承压类特种设备无损检测相关知识力学性能解读PPT学习教案

1、会计学1承压类特种设备无损检测相关知识力学承压类特种设备无损检测相关知识力学性能解读性能解读第1页/共69页以通过力学性能试验测定。第2页/共69页研究力学性能意义研究力学性能意义：是选择和使用金属材料的重要依据一、基本概念一、基本概念1、弹性：指物体在外力作用下改变基本形状和尺寸，当外、弹性：指物体在外力作用下改变基本形状和尺寸，当外力卸除后物体又恢复到其原始形状和尺寸的特性。力卸除后物体又恢复到其原始形状和尺寸的特性。2、内力：金属受到外力时为保其不变形，在材料内部作用、内力：金属受到外力时为保其不变形，在材料内部作用者与外力相对抗的力称为内力。者与外力相对抗的力称为内力。3、应力：单位面

2、积上的内力。、应力：单位面积上的内力。4、应变：指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变、应变：指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化；通常以百分比（化；通常以百分比（%）表示）表示5、载荷：金属材料在加工及使用过程中所受的外力。、载荷：金属材料在加工及使用过程中所受的外力。按作用性质分：按作用性质分： 第3页/共69页静载荷：指大小不变或变化过程缓慢的载荷。静载荷：指大小不变或变化过程缓慢的载荷。冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。循环载荷：指大小、方向随时间发生周期性变化的载荷循环载荷：指大小、方向随时间发生周期性变化

3、的载荷第4页/共69页按作用形式不同分：按作用形式不同分：第5页/共69页6、变形：、变形：材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化， 称为变形。称为变形。分为弹性变形与塑性变形分为弹性变形与塑性变形 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。第6页/共69页第7页/共69页1. 拉伸试样拉伸试样2. 力力伸长曲线伸长曲线（以低碳钢试样为例）（以低碳钢试样为例）3. 脆性材料的拉伸曲线脆性材料的拉伸曲线第8页/共69页1. 拉伸试样（拉伸试样（G

4、B6397-86）长试样：长试样：L0=10d0短试样：短试样：L0=5d0第9页/共69页第10页/共69页 万能材料试验机 a) WE系列液压式 b) WDW系列电子式第11页/共69页第12页/共69页第13页/共69页2. 力伸长曲线力伸长曲线弹性变形阶段弹性变形阶段屈服阶段屈服阶段颈缩现象颈缩现象拉伸试验拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。强化阶段强化阶段 第14页/共69页 (a)试样 (b)伸长 (c)产生缩颈 (d)断裂第15页/共69页拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象第16页/共69页LF0 03. 脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样

5、相对比）脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。 第17页/共69页应力应力 ：单位面积上试样承受的载荷。这里用试样承受的载荷除以试样的原始横截面积S 0表示: F = ( M pa ) S 0应变应变：单位长度的伸长量。这里用试样的伸长量除以试样的原始标距表示: l = l 0应力应变曲线应力应变曲线（ - 曲线曲线） 形状和拉伸曲线相同，单位不同思考思考怎样比较不同材料抵怎样比较不同材料抵抗外力能力的大小？抗外力能力的大小？第18页/共69页n抗拉极限抗拉极限(b)第19页/共69页工程上工程上常用常用的金属材料的的金

6、属材料的强度强度指标指标： 屈服点（屈服点（ s ）或规定残）或规定残余伸长应力（余伸长应力（ r）抗拉强度抗拉强度(b)第20页/共69页0.2:r规定残余伸长率为0.2%时的应力0ssFS材料屈服时的拉力（N） 屈服点（屈服极限）0.2原标准（GB228-76）： 屈服强度很重要，大多数很重要，大多数零件不允许有塑零件不允许有塑性变形性变形规定残余伸长应力:对有明显屈服现对有明显屈服现象的材料象的材料对无明显屈服现对无明显屈服现象的材料象的材料第21页/共69页0bbFS拉伸过程中最大的拉力（N）第22页/共69页 强度的意义强度的意义强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，一般钢材的屈

