工程材料 第1章 材料結(jié)構(gòu)與性能-part3

1、拉伸過程拉伸過程2. 拉伸過程：拉伸過程：1 1）op/peop/pe段：直線段：直線( (彈性變性彈性變性) )2 2）eses段：曲線段：曲線( (彈性變形彈性變形+ +塑性變形塑性變形) )5 5）b b點(diǎn)：出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，點(diǎn)：出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即試樣局即試樣局部截面明顯縮小試樣承載能力降低，部截面明顯縮小試樣承載能力降低，拉伸力達(dá)到最大值，試樣即將斷裂。拉伸力達(dá)到最大值，試樣即將斷裂。3 3）s ss s段：水平線（略有波動(dòng)），段：水平線（略有波動(dòng)），塑性變形塑性變形, 作用的力基本不變，試樣作用的力基本不變，試樣連續(xù)伸長(zhǎng)。連續(xù)伸長(zhǎng)。4 4）sbsb曲線：彈性變形曲線：彈性變形+ +塑性變形

2、塑性變形 拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系曲線：拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系曲線：彈性變形階段彈性變形階段塑性變形階塑性變形階段段頸縮現(xiàn)象至斷裂頸縮現(xiàn)象至斷裂拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象低碳鋼拉伸過程變化的三個(gè)階段：低碳鋼拉伸過程變化的三個(gè)階段：LF0 0另，另， 脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對(duì)比）脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對(duì)比）脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。 （二）彈性與塑性（二）彈性與塑性n彈性 金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后能回復(fù)其原來形狀的性能，叫做彈性。n彈性變形 隨著外力消失而消失的變形，叫做彈

3、性變形。n塑性 金屬材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不致引起破壞的性能叫做塑性。n塑性變形 在外力消失后留下來的這部分不可恢復(fù)的變形，叫做塑性變形。FF （2 2）塑性變形）塑性變形: : 材料在外力作用下材料在外力作用下產(chǎn)生永久的不可恢復(fù)的變形產(chǎn)生永久的不可恢復(fù)的變形，稱，稱為為塑性變形塑性變形。FFF很顯然，金屬材料具有不同的彈性和塑性，那么，金屬材料的彈性和塑性如何衡量？1、彈性的衡量：彈性模量E彈性:金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)其原來形狀的性能，也就是，力和變形同時(shí)存在、同時(shí)消失。 應(yīng)力:單位面積上的拉力4P/d2應(yīng)變:單位長(zhǎng)度上的伸長(zhǎng)量L/L0 e彈性極限 剛性:

4、金屬材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。1）伸長(zhǎng)率（）伸長(zhǎng)率（ ）l1-l0l0100%=l1試樣拉斷后的標(biāo)距試樣拉斷后的標(biāo)距,mm;l0試樣的原始標(biāo)距試樣的原始標(biāo)距,mm。2、塑性的衡量（塑性指標(biāo)）：伸長(zhǎng)率、塑性的衡量（塑性指標(biāo)）：伸長(zhǎng)率 和斷面收縮率和斷面收縮率 2）斷面收縮率（）斷面收縮率（ ）S0-S1S0=100%S0試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積,mm2；S1頸縮處的橫截面積頸縮處的橫截面積,mm2 。、越大，材料塑性越好。越大，材料塑性越好。(三三) 強(qiáng)強(qiáng) 度度n金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力強(qiáng)度。按作用力性質(zhì)不同，可分為屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)）及抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、

5、抗剪強(qiáng)度等。在工程上常用來表示金屬材料強(qiáng)度的指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。分 類拉力屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度壓力抗壓強(qiáng)度彎曲力抗彎強(qiáng)度剪切力抗剪強(qiáng)度SFSF 低碳鋼拉伸時(shí)的應(yīng)力低碳鋼拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線應(yīng)力:單位面積上的拉力4P/d2應(yīng)變:單位長(zhǎng)度上的伸長(zhǎng)量L/L0 1.屈服強(qiáng)度（屈服極限、屈服點(diǎn)）： 當(dāng)載荷增達(dá)到s點(diǎn)時(shí)，拉伸曲線出現(xiàn)了平臺(tái)，即試樣所承受的載荷幾乎不變，但塑性變形不斷增加，這種現(xiàn)象稱為屈服。 屈服點(diǎn)是指在外力作用下開始產(chǎn)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力。用s表示。 計(jì)算公式計(jì)算公式:s=FsS0 應(yīng)用：制作機(jī)械零件和工應(yīng)用：制作機(jī)械零件和工程構(gòu)件時(shí)的選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)程構(gòu)件時(shí)的選材和設(shè)計(jì)的

