金屬的力學(xué)性能PPT課件

1、金屬的力學(xué)性能定義 : 金屬材料的力學(xué)性能是指金屬材料在不同環(huán)境（溫度、介質(zhì)）下，承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等）時(shí)所表現(xiàn)出的力學(xué)特征。 指標(biāo) : 彈性 、剛度、強(qiáng)度、塑性 、 硬度、沖擊韌性 、斷裂韌度和疲勞強(qiáng)度等。第1頁/共33頁材料的其他性能 物理性能：密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性等； 化學(xué)性能：耐腐蝕性、抗氧化性、化學(xué)穩(wěn)定性等； 工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性、熱處理工藝性等。 第2頁/共33頁第一節(jié) 強(qiáng)度和塑性 一、拉伸實(shí)驗(yàn)與拉伸曲線1.拉伸試樣GB6397-86規(guī)定金屬拉伸試樣有：圓形、矩形、異型及全截面常用標(biāo)準(zhǔn)圓截面試

2、樣。長試樣：L0=10d0;短試樣：L0=5d0拉伸試樣拉伸試樣第3頁/共33頁第一節(jié) 強(qiáng)度和塑性2.拉伸過程拉伸過程第4頁/共33頁拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī)第5頁/共33頁op段：比例彈性變形階段；pe段：非比例彈性變形階段； 平臺(tái)或鋸齒（s段）：屈服階段；sb段：均勻塑性變形階段，是強(qiáng)化階段。b點(diǎn)：形成了“縮頸”。bk段：非均勻變形階段，承載下降，到k點(diǎn)斷裂。 斷裂總伸長為Of，其中塑形變形Og(試樣斷后測得的伸長)，彈性伸長gf。 l Fl bl ul Fbbk Fss o g fe Fep Fp3.拉伸曲線第6頁/共33頁4.應(yīng)力與應(yīng)變曲線(1)應(yīng)力 ：單位面積上試樣承受

3、的載荷。這里用試樣承受的載荷除以試樣的原始橫截面積S 0表示: F 載荷( N ) = ( M pa ) S 0 原始橫截面積( mm2)(2)應(yīng)變：單位長度的伸長量。這里用試樣的伸長量除以試樣的原始標(biāo)距表示: l伸長量(mm ) = l 0原始長度( mm) (3)應(yīng)力應(yīng)變曲線（ - 曲線）:形狀和拉伸曲線相同，單位不同bse第7頁/共33頁退火低碳鋼低、中回火鋼淬火鋼及鑄鐵中碳調(diào)質(zhì)鋼5.不同材料的拉伸曲線不同材料的拉伸曲線第8頁/共33頁二、強(qiáng)度和剛度0SF2.剛度：將材料抵抗彈性變形的能力稱為剛度。彈性模量：彈性下應(yīng)力與應(yīng)變的比值,表示材料抵抗彈性變形的能力。即： E= / 材料的E越大

4、，剛度越大； E對組織不敏感；零件的剛度主要決定于E，也與形狀、截面等有關(guān)。E= / 1.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)到原來形狀及尺寸的性能。彈性變形: 隨載荷撤除而消失的變形。第9頁/共33頁 3.彈性極限: Fe 彈性極限載荷( N ) e = ( M pa ) S0 試樣原始橫截面積( mm2)e e第10頁/共33頁4.強(qiáng)度: 材料在載荷作用下抵抗永久變形和破壞的能力。種類種類: 抗拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、 抗壓強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、 抗彎強(qiáng)抗彎強(qiáng) 度度 、 抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度 、 抗扭強(qiáng)度等?？古?qiáng)度等。 (1) 屈服點(diǎn) 與屈服強(qiáng)度: 產(chǎn)生明顯塑性變形的最低應(yīng)力值. Fs

5、 s = ( M Pa ) S0試樣屈服時(shí)的載荷( N )試樣原始橫截面積( mm2)s第11頁/共33頁 屈服強(qiáng)度( 塑性變形量為0.2%，微量塑性變形) F0.2 0.2 = ( M Pa ) S 0 試樣原始橫截面( mm2)試樣產(chǎn)生0.2%殘余塑性變 形時(shí)的載荷(N)0.2：試樣產(chǎn)生殘余塑性變形0.2%時(shí)的應(yīng)力試樣產(chǎn)生試樣產(chǎn)生0.2%殘余塑性變形殘余塑性變形 屈服點(diǎn) s 、屈服強(qiáng)度0.2是零件設(shè)計(jì)的主要依據(jù)；也是評定金屬強(qiáng)度的重要指標(biāo)之一。第12頁/共33頁(2)抗拉強(qiáng)度：試樣在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力。 它表示材料抵抗斷裂的能力。 是零件設(shè)計(jì)的重要依據(jù)；也是評定金屬強(qiáng)度的重要指標(biāo)之一

