金屬工藝學(xué)金屬的力學(xué)性能

金屬工藝學(xué)金屬的力學(xué)性能第一頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日材料的性能使用性能工藝性能物理性能化學(xué)性能

力學(xué)性能

熱處理性能鑄造性能焊接性能鍛造性能切削加工性能

第二頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日材料分類復(fù)合材料金屬材料陶瓷材料高分子材料第三頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第一章金屬材料的力學(xué)性能

本節(jié)重點(diǎn)：金屬材料的力學(xué)性能主要內(nèi)容：金屬材料的力學(xué)性能,包括材料的強(qiáng)度、硬度、塑性、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度等。本節(jié)難點(diǎn)：各性能指標(biāo)的物理意義和測(cè)定方法第四頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)拉伸試驗(yàn)及強(qiáng)度和塑性一、拉伸試驗(yàn)及拉伸曲線拉伸試驗(yàn)機(jī)第五頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第六頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第七頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象第八頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日2、應(yīng)力與應(yīng)變曲線應(yīng)力σ：?jiǎn)挝幻娣e上試樣承受的載荷。這里用試樣承受的載荷除以試樣的原始橫截面積S0表示:

F 載荷(N)σ=——(Mpa) S0

原始橫截面積(mm2)應(yīng)變?chǔ)牛簡(jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量。這里用試樣的伸長(zhǎng)量除以試樣的原始標(biāo)距表示:

Δl 伸長(zhǎng)量(mm)

ε=——

l0

原始長(zhǎng)度(mm)應(yīng)力－應(yīng)變曲線（σ-ε曲線）:形狀和拉伸曲線相同，單位不同第九頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日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。第十頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日二、常用強(qiáng)度判據(jù)強(qiáng)度:

材料在外力作用，抵抗塑性變形和斷裂的能力。工程上常用的金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)：規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力（σp）屈服點(diǎn)（σs）或規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力（σr）抗拉強(qiáng)度(σb)第十一頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日1、規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力規(guī)定非比例伸長(zhǎng)率為0.01%時(shí)的應(yīng)力規(guī)定非比例伸長(zhǎng)率為0.05%時(shí)的應(yīng)力試驗(yàn)非比例伸長(zhǎng)為規(guī)定量時(shí)的拉力（N）試驗(yàn)原始橫截面積（mm2）是一些重要零件設(shè)計(jì)的力學(xué)依據(jù)第十二頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日2、屈服點(diǎn)和規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力產(chǎn)生規(guī)定殘余伸長(zhǎng)時(shí)的拉力（N）規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力規(guī)定殘余伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)的應(yīng)力材料屈服時(shí)的拉力（N）屈服點(diǎn)（屈服極限）原標(biāo)準(zhǔn)（GB228-76）：屈服強(qiáng)度第十三頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日3、抗拉強(qiáng)度（曾稱強(qiáng)度極限）拉伸過程中最大的拉力（N）抗拉強(qiáng)度：材料在拉伸條件下所能承受最大力的應(yīng)力值是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)之一，是工程技術(shù)上的主要強(qiáng)度指標(biāo)。第十四頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日三、塑性判據(jù)塑性:

材料在外力作用，抵抗塑性變形和斷裂的能力。常用的塑性判據(jù)：拉伸時(shí)的斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率第十五頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日1、斷后伸長(zhǎng)率由于同一材料用不同長(zhǎng)度的試樣測(cè)得的斷后伸長(zhǎng)率δ數(shù)值不同，因此應(yīng)注明試樣尺寸比例。試樣拉斷后的標(biāo)距（mm）試樣原始標(biāo)距（mm）第十六頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日2、斷面收縮率試樣斷裂后縮頸處的最小橫截面積（mm2）試樣原始截面積（mm2）強(qiáng)度是表征材料變形抗力指標(biāo)，塑性是描述變形能力的指標(biāo)。注：第十七頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)題一拉力試樣的原標(biāo)距長(zhǎng)度為50mm，直徑為10mm，經(jīng)拉力試驗(yàn)后，將已斷裂的試樣對(duì)接起來測(cè)量，若最后的標(biāo)距長(zhǎng)度為71mm，頸縮區(qū)的最小直徑為4.9mm，試求該材料的伸長(zhǎng)率和斷面收縮率的值？解：δ５=[（71-50）/50]x100%=42%S0=3.14x(10/2)2=78.5(mm2)S1=3.14x(4.9/2)2=18.85(mm2)Ψ=[(S0-S1)/S0]x100%=24%第十八頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)題二某工廠買回一批材料（要求：бs≥230MPa；бb≥410MPa；δ5≥23%；ψ≥50%）．做短試樣（ｌ0=5ｄ0；ｄ0=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：бs＝Fs／s０＝(19x1000)/(3.14x52)=242 ＞230MPa бb＝Fb／s０＝(34.5x1000)/(3.14x52)=439.5＞410MP δ5＝[Δl／l0]x100%＝[(63.1-50)/50]x100%=26.2%＞23%ψ＝[ΔS／S0]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。第十九頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)硬度硬度：硬度試驗(yàn)方法壓入法

