__金属材料的力学性能ppt课件

1、第一章 金属资料的力学性能n第一节：静载荷条件下资料的力学性能n第二节：非静载荷时资料的力学性能n第三节：金属资料的断裂韧度n第四节：高温下资料的力学性能金属资料的性能金属资料的性能1运用性能：在运用过程中表现出的性能运用性能：在运用过程中表现出的性能力学性能、物理性能、化学性能等。力学性能、物理性能、化学性能等。 力学性能又称机械性能力学性能又称机械性能是指资料抵抗是指资料抵抗外力载荷作用的才干。设计零件时是由力外力载荷作用的才干。设计零件时是由力学性能作为主要设计根据的。学性能作为主要设计根据的。2工艺性能：在各种加工过程中表现出来的性工艺性能：在各种加工过程中表现出来的性能。如：铸造性能

2、、锻造性能、焊接性能、切能。如：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削性能等。削性能等。第一节 静载荷条件下 资料的力学性能n静载荷静载荷是指对资料缓慢地施加载荷，是指对资料缓慢地施加载荷，使资料的相对变形速度较小时的载荷使资料的相对变形速度较小时的载荷普通是小于普通是小于0.01mm/s。n动载荷动载荷1是指加载速度比较快，是指加载速度比较快，使资料的塑性变形速度也较快的冲击载使资料的塑性变形速度也较快的冲击载荷。荷。2作用力大小与方向作周期性变作用力大小与方向作周期性变化的交变载荷。化的交变载荷。一、静拉伸实验及资料的强度与塑性规范拉伸试样GB22887lL0试样原始标距长度mmld0试样的原

3、始直径mml 长试样L0=10d0 短试样 L0=5d0静拉伸实验机原理一、静拉伸实验及资料的强度与塑性=L/ L0L=Lk L0=F/A0 图12低碳钢拉伸曲线低碳钢应力应变曲线n弹性变形弹性变形是指当外力解除后变形可是指当外力解除后变形可以全部消除恢复原状的变形。以全部消除恢复原状的变形。n弹性极限弹性极限 e=Fe/A0 e=Fe/A0 n物理意义物理意义资料坚持完全弹性变形所资料坚持完全弹性变形所接受的最大应力。表征资料对极微接受的最大应力。表征资料对极微量塑性变形的抗力。量塑性变形的抗力。一弹性极限和刚度一弹性极限和刚度1 1、弹性极限、弹性极限n资料刚度弹性模量资料刚度弹性模量 E

4、=/=tg E=/=tgn物理意义物理意义资料产生单位弹性的相对资料产生单位弹性的相对变形所需的应力。它是表征资料抵抗弹变形所需的应力。它是表征资料抵抗弹性变形才干的力学性能目的。性变形才干的力学性能目的。一弹性极限和刚度一弹性极限和刚度2 2、资料刚度、资料刚度E En资料强度资料强度是指在外力作用下，资料是指在外力作用下，资料抵抗变形和断裂的才干。抵抗变形和断裂的才干。n屈服点屈服强度：屈服点屈服强度： s=Fs/A0n物理意义物理意义是指资料在外力作用下开是指资料在外力作用下开场产生明显塑性变形的最小应力。表征场产生明显塑性变形的最小应力。表征资料抵抗微量塑性变形的才干。资料抵抗微量塑性

5、变形的才干。二资料强度1、屈服点s 二资料强度2、抗拉强度n抗拉强度抗拉强度 b=Fb/A0n物理意义物理意义资料断裂前所接受的最大资料断裂前所接受的最大应力。应力。n屈强比屈强比 s/bn 资料的屈强比愈小，构件的可靠性愈资料的屈强比愈小，构件的可靠性愈高。高。三资料的塑性三资料的塑性1 1、伸长率、伸长率n资料塑性：是指资料在外力作用下产生塑性变资料塑性：是指资料在外力作用下产生塑性变 形而不发生断裂的才干。形而不发生断裂的才干。n伸长率伸长率：是指试样拉断后其标距长度的相对：是指试样拉断后其标距长度的相对伸长值。定义为：伸长值。定义为：n n短试样的伸长率记为短试样的伸长率记为55L0=