7、服强度在2001000MPa 之间。强度越高，表明材料在工作时越可以承受较高的载荷。当载荷一定时，选用高强度的材料，可以减小构件或零件的尺寸，从而减小其自重。因此，提高材料的强度是材料科学中的重要课题，称之为材料的强化。第23页/共69页常用的塑性判据常用的塑性判据： 拉伸时的拉伸时的断后伸长率断后伸长率和和断面收缩率断面收缩率第24页/共69页由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率数值不数值不同，因此应注明试样尺寸比例。如同，因此应注明试样尺寸比例。如: 10试样试样 L0=10d0 5 试样试样 L0=5d010100%oLLL试样拉断后的

8、标距（mm）1L oL 试样原始标距（mm）第25页/共69页010100%SSL试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）1S oS 试样原始截面积（mm2） . 第26页/共69页塑性对材料的意义塑性对材料的意义:1.是金属材料进行压力加工的必要条件是金属材料进行压力加工的必要条件;2.提高安全性提高安全性:因为零件在工作时万一超因为零件在工作时万一超载，也会由于塑性变形使材料强化而避载，也会由于塑性变形使材料强化而避免突然断裂免突然断裂 第27页/共69页通常情况下金属的伸长率不超过90% ，而有些金属及其合金在某些特定的条件下，最大伸长率可高达1000%2000% ，个别的可达6000%

9、 ，这种现象称为超塑性。由于超塑性状态具有异常高的塑性，极小的流动应力，极大的活性及扩散能力，在压力加工、热处理、焊接、铸造、甚至切削加工等很多领域被中应用。第28页/共69页 GB/T 228-2002新标准 GB/T 228-1987旧标准名称符号名称符号屈服强度屈服点s上屈服强度ReH上屈服点sU下屈服强度ReL下屈服点sL规定残余延伸强度Rr规定残余延伸应力r抗拉强度Rm抗拉强度b断后伸长率A或A11.3断后伸长率5或10断面收缩率Z断面收缩率第29页/共69页硬度：硬度：硬度试验方法硬度试验方法:压入法压入法 它是材料性能的一个综合的物理量。它是材料性能的一个综合的物理量。(表示金属

10、材料在一个小的体积范围内金属材料抵抗表示金属材料在一个小的体积范围内金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力）局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力）硬度是各种零件和工具必须具备的力学性能指标。硬度是各种零件和工具必须具备的力学性能指标。布氏硬度（布氏硬度（HB）洛氏硬度（洛氏硬度（HR）维氏硬度（维氏硬度（HV）第30页/共69页材料抵抗表面局部塑性变形的能力。材料抵抗表面局部塑性变形的能力。第31页/共69页一、布氏硬度1、测定原理布氏硬度计布氏硬度计 第32页/共69页第33页/共69页第34页/共69页)/()(2102. 0102. 0)(222mmNdDDDFSF

11、WHBS压2、计算公式HBS：淬火钢球作压头；适用于450HBSHBW：硬质合金作压头；适用于650HBW第35页/共69页试验时，根据被测的材料不同，球直径、试验力及试试验时，根据被测的材料不同，球直径、试验力及试验力保持时间按表验力保持时间按表1-1选择选择材料材料种类种类布氏硬度范布氏硬度范围围HBSHBS（HBWHBW）试样厚试样厚度度/mm/mm0.1020.102球的直球的直径径/mm/mm试验力试验力F/KNF/KN（k k g f)g f)试验力试验力保持时保持时间间/s/s钢、钢、铸铁铸铁140-450140-4506 63 34 42 222303010.010.05.05

12、.02.52.529.42(3000)29.42(3000)7.355(750)7.355(750)1.839(187.5)1.839(187.5)1212140666 63 3101010.010.05.05.09.807(1000)9.807(1000)2.452(250)2.452(250)1212非铁非铁金属金属1301306 63 34 42 22662.52.510.010.02.452(250)2.452(250)6060表表1-1 布氏硬度试验规范布氏硬度试验规范第36页/共69页硬度值压头直径（mm）试验力保持 时间（s）500HBW5/750例：表示用直径5mm硬质合金球在

