼球時(shí)，布氏硬度用符號(hào)，布氏硬度用符號(hào)HBSHBS表示，適用于布氏硬度值在表示，適用于布氏硬度值在4

16、50450以下的材料。以下的材料。 壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，用符號(hào)，用符號(hào)HBWHBW表示，適用于布氏硬度在表示，適用于布氏硬度在650650以下的材料以下的材料 當(dāng)當(dāng)F F、D D一定時(shí)，布氏硬度與一定時(shí)，布氏硬度與d d有關(guān)，有關(guān)，d d越小，布氏硬度值越大，硬度越高。越小，布氏硬度值越大，硬度越高。 （2 2）布氏硬度的表示方法：符號(hào)）布氏硬度的表示方法：符號(hào)HBSHBS之前的數(shù)字為硬度值符號(hào)后面按以下順序用數(shù)字之前的數(shù)字為硬度值符號(hào)后面按以下順序用數(shù)字 表示條件：表示條件：1 1）球體直徑；）球體直徑；2 2）試驗(yàn)力；）試驗(yàn)力；3 3）試驗(yàn)力保持的時(shí)間（）試驗(yàn)力保持的時(shí)間

17、（10101515不標(biāo)注）。不標(biāo)注）。 例例1. 1. 170HBS10/100/30、530HBW5/750 解：（1）表示用直徑10mm的鋼球，在9807N的試驗(yàn)力作用下，保持30S時(shí)測(cè)得的布氏 硬度值為170。 （2）表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球，在7355N的試驗(yàn)力 作用下，保持1015s時(shí)測(cè)得的布氏硬度值為530。 應(yīng)用范圍：主要適于灰鑄鐵、有色金屬、各種軟鋼等硬度應(yīng)用范圍：主要適于灰鑄鐵、有色金屬、各種軟鋼等硬度 不高的材料。不高的材料。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 缺點(diǎn)：耗時(shí)，測(cè)高硬度材料有限，壓痕大，不宜成品及薄件缺點(diǎn)：耗時(shí)，測(cè)高硬度材料有限，壓痕

18、大，不宜成品及薄件 布氏硬度壓痕 ROAD ENERGY 二、硬度二、硬度 2.2.洛氏硬度洛氏硬度HR(RockwllHR(Rockwll hardness) hardness) 用金剛石圓錐或鋼球作壓頭，在規(guī)定的預(yù)載荷和總載荷下，壓 入材料，卸載后，測(cè)其深度，可在洛氏硬度計(jì)上直接讀出，無(wú)單 位。每0.002mm壓痕深度為一個(gè)洛氏硬度單位。 測(cè)試原理：采用金剛石圓錐體或 淬火鋼球壓頭，壓入金屬表 面后，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后即 除主試驗(yàn)力，以測(cè)量的壓痕 深度來(lái)計(jì)算洛氏硬度值。 壓頭：錐角為120金剛石圓錐 或1.588mm鋼球 ROAD ENERGY 二、硬度二、硬度 h1-h0 洛氏硬度測(cè)試示意

19、圖 洛氏硬度計(jì) u 洛氏硬度計(jì)一般用于洛氏硬度計(jì)一般用于HB450HB450的試驗(yàn)的試驗(yàn) n 洛氏硬度用符號(hào)洛氏硬度用符號(hào)HRHR表示表示 n 根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為A A、B B、C C。 ROAD ENERGY n符號(hào)符號(hào)HRHR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用 的標(biāo)尺。的標(biāo)尺。 lHRA用于測(cè)量高硬度材料, 如硬質(zhì)合金、表淬層 和滲碳層。 lHRB用于測(cè)量低硬度材料, 如有色金屬和退火、 正火鋼等。 lHRC用于測(cè)量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼 等。 l洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)： 操作簡(jiǎn)

20、單迅速，能直接從 刻度盤上讀出硬度值；壓痕小，可測(cè)成品及 較薄工件；測(cè)硬度范圍大。 l缺點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果分散度大。 鋼球壓頭與 金剛石壓頭 洛氏硬度壓痕 二、硬度二、硬度 ROAD ENERGY 二、硬度二、硬度 n 洛氏硬度的分類及應(yīng)用洛氏硬度的分類及應(yīng)用 ROAD ENERGY 二、硬度二、硬度 n 布氏硬度與洛氏硬度的比較布氏硬度與洛氏硬度的比較 u 洛氏硬度壓痕很小，測(cè)量值有局部性，須測(cè)數(shù)點(diǎn)求平均值，適 用成品和薄片，歸于無(wú)損檢測(cè)一類；布氏硬度壓痕較大，測(cè)量 值準(zhǔn)，不適用成品和薄片，一般不歸于無(wú)損檢測(cè)一類。 u 洛氏硬度的硬度值是一無(wú)名數(shù)，沒(méi)有單位。（因此習(xí)慣稱洛式 硬度為多少度是不正確的

