一金属材料的力学性能PPT课件

1、第1章金属材料的机械性能第1节强度和塑性第2节硬度第3节冲击韧性第4节疲劳第2节强度和塑性第1节拉伸试验金属材料的强度和塑性根据国家标准()通过静态拉伸试验测定。在这种方法中，具有一定尺寸和形状的样品被夹持在拉伸试验机上，然后拉伸载荷逐渐施加到样品上，直到样品断裂。拉伸试样的形状、尺寸和加工要求在拉伸试样国家标准中有规定。标准样品有两种：圆形和矩形。圆形样本更常用，圆形样本包括短样本和长样本。拉伸前后的样品如图所示。下一页，返回，3，第1节强度、塑性、力伸长曲线在拉伸试验过程中，试验机能自动记录载荷与伸长的关系，并得到一个以载荷为纵坐标、伸长为横坐标的图形，即力伸长曲线。图-显示了退火低碳钢的

2、力伸长曲线。从图中可以看出，低碳钢在拉伸过程中载荷与伸长率的关系可分为以下几个阶段：(1)弹性变形阶段(2)微塑性变形阶段(3)屈服阶段(4)均匀塑性变形阶段(5)局部塑性变形和断裂阶段，上一页，下一页，返回，4，第1节强度和塑性，2。强度是指金属材料在负载下抵抗塑性变形的能力。单位面积材料的内力称为应力。强度用一种材料所能承受的应力来表示。屈服点和屈服强度金属材料开始屈服时的最低应力值称为屈服点，用符号表示。上一个，下一个，返回，5，第一节强度和塑性，一些金属材料在拉伸过程中没有明显的屈服现象，因此不可能测量它们的屈服点。根据规定，屈服强度可以用来表示材料开始产生塑性变形时的最小应力值。如图

3、所示。抗拉强度金属材料在断裂前能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号表示。上一页，下一页，返回，6、第1节强度和塑性是塑性材料抵抗大量均匀塑性变形的能力，脆性材料在拉伸过程中一般不会产生颈缩现象，所以抗拉强度是材料的断裂强度。当用脆性材料制造机器零件或工程部件时，它们通常被用作材料选择和设计的基础，并且选择适当的安全系数。三、塑性金属材料在载荷作用下，在断裂前产生不可逆永久变形的能力称为塑性。塑性用伸长和面积收缩来表示。上一页，下一页，返回，7，第1节强度和塑性，金属材料的塑性对零件的加工和使用具有重要意义。塑性好的材料不仅可以顺利地进行锻造、轧制等成型工艺，还可以避免使用过程中过载时因塑性变形

4、而突然断裂，从而提高材料使用的安全性和可靠性。因此，大多数机械零件不仅要有足够的强度，还要有一定的塑性。一般来说，有延伸率或面积收缩率的材料可以满足大多数零件的要求。上一页，返回，8、硬度在第二节，布氏硬度试验的原理见图-。直径为？在指定的测试力下被压入样品表面，在指定的时间后测试力被移除，在样品表面留下球形压痕。布氏硬度值用球形压痕每单位面积的平均压力来表示。布氏硬度用符号表示。下一页，返回，硬度在第二节中，布氏硬度的单位是，但通常只表示硬度值，而不表示单位。表示方法是：在符号前写下硬度值，符号后依次有相应的数字表示压头直径、测试力和保持时间(未标出)。布氏硬度试验的优缺点和适用范围布氏硬度

5、试验具有较大的压痕面积，可以在较大范围内反映材料的平均硬度。测量结果准确、稳定，但操作繁琐由于压痕大，对金属表面的损伤很大，所以不适合测试薄零件或成品零件。目前主要用于测量有色金属和退火、正火、调质钢的原材料、半成品和性能不均匀的材料(如铸铁)。上一页，下一页，返回，10，第2节洛氏硬度测试原理中的硬度测试原理如图所示。用顶角金刚石锥或直径硬化钢球作为压头，用规定的试验力将其压入试样表面。在测试过程中，首先添加初始测试力，然后添加主要测试力。在保持初始测试力的情况下，根据试样表面的压痕深度确定被测金属材料的洛氏硬度值。常用的洛氏硬度标度及其应用范围为了用一台硬度计测量大范围的硬度，洛氏硬度是用

6、三种常用的硬度标度来测量的，它们表示为、和，其中最常用的通常用于淬火钢或工具。洛氏硬度的测试条件和应用范围见表。上一个，下一个，上一个。洛氏硬度试验的优点和缺点第2节中的硬度洛氏硬度试验具有广泛的硬度测量范围，它简单、快速、高效，并且可以直接从硬度计上读取硬度值。由于压痕很小，试样的表面不会被损坏，所以成品或薄工件可以直接测量。然而，由于压痕小，对于内部结构和硬度不均匀的材料，测量结果不够准确。因此，有必要在试样的不同部位(通常不止一处)测量几次，并将平均值作为材料的硬度值。3.维氏硬度布氏硬度试验不适用于测试硬度较高的材料。洛氏硬度可用于测试软材料和硬材料，但其硬度值无法比较。为了测量各种材

7、料和金属零件从软到硬的表面硬度，并具有连续一致的硬度等级，特制定了维氏硬度试验方法。上一页，下一页，上一页。第2节测试原理中的硬度维氏硬度原理与布氏硬度原理相似，硬度值也是根据单位压痕表面积的测试力计算的。不同的是，具有维氏硬度的压头采用具有锥角的菱形正四棱锥。在测试过程中，在规定的测试力的作用下，将压头压入试件表面，经过一定时间后，去除测试力，测量压痕两条对角线的长度，如图-。单位压痕表面积的测试力是维氏硬度值，用符号表示。表示法维氏硬度也传统上用硬度值而不是单位来标记。通常，硬度值写在符号的前面，后面是表示测试力和保持时间的数字(未标记)。上一个，下一个，上一个。维氏硬度试验法因其测试力小