13、7355N试验力作用下保持1015s测得的布氏硬度值为500120HBS10/1000/30表示用直径10mm钢球压头在9807N试验力作用下保持30s测得的布氏硬度值为120习惯上布氏硬度值不标出试验规范，如 170HBS。 第37页/共69页优点：测值重复优点：测值重复性强、测量结果性强、测量结果准确准确缺点：压痕大，不缺点：压痕大，不适合成品检验适合成品检验第38页/共69页测定原理第39页/共69页第40页/共69页第41页/共69页硬度硬度符号符号压头类压头类型型总实总实验力验力F/N 硬度值有效范围硬度值有效范围应用范围应用范围HRA金刚石金刚石圆锥体圆锥体58870 08585适

14、用于测量硬质合金、表面淬硬适用于测量硬质合金、表面淬硬层或渗碳层层或渗碳层HRB直径为直径为1.588mm钢钢球球98025100100适用于测量非铁金属适用于测量非铁金属,退火、退火、正正火钢等火钢等HRC金刚石金刚石圆锥体圆锥体1470206767适用于调质钢、淬火钢等适用于调质钢、淬火钢等上述公式中，上述公式中，k为常数，金刚石压头时为常数，金刚石压头时k=0.2MM，淬火钢球压头，淬火钢球压头时时k=0.26MM；h为主载荷解除后试件的压痕深度；为主载荷解除后试件的压痕深度； 试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验力及按表试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验力及按表1-2

15、选择，对应的洛氏硬度标尺为选择，对应的洛氏硬度标尺为HRA、HRB、HRC三种三种表表1-2 常用的三种洛氏硬度的试验条件及应用范围常用的三种洛氏硬度的试验条件及应用范围2、符号002. 0hkHR第42页/共69页52HRC70HRA例：洛氏硬度洛氏硬度HRC可以可以用于硬度很高的材料用于硬度很高的材料，在钢件热处理质量，在钢件热处理质量检查中应用最多。检查中应用最多。4、适用范围优点：测量迅速简便，压痕小，可在成品零件上检测 。第43页/共69页1、测定原理用一定的试验力F，将顶角为1360的金刚石四棱锥压入金属表面，保持一定时间后卸去试验力，然后测出压痕对角线长度d1、d2（mm），并求

16、出压痕对角线的平均值d。 第44页/共69页第45页/共69页2、计算公式21891. 0dFHV 3、表示方法硬度值+HV+试验力/保持时间如：640HV30/204、适用范围适用于测量零件薄的表面硬化层的硬度。第46页/共69页四、冲击韧性 强度、硬度、塑性等力学性能指标都是材料在静载荷作用下的表现。 材料在工作时还经常受到动载荷的作用，冲击载荷就是常见的一种。 在设计和制造受冲击载荷的零件和工具（如锻锤、冲床、铆钉枪等）时，必须考虑所用材料除具有足够的静载荷作用下得力学性能指标外，还必须具有足够的抵抗冲击载荷的能力。第47页/共69页冲击载荷与静载荷的主要区别在于加载时间短、加载速率高、

17、应力集中。由于加载速率提高，金属形变速率也随之增加。冲击载荷对材料的作用效果或破坏效应大于静载荷。 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，称为冲击韧性。 示例：玻璃在冲击载荷作用下非常容易破裂，说明其冲击韧性很低。第48页/共69页第49页/共69页第50页/共69页第51页/共69页第52页/共69页第53页/共69页第54页/共69页第55页/共69页第56页/共69页第57页/共69页第58页/共69页【小资料小资料】GB/T 2292007与GB/T 2291994相比，在金属冲击韧性的名称和符号等方面有较大变化，为方便读者学习，将关于金属材料冲击韧性的新、旧标准名称和符号对照列于下表中。第59页/共69页新标准GB/T2292007旧标准GB/T2291994名称符号名称符号冲击吸收能量K冲击吸收功AKU型缺口试样在2mm锤刃下