金屬材料力學(xué)性能(二)

1、復(fù)習(xí)提問復(fù)習(xí)提問1 1、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？強(qiáng)度強(qiáng)度 塑性塑性 硬度硬度 韌性韌性 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)提問提問1 1、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？2 2、什么是強(qiáng)度？衡量材料強(qiáng)度的指標(biāo)是什么？、什么是強(qiáng)度？衡量材料強(qiáng)度的指標(biāo)是什么？ 強(qiáng)度是金屬材料在靜載荷作用下，抵抗塑性強(qiáng)度是金屬材料在靜載荷作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。變形和斷裂的能力。 強(qiáng)度指標(biāo)主要有屈服極限和強(qiáng)度極限。強(qiáng)度指標(biāo)主要有屈服極限和強(qiáng)度極限。復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)提問提問1 1、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？2 2、什么是強(qiáng)度？衡量材料

2、強(qiáng)度的指標(biāo)是什么？、什么是強(qiáng)度？衡量材料強(qiáng)度的指標(biāo)是什么？3 3、設(shè)計(jì)零件主要依據(jù)哪種強(qiáng)度指標(biāo)？、設(shè)計(jì)零件主要依據(jù)哪種強(qiáng)度指標(biāo)？ 一般零件以屈服強(qiáng)度一般零件以屈服強(qiáng)度 s s作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)；但對(duì)于脆性材料，則以抗拉強(qiáng)度但對(duì)于脆性材料，則以抗拉強(qiáng)度 b b為依據(jù)為依據(jù)。復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)提問提問1 1、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？2 2、什么是強(qiáng)度？衡量材料強(qiáng)度的指標(biāo)是什么？、什么是強(qiáng)度？衡量材料強(qiáng)度的指標(biāo)是什么？3 3、設(shè)計(jì)零件主要依據(jù)哪種強(qiáng)度指標(biāo)？、設(shè)計(jì)零件主要依據(jù)哪種強(qiáng)度指標(biāo)？4 4、什么是塑性？材料的塑性指標(biāo)有哪些？什么是塑性？材料的塑性指標(biāo)有哪

3、些？ 塑性是指材料在載荷作用下，產(chǎn)生塑性變形而塑性是指材料在載荷作用下，產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力。不斷裂的能力。 塑性指標(biāo)有伸長率和斷面收縮率。塑性指標(biāo)有伸長率和斷面收縮率。復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)提問提問1 1、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？2 2、什么是強(qiáng)度？衡量材料強(qiáng)度的指標(biāo)是什么？、什么是強(qiáng)度？衡量材料強(qiáng)度的指標(biāo)是什么？3 3、設(shè)計(jì)零件主要依據(jù)哪種強(qiáng)度指標(biāo)？、設(shè)計(jì)零件主要依據(jù)哪種強(qiáng)度指標(biāo)？4 4、什么是塑性？材料的塑性指標(biāo)有哪些？、什么是塑性？材料的塑性指標(biāo)有哪些？5 5、低碳鋼的拉伸試驗(yàn)中，試樣的變化經(jīng)歷過哪、低碳鋼的拉伸試驗(yàn)中，試樣的變化經(jīng)歷過哪些階段？些階段？ 彈性

4、變形階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、縮頸階段、斷裂彈性變形階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、縮頸階段、斷裂復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)提問提問1 1、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？2 2、什么是強(qiáng)度？衡量材料強(qiáng)度的指標(biāo)是什么？、什么是強(qiáng)度？衡量材料強(qiáng)度的指標(biāo)是什么？3 3、設(shè)計(jì)零件主要依據(jù)哪種強(qiáng)度指標(biāo)？、設(shè)計(jì)零件主要依據(jù)哪種強(qiáng)度指標(biāo)？4 4、什么是塑性？材料的塑性指標(biāo)有哪些？、什么是塑性？材料的塑性指標(biāo)有哪些？5 5、低碳鋼的拉伸試驗(yàn)中，試樣的變化經(jīng)歷過哪、低碳鋼的拉伸試驗(yàn)中，試樣的變化經(jīng)歷過哪些階段？些階段？6 6、材料的材料的的的值值越大，越大，說說明材料的塑性越明材料的塑性越 ； ；值值越小，