8、、压痕深度浅、轮廓清晰、数字准确可靠而被广泛用于测量金属涂层、板材和化学热处理后的表面硬度。因为它的测试力可以在很宽的范围内选择()，所以它可以测量从非常软到非常硬的材料。然而，维氏硬度试验不像洛氏硬度试验那样简单、快速，不适合批量生产中的常规试验。上一页，返回，14，第三节冲击韧性，第一节冲击韧性的试验方法和原理冲击弯曲试验通常在摆式冲击试验机上进行，其试验原理如图-。带缺口的标准样品(根据国标229-1994，有两种冲击样品：V型缺口样品和U型缺口样品。两个样品的尺寸和加工要求如图1-8所示。回到摆的方向，把它放在试验机的两个底座上，把质量为m的摆举到指定的高度h，使摆的势能为m Hg。当

9、摆锤落下并打碎样品时，它上升到高度H，此时摆锤的势能为mHg。根据函数原理，可以知道：摆打碎样品所消耗的功是AK=mg (H-h)，AK=I一般来说，强度和塑性较好的材料具有较高的冲击韧性。然而，材料的AK受许多因素的影响，这些因素不仅与样品的形状、表面粗糙度和内部结构有关，而且与测试过程中的温度密切相关。因此，冲击韧性值一般只作为材料选择的参考，而不是作为计算的依据。上一个，下一个，返回，16，第三节冲击韧性，第二节。冲击试验的实际意义AK的大小与试验温度有关。一些材料在室温约20下测试时不会表现出脆性，但在较低温度下会发生脆性断裂。所谓脆性断裂是指快速断裂的突然发生，在断裂前(裂纹产生)和

10、断裂过程中(裂纹扩展)缺乏明显的塑性变形。温度对AK的影响如图1-9所示。从图中可以看出，AK值随着测试温度的降低而降低。当材料低于一定温度时，AK值急剧下降，使试样的断裂形态由韧性断裂转变为脆性断裂。这个温度被称为韧脆转变温度。该温度值对于评估钢的脆性倾向(尤其是低温脆性)非常重要。材料的韧脆转变温度可以通过冲击韧性试验来确定。第三节冲击韧性和韧脆转变温度是金属材料的质量指标之一。韧脆转变温度越低，材料的低温冲击性能越好。对于在寒冷地区和低温下工作的机械和工程结构，例如运输桥梁、机械和运输管道，这一点尤其重要，因此有必要具有较低的韧脆转变温度，以确保正常运行。第四节疲劳一、疲劳的概念许多机械

11、零件在交变应力下工作，如机床主轴、连杆、齿轮、弹簧和各种滚动轴承。所谓交变应力是指零件上应力的大小和方向随时间周期性变化。例如，当轴受力弯曲时，材料在旋转过程中将反复承受拉应力和压应力，属于对称交变应力循环。在交变应力的作用下，当交变应力值远低于材料的屈服强度时，零件在长期运行后也会断裂，这称为疲劳断裂。疲劳断裂经常突然发生。无论是塑性材料还是脆性材料，断裂时都没有明显的塑性变形，这是非常危险的，经常会造成事故。据统计，机械零件的断裂是由疲劳引起的。疲劳断裂过程通常从零件表面开始，有时在零件的薄弱部位会出现裂纹。随着应力的交替，裂纹不断扩展到截面的深度，以致在某一时刻，当未开裂的截面区域不能承

12、受应力时，就会发生突然断裂。下一页，返回。19，第4节疲劳，二。疲劳曲线和疲劳强度为了防止疲劳断裂，零件的设计不应仅基于0。但必须算出抗疲劳指数。通过疲劳实验测量材料的抗疲劳指数。通过疲劳试验，被测材料承受的交变应力与材料断裂前的应力循环次数之间的关系曲线称为疲劳曲线(如图-)。上一个，下一个，上一个。20，第4节疲劳，第三部分。疲劳断裂的原因和提高材料疲劳强度的方法疲劳断裂的原因通常认为疲劳断裂的原因是由材料的内部缺陷引起的，如夹杂物和孔隙。在交变应力的作用下，首先在缺陷处形成微小裂纹，裂纹逐渐扩展，导致零件应力截面减小，导致突然断裂。另外，零件表面的加工刀痕和零件截面突变会产生应力集中。交变应力下，应力集中处容易产生微裂纹，这也是疲劳断裂的主要原因。上一个，下一个，上一个。21，第4节疲劳，提高材料疲劳强度的方法从疲劳断裂过程可以看出，任何不容易在零件表面和内部产生裂纹的因素尽量避免尖角、缺口和零件截面的突变，以避免应力集中和由此引起的疲劳裂纹。()材料。一般来说，应细化晶粒，以减少由不适当的热加工引起的夹杂物和缺陷，如气孔、气孔和表面氧化。晶粒细化增加了晶界，阻碍了疲劳裂纹的扩展。材料的一些内部缺陷本身就是裂纹，一些在循环应力下会发展成裂纹。没有缺陷，裂缝很难形成。上一页，下一页，返回，22，第4节疲劳，()加工。为了降低零件的表面粗糙度，表面的刀痕