机械基础 材料力学性能

1、复习：1.轴向拉伸和压缩的受力特点。2.截面法的步骤。3.应力的定义及计算公式。4.线应变的定义及计算公式。5.胡克定律。1了解材料的力学性能及其应用。 2在万能试验机上观察：在静载荷作用下，对低碳钢拉伸、铸铁进行拉伸、压缩试验时的现象，记录试验过程和结果，解释力学性能。 机械零件或工具在使用过程中往往要受到各种形式外力的作用，这就要求制成零件或工具的金属材料必须具有承受机械载荷而不超过许可变形或不被破坏的能力，这种能力就是材料的力学性能材料的力学性能。一、材料的力学性能及其应用一、材料的力学性能及其应用金属材料在外力作用下表现出来的力学性能指标：强 度塑 性硬 度冲击韧性疲劳强度1 1强度及

2、其应用强度及其应用 强度强度金属在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。强度的大小用应力表示。根据载荷的作用方式分类抗拉强度抗压强度抗剪强度抗扭强度抗弯强度在工程上常用来表示金属材料强度的指标:屈服强度和抗拉强度是指在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小应力。(1).屈服强度（屈服极限、屈服点）： 用Rel表示(2).抗拉强度（强度极限）:是指试样断裂前所能承受的最大的应力。用Rm表示Rel=Fl/So Fl：试样屈服时的载荷 So：试样的原始截面面积Rm=Fm/So Fm:试样断裂前的最大载荷 So：试样的原始截面面积 抗拉强度抗拉强度是通过拉伸试验测定的。它利用拉伸试验机产生的静拉力，对标

3、准试样进行轴向拉伸，同时连续测量变化的载荷和试样的伸长量，直至断裂，并根据测得的数据，计算得出有关的力学性能指标。拉伸试验机 塑性塑性材料受力后断裂前产生塑性变形的能力。2 2塑性及其应用塑性及其应用断后伸长率A：试样拉断后，标距的伸长量与原始标距 之比的百分率。断面收缩率Z:试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始横 截面面积之比的百分率塑性衡量 指标l1-l0l0100%A=l1试样拉断后的标距,mml0试样的原始标距,mmS0-S1S0Z=100%S0试样原始横截面积,mm2S1试样断裂处的最小横截面积,mm2 A、Z越大，材料塑性越好；越大，材料塑性越好；A5%时，材料为脆性材料。 （ ）3

4、.强度的指标有抗拉强度和屈服强度。 （ ）三、计算题1.对称直径为10mm的钢制短板试样，载荷加至18800N时保持，试样仍产生明显变形。当载荷加至34500N时试样被拉断。拉断后试样长度为70mm，断裂处最小直径为6mm，试求Rm、Rel、A、Z。 硬度硬度材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。它是衡量材料软硬程度的指标。硬度越高，材料的耐磨性越好。3 3硬度及其应用硬度及其应用硬度表示布氏硬度（HBW）洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）维氏硬度（HV） (1)布氏硬度 用直径为D的球体（硬质合金球或钢球），在规定试验力F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

5、试样表面压痕的直径d，由此计算压痕的球缺面积S，用压痕单位面积的平均压力（F/S）作为测试金属的布氏硬度值。测定条件： 压头为淬火钢球时, 以HBS表示,可测 450的材料；压头为硬质合金时,:以HBW表示,可测650的材料。布氏硬度计 表示法：数字在前、字母在后。如200HBS、I50HBS175HBS；标注时不要写成HBS=200，或HBS=150175，或500HBS，不要出现单位；数值差不要超过30。 (2)洛氏硬度 用一个顶角1200的金刚石圆锥体或一定直径的钢球或硬质合金球为压头，在规定试验力作用下压入被测试金属表面，由压头在金属表面所形成的压痕深度来确定其硬度值。洛氏硬度计洛氏硬

6、度的分类及应用洛氏硬度的分类及应用洛氏硬度符号为HR，其中HRC应用最广，测量范围是2070。例如某零件硬度50HRC，表示用C标尺测定该零件表面的洛氏硬度值为50。 (3)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。 维氏硬度符号HV之前的数值为硬度值，HV后面的数值依次表示试验力值（单位为kgf）和试验力保持时间（保持时间为10-15s时不标注）例如： 640HV30表示在试验力294.2N下，保持10-15s测得的维氏

7、硬度值为640。640HV30/20表示在试验力为294.2N下，保持20S测得的维氏硬度值为640。 冲击载荷：以很大速度作用于工件上的载荷。 受冲击载荷作用的零件：冲床的冲头、锻锤的锤杆、内燃机的活塞销与连杆、风动工具。 对于承受冲击载荷的零件来说，仅具有足够的静载强度指标是不够的，还必须具有足够抵抗冲击载荷的能力4 4冲击韧性及其应用冲击韧性及其应用 冲击韧性冲击韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。作业：一、填空题1.测定金属硬度常用的方法有_硬度、洛氏硬度、_硬度3种。分别用_、_和_表示。2.硬度是金属材料抵抗其他更硬物体_的能力。3.金属材料抵抗_载荷作用而_的能力称为韧