5、越小，說說明材料的塑性越明材料的塑性越 。 。差差好好1.6 金屬材料的力學(xué)性能 硬度硬度是指材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或是指材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或劃痕的能力。劃痕的能力。二、二、 硬硬 度度 硬度是材料性能的一個(gè)綜合物理量，表示硬度是材料性能的一個(gè)綜合物理量，表示金屬材料抵抗彈性變形、塑性變形或斷裂的能金屬材料抵抗彈性變形、塑性變形或斷裂的能力。一般材料的力。一般材料的硬度越高，耐磨性越好，強(qiáng)度硬度越高，耐磨性越好，強(qiáng)度也越高。也越高。 金屬材料的硬度是在硬度計(jì)上測(cè)定的。常金屬材料的硬度是在硬度計(jì)上測(cè)定的。常用用布氏硬度法布氏硬度法和和洛氏硬度法洛氏硬度法。1 1、布氏硬度、布

6、氏硬度2 2、洛氏硬度、洛氏硬度（1 1）原理）原理（2 2）應(yīng)用）應(yīng)用（3 3）優(yōu)缺點(diǎn)）優(yōu)缺點(diǎn)（1 1）原理）原理（2 2）應(yīng)用）應(yīng)用（3 3）優(yōu)缺點(diǎn)）優(yōu)缺點(diǎn)1 1、布氏硬度、布氏硬度 布氏硬度試驗(yàn)是指用一定直徑的硬質(zhì)合金球布氏硬度試驗(yàn)是指用一定直徑的硬質(zhì)合金球以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間以相應(yīng)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，用測(cè)量的表面壓痕直徑計(jì)算硬度后卸除試驗(yàn)力，用測(cè)量的表面壓痕直徑計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)。的一種壓痕硬度試驗(yàn)。布氏硬度試驗(yàn)原理圖布氏硬度試驗(yàn)原理圖（1 1） 原理原理布氏硬度布氏硬度= = F S凹凹=2FDD-（D-d ）v布氏硬度實(shí)際

7、測(cè)試時(shí)，硬度值是不用計(jì)算的，布氏硬度實(shí)際測(cè)試時(shí)，硬度值是不用計(jì)算的，利用刻度放大鏡測(cè)出壓痕直徑利用刻度放大鏡測(cè)出壓痕直徑d d，根據(jù)值，根據(jù)值d d查查平面布氏硬度表即可查出硬度值。平面布氏硬度表即可查出硬度值。v壓頭為淬火鋼球時(shí)用壓頭為淬火鋼球時(shí)用HBSHBS表示，壓頭為硬質(zhì)表示，壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)用合金球時(shí)用HBWHBW表示。例如表示。例如120HBS120HBS，450HBW450HBW。 測(cè)量比較軟的材料。測(cè)量比較軟的材料。測(cè)量范圍測(cè)量范圍 650HBW650HBW的的金屬材料。金屬材料。（3 3）優(yōu)缺點(diǎn)）優(yōu)缺點(diǎn)（2 2）應(yīng)用）應(yīng)用 壓痕大，測(cè)量準(zhǔn)確，但壓痕大，測(cè)量準(zhǔn)確，但不能測(cè)量成品

8、件。不能測(cè)量成品件。（1 1）原理）原理 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 采用頂角為采用頂角為120120的的金剛石圓錐體或直徑為金剛石圓錐體或直徑為1.588mm1.588mm的淬火鋼球作的淬火鋼球作為壓頭。為壓頭。 試驗(yàn)時(shí)先施加初載荷，試驗(yàn)時(shí)先施加初載荷，使壓頭與試樣表面接觸良使壓頭與試樣表面接觸良好，保證測(cè)量準(zhǔn)確，再施好，保證測(cè)量準(zhǔn)確，再施加主載荷，保持到規(guī)定的加主載荷，保持到規(guī)定的時(shí)間后再卸除主載荷，依時(shí)間后再卸除主載荷，依據(jù)壓痕的深度來確定材料據(jù)壓痕的深度來確定材料的硬度值。用的硬度值。用HRHR表示。表示。加初載荷加初載荷加主載荷加主載荷卸除主載荷卸除主載荷讀硬度值讀硬度值（2 2）應(yīng)

