1-3材料的力学性能和工艺性能.pptVIP

广水市职教中心 §1-3 材料的力学性能和工艺性能 冯义明 材料性能的分类 材料是人类社会发展的重要物质基础，它是现代科学技术和生产发展的重要支柱之一。众多的工程材料之所以获得广泛的应用，是因为它们具备许多优异的性能。 材料的性能可分为两类： 使用性能： 反映材料在使用过程中所表现出来的特性，它包括： 力学性能：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等； 物理性能：导电性、导热性、热膨胀性和磁性等； 化学性能：抗氧化性、耐腐蚀性等。 工艺性能： 反映材料在加工制造过程中所表现出来的特性，它包括：铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性和热处理性等。 一、金属材料的力学性能 概述 力学性能：材料在外力作用下所表现出来的特性叫做力学性能。它的主要指标是强度、塑性、韧性、硬度和疲劳强度等。上述指标既是选材的重要依据，又是控制、检验材料质量的重要参数。 载荷与变形：材料受到外力作用时，会引起尺寸与形状的改变，这种外力叫载荷（或称负荷），尺寸与形状的改变叫变形。 载荷与变形的关系可由拉伸试验测定。 拉伸试验：拉伸试验是测定静态力学性能指标的常用方法。通常将材料制成标准试样，装在拉伸试验机上，对试样缓慢施加拉力，使之不断产生变形，直到拉断试样为止。根据拉伸试验过程中的载荷和对应的变形量关系，可画出材料的拉伸曲线。图中的纵坐标表示载荷，横坐标表示变形量，可以从图上确定出材料的常规力学性能指标。 强度 强度：是材料在载荷（外力）作用下抵抗变形和破坏的能力。抵抗外力的能力越大，则强度越高。 内力：材料受到外力作用会发生变形，同时在材料内部产生一个抵抗变形的力，称为内力，其大小和外力相等，方向相反。 应力：在单位面积上产生的内力称为应力,单位Pa（帕），即N/m2。工程上常用MPa（兆帕），1MPa=106Pa，或1MPa=1N/mm2。 强度的大小，就是用应力来表示的。 （1）屈服强度：由图1-6可知，当载荷增加到Fs时，如果不再继续增加载荷，则试样仍能继续伸长，这种现象叫屈服。将开始发生屈服现象时的应力，也即开始出现塑性变形时的应力，叫做屈服强度σs。 σs= Fs/ A0 式中，Fs ——试样屈服时的载荷，N； A0——试样的原始截面积，mm2。 （2）抗拉强度：当载荷超过Fs以后，试样将继续变形，载荷达到最大值后，试样产生缩颈，有效截面急剧减小，直至断裂。抗拉强度是试样在断裂前所能承受的最大应力，用σb表示。 σb= Fb/ A0 式中，Fb——试样断裂前的最大载荷，N。 抗拉强度是设计和选材的主要依据之一。 塑性 塑性是指金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。材料断裂前，塑性变形愈大，表示它的塑性愈好，反之则表示其塑性差。常用的塑性指标是伸长率和断面收缩率。 （1）伸长率：伸长率是指试样拉断后的标距伸长量和原始标距之比，即标距的相对伸长，用δ表示。 式中，l0——试样原始的标距长度； l1——试样断裂后的标距长度。 伸长率大小与试样尺寸有关。按长径比不同，试样有长试样（l0=10d0；d0：试样原始直径）和短试样（ l0=5d0）两种，分别用δ10（或δ）和δ5表示。 （2）断面收缩率：断面收缩率是指试样拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积之比，用ψ表示。 式中，A0——试样的原始横截面积； A1——试样断口处的横截面积。 断面收缩率与试样与试样尺寸无关，所以它能比较可靠地代表材料的塑性。材料的δ和ψ值愈大，表示材料的塑性愈好。塑性指标在工程技术中具有重要的意义，良好的塑性可使零件完成某些成型工艺，如锻压、轧制、冷拔等。同时也增加了材料使用的安全可靠性。 硬度 硬度是指金属材料抵抗其他更硬的物体压入其表面的能力，也可以看作是材料对局部塑性变形的抗力。 硬度是衡量材料性能的一个综合的工程量或技术量。通常材料硬度越高，耐磨性越好，强度也较高。 测定硬度的方法很多，常用的有布氏硬度测试法、洛氏硬度测试法和维氏硬度测试法。 布氏硬度及其测定 布氏硬度试验原理 布氏硬度的测定是在布氏硬度试验机 上进行的，试验原理如图1-7所示。 用直径为D的淬硬钢球或硬质合金球， 在规定载荷F的作用下压入被测金属表 面，保持一定时间后卸除载荷，测定 压痕直径，求出压痕球形的表面积， 压痕单位表面积上所承受的平均压力（F/A）即为布氏硬度值。 布氏硬度值的符号： 压头为淬硬钢球时：HBS 压头为硬质合金球时：HBW 布氏硬度值的计算： 当所加载荷的单位为kgf时： 当所加载荷的单位为N时： 由上式可