第一章-金属的力学性能学习教案

1、会计学1第一章第一章-金属金属(jnsh)的力学性能的力学性能第一页，共36页。第1页/共35页第二页，共36页。第2页/共35页第三页，共36页。n不同材料在拉伸中经历的过程不同材料在拉伸中经历的过程有所不同。有所不同。第3页/共35页第四页，共36页。第4页/共35页第五页，共36页。第5页/共35页第六页，共36页。第6页/共35页第七页，共36页。O OA AP PL LLLO Oe ee eA AP Po oS Ss sA AP P0 0b bb bA AP P 条件屈服强度2 . 0第7页/共35页第八页，共36页。第8页/共35页第九页，共36页。第9页/共35页第十页，共36页

2、。第10页/共35页第十一页，共36页。%1000 0O O1 1L LL LL L%100O O1 1O OA AA AA A第11页/共35页第十二页，共36页。思考：通过以上所学内容，如何(rh)可以反映材料塑性的好坏？材料塑性的好坏对工程有何影响？请举例说明。第12页/共35页第十三页，共36页。第13页/共35页第十四页，共36页。引言引言(yny(ynyn)n)：1 1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力(nngl)(nngl)。它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验

3、方法有关。2 2、硬度的测试方法、硬度的测试方法 （1 1）布氏硬度）布氏硬度 （2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 （3 3）维氏硬度）维氏硬度 （4 4）肖氏硬度）肖氏硬度布氏硬度计洛氏硬度计维氏硬度计第14页/共35页第十五页，共36页。1 1、布氏硬度试验、布氏硬度试验(shyn)(shyn)（布氏（布氏硬度计）硬度计） 原理原理: :用一定用一定(ydng)(ydng)直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表

4、面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。2 2、布氏硬度值、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力用球面压痕单位面积上所承受有平均压力(yl)(yl)表示。表示。 如：如：120HBS 500HBW120HBS 500HBW4 4、测量范围、测量范围 用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等. .3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2 2）可测的硬度值不高（）可测的硬度值不高

5、（3 3）不测试成品与薄件（）不测试成品与薄件（4 4）测量费时，效率低）测量费时，效率低第15页/共35页第十六页，共36页。第16页/共35页第十七页，共36页。第17页/共35页第十八页，共36页。1 1、洛氏硬度试验、洛氏硬度试验(shyn)(shyn)（洛氏（洛氏硬度计）硬度计） 原理原理: : 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量(zn lin)(zn lin)来计算硬度的一种压痕来计算硬度的一种压痕硬度试验。硬度试

6、验。 2 2、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量用测量(cling)(cling)的残余压痕深度表示。可从表的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。如：盘上直接读出。如：50HRC 50HRC 4 4、测量范围、测量范围 用于测量淬火钢、硬质合金等材料用于测量淬火钢、硬质合金等材料. .3 3、优缺点、优缺点（1 1）试验简单、方便、迅速（）试验简单、方便、迅速（2 2）压痕小，可测成品，薄件（）压痕小，可测成品，薄件（3 3）数据不够）数据不够准确，应测三点取平均值（准确，应测三点取平均值（4 4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。）不应测组织不均匀材料，如铸铁。第18页/共35页第十九页，共36页

7、。第19页/共35页第二十页，共36页。第20页/共35页第二十一页，共36页。第21页/共35页第二十二页，共36页。第22页/共35页第二十三页，共36页。1 1、维氏硬度试验、维氏硬度试验(shyn)(shyn) 原理原理: :用夹角为用夹角为136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）压入试样表面）压入试样表面(biomin)(biomin)，测出压痕对角线长度，测出压痕对角线长度d d。2 2、维氏硬度值、维氏硬度值 用压痕对角线长度用压痕对角线长度(chngd)(chngd)表示。

8、如：表示。如：640HV640HV。 4 4、测量范围、测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（2 2）可测成品与薄件（）可测成品与薄件（3 3）试样表面要求高，费工。）试样表面要求高，费工。第23页/共35页第二十四页，共36页。第24页/共35页第二十五页，共36页。第25页/共35页第二十六页，共36页。第26页/共35页第二十七页，共36页。断裂韧度断裂韧度 断裂韧性是反映材料断裂韧性是反映材料(cilio)(cil

9、io)抵抗裂纹临界扩展抵抗裂纹临界扩展的一种能力。它是材料的一种能力。它是材料(cilio)(cilio)固有的力学性能参数。大固有的力学性能参数。大量的试验表明，它一方面取决于材料量的试验表明，它一方面取决于材料(cilio)(cilio)的成分、组的成分、组织和结构等内在因素，另一方面又受到加载速率、温度和织和结构等内在因素，另一方面又受到加载速率、温度和试样厚度（即应力状态）等外在条件的影响。试样厚度（即应力状态）等外在条件的影响。 相对材料相对材料(cilio)(cilio)的其他力学性能来说，材料的其他力学性能来说，材料(cilio)(cilio)的断裂韧度是一个比较敏感的力学性能指

10、标，它的断裂韧度是一个比较敏感的力学性能指标，它对于材料对于材料(cilio)(cilio)研究、应用、制造工艺的选择以及零部研究、应用、制造工艺的选择以及零部件的失效分析有重要的意义。件的失效分析有重要的意义。 评价材料评价材料(cilio)(cilio)断裂韧度最常用的指标是临界断裂韧度最常用的指标是临界应力强度因子应力强度因子KICKIC和裂纹张开位移和裂纹张开位移CODCOD。 第27页/共35页第二十八页，共36页。第28页/共35页第二十九页，共36页。第29页/共35页第三十页，共36页。第30页/共35页第三十一页，共36页。第31页/共35页第三十二页，共36页。基本概念掌握