6、依據(jù)。 條件屈服強(qiáng)度0.2 有些材料在拉伸圖中沒有明顯的水平階段。為了衡量這些材料的屈服特性,規(guī)定產(chǎn)生永久殘余變形等于一定值(一般為原長(zhǎng)度的0.2%)時(shí)的應(yīng)力,稱為條件屈服強(qiáng)度或簡(jiǎn)稱屈服強(qiáng)度0.2 。 脆性材料脆性材料拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)的屈服點(diǎn)：的屈服點(diǎn)：試樣卸除載荷后，其標(biāo)距部分的殘余伸長(zhǎng)率達(dá)到試樣標(biāo)距試樣卸除載荷后，其標(biāo)距部分的殘余伸長(zhǎng)率達(dá)到試樣標(biāo)距長(zhǎng)度的長(zhǎng)度的0.2%0.2%時(shí)的應(yīng)力，用符號(hào)時(shí)的應(yīng)力，用符號(hào)0.20.2表示。表示。FsS0s= 應(yīng)用：應(yīng)用：s和和0.2常作為零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。常作為零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。脆性材料的屈服點(diǎn)脆性材料的屈服點(diǎn)LF0 0F0.20.2%L0F0.

7、2S00.2=計(jì)算公式計(jì)算公式: b=FbS0 應(yīng)用：制作機(jī)械零件和工應(yīng)用：制作機(jī)械零件和工程構(gòu)件時(shí)的選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)程構(gòu)件時(shí)的選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。計(jì)算公式計(jì)算公式:2. 抗拉強(qiáng)度（強(qiáng)度極限）:材料承受最大載荷時(shí)的應(yīng)力。用b表示。 屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度在機(jī)械設(shè)計(jì)和選擇、評(píng)定金屬屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度在機(jī)械設(shè)計(jì)和選擇、評(píng)定金屬材料時(shí)有重要意義，材料不能在超過其材料時(shí)有重要意義，材料不能在超過其s的條件下的條件下工作，否則會(huì)引起機(jī)件的塑性變形；更不能超過其工作，否則會(huì)引起機(jī)件的塑性變形；更不能超過其 b的條件下工作，否則會(huì)導(dǎo)致機(jī)件的破壞。的條件下工作，否則會(huì)導(dǎo)致機(jī)件的破壞。(四)、 硬度:材料抵抗更硬的物

8、體壓入其內(nèi)的能力 ,是材料性能的一個(gè)綜合物理量。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。 金屬材料的硬度可用硬度儀來測(cè)試，常用的硬指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度等。 1.布氏硬度HB 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. HB=F/S (N/mm2) 單位一般不寫 S-壓痕面積. 布氏硬度試驗(yàn)原理圖布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) 2NHBmm壓入載荷（ ）壓痕的表面積（）2220.102()FD DDd壓頭是直徑為D的鋼球或硬質(zhì)合金球。 HBS壓頭為鋼球，用于測(cè)量450HBW（ 107 不疲勞破壞 疲勞曲

9、線疲勞破壞原因: 材料有雜質(zhì),表面劃痕,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)生突變而引起局部范圍內(nèi)應(yīng)力顯著增大的現(xiàn)象）,導(dǎo)致微裂紋,裂紋擴(kuò)展致使零件不能承受所加載荷突然破壞.產(chǎn)生疲勞破壞的原因 材料有雜質(zhì)、表面劃傷等缺陷應(yīng)力集中 微裂紋 裂紋擴(kuò)展 破 壞 三三、金屬材料的性能：金屬材料的性能：1、使用性能：、使用性能： 指材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能，主要包括力學(xué)性指材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能，主要包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。能、物理性能和化學(xué)性能。物理性能：密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、物理性能：密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、磁性。如，飛機(jī)上使用的零件要

10、求比重輕；電機(jī)、電磁性。如，飛機(jī)上使用的零件要求比重輕；電機(jī)、電器用零件要考慮導(dǎo)電性，器用零件要考慮導(dǎo)電性， 等等。等等?；瘜W(xué)性能：室溫或高溫時(shí)抵抗各種化學(xué)作用的能力，化學(xué)性能：室溫或高溫時(shí)抵抗各種化學(xué)作用的能力，也稱化學(xué)穩(wěn)定性，也稱化學(xué)穩(wěn)定性， 包括耐酸性、耐堿性、抗氧化性等包括耐酸性、耐堿性、抗氧化性等等。如，化工設(shè)備、醫(yī)療器械要求化學(xué)穩(wěn)定性好。等。如，化工設(shè)備、醫(yī)療器械要求化學(xué)穩(wěn)定性好。同時(shí)，各種金屬材料存在各不相同的使用性能。因此：同時(shí)，各種金屬材料存在各不相同的使用性能。因此：1 1）我們必須首先熟悉各種金屬材料的主要性能。）我們必須首先熟悉各種金屬材料的主要性能。2 2）才能根據(jù)不同的技術(shù)要求，選擇合適的金屬材料。）才能根據(jù)不同的技術(shù)要求，選擇合適的金屬材料。 比如：比如：1 1）醫(yī)療器械）醫(yī)療器械 不銹鋼。不銹鋼。 2 2）飛機(jī)上使用的零件，）飛機(jī)上使用的零件，要求比重要求比重輕，當(dāng)然強(qiáng)度也要高輕，當(dāng)然強(qiáng)度也要高鋁合金甚至復(fù)合材料。鋁合