金属的力学性能

关于金属的力学性能1.本章重点:金属材料的各种性能指标及其测定方法,以及它们在实际工作中如何应用。2.难点:各种强度指标的物理意义及它们之间的区别。3.学习目的与要求:能充分理解各种性能指标的含义及实际应用。第2页,共30页，星期六，2024年，5月力学性能？影响力学性能的因素？力学性能指标？如何测定？第3页,共30页，星期六，2024年，5月第一节金属室温强度和塑性力学性能:材料在外力作用下所表现的一些性能，称为材料的力学性能（机械性能）。是设计选材的重要依据------金属的强度和塑性可通过拉伸试验来测定。第4页,共30页，星期六，2024年，5月一、拉伸试验拉伸试样（GB228-1987）长试样：L0=10d0短试样：L0=5d0第5页,共30页，星期六，2024年，5月2.力——伸长曲线弹性变形阶段屈服阶段颈缩现象拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。强化阶段

第6页,共30页，星期六，2024年，5月ΔLF03.脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。

第7页,共30页，星期六，2024年，5月中碳钢变形量△l,应变ﻉ外力F，应力σ高碳钢低碳钢第8页,共30页，星期六，2024年，5月二、强度金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力称为强度。通常用符号：σ表示。根据载荷的作用方式不同有不同的强度指标。通过拉伸曲线可以确定的有下列指标：（一）规定非比例伸长应力（二）规定总伸长应力（三）规定残余伸长应力（四）屈服点（五）抗拉强度第9页,共30页，星期六，2024年，5月（一）规定非比例伸长应力规定比例极限和规定非比例伸长应力。简单介绍指金属材料在受拉力过程中，标距部分非比例伸长率达到某一规定数值时的应力；当规定数值为0.01%时,其代号写成σp0.01。

σp=Fp/S0规定非比例伸长应力属规定微量塑性伸长应力。所谓非比例伸长是指外力与伸长不呈比例关系的伸长。单位MPA第10页,共30页，星期六，2024年，5月（二）规定总伸长应力是试样标距部分的总伸长（弹性+塑性）达到规定的原始标距百分比时的应力，表示此应力的符号应加脚注说明。σt=Ft/S0第11页,共30页，星期六，2024年，5月（三）规定残余伸长应力

σr=Fr/S0

规定残余伸长是指外力卸除后，弹性变形回复，试样标距部分的残余伸长。σr0.2表示规定残余伸长率为0.2%时的应力。属规定微量塑性伸长应力。外力Fe是使试棒只产生弹性变形的最大载荷。材料在外力作用下产生弹性变形时所能承受的的最大应力叫弹性极限，用σe表示，单位Mpa，即σe=Fe/S0现在与规定非比例伸长率相近。第12页,共30页，星期六，2024年，5月（四）屈服点当载荷增加到超过Fe后，试棒发生塑性变形，外力达到Fs时，拉伸曲线出现一个小平台（低碳钢）。此时好象材料已失去抵抗外力的能力而屈服了。我们把试棒产生屈服时的应力称为材料的屈服点，也称屈服强度或屈服极限σs，即σs=Fs/S0有上下屈服点之分。注：塑性材料在静载荷作用下常根据屈服点来确定许用应力。第13页,共30页，星期六，2024年，5月（五）抗拉强度(强度极限)用σb表示抗拉强度:反映材料最大均匀变形的抗力,是材料在拉伸条件下所能承受的最大载荷的应力值。当载荷达到Fb后试棒的某一部分就会形成“缩颈”，此时不增加载荷试棒也会变形直至断裂。所以也表征材料抵抗断裂的能力。

σb=Fb/S0单位：Mpaσb的特点：测量简便,数据比较准确(特别是脆性材料),有时也可以作为设计零件时的强度指标采用,但安全系数要大一些。第14页,共30页，星期六，2024年，5月注意屈强比的概念，σs/σb，比值越大，材料的性能潜力越能发挥出来。过低与过高都不好。合适的比值在0.65~0.75之间。疲劳强度：把试样承受无限次应力循环或达到规定的循环次数才断裂的最大应力，作为材料的疲劳强度。第15页,共30页，星期六，2024年，5月三、塑性

塑性是指金属材料在外力作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力，通常评定材料塑性的指标是：伸长率和断面收缩率。第16页,共30页，星期六，2024年，5月伸长率（δ

）lk-l0l0×100%δ=lk——试样拉断后的标距,mm;l0——试样的原始标距,mm。第17页,共30页，星期六，2024年，5月（一）伸长率δ也叫延伸率，是试样在一定应力下的标距增长量与原标距长度之比。可用下式表示

δ=(Lk-L0)/L0*100%根据拉伸试棒的标距的不同，伸长率有δ5和δ10两种符号，同一材料的这两种伸长率是不同的。要比较不同材料的伸长率也应该用相同符号的伸长率。若不注明，则是长试样伸长率。第18页,共30页，星期六，2024年，5月（二）断面收缩率断面收缩率就是试样拉断后，缩颈处横截面面积的最大缩减量与原始横截面面积的百分比，即：ψ=（S0-SK）/S0*100%国家标准的变化，新旧标准的对照！！！第19页,共30页，星期六，2024年，5月第二节硬度硬度是材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是材料的一个重要指标，它能够给出材料软硬程度的数量概念，是衡量金属软硬程度的判据。特点：硬度试验方法简便、迅速，一般不破坏试件，设备也比较简单，测试数据比较准确。工业生产中常用的硬度试验方法有两类：静态力硬度试验和动态力试验方法。第20页,共30页，星期六，2024年，5月一、布氏硬度

布氏硬度试验是指用一定直径的球体（硬质合金球）以相应的试验力压入式样表面，经保持规定的时间后卸除试验力，用测量的表面压痕直径计算硬度的一种压痕硬度试验。第21页,共30页，星期六，2024年，5月布氏硬度试验原理图硬度值的表示：符号前的数值是硬度值，符号HB后的数值依次表示球体直径、负荷大小及负荷保持时间（10~15s时不标注）。1、试验原理布氏硬度=

FA凹=2FπD[D-（D²-d²）½]第22页,共30页，星期六，2024年，5月

测量比较软的材料。测量范围HBS<450、HBW<650的金属材料。3.优缺点2.应用

压痕大，测量准确，但不能测量成品件。第23页,共30页，星期六，2024年，5月1.

原理二、洛氏硬度返回上一页下一页回主页加初载荷加主载荷卸除主载荷读硬度值第24页,共30页，星期六，2024年，5月2.应用范围20~671500N120°金刚石圆锥体HRC25~1001000N1.588mm钢球HRB70~85600N120°金刚石圆锥体HRA常用洛氏硬度标度的试验范围第25页,共30页，星期六，2024年，5月优点：操作简便、迅速，效率高，可直接测量成品件及高硬度的材料。3.优缺点缺点：压痕小，测量不准确，需多次测量。第26页,共30页，星期六，2024年，5月三、维氏硬度原理，符号表示：640HV30640HV30/20的不同优缺点：载荷小，压入深度浅，主要用于测量金属零件的表面硬度，试验载荷选择不影响其硬度值的大小，测定硬度范围大，但测定较麻烦，工作效率不高。第27页,共30页，星期六，2024年，5月其它硬度（自学）第三节冲击韧度（一）冲击韧度在冲击载荷工作下材料的性能指标，一般用摆锤式一次冲击试验P16冲击韧度对材料的组织缺陷十分敏感（二）断裂韧度第28页,共30页，星期六，2024年，5月本章小结：通过本章的学习，大家