9、用）應(yīng)用常用洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和應(yīng)用范圍常用洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和應(yīng)用范圍 為了能用同一硬度計(jì)測(cè)定從極軟到極硬材料為了能用同一硬度計(jì)測(cè)定從極軟到極硬材料的硬度，可采用不同的壓頭和載荷，組成了的硬度，可采用不同的壓頭和載荷，組成了HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC三種不同的標(biāo)尺。三種不同的標(biāo)尺。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：操作簡便、迅速，效率操作簡便、迅速，效率 高，可直接測(cè)量成品件高，可直接測(cè)量成品件 及高硬度的材料。及高硬度的材料。（3 3）優(yōu)缺點(diǎn)）優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：壓痕小，測(cè)量不準(zhǔn)確，壓痕小，測(cè)量不準(zhǔn)確， 需多次測(cè)量。需多次測(cè)量。洛氏硬度計(jì)使用視頻維氏硬度維氏硬度( (HV) ) (1)(1)

10、測(cè)試原理測(cè)試原理 和布氏硬度和布氏硬度試驗(yàn)試驗(yàn)原理基本相同。原理基本相同。 (2)(2)表示方法表示方法 例如：例如：640640HV。 (3)(3)適用范圍適用范圍 用于測(cè)量金屬鍍用于測(cè)量金屬鍍層薄片材料和化學(xué)熱層薄片材料和化學(xué)熱處理后的表面硬度。處理后的表面硬度。 維氏硬度測(cè)試原理示意維氏硬度測(cè)試原理示意 各硬度相相互沒有理論換算關(guān)系，但在實(shí)各硬度相相互沒有理論換算關(guān)系，但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在一定的條件下有經(jīng)驗(yàn)換算關(guān)系：踐中發(fā)現(xiàn)，在一定的條件下有經(jīng)驗(yàn)換算關(guān)系：布氏硬度值在布氏硬度值在20020060600HBS0HBS（HBWHBW）范圍內(nèi)，）范圍內(nèi)， HBSHBS（HBWHBW）=10HRC

11、=10HRC；布氏硬度值小于布氏硬度值小于450HBS450HBS， HBSHVHBSHV 強(qiáng)度、硬度、塑性等力學(xué)性能指標(biāo)都強(qiáng)度、硬度、塑性等力學(xué)性能指標(biāo)都是材料在靜載荷作用下的表現(xiàn)。是材料在靜載荷作用下的表現(xiàn)。 材料在工作時(shí)還經(jīng)常受到動(dòng)載荷的作材料在工作時(shí)還經(jīng)常受到動(dòng)載荷的作用，沖擊載荷就是常見的一種。用，沖擊載荷就是常見的一種。靜載荷靜載荷v包括不隨時(shí)間變化的恒載（如自重）和加載變化緩包括不隨時(shí)間變化的恒載（如自重）和加載變化緩慢以至可以略去慣性力作用的準(zhǔn)靜載（如鍋爐壓慢以至可以略去慣性力作用的準(zhǔn)靜載（如鍋爐壓力）；力）；三、沖擊韌性三、沖擊韌性 動(dòng)載荷動(dòng)載荷v動(dòng)載荷包括短時(shí)間快速作用的沖

12、擊載荷（如空氣動(dòng)載荷包括短時(shí)間快速作用的沖擊載荷（如空氣錘）、隨時(shí)間作周期性變化的周期載荷（如空氣錘）、隨時(shí)間作周期性變化的周期載荷（如空氣壓縮機(jī)曲軸）。壓縮機(jī)曲軸）。v其對(duì)材料的作用效果或破壞效應(yīng)大于靜載荷。其對(duì)材料的作用效果或破壞效應(yīng)大于靜載荷。1.1.沖擊載荷沖擊載荷在很短時(shí)間內(nèi)作用物體上的載在很短時(shí)間內(nèi)作用物體上的載荷稱為荷稱為沖擊載荷沖擊載荷。加載時(shí)間短，加載速率高；加載時(shí)間短，加載速率高；有時(shí)要利用，有時(shí)應(yīng)盡量避免有時(shí)要利用，有時(shí)應(yīng)盡量避免或減小?；驕p小。載荷作用效果大，所以必須考載荷作用效果大，所以必須考慮材料在沖擊載荷作用下抵抗慮材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，即破壞的能力

