第1章--金属材料的力学性能.ppt

1、第1章 金属材料的力学性能,a) 拉伸曲线 b)试验试样 图1.1 拉伸曲线与试样,第1章 金属材料的力学性能,1.1.2 强度 强度是指材料抵抗永久变形和断裂的能力。强度的大小通常用应力表示。应力是指试验过程中的力除以试样原始横截面积的商，用符号表示，单位为MPa。 1. 屈服点与规定残余伸长应力 屈服点是指材料可呈现的屈服现象，试样在试验过程中力不增加(保持恒定)试件仍能 继续伸长时的应力，用符号b表示，即 s=FsSo 式中 Fs试样屈服时所承受的拉伸力(N); So试样原始横截面积(mm2)。,第1章 金属材料的力学性能,2. 抗拉强度 抗拉强度是指试样拉断过程中最大拉力所对应的应力，

2、用符号b表示，即 b=FbSo 式中b试样所承受的最大拉伸力(N)； So试样原始横截面积(mm2)。 在工程上，把sb的比值称为屈强比。其值越高，材料强度的有效利用率越高，但会使零件的安全可靠性降低。不过在性能允许的情况下，还是屈强比大一点好，一般在0.75左右。,第1章 金属材料的力学性能,1.1.3 塑性 材料断裂前发生不可逆永久变形的能力称为塑性。1. 断后伸长率 断后伸长率是指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比，用符号表示。即 =（L1L0）/L0100 式中 L0试样原标距长度(mm)； L1试样拉断后对接的标距长度(mm)。,第1章 金属材料的力学性能,2. 断面收缩率

3、断面收缩率是指试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号表示，即 =（S0-S1）/S0100 式中 S0试样原始横截面积(mm2)； S1试样拉断后缩颈处最小横截面积(mm2)。,第1章 金属材料的力学性能,1.2 硬度、冲击韧度与疲劳强度 1.2.1 硬度 硬度是指金属表面上局部体积内抵抗弹性变形、塑性变形或抵抗破坏的能力。它是衡量材料软硬的主要依据之一。 1. 布氏硬度 布氏硬度值是通过布氏硬度试验确定的。布氏硬度试验是用一定直径的球体(淬火钢球或硬质合金球)以相应的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量的表面压痕直径来计算硬度的一种压痕硬度试验方

4、法，如图1.2所示(h为球冠形压痕的高)。,第1章 金属材料的力学性能,布氏硬度值是试验力除以压痕球形表面积所得的商。使用淬火钢球压头时用符号HBS表示，使用硬质合金球压头时用符号HBW表示，计算公式如下； 式中 F试验力(N)； D球体直径(mm)； d压痕平均直径(mm)。,第1章 金属材料的力学性能,2. 洛氏硬度 洛氏硬度试验：洛氏硬度试验是在初试验力F0及主试验力F1的先后作用下，将压头压入试样表面，经规定保持时间后卸除主试验力，用测量的残余压痕深度来计算硬度值的一种压痕硬度试验方法，如图1.3所示。实际测定时，试件的洛氏硬度值由硬度计的表盘上直接读出，材料越硬，则表盘上显示值越大。

5、,图1.3 洛氏硬度试验原理,第1章 金属材料的力学性能,3维氏硬度 维氏硬度值是由维氏硬度试验测定的。维氏硬度是将相对面夹角为136的正四棱锥体金刚石压头，以选定的试验力(49.03980.7N)压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量的压痕对角线长度来计算硬度的一种压痕硬度试验。压痕硬度试验原理，如图1.4所示。,图1.4 维氏硬度试验原理,第1章 金属材料的力学性能,1.2.2 冲击韧度 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧度，冲击韧度通常用摆锤式一次冲击试验来测定。 1. 摆锤式一次冲击试验 摆锤式一次冲击试验是目前最普遍的一种试验方法。为了使试验结果可以相互比较，

6、按国家标准GB/T2291994规定，将金属材料作成冲击试样。摆锤冲击试验原理，如图1.5所示。,图1.5 冲击试验示意图 1摆锤； 2试样,第1章 金属材料的力学性能,冲击吸收功(AK)除以试样缺口处的截面积A，即可得到材料的冲击韧度k，计算公式如下： 式中 AK冲击吸收功(J)； G摆锤的重力(N)； H1摆锤举起的高度(cm)； H2冲断试样后，摆锤的高度(cm)； K冲击韧度(J/cm2)； So试样缺口处截面积(cm2)。,第1章 金属材料的力学性能,1.2.3 疲劳强度 1. 疲劳的概念 许多机械零件，例如轴、齿轮、轴承、弹簧等，在工作中承受的是交变载荷。在这种载荷作用下，虽然零件

7、所受应力远低于材料的屈服点，但在长期使用中往往会突然发生断裂，这种破坏过程称为疲劳断裂。 2. 疲劳强度 工程上规定，材料经无数次重复交变载荷作用而不发生断裂的最大应力称为疲劳强度。通过试验测定的材料交变应力和断裂前应力循环次数N之间的关系曲线(疲劳曲线)，如图1.6所示。,第1章 金属材料的力学性能,曲线表明，材料受的交变应力越大，则断裂时应力循环次数(N)越少，反之，则N越大。当应力低于一定值时，试样经无限周次循环也不破坏，此应力值称为材料的疲劳强度。实际上，黑色金属规定循环周次107，有色金属和某些高强度钢，规定循环周次108。,图1.6 疲劳曲线,第1章 金属材料的力学性能,思考题与习题 1什么叫做应力?低碳钢拉伸应力应变曲线可分为哪几个变形阶段?这些阶段各有什么明显特征? 2由拉伸试验可以得出哪些力学性能指标?在工程上这些指标是怎样定义的? 3有一d010.0mm，L050mm的低碳钢试样，拉伸试验时测得Fs20.5kN，Fb31.5KN, d16mm，L166mm，试确定此钢材的s、b、。 4试判断下列试验数据的正确性，并说明理由。 (1)