金屬的力學(xué)性能

關(guān)于金屬的力學(xué)性能1.本章重點(diǎn):金屬材料的各種性能指標(biāo)及其測(cè)定方法,以及它們?cè)趯?shí)際工作中如何應(yīng)用。2.難點(diǎn):各種強(qiáng)度指標(biāo)的物理意義及它們之間的區(qū)別。3.學(xué)習(xí)目的與要求:能充分理解各種性能指標(biāo)的含義及實(shí)際應(yīng)用。第2頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月力學(xué)性能？影響力學(xué)性能的因素？力學(xué)性能指標(biāo)？如何測(cè)定？第3頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月第一節(jié)金屬室溫強(qiáng)度和塑性力學(xué)性能:材料在外力作用下所表現(xiàn)的一些性能，稱為材料的力學(xué)性能（機(jī)械性能）。是設(shè)計(jì)選材的重要依據(jù)------金屬的強(qiáng)度和塑性可通過(guò)拉伸試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。第4頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月一、拉伸試驗(yàn)拉伸試樣（GB228-1987）長(zhǎng)試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d0第5頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月2.力——伸長(zhǎng)曲線彈性變形階段屈服階段頸縮現(xiàn)象拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系曲線。強(qiáng)化階段

第6頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月ΔLF03.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(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象。

第7頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月中碳鋼變形量△l,應(yīng)變?外力F，應(yīng)力σ高碳鋼低碳鋼第8頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月二、強(qiáng)度金屬材料在靜載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。通常用符號(hào)：σ表示。根據(jù)載荷的作用方式不同有不同的強(qiáng)度指標(biāo)。通過(guò)拉伸曲線可以確定的有下列指標(biāo)：（一）規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力（二）規(guī)定總伸長(zhǎng)應(yīng)力（三）規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力（四）屈服點(diǎn)（五）抗拉強(qiáng)度第9頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月（一）規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力規(guī)定比例極限和規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力。簡(jiǎn)單介紹指金屬材料在受拉力過(guò)程中，標(biāo)距部分非比例伸長(zhǎng)率達(dá)到某一規(guī)定數(shù)值時(shí)的應(yīng)力；當(dāng)規(guī)定數(shù)值為0.01%時(shí),其代號(hào)寫(xiě)成σp0.01。

σp=Fp/S0規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力屬規(guī)定微量塑性伸長(zhǎng)應(yīng)力。所謂非比例伸長(zhǎng)是指外力與伸長(zhǎng)不呈比例關(guān)系的伸長(zhǎng)。單位MPA第10頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月（二）規(guī)定總伸長(zhǎng)應(yīng)力是試樣標(biāo)距部分的總伸長(zhǎng)（彈性+塑性）達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力，表示此應(yīng)力的符號(hào)應(yīng)加腳注說(shuō)明。σt=Ft/S0第11頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月（三）規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力

σr=Fr/S0

規(guī)定殘余伸長(zhǎng)是指外力卸除后，彈性變形回復(fù)，試樣標(biāo)距部分的殘余伸長(zhǎng)。σr0.2表示規(guī)定殘余伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)的應(yīng)力。屬規(guī)定微量塑性伸長(zhǎng)應(yīng)力。外力Fe是使試棒只產(chǎn)生彈性變形的最大載荷。材料在外力作用下產(chǎn)生彈性變形時(shí)所能承受的的最大應(yīng)力叫彈性極限，用σe表示，單位Mpa，即σe=Fe/S0現(xiàn)在與規(guī)定非比例伸長(zhǎng)率相近。第12頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月（四）屈服點(diǎn)當(dāng)載荷增加到超過(guò)Fe后，試棒發(fā)生塑性變形，外力達(dá)到Fs時(shí)，拉伸曲線出現(xiàn)一個(gè)小平臺(tái)（低碳鋼）。此時(shí)好象材料已失去抵抗外力的能力而屈服了。我們把試棒產(chǎn)生屈服時(shí)的應(yīng)力稱為材料的屈服點(diǎn)，也稱屈服強(qiáng)度或屈服極限σs，即σs=Fs/S0有上下屈服點(diǎn)之分。注：塑性材料在靜載荷作用下常根據(jù)屈服點(diǎn)來(lái)確定許用應(yīng)力。第13頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月（五）抗拉強(qiáng)度(強(qiáng)度極限)用σb表示抗拉強(qiáng)度:反映材料最大均勻變形的抗力,是材料在拉伸條件下所能承受的最大載荷的應(yīng)力值。當(dāng)載荷達(dá)到Fb后試棒的某一部分就會(huì)形成“縮頸”，此時(shí)不增加載荷試棒也會(huì)變形直至斷裂。所以也表征材料抵抗斷裂的能力。