6、5d0L0=5d0n长试样的伸长率记为长试样的伸长率记为1010或或L0=10d0L0=10d0n对于同一种塑性资料对于同一种塑性资料510 510 %100%100000lllllk三资料的塑性2、断面收缩率n断面收缩率断面收缩率：是指试样拉断后断口处横截面：是指试样拉断后断口处横截面积的相对收缩值。定义为：积的相对收缩值。定义为：n断面收缩率与试样尺寸无关；断面收缩率与试样尺寸无关；n金属资料只需具备足够的塑性才干接受各种变金属资料只需具备足够的塑性才干接受各种变形加工。形加工。%100%1000010AAAAA二、硬度二、硬度n硬度是衡量资料软硬程度的一种力学性能目的。是资料硬度是衡量资

7、料软硬程度的一种力学性能目的。是资料抵抗部分塑性变形的才干，或者说抵抗其它硬物压入的抵抗部分塑性变形的才干，或者说抵抗其它硬物压入的才干。才干。n硬度计种类：布氏硬度硬度计种类：布氏硬度HBHB、 洛氏硬度洛氏硬度HRHR、 维氏硬度维氏硬度HVHV n重要零件或零件的重要部位大多规定资料的硬度值。由重要零件或零件的重要部位大多规定资料的硬度值。由于：于：1 1硬度丈量简便迅速，不需做试样，也不需破硬度丈量简便迅速，不需做试样，也不需破坏试件；坏试件；2 2多数金属资料的抗拉强度可以根据其硬多数金属资料的抗拉强度可以根据其硬度值进展估算。所以硬度是一个很重要的力学性能目的。度值进展估算。所以硬

8、度是一个很重要的力学性能目的。 一布氏硬度HBn设备：布氏硬度计n方法：用规定直径的淬火刚球或硬质合金球以一定的实验力压入所测资料的外表，坚持规定时间后，卸除实验力，丈量外表压痕直径，然后根据布氏硬度的定义公式计算出布氏硬度值。n其物理意义是压痕外表上单位面积所接受的压力。 布氏硬度丈量原理及计算AFHB 222dDDDA图13 布氏硬度原理图工件压头布氏硬度的表示方法n规范写法：布氏硬度值 ，布氏硬度符号，测试条件压头直径mm/实验力kgf/实验力作用时间s。如：200HBS2.5/187.5/30n简单写法：200HBSn淬火刚球作压头HBS最大有效丈量值为450HBSn硬质合金压头HBW

9、最大有效丈量值为650HBW 二洛氏硬度HRn洛氏硬度是以压头压入金属资料的压痕深度来洛氏硬度是以压头压入金属资料的压痕深度来表征资料的硬度。表征资料的硬度。n压头：压头：1 1锥角为锥角为120120的圆锥金刚石；的圆锥金刚石； 2 21.588mm1.588mm的淬火刚球的淬火刚球 n压痕的深度直接可用百分表测出来，还需另外压痕的深度直接可用百分表测出来，还需另外的丈量和计算，非常方便，效率高，是实践消的丈量和计算，非常方便，效率高，是实践消费中运用最普遍的一种硬度丈量方法。费中运用最普遍的一种硬度丈量方法。洛氏硬度丈量原理002. 0ekHRlh为压痕深度l金刚石压头l k=0.2 l刚

10、球压头l k=0.26lP0为初载荷lP1为主载荷lP= P0 + P1图14 洛氏硬度原理图h三种洛氏硬度实验条件标值标值压头类型压头类型初载荷初载荷（kgkg）总载荷总载荷（kgkg）测试范测试范围围应用举例应用举例HRA1200金刚石圆锥10607085硬质合金、表面淬硬层、渗碳层HRB1.588mm淬火钢球1010025100有色金属、退火钢、正火钢HRC1200金刚石圆锥101502067淬火钢、调质钢总载荷总载荷=初载荷初载荷+主载荷主载荷三维氏硬度HV1、维氏硬度是一种以正四棱锥 金刚石为压头的硬度丈量方 法。2、硬度值的定义与布氏硬度相 同，即压痕外表上单位面积 所接受的压力。

11、所不同的是 压痕外形为正四棱锥形。3、硬度值计算公式： 2102. 08544. 1dFAFHV图15 维氏硬度原理图n布氏硬度压痕面积大，代表性好准确，效率低；适宜测试硬度较低的资料；不适宜丈量薄件和废品件。n洛氏硬度压痕面积小，代表性较差，所以通常要取三点平均值作为测试结果；测试极为方便，是实践消费中最为常用的一种测试方法；普通用于较高硬度的丈量。n维氏硬度非常准确；从低硬度到高硬度均可丈量；测试设备昂贵，科学研讨用该方法较多。n各种硬度值可进展粗略换算，n 换算公式如下：n 三种硬度测试方法优缺陷HBHV10HRC第二节 非静载荷时资料的力学性能n静载荷静载荷 是指对资料缓慢地施加载荷，

