金屬的力學(xué)性能-強度

1、課課 前前 復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí) 1、什么是載荷？根據(jù)作用性質(zhì)的不同可以分為哪些？根據(jù)作用形式的不同，又可以分為哪些？2、什么是內(nèi)力？3、什么是應(yīng)力？它的作用是什么？2-2 金屬的力學(xué)性能金屬的力學(xué)性能力學(xué)性能力學(xué)性能 強強 度度 拉伸試驗拉伸試驗 一、力學(xué)性能一、力學(xué)性能1 1、概念、概念 金屬材料必須具有的一種承受機械載荷承受機械載荷或金屬材料必須具有的一種承受機械載荷承受機械載荷或不被破壞的能力，是在外力作用下表現(xiàn)出來的性能。不被破壞的能力，是在外力作用下表現(xiàn)出來的性能。2 2、力學(xué)性能指標、力學(xué)性能指標 強度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強度等強度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強度等 這是重點這是重

2、點要熟記要熟記二、強二、強 度度1 1、概念、概念 金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力，其大金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力，其大小用應(yīng)力來表示。小用應(yīng)力來表示。2 2、類型、類型 根據(jù)載荷的作用方式不同，分為：根據(jù)載荷的作用方式不同，分為：u 抗拉強度抗拉強度強度指標強度指標拉伸試驗拉伸試驗測定測定u 抗壓強度抗壓強度u 抗剪強度抗剪強度u 抗扭強度抗扭強度u 抗彎強度抗彎強度這是重點這是重點要熟記要熟記三、拉伸試驗三、拉伸試驗1 1、拉伸試樣拉伸試樣材料：材料：低碳鋼低碳鋼塑性材料塑性材料鑄鑄 鐵鐵脆性材料脆性材料標準試樣：標準試樣：尺寸符合國標的試樣尺寸符合國標的試樣標

3、距：標距：等截面測試部分長度等截面測試部分長度L0=10d0；L0=5d0標點標點 l0d0有點難有點難要好好聽要好好聽啊啊三、拉伸試驗三、拉伸試驗2 2、力、力- -伸長曲線（伸長曲線（低碳鋼拉伸試驗低碳鋼拉伸試驗）低碳鋼拉低碳鋼拉-伸長曲線（伸長曲線（動畫動畫） O FD DL彈性階段彈性階段屈服階段屈服階段縮頸階段縮頸階段FeFeLFmesb強化階段強化階段很重要的很重要的圖圖這是難點這是難點三、拉伸試驗三、拉伸試驗l 彈性變形階段彈性變形階段 FeFe為發(fā)生最大彈性變形時的載荷。外力撤去，則變形完全消失。為發(fā)生最大彈性變形時的載荷。外力撤去，則變形完全消失。 l 屈服階段屈服階段 外力

4、大于外力大于FeFe后，試樣發(fā)生塑性變形，當外力增加到后，試樣發(fā)生塑性變形，當外力增加到FeLFeL后，曲線為后，曲線為鋸齒狀，這種拉伸力不增加變形卻繼續(xù)增加的現(xiàn)象稱為鋸齒狀，這種拉伸力不增加變形卻繼續(xù)增加的現(xiàn)象稱為屈服屈服。FeLFeL為為屈服載荷。屈服載荷。 工程上使用金屬材料，除低碳鋼、中碳鋼及少數(shù)合金鋼有屈服現(xiàn)象工程上使用金屬材料，除低碳鋼、中碳鋼及少數(shù)合金鋼有屈服現(xiàn)象外，大多數(shù)沒有明顯的屈服現(xiàn)象，有些脆性材料，不但沒有屈服現(xiàn)象，外，大多數(shù)沒有明顯的屈服現(xiàn)象，有些脆性材料，不但沒有屈服現(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。l 強化階段強化階段 隨著變形增大，變

5、形抗力也逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為形變強化，隨著變形增大，變形抗力也逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為形變強化，F(xiàn)mFm為試樣在屈服階段后所能抵抗的最大力。為試樣在屈服階段后所能抵抗的最大力。l 縮頸階段縮頸階段 當外力達到最大力當外力達到最大力FmFm后，試樣的某一直徑處發(fā)生局部收縮，稱為后，試樣的某一直徑處發(fā)生局部收縮，稱為“縮頸縮頸”。 此時截面縮小，變形繼續(xù)在此截面發(fā)生，所需外力也隨此時截面縮小，變形繼續(xù)在此截面發(fā)生，所需外力也隨之逐漸降低，直至斷裂。之逐漸降低，直至斷裂。三、拉伸試驗三、拉伸試驗低碳鋼拉伸試驗現(xiàn)象：低碳鋼拉伸試驗現(xiàn)象：屈服：屈服：頸縮：頸縮：斷裂：斷裂：三三. . 塑性塑性常用常用