6、。 F b 試樣斷裂前的最大載荷(N) b = ( M Pa ) S 0 試樣原始橫截面積( mm2)bse第13頁/共33頁三、塑性:是指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。 (1)斷面收縮率: 是指試樣拉斷處橫截面積的收縮量 S與原始橫截面積S0之比。(2)伸長率:是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長量 L 與原始標(biāo)距L 0之比。 S0 - S 1 = - 100% S0 l 1 - l0 = - 100% l0第14頁/共33頁 10% 屬塑性材料思考思考:同一材料同一材料5 10？l=l=l lu ub b= l/ll/l0 0= =l lu u/l/l0 0 + + l lb b/l/

7、l0 0ubbseE塑性指標(biāo)不直接用于計(jì)算，但任何零件都需要一定塑性。防止過載斷裂；塑性變形可以緩解應(yīng)力集中、削減應(yīng)力峰值。第15頁/共33頁練習(xí)題一 拉力試樣的原標(biāo)距長度為50mm，直徑為10mm，經(jīng)拉力試驗(yàn)后，將已斷裂的試樣對接起來測量，若最后的標(biāo)距長度為71mm，頸縮區(qū)的最小直徑為4.9mm，試求該材料的伸長率和斷面收縮率的值？ 解： =（71-50）/50 x100%=42% S0=3.14x(10/2)2=78.5(mm2) S1=3.14x(4.9/2)2=18.85(mm2) =(S0-S1)/S0 x100%=24%第16頁/共33頁練習(xí)題二 某工廠買回一批材料（要求：s230

8、MPa；b410MPa；523%；50%）做短試樣（0=50；0=10mm）拉伸試驗(yàn)，結(jié)果如下：Fs=19KN，F(xiàn)b=34.5KN；l1=63.1mm；d1=6.3mm;問買回的材料合格嗎？ 解： 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算如下： sFss(19x1000)/(3.14x52 )=242 230MPa b Fb s(34.5x1000)/(3.14x52 )=439.5 410MPa 5 l l 0 x100% (63.1-50)/50 x100%=26.2% 23% S S 0 x100% 60.31% 50% 材料的各項(xiàng)指標(biāo)均合格，因此買回的材料合格。第17頁/共33頁第二節(jié) 硬 度布氏硬度HB 洛

9、氏硬度HR 維氏硬度HV銼刀法五.硬度( hardness ):是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力常用測量硬度的方法第18頁/共33頁(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) 第19頁/共33頁(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )適用范圍:v 450HBS;v 650HBW;第20頁/共33頁(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) 符號(hào)HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。如: :120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在100

10、0kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。第21頁/共33頁(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)10HRCHBS第22頁/共33頁(3)維氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness )適用范圍: 測量薄板類 ; HVHBS ;第23頁/共33頁(5) 銼刀法: 一組硬度差為5HRC的銼刀。例如:10HRC、15HRC、20HRC等。第24頁/共33頁六.沖擊韌性( notch toughness ): 材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。第25頁/共33頁沖擊試

11、驗(yàn)機(jī)沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊試樣和沖擊試驗(yàn)示意圖沖擊試樣和沖擊試驗(yàn)示意圖第26頁/共33頁試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功A k為: A k = m g H m g h (J) 沖擊韌性值a k 就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。 AK a k = (J/cm) S0第27頁/共33頁七.疲勞強(qiáng)度( fatigue strength ): 表示材料經(jīng)無數(shù)次交變載荷作 用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力值。第28頁/共33頁鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取 N = 107有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取 N = 108鋼材的疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系: -1 = (0.45 (0.450.55)0.55) b第29頁/共33頁1943年美國T-2油輪發(fā)生斷裂第30頁/共33頁八.比強(qiáng)度 ( specific strength ): 材料的強(qiáng)度值與密度值之