13、，即沖擊韌性沖擊韌性。v沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別在于加載時(shí)間短、加在于加載時(shí)間短、加載速率高、應(yīng)力集中。由于加載速率提高，金屬形載速率高、應(yīng)力集中。由于加載速率提高，金屬形變速率也隨之增加，一般沖擊試驗(yàn)時(shí)金屬形變速率變速率也隨之增加，一般沖擊試驗(yàn)時(shí)金屬形變速率=10=102 210104 4 s s-1-1。v金屬形變速率的增加將使金屬材料的變脆傾向增大，金屬形變速率的增加將使金屬材料的變脆傾向增大，因此因此沖擊載荷對(duì)材料的作用效果或破壞效應(yīng)大于靜沖擊載荷對(duì)材料的作用效果或破壞效應(yīng)大于靜載荷載荷。2.2.沖擊韌性的概念沖擊韌性的概念 金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞

14、的能力，金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，稱為稱為沖擊韌性沖擊韌性。 示例：玻璃在沖擊載荷作用下非常容易破裂，說明其沖擊韌性很低。 3.3.沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)v沖擊試樣沖擊試樣v沖擊試驗(yàn)原理沖擊試驗(yàn)原理v一次擺錘沖擊試驗(yàn)一次擺錘沖擊試驗(yàn)v沖擊韌性的表示方法沖擊韌性的表示方法沖擊試樣沖擊試樣擺擺錘錘沖沖擊擊試試驗(yàn)驗(yàn)機(jī)機(jī)原原 理理 將帶有將帶有U U型或型或V V型缺型缺口的沖擊試樣放在試驗(yàn)口的沖擊試樣放在試驗(yàn)機(jī)架的支座上，將擺錘機(jī)架的支座上，將擺錘升至高度升至高度HH1 1，使其具有，使其具有勢(shì)能勢(shì)能mgHmgH1 1；然后使擺錘；然后使擺錘由此高度自由下落將試由此高度自由下落將試樣沖斷，并

15、向另一方向樣沖斷，并向另一方向升高至升高至HH2 2，這時(shí)擺錘的，這時(shí)擺錘的勢(shì)能為勢(shì)能為mgHmgH2 2。 所以，擺錘用于沖斷試樣的能量所以，擺錘用于沖斷試樣的能量A AK K=mg=mg（H H1 1-H-H2 2），），即為沖擊功（焦耳即為沖擊功（焦耳/J/J）。沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)材料沖擊韌性的表示方法材料沖擊韌性的表示方法 沖擊功沖擊功：材料在斷裂前所吸收的能量，用：材料在斷裂前所吸收的能量，用A AK K表示，表示，單位為焦耳，數(shù)值可從試驗(yàn)機(jī)的刻度盤上讀出。單位為焦耳，數(shù)值可從試驗(yàn)機(jī)的刻度盤上讀出。 以試樣缺口處以試樣缺口處單位截面積上所吸收的沖擊功表示單位截面積上所吸收的沖擊功表示沖

16、擊韌性沖擊韌性，即，即 式中式中 A Ak k沖斷試樣所消耗的沖擊功，沖斷試樣所消耗的沖擊功，J J； AA試樣缺口處截面積，試樣缺口處截面積，cmcm2 2。 a ak k 值越大，材料的沖擊韌性越好，可以承受值越大，材料的沖擊韌性越好，可以承受越越大的沖擊載荷。大的沖擊載荷。 材料的沖擊韌性與塑性之間有一定的聯(lián)系，材料的沖擊韌性與塑性之間有一定的聯(lián)系，a ak k 值高的材料，一般塑性也比較好；但塑性好的材值高的材料，一般塑性也比較好；但塑性好的材料沖擊韌性不一定好。因?yàn)橛械牟牧显陟o載荷下料沖擊韌性不一定好。因?yàn)橛械牟牧显陟o載荷下能充分變形，但在沖擊載荷下不能迅速地進(jìn)行塑能充分變形，但在沖

17、擊載荷下不能迅速地進(jìn)行塑性變形。性變形。 沖擊值的大小與很多因素有關(guān)。它不僅受試樣沖擊值的大小與很多因素有關(guān)。它不僅受試樣形狀、表面粗糙度、內(nèi)部組織的影響，還與試驗(yàn)時(shí)形狀、表面粗糙度、內(nèi)部組織的影響，還與試驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度有關(guān)，溫度越低，沖擊值越小。的環(huán)境溫度有關(guān)，溫度越低，沖擊值越小。影片片斷影片片斷TITANIC建造中的建造中的Titanic 號(hào)號(hào)TITANIC的沉沒的沉沒與船體材料的質(zhì)量與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)直接有關(guān) 1912 1912年年4 4月號(hào)稱永不沉沒的泰坦尼克號(hào)（月號(hào)稱永不沉沒的泰坦尼克號(hào)（TitanicTitanic）首航沉）首航沉沒于冰海，成了沒于冰海，成了2020世紀(jì)令人