12、使是指对资料缓慢地施加载荷，使资料的相对变形速度较小时的载荷普通是小资料的相对变形速度较小时的载荷普通是小于于0.01mm/s0.01mm/s。n非静载荷动载荷非静载荷动载荷1 1是指加载速度是指加载速度比较快，使资料的塑性变形速度也较快的冲击比较快，使资料的塑性变形速度也较快的冲击载荷，锻床、冲床等。载荷，锻床、冲床等。2 2作用力大小与方作用力大小与方向作周期性变化的交变载荷，如轴、弹簧、齿向作周期性变化的交变载荷，如轴、弹簧、齿轮等。轮等。一、冲击韧度n冲击韧度：是指资料抵抗冲击载荷的才干。以冲击韧度：是指资料抵抗冲击载荷的才干。以单位面积接受的冲击吸收功来衡量。单位面积接受的冲击吸收功

13、来衡量。n计算公式：计算公式：n试样种类：试样种类：n尺寸：尺寸： 10mm 10mm10mm10mm55mm 55mm n无缺口无缺口nV V型缺口型缺口nU U型缺口型缺口0AAakkAk=mgHn对于普通常用钢材来说，冲击吸收功越大，资料的韧性越好。n思索到试样被冲断所需的冲击吸收功，并非均匀地耗费于断口处。所以，往往直接用冲击吸收功来表征资料的冲击韧度。n资料的冲击韧度值除了取决于资料本身之外，还与环境温度及缺口的情况亲密相关。n冲击韧度除了用来表征资料的韧性大小外，还用来丈量韧脆转变温度。n资料的冲击韧度普通只作为设计的参考值。一、冲击韧度二、疲劳强度n疲劳强度：是指资料抵抗交变应力

14、的才干。疲劳强度：是指资料抵抗交变应力的才干。n应力循环对称因数：应力循环对称因数：n =-1 =-1 疲劳强度疲劳强度-1 -1 n 轴类所遭到的交变弯曲应力轴类所遭到的交变弯曲应力n脉动循环交变应力脉动循环交变应力 n =0 =0 疲劳强度疲劳强度0 0 n 齿轮齿跟遭到的循环齿轮齿跟遭到的循环n 弯曲应力弯曲应力maxmin疲劳强度的测试n在疲劳实验机上，用较多的试棒，在不同交变载荷下进展实验，作出疲劳曲线。疲劳强度的测试资料经交变应力无数次循环作用而不发生断裂的最大应力称为资料的疲劳强度。应力循 环 次 数 图18金属资料的疲劳曲线表示图疲劳强度的定义疲劳强度的定义n疲劳强度定义为：资

15、料经交变应力无数次循环作用而不发生断裂的最大应力。n工程上规定，对于钢铁资料为107次；对于有色金属资料为108次。n资料的疲劳强度-1与抗拉强度b亲密相关。对钢来说，其关系为-1=0.450.55b。可见，资料的疲劳强度随其抗拉强度增高而增高。n金属资料的疲劳强度通常都小于屈服点，这阐明资料抵抗交变应力比抵抗静应力的才干低。 疲劳强度的影响要素n疲劳强度的影响要素：疲劳强度的影响要素：1 1资料本身的组织构资料本身的组织构造形状；造形状； 2 2外表粗糙度和应力形状。外表粗糙度和应力形状。n提高零件疲劳强度的措施：提高零件疲劳强度的措施：n 1 1、改善内部组织；、改善内部组织；n 2 2、设计上减小应力集中，转接处防止锐、设计上减小应力集中，转接处防止锐角衔接；角衔接；n 3 3、降低零件外表粗糙度；、降低零件外表粗糙度；n 4 4、强化外表，如外表淬火、外表滚压、强化外表，如外表淬火、外表滚压、渗碳等。渗碳等。 n早在上世纪20年代,Griffth就提出了著名的裂纹体的脆断强度实际。n第二次世界大战后，广泛运用高强度资料，引起了一系列的脆断事故。而且断裂应力远低于s，即低应力脆断。n为防止低应力脆断，不得不对其强度断裂抗力进展研讨，从而构成断裂力学这门新学科。n根据断裂力学的分析，裂纹的尖端前沿存在应力集中，构成裂纹尖端的应力场，