材料的机械性能详解.ppt

概 述 1.材料科学的发展 天然材料 →加工材料 →高分子材料 →复合材料。 2.工程材料的分类 3.材料的性能分类 使用性能：使用中， 机械性能、理化性能。 工艺性能：加工中，可铸性、 可锻性、可焊性、 热处理性能、 切削性能。 4.材料的用途 黑色多于有色； 塑料：成本低、 成形容易、 美观、耐腐蚀。 复合材料：技术、成本高， 主要用于航空航天领域。 第一节 金属材料的机械性能 1. 机械性能 又称力学性能，材料承受外力作用的能力。 2. 机械性能指标 四大项：强度、硬度、塑性、韧性。 3. 材料性能手册的使用 所查性能的测定条件与工作条件相一致，还要考虑尺寸因素等。 一、强度 1. 概念 ⑴ 定义 材料在外力作用下，抵抗变性和破坏 的能力。 由于零件材料大多是在受拉时产生变 形或破坏的，所以通常用受拉时的强度 来代表材料的强度指标。 ⑵ 分类 ① 受力方向 抗拉强度、抗压强度、 剪切强度、弯曲强度等。 ② 工作温度 高温强度、常温强度、低温强度。 ③ 受力性质 一般强度、疲劳强度。 ⑶ 机械零件的失效形式 腐蚀 磨损 断裂 ⑷ 强度值来源 实验测定：主要来源。 理论计算：误差比较大。 2. 拉伸实验 拉伸试验录像 ⑴ 实验设备 材料试验机。 ⑵ 拉伸试样 圆试样 长试样 扁试样 短试样 ⑶ 拉伸过程 应力—应变曲线的动画过程 ⑷ 拉伸曲线 原始曲线：载荷-伸长曲线 经过变换：应力-应变曲线 ⑸ 拉伸变形过程 弹性变形、 屈服、 均匀变形、 颈缩断裂四个阶段。 ⑹ 测定结果 σe、E、σs、σ0.2、δ、ψ。 3. 常温强度 ⑴ 概念 弹性、 弹性变形、 塑性、 塑性变形。 ⑵ 弹性极限 σe=Pe/Fo (Mpa=N/㎜2) 对弹簧设计意义最大的强度指标。 例 三峡施工77吨大卡车，合金弹簧钢。 ⑶ 弹性模数 E=σe/εe (Mpa) 衡量材料刚性， E大，刚性大，弹性变形小。 E性质稳定。 例：单杠 E=σe/εe=（P/Fo）÷(ΔL/Lo) = P Lo/ FoΔL ⑷ 屈服强度 有明显屈服： σs=Ps/Fo (Mpa) 低碳钢、纯铝等。 无明显屈服： σ0.2=P0.2/Fo (Mpa) 铸铁、铝合金等。 设计、使用中，σσs； σs大，材料抵抗塑性变形能力大。 低碳钢和铸铁的应力—应变曲线比较 ⑸ 抗拉强度（强度极限） 定义 把试样在拉伸过程中所能承受的最大应 力值称为材料的强度极限，又称为抗拉强 度，以σb表示。 σb=Pb/Fo (Mpa) 设计、使用中，σσb； 如果σσb，断裂。 4. 高温强度 飞机发动机、活塞、锅炉等。 ⑴ 高温瞬时强度 在规定温度下，以一般加载速度拉伸，σmax。 火箭发动机。 ⑵ 高温持久强度 高温下长时间承受外力作用，抵抗变形和破坏的能力。 飞机发动机。 ⑶ 高温蠕变强度 高温下材料长时间工作产生两种现象：蠕变、断裂。 在规定温度下、规定时间内产生预定应变时的应力。 核电站锅炉。 5. 低温强度 一般来说，钢棒在室温下难以敲断， 而将钢棒放进液氮中降温后取出，就很 容易敲断，这是由于材料在室温与低温 下的性能有差异，在低温下材料的脆性 高。一些在低温下工作的工件还应考虑 其低温性能，如我国南极科考队所用的 机械设备。 6. 疲劳强度 曲轴、连杆、齿轮、弹簧等。 ⑴ 疲劳破坏 零件长期经受即使小于其屈服强度 的交变载荷作用也会突然断裂而破坏， 这种破坏称为疲劳破坏。 疲劳破坏危害比较大：低应力，无预兆， 属于低应力脆断。 例:二战后由商船改装成的运兵船在港口停 泊时沉入海底。 疲劳极限获得方法：通过转旋弯曲试验方法 疲劳曲线动画 ⑵ 疲劳强度 当交变应力循环