18、難以忘懷的悲慘海難。世紀(jì)令人難以忘懷的悲慘海難。2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代后，材料科學(xué)家通過對(duì)打撈上來的泰坦尼克號(hào)船板進(jìn)行研年代后，材料科學(xué)家通過對(duì)打撈上來的泰坦尼克號(hào)船板進(jìn)行研究，回答了究，回答了8080年的未解之謎。由于年的未解之謎。由于Titanic Titanic 號(hào)采用了含硫高的號(hào)采用了含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，當(dāng)船在冰水中鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，當(dāng)船在冰水中撞擊冰山時(shí)，脆性船板使船體產(chǎn)生很長的裂紋，海水大量涌入撞擊冰山時(shí)，脆性船板使船體產(chǎn)生很長的裂紋，海水大量涌入使船迅速沉沒。下圖中左面的試樣取自海底的使船迅速沉沒。下圖中左面的試樣取自海

19、底的TitanicTitanic號(hào)，沖號(hào)，沖擊試樣是典型的脆性斷口，右面的是近代船用鋼板的沖擊試樣。擊試樣是典型的脆性斷口，右面的是近代船用鋼板的沖擊試樣。 提高沖擊韌性的途徑提高沖擊韌性的途徑 改變材料的成分，如加入釩、鈦、鋁、改變材料的成分，如加入釩、鈦、鋁、氮等元素，通過細(xì)化晶粒來提高其韌性，尤其氮等元素，通過細(xì)化晶粒來提高其韌性，尤其是低溫韌性；是低溫韌性； 提高材料的冶金質(zhì)量，減少偏析、夾渣、提高材料的冶金質(zhì)量，減少偏析、夾渣、 氣泡等缺陷；氣泡等缺陷； 沖擊韌性是一個(gè)對(duì)材料組織結(jié)構(gòu)相當(dāng)敏感的沖擊韌性是一個(gè)對(duì)材料組織結(jié)構(gòu)相當(dāng)敏感的量，所以提高材料的沖擊韌性的途徑有：量，所以提高材料的

20、沖擊韌性的途徑有： 想想 一一 想想想想 一一 想想 人工作久了就人工作久了就會(huì)感到疲勞，難道會(huì)感到疲勞，難道金屬工作久了也會(huì)金屬工作久了也會(huì)疲勞嗎？疲勞嗎？ 金屬的疲勞能金屬的疲勞能得到恢復(fù)嗎？得到恢復(fù)嗎？ 金屬材料在受到交變應(yīng)力或重復(fù)循環(huán)應(yīng)力金屬材料在受到交變應(yīng)力或重復(fù)循環(huán)應(yīng)力時(shí)，往往在工作應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度的情況下突時(shí)，往往在工作應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度的情況下突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂疲勞斷裂。四、四、 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 疲勞斷裂與在靜載作用下的斷裂不同，疲勞斷裂與在靜載作用下的斷裂不同，不管是脆性材料還是塑性材料，疲勞斷裂不管是脆性材料還是塑性材料，疲勞斷裂都是突然發(fā)生

21、的，事先均無明顯的塑性變都是突然發(fā)生的，事先均無明顯的塑性變形的預(yù)兆，很難事覺察到，所以具有很大形的預(yù)兆，很難事覺察到，所以具有很大的危險(xiǎn)性。的危險(xiǎn)性。 歷史上有過慘痛的教訓(xùn)：歷史上有過慘痛的教訓(xùn)： 19981998年年6 6月月3 3日，德國發(fā)生了戰(zhàn)后最慘日，德國發(fā)生了戰(zhàn)后最慘重的一起鐵路交通事故。一列高速列車脫重的一起鐵路交通事故。一列高速列車脫軌，造成軌，造成10101 1人遇難。人遇難。 事故的原因已經(jīng)查清，是因?yàn)橐还?jié)車廂的車輪事故的原因已經(jīng)查清，是因?yàn)橐还?jié)車廂的車輪“內(nèi)部疲勞斷裂內(nèi)部疲勞斷裂”引起的。首先是一個(gè)車輪的輪箍引起的。首先是一個(gè)車輪的輪箍發(fā)生斷裂，導(dǎo)致車輪脫軌，進(jìn)而造成車廂

