金属材料及热处理 教学课件 作者 冯英宇 编著 模块一 金属的力学性能.ppt

尚辅网 尚辅网 金属材料及热处理 冯英宇 化学工业出版社 模块一 金属的力学性能 知识点 1.理解金属的常用力学性能指标的含义及计算方法； 2.理解金属的常用力学性能对材料的应用范围和产品质量及工艺性能的影响； 3.了解常用物理性能和化学性能对材料的应用范围和产品质量及工艺性能的影响。 技能点 1. 掌握常用力学性能指标硬度测试方法及其应用； 2．了解强度、塑性、冲击韧度以疲劳极限等力学性能指标的测试方法及其应用； 3．能根据机件或工具的工作条件，分析对其制造材料力学性能的要求。 课题一 强度与塑性 任务提出 在现代桥梁设计制造中，金属悬索桥和斜拉桥是最为常见的结构形式，它不仅具有用料省、自重轻的特点，而且，还可以实现其他桥梁无法达到的大跨度结构。虽然我们现有的知识和能力，还不足以独立完成一座桥梁的设计工作，但通过对金属材料强度、塑性等力学性能的学习，可以使我们对其中金属工作组件的力学性能要求有一些初步的了解。 试分析设计人员是如何保证桥梁的承载安全的？ 任务分析 从图1-1中可以看出，悬索桥的桥体重量主要依靠“主索” (也称悬索或大缆)和“吊索”(也称吊杆)吊拉，主索和吊索的承载能力是关键因素，它们在使用过程中不能产生变形，更不能发生断裂。主索和吊索的截面尺寸过小不能满足使用要求，截面尺寸过大又造成材料浪费，必须进行精确设计和计算，其设计依据就是所选用材料的强度和塑性等力学性能指标。 一、载荷、变形与应力 1.载荷 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，用符号表示。载荷按其作用的性质不同，可分为静载荷、冲击载荷及交变载荷三种。 2.变形 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。 3.变形 金属材料在受到外力作用时，其内部作用着与外力相对抗的力，称为内力。单位面积上的内力称为内应力，内应力能够准确地反映金属材料内部的受力状态。 二、金属室温静拉伸试验 1.拉伸试样  拉伸试样的形状和尺寸及取样和制样应符合《金属材料室温拉伸试验方法》（GB/T228—2002），常用拉伸试样如图1-2a所示。图中0是圆形截面试样的直径，为试样的有效工作部分称为原始标距。根据原始标距（）与圆形截面试样直径（0）之间的关系，试样分长比例试样（0 = 100）和短比例试样（0 = 50）两种。拉伸试验时，一般优先选用短比例试样。2．拉伸曲线  拉伸试验机一般用液压万能试验机或电子万能试验机。 3．应力—应变曲线 力-伸长曲线只代表试样的力学性质，同一种材料的力-伸长曲线中，横、纵坐标会因试样尺寸不同而各异。为了使同一种材料不同尺寸试样的拉伸过程及其特性点便于比较，以消除试样几何尺寸的影响，将力-伸长曲线的横、纵坐标分别用拉伸试样的原始标距长度L0和原始横截面积S0去除，则得到应力-应变曲线。 三、金属的弹性变形 1．弹性模量 金属材料在弹性变形阶段，其应力σ和应变ε成正比例关系，即σ＝Eε，其比例系数E称为弹性模量。在应力-应变曲线上，E就是直线（Op段）的斜率。弹性模量表示金属材料对弹性变形的抵抗能力， E值越大，则产生相同的弹性变形量需要的外力越大，弹性变形越困难。 2．弹性极限 弹性极限是金属材料在外力作用下，只发生弹性变形而不发生塑性变形时所能承受的最大应力。在应力-应变曲线上，弹性极限相当于e点所对应的应力值，用σe表示。 3．弹性比功 弹性比功是表示金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。金属拉伸时的弹性比功可表示为： 式中αe —弹性比功 —弹性极限 —弹性模量 由上式可知，提高材料的弹性比功有两种途径：一是提高弹性极限，二是降低弹性模量。 四、强度与强度指标 1．强度及其意义 强度是指金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力，是工程技术上重要的力学性能指标。根据载荷性质不同，材料强度有静强度、疲劳强度等。材料强度的大小，通常用单位面积所受的力来表示，其单位为MPa。 2.屈服强度 屈服强度用符号σS表示，在《金属材料室温拉伸试验方法》（GB/T228—2002）中，用ReL（下屈服强度）选作为屈服强度指标。计算公式如下： 3.抗拉强度 试样在断裂前所能承受的最大应力称为抗拉强度，又称强度极限，用符号σb表示，GB∕T2280—2002规定抗拉强度