工程材料 第1章 材料的结构与性能-part3解析.ppt

第一章 材料的结构与性能 （二）弹性与塑性 弹性 金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能回复其原来形状的性能，叫做弹性。 弹性变形 随着外力消失而消失的变形，叫做弹性变形。 塑性 金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能叫做塑性。 塑性变形 在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形，叫做塑性变形。 (三) 强 度 金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力——强度。按作用力性质不同，可分为屈服强度（屈服点）及抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。在工程上常用来表示金属材料强度的指标有屈服强度和抗拉强度。 低碳钢拉伸时的应力—应变曲线 屈服强度和抗拉强度在机械设计和选择、评定金属材料时有重要意义，材料不能在超过其σs的条件下工作，否则会引起机件的塑性变形；更不能超过其 σb的条件下工作，否则会导致机件的破坏。 (四)、 硬度:材料抵抗更硬的物体压入其内的能力 ,是材料性能的一个综合物理量。表示材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。 金属材料的硬度可用硬度仪来测试，常用的硬指标有布氏硬度、洛氏硬度等。 1.布氏硬度HB 用直径D的淬火钢球或硬质合金球,在一定压力P下,将钢球垂直地压入金属表面,并保持压力到规定的时间后卸荷,测压痕直径d. ?HB=F/S (N/mm2) 单位一般不写 S-压痕面积. 布氏硬度试验原理图 洛氏硬度计用金刚石圆锥或钢球为压头，实验时是根据测量到的压入深度，转变成刻度盘上的数据。 洛氏硬度的分类及应用 2 疲劳强度 许多零件如曲轴、齿轮、连杆、弹簧等在交变载荷作用下工作，发生断裂时的应力远低于该材料的屈服强度，这种现象叫疲劳破坏。据统计，80%机件失效是由于疲劳破坏。 疲劳强度——金属材料在无数次交变载荷作用下而不致于引起断裂的最大应力。 产生疲劳破坏的原因 材料有杂质、表面划伤等缺陷 ?????????????????????????? 数显显微硬度计 二、 动载时材料的力学性能 1、冲击韧性:金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力叫做冲击韧度。常用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧度。 摆锤式冲击实验机 计算公式 Ak=GH1 - GH2 =G（H1 - H2） 试验原理：试样被冲断过程中吸收的能量即冲击吸收功（Ak ）等于摆锤冲击试样前后的势能差。 试验过程如图所示。 冲击韧度（a k）：冲击吸收功除以试样缺口处截面积。 ak = AK/S （J·cm-2） Ak—冲断试样所消耗的冲击功（J） S—试样断口处的原始截面积（cm2） 在冲击载荷下工作的零件，很少是受大能量一次冲击 而破坏的；往往是受小能量多次重复冲击而破坏的。 试验表明：在冲击能量不太大的情况下，其承受反复 冲击的能力主要取决于强度，而不是很高的冲击韧性ak 。 材料韧性判据为冲击韧性ak ，低值为脆性材料，高值为韧性材料。 材料的疲劳强度通常在旋转对称弯曲疲劳试验机上测定疲劳曲线,即交变应力与断裂前的循环次数N之间的关系。有色金属N》108，钢材N107 不疲劳破坏 疲劳曲线 疲劳破坏原因: 材料有杂质,表面划痕,能引起应力集中（指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象）,导致微裂纹,裂纹扩展致使零件不能承受所加载荷突然破坏. 不断裂 断裂点 断裂 应力集中 微裂纹 裂纹扩展 破 坏 * * 1.4 金属材料的力学性能 1.强度 2.塑性 3.硬度 4.冲击韧度 5.疲劳强度 1.4 金属材料的力学性能 力学性能：材料在外力（静载荷、动载荷、交变载荷）作用下，所表现出的性能。包括强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等,是选择、使用金属材料的重要依据。 一、 静载时材料的力学性能 （一） 静载拉伸试验 1. 拉伸试样（GB6397-86） 长试样：L0=10d0 , 短试样：L0=5d0 拉伸过程 2. 拉伸过程： 1）op/pe段：直线(弹性变性) 2）es段：曲线(弹性变形+塑性变形) 5）b点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。 3）s s’段：水平线（略有波动），塑性变形, 作用的力基本不变，试样连续伸长。 4）s’b曲线：弹性变形+塑性变形 拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线： 弹性变形阶段 塑性变形阶段 颈缩现象至