重庆大学工程材料材料的力学性能.ppt

第一章 材料的性能 材料的性能 工艺性能 使用性能 力学性能（机械性能） 物理性能 化学性能 铸造性能 焊接性能 可锻性能 切削加工性能 热处理性能 （一）静载荷力学性能 静载荷是指大小不变或变化过程缓慢的载荷：强度、塑性和硬度等。 1.强度 §1力学性能 A′ A B C D E ?p ?e ?s ?b ?E 低碳钢的? －? 曲线 ? ? ?p—比例极限 ?e—弹性极限 ?s—屈服强度 ?b—抗拉强度 ? ＝E?　　 　　　　E—弹性模量 2.硬度 特点： 1）压痕面积大，测量误差小，与强度之间有较好的对应关系。 2）不宜于成品零件和薄而小的零件，需测量d值。 （N/mm2) 硬度是指材料在表面的不大体积内抵抗变形或者破断的能力。 （1）布氏硬度： 表示方法： 例：350HBW5/750； 600HBW1/30/20。 §1力学性能 （2）洛氏硬度 表示方法、试验条件和应用范围 符号 压头类型 总载荷/N 测量范围 应用举例 HRA HRB HRC 120°金刚石圆锥 Φ1.588mm淬火钢球 120°金刚石圆锥 588.4 980.7 1471 70~85HRA 20~100HRB 20~67HRC 高硬度表面 退火钢、铸铁 淬火回火钢 特点： 1）操作简便迅速，生产效率高； 2）压痕小，可对工件直接进行检验； 3）可测各种软硬不同和厚薄不同的试样硬度； 4）压痕小，代表性差； 5）用不同表尺测得的硬度值不能直接进行比较，也不能彼此互换。 §1力学性能 （3）维氏硬度和显微硬度： 表示方法：硬度值+HV+试验力数字(kgf)+与规定时间（10~15s)不同的时间。 例：640HV30/20 特点：1）测定范围宽，适合各种软、硬不同的材料；特别适合薄工件或薄表面硬化层的硬度测试； 2）硬度值需要测量对角线才能计算或查表得出，效率较低。 显微硬度：小载荷维氏硬度试验，试验载荷在1000g以下、压痕对角线长度以μm计，用于材料微区硬度测试。 §1力学性能 （二）动载荷力学性能 动载荷是指由于运动而产生的作用在构件上的作用力，冲击韧性、疲劳强度。 1.冲击韧性 冲击韧性是很大的速度作用于构件上的载荷。需要用材料的韧性指标。 材料的韧性是指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的过程。评定材料韧性的指标是冲击韧度和多冲抗力。 §1力学性能 1）冲击韧度：（GB/T229-1994） 一次摆锤试验： 冲击吸收功：AK=G（H1-H2）（单位J） 冲击韧度： 冲击韧度aK表示单位面积的平均冲击功值，是一个数学平均值，与试样的实际承载情况有一定的距离，故目前多直接用冲击吸收功AK作为材料抵抗冲击作用的力学性能指标。 工程意义：反映原始材料的冶金质量和热加工产品的质量。 §1力学性能 2）多冲抗力： 在落锤式多次冲击试验机上进行。冲击频率为450周次/min和600周次/min，冲击能量（0.1~1.5J）。记录试验过程中冲击功与冲断次数A-N的关系曲线，将试样断裂前的冲击次数作为多冲抗力指标。 材料抵抗大能量一次冲击的能力主要取决于其塑性，而抵抗小能量多次冲击的能力主要取决于其强度。 §1力学性能 2.疲劳强度 零件在交变载荷作用下发生断裂的现象称为疲劳断裂。疲劳断裂属于低应力脆性断裂。 疲劳强度 表示材料经受无限多次循环而不断裂的最大应力，记为Rr。下标r表示应力对称循环系数。 §1力学性能 工程上常规定N=108次时对应的应力作为条件疲劳极限。 3.材料的断裂韧度（KⅠC） 低应力脆断：低于材料屈服强度时发生的脆性断裂； 原因：材料中宏观裂纹的扩展； 断裂韧度（KⅠC） ：表征材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学性能指标。 应力场强度因子： Y—裂纹的几何形状因子； KⅠ—单位： N·mm-2·mm1/2或N·mm-3/2； R—工作应力； §1力学性能 4.材料的高、低温力学性能 蠕变：材料在较高的恒定温度下，当外加应力低于屈服极限时，材料会随着时间的延长发生缓慢的塑性变形现象。 金属材料、陶瓷在(0.3~0.5)Tm 时会发生蠕变。 1）高温力学性能（GB/T2039-1997） (1)蠕变极限—材料在给定温度T（℃）和规定的试验时间t(h)内，使试样产生一定蠕变伸长量所能承受的最大应力