22、橫擺，此發(fā)生斷裂，導(dǎo)致車輪脫軌，進(jìn)而造成車廂橫擺，此時(shí)列車正好過橋，橫擺的車廂以其巨大的力量將橋時(shí)列車正好過橋，橫擺的車廂以其巨大的力量將橋墩撞斷，造成橋梁坍塌，壓住了通過的列車車廂，墩撞斷，造成橋梁坍塌，壓住了通過的列車車廂，并使已通過橋洞的車頭及前并使已通過橋洞的車頭及前5 5節(jié)車廂斷開，而后面節(jié)車廂斷開，而后面的幾節(jié)車廂則在巨大慣性的推動(dòng)下接二連三地撞在的幾節(jié)車廂則在巨大慣性的推動(dòng)下接二連三地撞在坍塌的橋體上，從而導(dǎo)致了這場(chǎng)近坍塌的橋體上，從而導(dǎo)致了這場(chǎng)近5050年來德國最年來德國最慘重的鐵路事故。慘重的鐵路事故。 一般認(rèn)為是由于材料含有雜質(zhì)、表面劃痕及其一般認(rèn)為是由于材料含有雜質(zhì)、表面

23、劃痕及其他能引起應(yīng)力集中的缺陷，導(dǎo)致產(chǎn)生微裂紋。這種他能引起應(yīng)力集中的缺陷，導(dǎo)致產(chǎn)生微裂紋。這種微裂紋隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展，致使零微裂紋隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展，致使零件有效截面逐步縮減，直至不能承受所加載荷而突件有效截面逐步縮減，直至不能承受所加載荷而突然斷裂。然斷裂。金屬疲勞產(chǎn)生的原因金屬疲勞產(chǎn)生的原因1.1.變動(dòng)載荷變動(dòng)載荷 引起疲勞破壞的外力，指載荷大小、甚至引起疲勞破壞的外力，指載荷大小、甚至方向均隨時(shí)間變化的載荷，其在單位面積上的平均方向均隨時(shí)間變化的載荷，其在單位面積上的平均值即為值即為變動(dòng)應(yīng)力變動(dòng)應(yīng)力。 變動(dòng)應(yīng)力可分為規(guī)則周期變動(dòng)應(yīng)力變動(dòng)應(yīng)力可分為規(guī)則周期變動(dòng)應(yīng)

24、力( (也稱也稱循環(huán)循環(huán)應(yīng)力應(yīng)力) )和和無規(guī)則隨機(jī)變動(dòng)應(yīng)力無規(guī)則隨機(jī)變動(dòng)應(yīng)力兩種。兩種。a)a)應(yīng)力大小變化應(yīng)力大小變化 b)cb)c）應(yīng)力大小和方向都變化）應(yīng)力大小和方向都變化 d) d) 應(yīng)力大小和方向無規(guī)則變化應(yīng)力大小和方向無規(guī)則變化 2.2.疲勞斷裂疲勞斷裂 零件在循環(huán)應(yīng)力作用下零件在循環(huán)應(yīng)力作用下, ,在一處或幾處產(chǎn)生局部永在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累積損傷久性累積損傷, ,經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后突然產(chǎn)生斷裂的過程經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后突然產(chǎn)生斷裂的過程, ,稱為疲勞斷裂稱為疲勞斷裂. . 疲勞斷裂由疲勞斷裂由疲勞裂紋產(chǎn)生疲勞裂紋產(chǎn)生擴(kuò)展擴(kuò)展瞬時(shí)斷裂瞬時(shí)斷裂三個(gè)三個(gè)階段組成。階段組成。 v盡管

25、疲勞失效的最終結(jié)果盡管疲勞失效的最終結(jié)果是部件的突然斷裂是部件的突然斷裂, ,但實(shí)際但實(shí)際上它們是一個(gè)逐漸失效的上它們是一個(gè)逐漸失效的過程，從開始出現(xiàn)裂紋到過程，從開始出現(xiàn)裂紋到最后破斷需要經(jīng)過很長的最后破斷需要經(jīng)過很長的時(shí)間。時(shí)間。v疲勞斷裂的宏觀斷口一般疲勞斷裂的宏觀斷口一般由三個(gè)區(qū)域組成，即由三個(gè)區(qū)域組成，即疲勞疲勞裂紋產(chǎn)生區(qū)（裂紋源）裂紋產(chǎn)生區(qū)（裂紋源）、裂紋擴(kuò)展區(qū)裂紋擴(kuò)展區(qū)和和最后斷裂區(qū)最后斷裂區(qū)。3.3.疲勞斷口疲勞斷口 金屬材料經(jīng)過無數(shù)次循環(huán)作用而不致引起斷金屬材料經(jīng)過無數(shù)次循環(huán)作用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力叫裂的最大應(yīng)力叫疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度。當(dāng)應(yīng)力按正弦曲線對(duì)。當(dāng)應(yīng)力按正弦曲線對(duì)稱

