第一章-金屬材料力學性能

金屬的力學性能主要內(nèi)容包括1.金屬力學性能指標的本質(zhì)、物理概念、實用意義，以及各種力學性能指標間的相互關系；2.影響金屬力學性能的因素，提高金屬力學性能的方向和途徑；3.金屬力學性能指標的測試技術性能使用性能工藝性能力學性能：材料受力時表現(xiàn)出來性能物理性能、化學性能材料使用時表現(xiàn)出的性能材料加工時表現(xiàn)出的性能熱加工工藝性能：鑄造、鍛壓、焊接、熱處理冷加工工藝性能：切削加工力的相關術語1）載荷載荷分為靜載荷、沖擊載荷及變動載荷三種。2）變形3）應力（σ）/??lf?

/金屬材料在使用和加工過程中所受到的各種外力統(tǒng)稱為載荷，用符號F表示。金屬材料受到載荷作用而產(chǎn)生的幾何變形和尺寸的變化稱為變形。變形分為彈性變形和塑性變形。也就是單位面積所能承受的載荷大小。即σ=F/S一、拉伸試驗（測量和計算強度與塑性指標）強度與塑性標準試樣斷后試樣長試樣:L0=10d0短試樣：L0=5d0低碳鋼拉伸曲線op段，伸長量與載荷成正比，屬于彈性變形階段pe段，伸長量與載荷不成正比，屬于彈性變形階段ek段，屬于塑形變形階段二、強度1.定義：2.意義：3.強度指標1)彈性極限材料受到外力時，產(chǎn)生彈性變形時所能承受的最大應力。用符號σe表示。σe=Fe/Ao式中Fe—試樣發(fā)生彈性變形時的最大載荷（N）;Ao—試樣的原始橫截面積（mm2）。金屬材料在載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力稱為強度。強度指標是機器零件選材和設計的主要依據(jù)。2）屈服點與屈服強度

金屬材料開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最低應力值稱為屈服點，用符號σs表示。σs=Fs/Ao式中Fs—試樣發(fā)生屈服時的載荷（N）;Ao—試樣的原始橫截面積（mm2）。工業(yè)上使用的某些金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，在拉伸過程中，沒有明顯的屈服現(xiàn)象，無法確定其屈服點σs，按GB/T2228規(guī)定，可用屈服強度σ0.2來表示該材料開始產(chǎn)生塑性變形時的最低應力值。屈服強度為試樣標距部分產(chǎn)生0.2%殘余伸長率時的應力值，即σ0.2=F0.2/Ao式中F0.2—試樣標距產(chǎn)生的0.2%殘余伸長時載荷（N）；Ao—試樣的原始橫截面積（mm2）屈服強度的測定3）抗拉強度金屬材料在斷裂前所能承受的最大應力值稱為抗拉強度，用符號σb表示。

σb=Fb/Ao式中Fb—試樣在斷裂前所承受的載荷（N）；Ao—試樣原始橫截面積（mm2）。三、塑性1.定義金屬材料的載荷作用下，斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力稱為塑性。2.意義1）斷后伸長率=(L1-L0)/L0材料有一定的塑性既能保證安全性，又能使材料便于加工（工藝性能）。3.常用的塑性指標2）斷面收縮率ψψ=(S0-S1)/S0客觀的硬度

硬度是指金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。1.布氏硬度（HBW、HBS）2.洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）3.和維氏硬度（HV）

一、定義可用硬度試驗機測定。二、常用的硬度指標硬度測試原理各種硬度表示方法、特點及應用范圍沖擊韌性與疲勞極限用試樣的斷口處截面積SN（cm2）去除AK（J）即得到?jīng)_擊韌度，用ak表示(已不用），單位為J/cm2.aK=AK/SN一、沖擊韌性1.衡量指標：動載荷沖擊吸收功AK即AK=mg(H-h)Ak與溫度相關：Ak隨溫度升高而升高舉例：塑料制品冬天和夏天韌性不同雖然零件所承受的交變應力數(shù)值小于材料的屈服強度，但在長時間運轉后也會發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。對稱循環(huán)交變應力據(jù)統(tǒng)計，機械零件斷裂中有80%是由于疲勞引起。

二、疲勞極限1.疲勞概念2.疲勞曲線與疲勞極限2）工程上規(guī)定，材料經(jīng)受相當循環(huán)周次不發(fā)生斷裂的最大應力稱為疲勞極限，以符號σ-1表示。

1）試驗證明，金屬材料所受最大交變應力σmax愈大，則斷裂前所受的循環(huán)周次N（定義為疲勞壽命）愈少，這種交變應力σmax與疲勞壽命N的關系曲線稱疲勞曲線或S—N曲線

疲勞曲線-1Nn21N1N2NnNc鋼鐵材料：107次非鐵合金、超高強度鋼：108次部分工程材料的疲勞極限σ-1（MPa）三、提高材料疲勞極限的途徑1.設計方面盡量使用零件避免交角、缺口和截面突變，以避免應力集中及其所引起的疲勞裂紋。2.材料方面通常應使晶粒細化，減少材料內(nèi)部存在的夾雜物和由于熱加工不當引起的缺陷。如疏松、氣孔和表面氧化等。3.機械加工方面要降低零件表面粗糙度值。4.零件表面強化方面可采用化學熱處理、表面淬火、噴丸處理和表面涂層等，使零件表面造成壓應力，以抵消或降低表面拉應力引起疲勞裂紋的可能性。金屬材料強度與塑性的新、舊標準名詞和符號對照表總結力學性