6、和和 作為衡量塑性的指標。作為衡量塑性的指標。伸長率：材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不引起破壞的能力。材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不引起破壞的能力。斷面收縮率:%10000lllk%10000ssskF0d0lklFLkd良好的塑性是金屬材料進行塑性加工的必要條件。4 4、硬度、硬度n定義：材料抵抗表面局部彈塑性變形的能力。定義：材料抵抗表面局部彈塑性變形的能力。 1) 1)布氏硬度布氏硬度HBHB)(2102. 022dDDDFHB布氏硬度計布氏硬度計n壓頭為鋼球時壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號，布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度表示，適用于布氏硬度值在值在450以下的材料。以下的

7、材料。n壓頭為硬質(zhì)合金球時壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號，用符號HBW表示，適用于布氏硬度在表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。以下的材料。l120HBS10/1000/30 表表示直徑為示直徑為10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf載荷作用下保持載荷作用下保持30s測得的布氏硬度測得的布氏硬度值為值為120。 布氏硬度壓痕布氏硬度壓痕表示方法：表示方法：硬度值+HBS(HBW)+D+F+tn布氏硬度的優(yōu)點：布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。n缺點：缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。料。n應(yīng)用：應(yīng)用：

8、適于測量適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼, 鑄鐵及有色金屬的鑄鐵及有色金屬的硬度。硬度。n材料的材料的 b與與HB之間的經(jīng)驗關(guān)系：之間的經(jīng)驗關(guān)系： 對于低碳鋼對于低碳鋼: b(MPa)3.6HB 對于高碳鋼：對于高碳鋼： b(MPa)3.4HB 對于鑄鐵：對于鑄鐵： b(MPa)1HB或或 b(MPa) 0.6(HB-40)2) 洛氏硬度洛氏硬度h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度計n洛氏硬度用符號洛氏硬度用符號HR表示，表示，HR=k-(h1-h0)/0.002n根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標尺，常用的標尺為根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標尺

9、，常用的標尺為A、B、C。 n符號符號HR前面的數(shù)字為硬度值，前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標尺。后面為使用的標尺。lHRA用于測量高硬度材料用于測量高硬度材料, 如硬如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。lHRB用于測量低硬度材料用于測量低硬度材料, 如有如有色金屬和退火、正火鋼等。色金屬和退火、正火鋼等。lHRC用于測量中等硬度材料，如用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。l洛氏硬度的優(yōu)點：洛氏硬度的優(yōu)點：操作簡便，壓操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。痕小，適用范圍廣。l缺點：缺點：測量結(jié)果分散度大。測量結(jié)果分散度大。鋼球壓頭與鋼球壓頭與金剛石壓頭金剛石壓

10、頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕1 1沖擊韌度（沖擊韌性）沖擊韌度（沖擊韌性） A AKUKU =mg =mg（H H1 1 H H2 2）（）（J J） = = A AKUKU/S /S （J/cmJ/cm2 2） 材料抵抗沖擊載荷而不破壞材料抵抗沖擊載荷而不破壞的能力。的能力。 1H2H第二節(jié)第二節(jié) 動態(tài)時材料的力學(xué)性能動態(tài)時材料的力學(xué)性能n材料的材料的值愈值愈大大，韌性就愈好韌性就愈好；材料的；材料的值愈值愈小小，材料材料的脆性愈大的脆性愈大n通常把通常把值值小小的材料稱為的材料稱為脆性材料脆性材料n研究表明，材料的研究表明，材料的值隨試驗值隨試驗溫度的降低而降低溫度的降低而降低。 加載速度越

11、快，溫度越低，表面及冶金質(zhì)量越差，加載速度越快，溫度越低，表面及冶金質(zhì)量越差， 在值在值越低。越低。TITANIC建造中的建造中的Titanic 號號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)Titanic 號鋼板號鋼板（左圖）（左圖）和和近代船用鋼板近代船用鋼板（右圖）（右圖）的沖擊試驗結(jié)果的沖擊試驗結(jié)果Titanic近代船用鋼板近代船用鋼板M MH H3 37 70 0鞏固練習(xí)鞏固練習(xí)1、名詞：力學(xué)性能、強度、屈服、縮頸2、判斷題：使用性能是指金屬材料在使用條件下所能表現(xiàn)出來的性能。 （ ）3、金屬材料的性能包括 和 兩方面 。4、力學(xué)性能包括 、 、 、 及 、 。 5、強度的大