第一章金属机械性能50

铸造性可锻性可焊性切削加工性热处理性工程材料的性能

使用性能力学性能物理性能化学性能

工艺性能力学性能：弹性、塑性、韧性、强度、硬度和疲劳强度等等。－－主要是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。第一章

金属材料的机械（力学）性能

mechanicalproperties金属材料的机械（力学）性能

§1-1静载时材料的机械性能

§1-2动载时材料的机械性能

§1-3

高温下的机械性能

§1-4

断裂韧性KIC

金属材料的机械（力学）性能

一.定义:力学性能(机械性能)-----是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能.(材料抵抗外力的能力）二.指标:

弹性、塑性、韧性、强度、硬度和疲劳强度等-----。§1-1静载时材料的机械性能

金属材料的机械（力学）性能

第一章

拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线

拉伸试验机三.拉伸试验拉伸试样的颈缩现象金属材料的机械（力学）性能

弹性变形屈服变形均匀塑性变形阶段局部集中塑性变形—颈缩金属材料的机械（力学）性能

按外力作用方式种类:抗拉、抗压、抗弯、抗扭等。

(1)屈服强度：σs

屈服点S

材料在外力作用下开始塑性变形的最低应力（材料开始明显塑性变形的抗力）是设计和选材的主要依据之一

Ps

σs=MpaS0强度(strength):

材料抵抗变形和断裂的能力.

单位：

MPa

[（1000N)MN/m2或N/mm2]屈服强度抗拉强度抗拉金属材料的机械（力学）性能

(2)条件屈服强度(塑性变形量为0.2%)

规定试样产生0.2％残余变形时的应力值（中、高碳钢等无明显屈服现象）。(3)抗拉强度：σb

P0.2σ0.2=(Mpa)

S0

Pb

σb=(Mpa)S0⑸屈强比σs/σb:屈强比越小，工程构件的可靠性越高⑷.弹性极限

σe

:不产生永久变形的最大应力．

Pe

σe=

(Mpa)S0金属材料的机械（力学）性能

塑性(plasticity):是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。(1)断面收缩率(percentagereductioninarea):ψ

S0–Sk

ψ=×100%S0(2)伸长率(延伸率)specificelongation:

δ

Lk–L0

δ=×100%L0

δ<2~5%属脆性材科δ≈5~10%属韧性材料δ>10%属塑性材料金属材料的机械（力学）性能

1.弹性变形(elasticdeformation):随载荷撤除而消失的变形弹性和刚度σ＜σe

应力应变曲线：将试样的S０和l０分别除P和△L即得σ－ε（应力应变）曲线．金属材料的机械（力学）性能

2.

弹性模量E:OP的斜率衡量材料产生变形难易程度的指标。3..刚度

ES

:单位应变承受的负荷。

P／ε＝ES

刚度越大，变形越难。金属材料的机械（力学）性能

硬度(hardness):

是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。

布氏硬度HB

洛氏硬度HR

维氏硬度HV

肖氏硬度HS锉刀法常用测量硬度的方法金属材料的机械（力学）性能

布氏硬度

HB(Brinell-hardness):

HB=P/S（

MPa

或kgf/mm2

），

S—压头表面积

特点：

平均、重复性好；压痕面积大，

适用于:未成品检验；软质件。

HBS–淬火钢球压头（≤450）；

HBW--硬质合金钢球压头（≤650）。布氏硬度计

使用范围：金属材料的机械（力学）性能

洛氏硬度

(Rockwllhardness)

操作简便、可直读；压痕小；适于各种硬度值的测量；但重复率低用于：

HRB（钢球压头，100kg载荷）——软质件。

HRC（120℃，150kg）—硬件：淬硬钢、工具钢…。

HRA（120℃金刚石圆锥压头，60kg）—硬而薄件。使用范围：

HRC20～67

维氏硬度（HV）

金刚石正四棱锥压头，精确，但操作复杂，用于科学试验。压力可选5～120kg间的特定值；适于各种硬度值的测量；压痕小。显微硬度（HM）：可测各组成相的硬度，用于组织研究。

金属材料的机械（力学）性能

§1-2动载时材料的机械性能

1、冲击韧性（impacttoughness）材料抵抗冲击载荷的能力

金属材料的机械（力学）性能

冲击功Ak:

Ak=mgH–mgh(J)冲击韧性值ak

：试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。

Ak

ak=(J/cm²)（akv、aku）

S0影响因素：材料、T、试样大小、缺口形状等。

应用

——汽车紧急制动；蒸汽锤；冲床等动载荷。

金属材料的机械（力学）性能

2、疲劳强度：σ-1

疲劳：材料在交变应力作用下，在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。

疲劳占失效零件的70%以上，80%的断裂由疲劳造成。

疲劳极限：材料能承受的无数次（107～８）循环而不断裂的最大应力值。

疲劳曲线

疲劳原因

——划痕、内应力集中引起微裂纹扩展

影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力等。

金属材料的机械（力学）性能

§1-3

高温下的机械性能

●温度升高→硬度、强度、弹性模量下降；塑性、韧性增加。

●蠕变

——常温下工作的有机材料，随时间的延长，应变量缓慢增加，甚至发生断裂。§1-4

断裂韧性KIC

●低应力脆断

——应力远小于屈服强度时发生突然脆性断裂

●影响因素

——成分、热处理、加工工艺。金属材料的机械（力学）性能

本章重点

各种机械性能指标的物理意义、单位、应用：强度（σe

、σb

、σs）；塑性（ψδ）；硬度（HRB、HRC，

HBS