σb=Fb/S0單位：Mpaσb的特點(diǎn)：測(cè)量簡(jiǎn)便,數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確(特別是脆性材料),有時(shí)也可以作為設(shè)計(jì)零件時(shí)的強(qiáng)度指標(biāo)采用,但安全系數(shù)要大一些。第14頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月注意屈強(qiáng)比的概念，σs/σb，比值越大，材料的性能潛力越能發(fā)揮出來(lái)。過(guò)低與過(guò)高都不好。合適的比值在0.65~0.75之間。疲勞強(qiáng)度：把試樣承受無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)或達(dá)到規(guī)定的循環(huán)次數(shù)才斷裂的最大應(yīng)力，作為材料的疲勞強(qiáng)度。第15頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月三、塑性

塑性是指金屬材料在外力作用下斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力，通常評(píng)定材料塑性的指標(biāo)是：伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。第16頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月伸長(zhǎng)率（δ

）lk-l0l0×100%δ=lk——試樣拉斷后的標(biāo)距,mm;l0——試樣的原始標(biāo)距,mm。第17頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月（一）伸長(zhǎng)率δ也叫延伸率，是試樣在一定應(yīng)力下的標(biāo)距增長(zhǎng)量與原標(biāo)距長(zhǎng)度之比?？捎孟率奖硎?/p>

δ=(Lk-L0)/L0*100%根據(jù)拉伸試棒的標(biāo)距的不同，伸長(zhǎng)率有δ5和δ10兩種符號(hào)，同一材料的這兩種伸長(zhǎng)率是不同的。要比較不同材料的伸長(zhǎng)率也應(yīng)該用相同符號(hào)的伸長(zhǎng)率。若不注明，則是長(zhǎng)試樣伸長(zhǎng)率。第18頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月（二）斷面收縮率斷面收縮率就是試樣拉斷后，縮頸處橫截面面積的最大縮減量與原始橫截面面積的百分比，即：ψ=（S0-SK）/S0*100%國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的變化，新舊標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照?。?！第19頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月第二節(jié)硬度硬度是材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度是材料的一個(gè)重要指標(biāo)，它能夠給出材料軟硬程度的數(shù)量概念，是衡量金屬軟硬程度的判據(jù)。特點(diǎn)：硬度試驗(yàn)方法簡(jiǎn)便、迅速，一般不破壞試件，設(shè)備也比較簡(jiǎn)單，測(cè)試數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確。工業(yè)生產(chǎn)中常用的硬度試驗(yàn)方法有兩類：靜態(tài)力硬度試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)力試驗(yàn)方法。第20頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月一、布氏硬度

布氏硬度試驗(yàn)是指用一定直徑的球體（硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入式樣表面，經(jīng)保持規(guī)定的時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用測(cè)量的表面壓痕直徑計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)。第21頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月布氏硬度試驗(yàn)原理圖硬度值的表示：符號(hào)前的數(shù)值是硬度值，符號(hào)HB后的數(shù)值依次表示球體直徑、負(fù)荷大小及負(fù)荷保持時(shí)間（10~15s時(shí)不標(biāo)注）。1、試驗(yàn)原理布氏硬度=

FA凹=2FπD[D-（D2-d2）?]第22頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月

測(cè)量比較軟的材料。測(cè)量范圍HBS<450、HBW<650的金屬材料。3.優(yōu)缺點(diǎn)2.應(yīng)用

壓痕大，測(cè)量準(zhǔn)確，但不能測(cè)量成品件。第23頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月1.

原理二、洛氏硬度返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)加初載荷加主載荷卸除主載荷讀硬度值第24頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月2.應(yīng)用范圍20~671500N120°金剛石圓錐體HRC25~1001000N1.588mm鋼球HRB70~85600N120°金剛石圓錐體HRA常用洛氏硬度標(biāo)度的試驗(yàn)范圍第25頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便、迅速，效率高，可直接測(cè)量成品件及高硬度的材料。3.優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：壓痕小，測(cè)量不準(zhǔn)確，需多次測(cè)量。第26頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月三、維氏硬度原理，符號(hào)表示：640HV30640HV30/20的不同優(yōu)缺點(diǎn)：載荷小，壓入深度淺，主要用于測(cè)量金屬零件的表面硬度，試驗(yàn)載荷選擇不影響其硬度值的大小，測(cè)定硬度范圍大，但測(cè)定較麻煩，工作效率不高。第27頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月其它硬度（自學(xué)）第三節(jié)沖擊韌度（一）沖擊韌度在沖擊載荷工作下材料的性能指標(biāo)，一般用擺錘式一次沖擊試驗(yàn)P16沖擊韌度對(duì)材料的組織缺陷十分敏感（二）斷裂韌度第28頁(yè),共30頁(yè)，星期六，2024年，5月本章小結(jié)：通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，大家