21、。）布氏硬度的硬度值有單位，且和 抗拉強(qiáng)度有一定的近似關(guān)系。 u 洛氏硬度直接在表盤上顯示、也可以數(shù)字顯示，操作方便，快 捷直觀，適用于大量生產(chǎn)中。布氏硬度需要用顯微鏡測(cè)量壓痕 直徑，然后查表或計(jì)算，操作較繁瑣。 ROAD ENERGY 二、硬度二、硬度 3.3.維氏硬度維氏硬度HVHV 維氏硬度計(jì) 維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度壓痕 維氏硬度維氏硬度是一種以正四棱錐金剛石為壓頭的硬度測(cè)量方法。 硬度值的定義硬度值的定義與布氏硬度相同，即壓痕表面上單位面積所承受的壓力。所不同的 是壓痕形狀為正四棱錐形。 ROAD ENERGY u 維氏硬度用符號(hào)維氏硬度用符號(hào)HVHV表示，符號(hào)前的數(shù)字為硬度值，后面

22、的數(shù)字按順序分別表示載荷值表示，符號(hào)前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值 及載荷保持時(shí)間。試驗(yàn)力保持時(shí)間為及載荷保持時(shí)間。試驗(yàn)力保持時(shí)間為1015S時(shí)，可以不標(biāo)出試驗(yàn)力保持時(shí)間。 例如： 640HV30表示用30kgf(294.2N)試驗(yàn)力，保持1015S測(cè)定的維氏硬度值為640； 640HV30/20表示用30kgf(294.2N)試驗(yàn)力，保持20S測(cè)定的維氏硬度值為640。 應(yīng)用：可測(cè)較薄的材料，也可測(cè)量表面滲碳、滲透層的 硬度，可測(cè)定很軟到很硬的各種金屬材料的硬 度、準(zhǔn)確。 小負(fù)荷維氏硬度計(jì) 顯微維氏硬度計(jì) 二、硬度二、硬度 ROAD ENERGY u 金屬材料抵抗沖擊載荷作

23、用而不破壞的能力叫做沖擊韌度。常金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力叫做沖擊韌度。常 用夏比擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定金屬材料的沖擊韌度。用夏比擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定金屬材料的沖擊韌度。 三、沖擊韌度三、沖擊韌度 u 指標(biāo)為沖擊韌性值ak(通過(guò)沖擊實(shí)驗(yàn)測(cè)得)。 ROAD ENERGY A Ak k= =GHGH1 1 - GH- GH2 2 =G=G（H H1 1 - H- H2 2） u試驗(yàn)原理：試樣被沖斷過(guò)程中吸收 的能量即沖擊吸收功（Ak ）等于擺 錘沖擊試樣前后的勢(shì)能差。 沖擊韌度（沖擊韌度（a k）：沖擊吸收功除以試樣缺口處截面積。）：沖擊吸收功除以試樣缺口處截面積。 三、沖擊韌度三、沖擊韌度

24、 ROAD ENERGY ak = AK/S （Jcm-2） Ak沖斷試樣所消耗的沖擊功（J） S試樣斷口處的原始截面積（cm2） 三、沖擊韌度三、沖擊韌度 ROAD ENERGY u材料韌性判據(jù)為沖擊韌性ak ，低值為脆性材料，高值為韌 性材料。 u在沖擊載荷下工作的零件，很少是受大能量一次沖擊而破 壞的；往往是受小能量多次重復(fù)沖擊而破壞的。 u試驗(yàn)表明：在沖擊能量不太大的情況下，其承受反復(fù)沖擊 的能力主要取決于強(qiáng)度，而不是很高的沖擊韌性ak 。 三、沖擊韌度三、沖擊韌度 ROAD ENERGY 韌脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度 u 材料的沖擊韌性隨溫度下降材料的沖擊韌性隨溫度下降 而下降。而下降。

25、在某一溫度范圍內(nèi)在某一溫度范圍內(nèi) 沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象 稱稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變 的溫度范圍稱的溫度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變溫度溫度 。材料的使用溫度應(yīng)高于韌材料的使用溫度應(yīng)高于韌 脆轉(zhuǎn)變溫度。脆轉(zhuǎn)變溫度。 韌 三、沖擊韌度三、沖擊韌度 ROAD ENERGY TITANIC 建造中的Titanic 號(hào) TITANIC的沉沒(méi)與船體材料 的質(zhì)量直接有關(guān) ROAD ENERGY u 材料在低于材料在低于 s s的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。 u 材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱為疲勞材料在規(guī)

26、定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱為疲勞 極限。用極限。用 -1 -1表示。 表示。 u 鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為10107 7，有色金屬合金為，有色金屬合金為10108 8。 疲勞應(yīng)力示意圖 疲勞曲線示意圖 四、疲勞強(qiáng)度四、疲勞強(qiáng)度 ROAD ENERGY u 材料的疲勞強(qiáng)度通常在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱材料的疲勞強(qiáng)度通常在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱 彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定疲勞曲線彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定疲勞曲線 , ,即交變應(yīng)力與斷裂前的循環(huán)次即交變應(yīng)力與斷裂前的循環(huán)次 數(shù)數(shù)N N之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。 u 疲勞破壞原因疲勞破壞原因: : 材料有雜質(zhì)材料有雜質(zhì), ,表面表面 劃痕劃痕, ,能引起應(yīng)力集中（指受力能引起應(yīng)力集中（指受力 構(gòu)件由于幾何形狀、外形尺寸發(fā)構(gòu)件由于幾何形狀、外形尺寸發(fā) 生突變而引起局部范圍內(nèi)應(yīng)力顯生突變而引起局部范圍內(nèi)應(yīng)力顯 著增大的現(xiàn)象）著增大的現(xiàn)象）