26、循環(huán)時(shí)，疲勞強(qiáng)度以符號(hào)稱循環(huán)時(shí)，疲勞強(qiáng)度以符號(hào) -1-1表示。表示。 由于實(shí)際測(cè)試不可能做到無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)，由于實(shí)際測(cè)試不可能做到無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)，故規(guī)定各種金屬材料應(yīng)有一定的應(yīng)力循環(huán)基數(shù)。故規(guī)定各種金屬材料應(yīng)有一定的應(yīng)力循環(huán)基數(shù)。如鋼材以如鋼材以10107 7為基數(shù)，即鋼材的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)為基數(shù)，即鋼材的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到到10107 7仍不發(fā)生疲勞斷裂，就認(rèn)為不會(huì)再發(fā)生疲仍不發(fā)生疲勞斷裂，就認(rèn)為不會(huì)再發(fā)生疲勞斷裂了。勞斷裂了。4.4.疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度5.5.提高疲勞極限的途徑提高疲勞極限的途徑 (1) (1)在設(shè)計(jì)上盡量避免應(yīng)力集中，如避免尖角、在設(shè)計(jì)上盡量避免應(yīng)力集中，如避免尖角、缺口和截面

27、突變。缺口和截面突變。 (2) (2)在工藝上降低零件表面粗糙度值，并避在工藝上降低零件表面粗糙度值，并避免表面劃痕；對(duì)零件表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。免表面劃痕；對(duì)零件表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。 (3) (3)在材料方面保證冶金質(zhì)量，減少夾雜、在材料方面保證冶金質(zhì)量，減少夾雜、疏松等缺陷。疏松等缺陷。復(fù)習(xí)鞏固復(fù)習(xí)鞏固1 1、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度。強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度。復(fù)習(xí)鞏固復(fù)習(xí)鞏固1 1、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？2 2、材料的、材料的 和和 的值越大，說明材料的的值越大，說明材料的 性

28、越性越好；好；a ak k值越大，說明材料的值越大，說明材料的 性越好。性越好。韌韌塑塑復(fù)習(xí)鞏固復(fù)習(xí)鞏固1 1、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？2 2、材料的、材料的 和和 的值越大，說明材料的的值越大，說明材料的 性越性越好；好；a ak k值越大，說明材料的值越大，說明材料的 性越好。性越好。3 3、什么叫硬度？常用測(cè)定硬度的方法有哪些？、什么叫硬度？常用測(cè)定硬度的方法有哪些？ 硬度是指材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕硬度是指材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或劃痕的能力?；騽澓鄣哪芰?。 常用測(cè)定硬度的方法有布氏硬度法、洛氏硬常用測(cè)定硬度的方法有布氏硬度法、洛氏硬度法、

29、維氏硬度法。度法、維氏硬度法。復(fù)習(xí)鞏固復(fù)習(xí)鞏固1 1、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？、金屬的力學(xué)性能包括哪些指標(biāo)？2、材料的材料的和和的的值值越大，越大，說說明材料的明材料的 性越性越好；好；a ak k值越大，說明材料的值越大，說明材料的 性越好。性越好。3 3、什么叫硬度？常用測(cè)定硬度的方法有哪些？、什么叫硬度？常用測(cè)定硬度的方法有哪些？4 4、150HBS150HBS、200HBW200HBW、100HRC100HRC含義是什么？含義是什么？150HBS150HBS表示用淬火鋼球?yàn)閴侯^時(shí)測(cè)得布氏硬度值為表示用淬火鋼球?yàn)閴侯^時(shí)測(cè)得布氏硬度值為150150；200HBW200HBW表示用硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^時(shí)測(cè)得布氏硬度值為表示用硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^時(shí)測(cè)得布氏硬度值為200200；100HR