劃痕法回跳法指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力（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）布氏硬度（HB）洛氏硬度（HR）維氏硬度（HRC）顯微硬度莫氏硬度肖氏硬度第二十頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日一、布氏硬度1、測(cè)定原理布氏硬度計(jì)

第二十一頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)被測(cè)的材料不同，球直徑、試驗(yàn)力及試驗(yàn)力保持時(shí)間按表-1選擇材料種類布氏硬度范圍HBS（HBW）試樣厚度/mm0.102球的直徑/mm試驗(yàn)力F/KN（kgf)試驗(yàn)力保持時(shí)間/s鋼、鑄鐵140-4506～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)12<140>66～31010.05.09.807(1000)2.452(250)12非鐵金屬>1306～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)3036～1309～36～31010.05.09.807(1000)2.452(250)308～35>62.510.02.452(250)60表1-1布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范第二十二頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日2、符號(hào)HBS：淬火鋼球作壓頭HBW：硬質(zhì)合金作壓頭第二十三頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日3、表示方法XXXHBS(W)XX/XXX/XX硬度值壓頭直徑（mm2）試驗(yàn)力保持時(shí)間（s）試驗(yàn)力（0.102N）500HBW5/750例：表示用直徑5mm硬質(zhì)合金球在7355N試驗(yàn)力作用下保持10~15s測(cè)得的布氏硬度值為500120HBS10/1000/30表示用直徑10mm鋼球壓頭在9807N試驗(yàn)力作用下保持30s測(cè)得的布氏硬度值為120第二十四頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日布氏硬度試驗(yàn)法一般用于試驗(yàn)各種硬度不高的鋼材、鑄鐵、有色金屬等，也用于試驗(yàn)經(jīng)淬火、回火但硬度不高的鋼件。4、適用范圍第二十五頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日二、洛氏硬度測(cè)定原理第二十六頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日硬度符號(hào)壓頭類型載荷F/kg硬度有效范圍使用范圍HRA金剛石圓錐體6070～85適用于測(cè)量硬質(zhì)合金、鋼表、淬火層或滲碳層HRB直徑為1.588mm鋼球10025～100（相當(dāng)60～230HB）適用于測(cè)量非鐵金屬退火、退火等HRC金剛石圓錐體15020～67(相當(dāng)HB230～700)適用于調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)被測(cè)的材料不同，壓頭的類型、試驗(yàn)力及按表-2選擇，對(duì)應(yīng)的洛氏硬度標(biāo)尺為HRA、HRB、HRC三種表1-2常用的三種洛氏硬度的試驗(yàn)條件及應(yīng)用范圍2、符號(hào)第二十七頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日3、表示方法硬度值+HR52HRC70HRA例：洛氏硬度HRC可以用于硬度很高的材料，在鋼件熱處理質(zhì)量檢查中應(yīng)用最多。4、適用范圍第二十八頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)沖擊吸收功在設(shè)計(jì)和制造受沖擊載荷的零件和工具（如鍛錘、沖床、鉚釘槍等）時(shí)，必須考慮所用材料的沖擊吸收功或沖擊韌度。一、擺錘式一次沖擊試驗(yàn)原理擺錘試驗(yàn)機(jī)第二十九頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日

試驗(yàn)在專門的擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，把試樣放在試驗(yàn)機(jī)的支承面上，試樣的缺口背向擺錘沖擊方向。將質(zhì)量為m的擺錘安放到規(guī)定的高度H，然后下落，將試樣打斷，并擺過支點(diǎn)升到某一高度h，試樣在沖擊試驗(yàn)力一次作用下，折斷時(shí)所吸收的功為沖擊吸收功為Ak。第三十頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日1、試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功Ak為:

Ak=mgH–mgh(J)2、沖擊韌度ak

AK

ak=(J/cm2)Sk二、沖擊吸收功和沖擊韌度就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。沖擊吸收功Ak

作為材料韌性判據(jù)，與溫度、試樣形狀、尺寸、表面粗糙度、內(nèi)部組織和缺陷有關(guān)。第三十一頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)疲勞極限交變應(yīng)力：是指大小和方向構(gòu)隨時(shí)間周期變化的應(yīng)力。材料的疲勞：材料在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累計(jì)損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程。在多次交變應(yīng)力作用，金屬會(huì)在遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度σb，甚至小于屈服點(diǎn)σs。的應(yīng)力下失效（出現(xiàn)裂紋或完全斷裂）

疲勞破壞的原因：應(yīng)力集中——微裂紋——擴(kuò)展——斷裂破壞。第三十二頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日疲勞曲線：實(shí)驗(yàn)證明，一般鋼鐵材料所受交變應(yīng)力最大值σmax與其失效前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（疲勞壽命）N的曲線關(guān)系。第三十三頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第五節(jié)斷裂韌度斷裂過程：材料中有微裂紋——受外力—