第一章-金属材料力学性能

金属的力学性能主要内容包括1.金属力学性能指标的本质、物理概念、实用意义，以及各种力学性能指标间的相互关系；2.影响金属力学性能的因素，提高金属力学性能的方向和途径；3.金属力学性能指标的测试技术性能使用性能工艺性能力学性能：材料受力时表现出来性能物理性能、化学性能材料使用时表现出的性能材料加工时表现出的性能热加工工艺性能：铸造、锻压、焊接、热处理冷加工工艺性能：切削加工力的相关术语1）载荷载荷分为静载荷、冲击载荷及变动载荷三种。2）变形3）应力（σ）/ˈælfə

/金属材料在使用和加工过程中所受到的各种外力统称为载荷，用符号F表示。金属材料受到载荷作用而产生的几何变形和尺寸的变化称为变形。变形分为弹性变形和塑性变形。也就是单位面积所能承受的载荷大小。即σ=F/S一、拉伸试验（测量和计算强度与塑性指标）强度与塑性标准试样断后试样长试样:L0=10d0短试样：L0=5d0低碳钢拉伸曲线op段，伸长量与载荷成正比，属于弹性变形阶段pe段，伸长量与载荷不成正比，属于弹性变形阶段ek段，属于塑形变形阶段二、强度1.定义：2.意义：3.强度指标1)弹性极限材料受到外力时，产生弹性变形时所能承受的最大应力。用符号σe表示。σe=Fe/Ao式中Fe—试样发生弹性变形时的最大载荷（N）;Ao—试样的原始横截面积（mm2）。金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。强度指标是机器零件选材和设计的主要依据。2）屈服点与屈服强度

金属材料开始产生屈服现象时的最低应力值称为屈服点，用符号σs表示。σs=Fs/Ao式中Fs—试样发生屈服时的载荷（N）;Ao—试样的原始横截面积（mm2）。工业上使用的某些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉伸过程中，没有明显的屈服现象，无法确定其屈服点σs，按GB/T2228规定，可用屈服强度σ0.2来表示该材料开始产生塑性变形时的最低应力值。屈服强度为试样标距部分产生0.2%残余伸长率时的应力值，即σ0.2=F0.2/Ao式中F0.2—试样标距产生的0.2%残余伸长时载荷（N）；Ao—试样的原始横截面积（mm2）屈服强度的测定3）抗拉强度金属材料在断裂前所能承受的最大应力值称为抗拉强度，用符号σb表示。

σb=Fb/Ao式中Fb—试样在断裂前所承受的载荷（N）；Ao—试样原始横截面积（mm2）。三、塑性1.定义金属材料的载荷作用下，断裂前材料发生不可逆永久变形的能力称为塑性。2.意义1）断后伸长率=(L1-L0)/L0材料有一定的塑性既能保证安全性，又能使材料便于加工（工艺性能）。3.常用的塑性指标2）断面收缩率ψψ=(S0-S1)/S0客观的硬度

硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。1.布氏硬度（HBW、HBS）2.洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）3.和维氏硬度（HV）

一、定义可用硬度试验机测定。二、常用的硬度指标硬度测试原理各种硬度表示方法、特点及应用范围冲击韧性与疲劳极限用试样的断口处截面积SN（cm2）去除AK（J）即得到冲击韧度，用ak表示(已不用），单位为J/cm2.aK=AK/SN一、冲击韧性1.衡量指标：动载荷冲击吸收功AK即AK=mg(H-h)Ak与温度相关：Ak随温度升高而升高举例：塑料制品冬天和夏天韧性不同虽然零件所承受的交变应力数值小于材料的屈服强度，但在长时间运转后也会发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。对称循环交变应力据统计，机械零件断裂中有80%是由于疲劳引起。

二、疲劳极限1.疲劳概念2.疲劳曲线与疲劳极限2）工程上规定，材料经受相当循环周次不发生断裂的最大应力称为疲劳极限，以符号σ-1表示。

1）试验证明，金属材料所受最大交变应力σmax愈大，则断裂前所受的循环周次N（定义为疲劳寿命）愈少，这种交变应力σmax与疲劳寿命N的关系曲线称疲劳曲线或S—N曲线

疲劳曲线-1Nn21N1N2NnNc钢铁材料：107次非铁合金、超高强度钢：108次部分工程材料的疲劳极限σ-1（MPa）三、提高材料疲劳极限的途径1.设计方面尽量使用零件避免交角、缺口和截面突变，以避免应力集中及其所引起的疲劳裂纹。2.材料方面通常应使晶粒细化，减少材料内部存在的夹杂物和由于热加工不当引起的缺陷。如疏松、气孔和表面氧化等。3.机械加工方面要降低零件表面粗糙度值。4.零件表面强化方面可采用化学热处理、表面淬火、喷丸处理和表面涂层等，使零件表面造成压应力，以抵消或降低表面拉应力引起疲劳裂纹的可能性。金属材料强度与塑性的新、旧标准名词和符号对照表总结力学性