第1章-金属材料的力学性能PPT课件

1、 第一节 强度、刚度、弹性及塑性一、力伸长曲线与应力应变曲线（一）力伸长曲线曲线分三个阶段：1.弹性变形阶段：op、pe段 2.塑性变形阶段：es、sb段 3.断裂阶段：bk段 第1页/共22页（二）应力应变曲线（二）应力应变曲线 二、刚度和弹性二、刚度和弹性 （一）弹性模量（一）弹性模量 弹性模量弹性模量E是指金属材料在弹性状态下的应力与应变的比值。是指金属材料在弹性状态下的应力与应变的比值。 工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。 （二）弹性极限（二）弹性极限 弹性极限弹性极限e：是材料在不产生塑性变形时所能承受的最大应力值。：是材料在不产生塑性变

2、形时所能承受的最大应力值。E第2页/共22页 （三）弹性比功（三）弹性比功 弹性比功。又称弹性比能或应变能，它表示材料发生弹性变形时弹性比功。又称弹性比能或应变能，它表示材料发生弹性变形时可吸收能量的能力，在卸载时，又能完全释放能量而使材料恢复原可吸收能量的能力，在卸载时，又能完全释放能量而使材料恢复原状。状。 三、强度三、强度 强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。（一）屈服点与屈服强度（一）屈服点与屈服强度 屈服点屈服点s（屈服强度（屈服强度0.2）：是材料开始产生明显塑性变形时）：是材料开始产生明显塑性变形时的

3、最低应力值。的最低应力值。第3页/共22页屈服强度屈服强度0.2 :为试样标距部分产生为试样标距部分产生0.2残余伸长时的应力值。残余伸长时的应力值。 （二）抗拉强度（二）抗拉强度 抗拉强度抗拉强度b: 是材料在破断前所承受的最大应力值。是材料在破断前所承受的最大应力值。 四、塑性四、塑性 塑性是指金属材料在静载荷作用下，产生塑性变形而不破塑性是指金属材料在静载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力坏的能力 。（一）伸长率（一）伸长率 伸长率是指试样拉断后标距增长量与原始标距的百分比。伸长率是指试样拉断后标距增长量与原始标距的百分比。第4页/共22页（二）断面收缩率（二）断面收缩率 试样拉断处横

4、截面积的缩减量与原始横截面积的百分比。 和 越大，说明材料塑性就越好。金属材料有良好的塑性，则可以进行轧制、锻造、冲压等成形加工。%10000AAAk第5页/共22页 第二节第二节 硬度硬度 硬度硬度: 指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量材料软硬程度的指标。的能力，是衡量材料软硬程度的指标。（一）布氏硬度（一）布氏硬度 用直径为用直径为D的的球体球体（硬质合金球或钢球）（硬质合金球或钢球），在规定试，在规定试验力验力F的作用下压入被测金属的表面，保持规定时间后的作用下压入被测金属的表面，保持规定时间后卸除载荷，测量试样表面压痕的直径卸除载

5、荷，测量试样表面压痕的直径d，用压痕单位用压痕单位面积的平均压力（面积的平均压力（F/S）作为测试金属的布氏硬度值。作为测试金属的布氏硬度值。用符号用符号HBW或或HBS表示。表示。第6页/共22页标注：240HBW、320HBW，符号前数值越大表示材料越硬。第7页/共22页 布氏硬度试验法因压痕面积较大，能反映出较大范布氏硬度试验法因压痕面积较大，能反映出较大范围内被测金属的平均硬度，故试验结果较精确。但因围内被测金属的平均硬度，故试验结果较精确。但因压痕较大，压痕较大，不宜测试成品或薄板件。不宜测试成品或薄板件。 应用：应用：可用来测定未经淬火钢、铸铁、有色金属等。可用来测定未经淬火钢、铸

6、铁、有色金属等。 （二）洛氏硬度（二）洛氏硬度 用一个顶角用一个顶角1201200 0的金刚石圆锥体或一定直径的钢的金刚石圆锥体或一定直径的钢球或硬质合金球为压头球或硬质合金球为压头，在规定试验力作用下压入被在规定试验力作用下压入被测试金属表面，测试金属表面，由压头在金属表面所形成的压痕深度由压头在金属表面所形成的压痕深度来确定其硬度值。来确定其硬度值。第8页/共22页第9页/共22页h愈大，被测试金属的硬度愈低；反之，则愈高。根据h值及常数N和S，用下式计算洛氏硬度： 洛氏硬度N h/S N给定标尺的数值，A、C标尺为100；B标尺为130。 S-给定标尺的单位，通常取0.002mm； h残

7、余压痕深度mm。 第10页/共22页符号符号HR，其中，其中HRC应用最广，测量范围是应用最广，测量范围是2070，例如某零件硬度例如某零件硬度50HRC，表示用，表示用C标尺测定该零件表标尺测定该零件表面的洛氏硬度值为面的洛氏硬度值为50。第11页/共22页 实际测量时，硬度值一般均由硬度计的刻度实际测量时，硬度值一般均由硬度计的刻度盘上直接读出。盘上直接读出。 优点优点：是操作迅速简便，由于压痕较小，可是操作迅速简便，由于压痕较小，可在在 成品表面或较薄的金属上进行试验。同时，成品表面或较薄的金属上进行试验。同时，采用不同标尺，可测出从极软到极硬材料的硬采用不同标尺，可测出从极软到极硬材料

