机械工程材料(第2章).ppt

第二章 材料的性能与力学行为 2.1 材料的静态力学性能 2.1.1 材料的强度与塑性 2.1.2 材料的硬度 2.2材料的动态力学性能 2.2.1 材料的冲击韧度 2.2.2材料的多冲抗力 2.2.3 材料的疲劳强度 2.2.4 材料的断裂韧度 2.3 材料的物理化学性能 2.3.1 材料的物理性能 2.3.2 材料的化学性能 2.4材料的工艺性能 2.5 金属的塑性变形及强化 材料的性能 材料的性能一般分为使用性能和工艺性能。 使用性能： ①力学：静态---强度、硬度、塑性、耐磨性 动态---冲击韧度、疲劳特性等 ②物理：密度、熔点、导热性、热断裂性、电、磁、光性 ③化学：耐腐蚀、抗氧化性 ④工艺性能：铸造性、可锻性、可焊性、切削加工性 材料的力学性能 材料的力学性能是指材料在外力或能量以及环境因素（温度、介质等）作用下表现出的变形和破裂的特性。通常把外力或能量称为载荷或负荷。 2.1 材料的静态力学性能 力学载荷、热载荷、环境载荷、多种载荷的叠加 根据载荷性质可分为静载荷和动载荷。 静载荷：逐渐而缓慢地作用在工件上的力，一般作用在机械零件上的静载荷有：拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲等多种形式，并导致各种形式的变形。 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。 材料的静态力学性能是指材料在静载荷作用下，抵抗变形或断裂的能力。 主要强度指标有：强度、塑性、硬度等 2.1.1 材料的强度与塑性 强度指标：反映材料对塑性变形和断裂抗力的指标。 加载方式不同，指标不同：抗拉强度，抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。 塑性指标：反映材料塑性变形能力的指标。 （一）拉伸试验及曲线： 拉伸试验是测定材料力学性能最常用的方法。沿试样轴向缓慢施加载荷，使其发生拉伸变形直至断裂。 拉伸试验机 绘制出载荷P与试样伸长量?△L之间的关系曲线，并可测定应力（σ）与应变（ε）关系： (1)应力σ：单位面积上试样承受的载荷。用试样承受的载荷(N)除以试样的原始横截面积S0(mm2)表示: σ=F/S0 (MPa) (2)应变ε：单位长度的伸长量。用试样的伸长量Δl(mm)除以试样的原始标距l0(mm)表示: ε=Δl/l0 (3)应力-应变曲线(σ-ε曲线): 形状和拉伸曲线相同，单位不同 低碳钢 (20钢)拉伸的应力-应变曲线(σ-ε曲线) op段： 比例弹性变形阶段； pe段：非比例弹性变形阶段； 平台或锯齿（es段）：屈服阶段； sb段：均匀塑性变形阶段，强化阶段。 b点：形成了“缩颈”。 bk段：非均匀变形阶段，承载下降，到k点断裂。 研究表明,低碳钢在外加载荷作用下的变形过程,一般分为三个阶段： ①弹性变形 ②塑性变形 ③断裂。 指材料在外力作用下产生变形, 外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去除后不能恢复的残余变形量称为塑性变形。 （1）弹性与刚度 弹性：指材料在外力作用下不发生永久变形的能力。 比例极限(σp):指A’处应力与应变之比。（Mpa) 弹性极限(σe):指材料在外力作用下不产生永久变形的最大应力。（Mpa) 弹性模量E(杨氏模量):指材料在弹性范围内,其应力与应变的比值。标志材料抵抗弹性变形的能力,用以表示材料的刚度指标. E值的大小,主要取决于材料的本性,反映了材料内部原子结合键的强弱。 E值愈大,即刚度愈大,材料愈不容易产生弹性变形. E铁=196000,E塑料=200~4000 影响因素：温度。随温度升高而逐渐降低,而一些处理方法(如热处理、冷加工、微合金化等)对它的影响很小。 (2) 强度:指材料在外力作用下抵抗塑性变形和破断的能力。 ①屈服强度σs：试样屈服时的最小应力 ,即B点对应的应力值，或称为屈服极限。所谓屈服是指应力不增加而应变却继续增加的现象。 名义(条件)屈服强度σ0.2：当试样产生的残余塑性变形量为标距长度的0.2%时所对应的应力值。 屈服强度是工程设计与选材的重要依据之一。如湘江三大桥的紧固螺栓各种机械零部件的设计，特别是结构零件 ②抗拉强度σb：材料在拉伸条件下,破裂前所受的最大应力。或称为强度极限,它表示材料抵抗断裂的能力。 抗拉强度σb是零件设计的重要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。 对于那些变形要求不高的机件，无须靠σs来控制产品的变形量，常将σb作为设计与选材的依据。 σ0.2:试样产生0.2%残余塑性变形时的应力 应用：σs和