第四讲金属材料的力学性能解析.ppt

* * * * F F L (2) 断面收缩率：是指试样横截面积的缩减量与原始横截面积之比的百分率 δ5％为塑性材料；δ5％为脆性材料 良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。 * * 锰钢、硬铝、退火球墨铸铁和青铜等的拉伸曲线：断裂前都有较大的塑性变形，但是没有明显的屈服点。屈服强度用σ0 . 2表示 强度指标 灰口铸铁和玻璃钢的拉伸曲线 ： 直到拉断，试件的变形很小，断口处横截面积几乎没有变化 ，为脆性断裂 。脆性材料以抗拉强度σb 作为其强度指标 * * * * 二、硬度及硬度试验 硬度是指材料抵抗其他更硬物体压入表面的能力。 常用的测试方法有布氏HB、洛氏HR、维氏HV * * 1)布氏硬度HB 钢球压入表面，kg/mm2 ， 布氏硬度计 * * 2) 洛氏硬度HR 洛氏硬度以120o金刚石圆锥体钢球压入深度表示，符号为HR * * 0 0 1 1 2 3 3 2 h1 h2 h3 h 1-1 初载10kg h1 2-2 总载150kg h2 3-3 卸载140kg h3 最后测得： 残余压痕深度增量 h h=h3-h1 HR=h/0.002 * * 3) 维氏硬度HV 维氏硬度计 试验原理 硬度压痕 用正菱形金刚石压入，以对角线计算面积，求kg/mm2 * * 硬度与结构： ①化学键愈强，其硬度一般都高。 一般价键的硬度：共价键≥离子键＞金属键＞氢键＞范德华键。 ② 离子键：电价愈大，离子半径愈小，硬度愈高。 ③金属键：纯金属(Mg，Ag，Au，Pb等)较软，熔点也低；而Cr，Fe，Mo．W等较硬，熔点也高。它是由于这些金属的原子结构不同而造成的。 * * 三、韧性及冲击试验 韧性： 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。 金属冲击试验： * * 冲击试验机 冲击试样和冲击试验示意图 * * 试样冲断时所消耗的冲击功Ak为: g * * 冲击韧度(韧性）ak 试样断裂缺口处单位截面积上所消耗的冲击吸收功。 * * 四、断裂韧性 (1)低应力脆断 材料在工作应力远小于屈服点（抗拉强度σb）时就发生脆性断裂，这种现象叫做低应力的脆断。 原因：材料中的裂纹。 断裂力学：研究带裂纹材料中裂纹扩展的规律，分析裂纹尖端应力、应变分布，并建立断裂判据，用以解决工程构件中的低应力脆性断裂问题。 * * (2)应力强度因子 应力与裂纹同时对材料断裂性能的影响，用应力强度因子KI表示 宽板上中心裂纹示意图 σ是远距离作用的均布应力；α是半裂纹长度 当KIKIC，就会断裂； 材料中裂纹越长，承受的应力就越小。 结论：裂纹的存在使材料的抗拉强度大大下降 * * 当K1达到临界值K1C时，零件内裂纹将发生失稳扩展而出现低应力脆性断裂，而K1＜K1C时，零件安全可靠。 (3) 断裂韧性（韧度）K1C 断裂韧度K1c表示材料抵抗裂纹扩展的能力。 K1c可通过试验来测定，它是材料本身的特性，与材料成分、热处理及加工工艺等有关。 是安全设计的一个重要力学性能指标 * * 常见工程材料的断裂韧度K1C值（MN·m-3/2） * * 五、疲劳强度 材料在交变载荷作用下，虽然其应力比材料的抗拉强度小，甚至比屈服强度还小，但是在长期使用的某一时刻也会发生突然断裂，这现象称为疲劳。 疲劳强度：当零件所受的应力低于某一值时，即使循环周次无穷多也不发生断裂，称此应力值为疲劳强度或疲劳极限。 * * 第三节 材料的弹性变形和塑性变形 一、单晶的变形 晶格变形-弹性 晶面滑移-塑性 * * 金属晶体的变形性能取决于： (1)晶格类型； (2)原子间的力 (3)晶面间隔； (4)各原子面上的原子密度。 * * 以晶胞为基准，不同方位的原子平面中原子密度不同，且相邻平行原子面间距也不同。 原子密度大的平面间距也大。 * * 对于所有可能的选择来说，塑性变形最易沿原子密度最大、平行晶面间距最大的平面发生。 如A及A’平面比B及B’平面有更大的原子密度及晶面间距，平面间原子结合力比B及B’平面弱，滑移阻力小。 * * 晶体中原子密度最大的晶面称为滑移面。 某种晶格类型的金属是否容易变形，取决于其滑移面和滑移方向的数量。一个滑移面和该面上一个滑移方向组成一个滑移系统，这称为滑移系。滑移系越多的晶格类型，其塑性越好。 * * 体心立方-12个滑移系 面心立方-12个滑移系 密排六方-3个滑移系-属脆性的 体心立方原子密度小，塑性变形最好 * * 二、冷变形强化-位错强化 塑性变形的应用： 许多金属有一种性能，在承受一定变形后，对进一步的塑性流动产生更大的抗力。这种塑性变形中金属强度增