8、的硬度。度。 缺点：缺点：是因压痕较小，对组织比较粗大且不是因压痕较小，对组织比较粗大且不均匀的材料，测得的硬度不够准确。故需测定均匀的材料，测得的硬度不够准确。故需测定三点，取其算术平均值。三点，取其算术平均值。 一般用于测试淬火钢。一般用于测试淬火钢。 第12页/共22页 三、维氏硬度 用一个金刚石正四棱锥体压头，在规定试验力F作用下压入被测试金属表面，保持一定时间后卸除试验力，然后再测量压痕投影的两对角线的平均长度d，进而计算出压痕的表面积S，用F/S作为被测试金属的硬度值，符号HV。第13页/共22页 标注：标注：如如640HV30/20表示在试验力为表示在试验力为294.2N下，保持

9、下，保持20S测得的维氏硬度值为测得的维氏硬度值为640。 特点：特点：载荷小，压入深度浅，可测试表面淬硬层及载荷小，压入深度浅，可测试表面淬硬层及化学热处理的化学热处理的渗层等。渗层等。 应用：应用：渗碳层、陶瓷、钢、有色金属、薄板、金渗碳层、陶瓷、钢、有色金属、薄板、金属薄片、电镀层、微小物体材料，热处理碳化层、属薄片、电镀层、微小物体材料，热处理碳化层、脱碳层和淬火硬化层的硬度测量。脱碳层和淬火硬化层的硬度测量。第14页/共22页 第三节第三节 冲击韧度冲击韧度 金属材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力称为金属材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力称为冲击韧性。冲击韧性。一、冲击试验方法与

10、原理一、冲击试验方法与原理 摆锤式冲击试验摆锤式冲击试验 第15页/共22页 A AK K = mgH- mgh = mgH- mgh = mg = mg（H - hH - h）J J A Ak k值高为韧性材料，值小为脆性材料。值高为韧性材料，值小为脆性材料。二、冲击试验的应用二、冲击试验的应用 1.1.评定材料的低温变脆倾向评定材料的低温变脆倾向 2.2.反映原材料的冶金质量和热加工产品质量反映原材料的冶金质量和热加工产品质量 第16页/共22页 第四节第四节 断断裂韧度裂韧度 零件设计的许用应力零件设计的许用应力： 0.2/n实际构件往往发生低应力断裂。原因是由于裂纹扩展造成实际构件往往

11、发生低应力断裂。原因是由于裂纹扩展造成的。的。在断裂力学基础上建立起来的材料抵抗裂纹扩展的性能，在断裂力学基础上建立起来的材料抵抗裂纹扩展的性能，称为断裂韧度。称为断裂韧度。一、裂纹扩展的形式一、裂纹扩展的形式二、应力场强度因子二、应力场强度因子K 当材料中存在裂纹时，在裂纹尖端处必然存在应力集当材料中存在裂纹时，在裂纹尖端处必然存在应力集中，从而形成应力场。由于裂纹扩展总是从裂纹尖端中，从而形成应力场。由于裂纹扩展总是从裂纹尖端开开始的，故裂纹能否扩展与尖端应力场的大小有关。始的，故裂纹能否扩展与尖端应力场的大小有关。 KYa第17页/共22页三 、 断 裂 韧 度三 、 断 裂 韧 度 K

12、 C及 其 应 用及 其 应 用断 裂 韧 度断 裂 韧 度 K C: 当当 K增 大 到 某 一 邻 界 值 时 ， 就 能 使 裂 纹 尖 端 的 应 力 达 到 材 料 的 断 裂 强 度 ， 使 材 料 断 裂 。增 大 到 某 一 邻 界 值 时 ， 就 能 使 裂 纹 尖 端 的 应 力 达 到 材 料 的 断 裂 强 度 ， 使 材 料 断 裂 。这 种 裂 纹 扩 展 时 的 邻 界 状 态 所 对 应 的 应 力 场 强 度 因 子 称 为 材 料 的 断 裂 韧 度 。这 种 裂 纹 扩 展 时 的 邻 界 状 态 所 对 应 的 应 力 场 强 度 因 子 称 为 材 料

13、 的 断 裂 韧 度 。 判 定 含 裂 纹 的 材 料 在 受 力 时 裂 纹 是 否 扩 展 而 导 致 断 裂 的 条 件 ：判 定 含 裂 纹 的 材 料 在 受 力 时 裂 纹 是 否 扩 展 而 导 致 断 裂 的 条 件 ： K Y K C Yc 是 设 计 中 防 止 低 应 力 脆 断 的 重 要 依 据 。是 设 计 中 防 止 低 应 力 脆 断 的 重 要 依 据 。aca第18页/共22页 第五节 疲 劳一、疲劳现象 疲劳断裂：承受交变应力或重复应力的零件，在工作过程中，往往在工作应力低于其屈服强度的情况下发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。 不管是脆性材料还是韧性材料，疲劳断裂都是突然发生的，事先均无明显的塑性变形，很难觉察到，危险性大，甚至造成严重事故。据统计，大部分损坏的机械零件都属于疲劳破坏。二、疲劳曲线与疲劳极限 疲劳曲线：交变应力与疲劳寿命（循环周次N）的关系曲线称为疲劳曲线。 第19页/共22页 1一般钢铁材料 2有色金属、高强度钢等疲劳极限：材料在无限多次交变载荷作用下，而不发生疲劳断裂的最大应力。第20页/共22页实际测定时，材料不可能作无数次交变载荷试验，实际测定时，材料不可能作无数次交变载荷试验，试试验时规定：验时规定：