8、性，用符号_表示。二、判断题1.做布氏硬度试验时，在相同的条件下，压痕直径越小说明材料的硬度越硬硬度值越大。 （ ）2.HRC测量方便，能直接从刻度盘上读数，无单位，常用于测量退火钢、有色金属等。 ( )3.金属在外力作用下产生的变形都不能恢复。 （ ）三、名词解释1.硬度2.强度3.塑性4.韧性复习：1.强度的定义及其指标。2.塑性的定义及其指标。3.硬度的分类。 二、静载拉压力学试验二、静载拉压力学试验常用拉伸试样形状光滑圆柱试样：光滑圆柱试样：长试样长试样L010d0，短试样短试样L0=5d0 其中：其中：L0为试样标为试样标距，距，d0为试样直径为试样直径板状试样板状试样低碳钢和铸铁件

9、拉伸时的应力应变曲线低碳钢铸铁注意：注意：并非所有金属材料或同一材料在不同条件下都具有相同类型的拉伸力-伸长曲线低碳钢和铸铁件压缩时的应力应变曲线低碳钢铸铁万能试验机上对低碳钢进行拉伸试验1 1拉伸时的应力拉伸时的应力应变曲线应变曲线（1）低碳钢 根据等截面直杆的低碳钢材料拉伸试验所得应力应变曲线图，拉伸过程可分为弹性变形阶段、屈服阶段、强化阶段和缩颈阶段。低碳钢拉伸时的应力应变曲线 实际上在图中，a和a两点非常接近，所以工程上对弹性极限和比例极限并不作严格区分。1）比例极限 a点是应力与应变成正比的最高点，与a点相对应的应力值称为比例极限比例极限。 a点所对应的应力是材料只出现弹性变形的极限

10、值，称为弹性极限弹性极限。低碳钢拉伸时的应力应变曲线2）屈服强度 屈服屈服应力几乎不变，应变却不断增加，从而产生明显的塑性变形的现象。屈服阶段屈服阶段材料出现屈服现象的过程。 屈服强度屈服强度当金属材料呈现屈服现象时，金属材料发生塑性变形而力不增加的应力点。上屈服强度（上屈服强度（ReH）试样发生屈服而力首次下降前的最高应力下屈服强度（下屈服强度（ReL）在屈服期间，不计初期瞬时效应时的最低应力通常把材料的下屈服强度作为材料的屈服强度。3）抗拉强度 抗拉强度（抗拉强度（Rm）应力应变曲线中强化阶段的最高点 d 所对应的应力值，是试件断裂前能承受的最大应力值。冷冷 作作 硬硬 化化 材料在常温下

11、预拉到强化阶段，使其发生塑性变形，然后卸载，当再次加载时，其比例极限和屈服强度有所提高而塑性降低的现象称为冷作硬化冷作硬化。 冷作硬化现象可经退火消除。 工程中常利用该性质来提高材料在弹性阶段的承载能力。（2）铸铁铸铁拉伸时的应力应变曲线 没有明显的直线阶段和屈服阶段，在应力不大的情况下就突然断裂。抗拉强度Rm是衡量脆性材料的唯一指标。2 2压缩时的应力压缩时的应力应变曲线应变曲线（1）低碳钢低碳钢压缩时的应力应变曲线 低碳钢在压缩时的比例极限、屈服强度和弹性模量均与拉伸时大致相同。但在达到屈服强度以后，不存在抗拉强度。（2）铸铁铸铁压缩时的应力应变曲线 铸铁压缩时的曲线无明显的直线部分，因此

12、只能认为近似符合胡克定律。此外，也不存在屈服强度。 铸铁的抗压强度远高于其拉伸时的抗拉强度，宜作承受压力构件的材料。构架 现有低碳钢和铸铁两种材料组成的构架，如图所示，若杆件2选用低碳钢，杆件1选用铸铁，你认为合理吗？为什么？3. 3. 塑性材料和脆性材料力学性能的主要区别塑性材料和脆性材料力学性能的主要区别 （1）塑性材料断裂前有显著的塑性变形，还有明显的屈服现象，而脆性材料在变形很小时突然断裂，无屈服现象。 （2）塑性材料拉伸和压缩时的比例极限、屈服强度和弹性模量均相同，又因为塑性材料一般不允许达到屈服强度，所以其抵抗拉伸和压缩的能力相同。脆性材料抵抗拉伸的能力远低于抵抗压缩的能力。常用的

13、力学性能指标及其含义作业：一、填空题1.低碳钢拉伸时拉伸曲线为_、_、_和_4步骤。2.金属拉伸试样在屈服时会表现出明显的_变形。3.金属材料圆截面试样上中间等直部分试验段的长度L称为_，按它与直径d的关系l=5d者称短度样，而l=_d者称长试样。4.使材料试样受拉达到强化阶段，然后卸载，在重新加载时，其在弹性范围内所能随的最大荷载将_，而且断裂后的延伸率会降低，此即材料的_现象。5.混凝土，石料等脆性材料的抗压强度远高于它的_强度。6.正方形截面的低碳钢直拉杆，其轴向向拉力3600N，若许用应力为100Mpa，由此拉杆横截面边长至少应为_mm。二、判断题1. 低碳钢屈服极限肯定对应的是屈服阶段中最小的应力. （ ）2.不同尺寸的拉伸试样,只要是同一种材料,那么拉伸试验时的屈服