11、要点：基本概念掌握要点：1 1 拉伸颈缩材料的应力拉伸颈缩材料的应力(yngl)(yngl)应变曲线，拉伸时出现物理应变曲线，拉伸时出现物理屈服和颈缩，拉伸时有塑性变形但不出现颈缩，拉伸时没有屈服和颈缩，拉伸时有塑性变形但不出现颈缩，拉伸时没有塑性变形。塑性变形。2 2 比例极限：试样应力比例极限：试样应力(yngl)(yngl)和应变成正比的关系时所能和应变成正比的关系时所能承受的最大应力承受的最大应力(yngl)(yngl)，他是应力，他是应力(yngl)(yngl)应变曲线上开应变曲线上开始偏离直线的点。始偏离直线的点。3 3 弹性极限：他是由弹性变形过渡到塑性变形的临界应力弹性极限：他

12、是由弹性变形过渡到塑性变形的临界应力(yngl)(yngl)，即产生弹性变形而又不产生塑性变形时所能承受，即产生弹性变形而又不产生塑性变形时所能承受的最大应力的最大应力(yngl).(yngl).4 4 屈服强度：金属开始产生塑性变形的最小应力屈服强度：金属开始产生塑性变形的最小应力(yngl)(yngl)。有屈服点，存在屈服平台。意义是描述材料塑性变形时的抗有屈服点，存在屈服平台。意义是描述材料塑性变形时的抗力大小。力大小。5 5 抗拉强度：试样断裂前所能承受的最大拉应力抗拉强度：试样断裂前所能承受的最大拉应力(yngl)(yngl)，是均匀塑性变形与非均匀塑性变形的分界点。是均匀塑性变形与

13、非均匀塑性变形的分界点。6 6 真实断裂强度：拉伸断裂时的载荷处以端口处的真实截面真实断裂强度：拉伸断裂时的载荷处以端口处的真实截面积所得的应力积所得的应力(yngl)(yngl)值是真实断裂强度。值是真实断裂强度。7 7 延伸率：试样断裂时标注长度的相对伸长值，由均匀延伸延伸率：试样断裂时标注长度的相对伸长值，由均匀延伸性和集中延伸率组成。性和集中延伸率组成。8 8 断面收缩率：试样断裂时断口横截面积的相对缩小率，有断面收缩率：试样断裂时断口横截面积的相对缩小率，有均匀断面收缩率和集中断面收索率组成。均匀断面收缩率和集中断面收索率组成。第32页/共35页第三十三页，共36页。9 9 比较布氏

14、，洛氏，韦氏硬度的异同点比较布氏，洛氏，韦氏硬度的异同点: :不同点不同点:1:1布氏硬度计用的是淬火钢和硬质合金的球形压头；布氏硬度计用的是淬火钢和硬质合金的球形压头；2 2洛氏硬度计用的是金刚石圆锥形压头；洛氏硬度计用的是金刚石圆锥形压头；3 3韦氏硬度计用的是金刚石四棱锥压头；韦氏硬度计用的是金刚石四棱锥压头；4 4布氏硬度计是单位压痕面积上的载荷，测定的是压痕球冠的直径布氏硬度计是单位压痕面积上的载荷，测定的是压痕球冠的直径(zhjng)(zhjng)；5 5洛氏硬度计是单位压痕上的深度上的载荷，测定的是压痕的深度；洛氏硬度计是单位压痕上的深度上的载荷，测定的是压痕的深度；6 6韦氏硬

15、度计是单位压痕面积上的载荷，测定的是菱形两条对角线长；韦氏硬度计是单位压痕面积上的载荷，测定的是菱形两条对角线长；7 7布氏硬度计可测不太硬的材料：操作繁琐，测定结果稳定，波动小布氏硬度计可测不太硬的材料：操作繁琐，测定结果稳定，波动小; ;硬度值与强度等成定量关系，有换算公式；硬度值与强度等成定量关系，有换算公式；8 8洛氏硬度计测量压痕小，近似无损；易于批量操作；应用范围小；数据分散，可靠性差；表面洛氏硬度可用测量极爆的工件或表面覆盖材料的硬度；洛氏硬度计测量压痕小，近似无损；易于批量操作；应用范围小；数据分散，可靠性差；表面洛氏硬度可用测量极爆的工件或表面覆盖材料的硬度；9 9韦氏硬度韦

16、氏硬度d d测量比较准确；不宜用于批量操作；可测量显微硬度；通过对测量压头的替换实现从软到硬材料的测量测量比较准确；不宜用于批量操作；可测量显微硬度；通过对测量压头的替换实现从软到硬材料的测量相同点：相同点：1 1都是采用压入法，都存在压痕；都是采用压入法，都存在压痕；2 2压头的硬度都比被测工件的硬度高压头的硬度都比被测工件的硬度高弹性变形：原子之间的距离发生相对的变化，从而改变了吸引力和排斥力的大小，以便于外力相平衡，这种受力后原子间距变化的宏观表现就是弹性变形弹性变形：原子之间的距离发生相对的变化，从而改变了吸引力和排斥力的大小，以便于外力相平衡，这种受力后原子间距变化的宏观表现就是弹性变形弹性模量在本质上决定于金属的电子结构，而不依赖于金属材料的显微组织弹性模量在本质上决定于金属的电子结构，而不依赖于金属材料的显微组织, ,弹性模量是应力和应变的比值，是原子间作用