工程材料的力学性能要点.ppt

第一章 工程材料的力学性能 强度：是指材料在外力作用下抵抗变形与断裂的能力。 塑性：是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。 通常材料的强度和塑性是根据国家标准(GB6397-86) 规定进行静拉伸试验测量得到的。 测量方法：静载压入法 根据压头和载荷的不同，主要有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)和维氏硬度 (HV) 等。 布氏硬度：1900年瑞典工程师布利涅尔（Brinell）提出　 洛氏硬度：1919年美国洛克威尔提出。 维氏硬度的试验原理与布氏硬度相同，但维氏硬度试验是用两面夹角为136°的金刚石四棱锥体作为压头。试验时测出压痕对角线长度以计算压痕的表面积，以F/A的数值表示维氏硬度值。 定义：韧性是指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，是材料强度和塑性的综合表现。 衡量材料韧性的力学性能指标称之为韧度。我们考察较多的是材料的冲击韧性和断裂韧性，与之对应的力学性能指标为冲击韧度（αk）和断裂韧度（KIC）。 定义：冲击韧性是用来评价材料在冲击载荷作用下的脆断倾向的，它是指材料在冲击加载下吸收塑性变形功和断裂功的能力。冲击韧度为其力学性能指标，表示单位面积吸收的冲击功，用一次摆锤冲击试验法来测定。（αk=Ak /A） 材料内部的裂纹往往会导致材料发生低应力脆断，针对这种情况，通常采用断裂韧度KIC来评定。 KIC是材料抵抗裂纹失稳扩展能力的度量，反映了材料抵抗低应力脆断的能力。 §4 材料的疲劳强度 * * 材料是在不同的外界条件下使用的，如在载荷、温度、介质、电场等作用下将表现出不同的行为，即材料的使用性能。使用性能主要包括：力学性能、物理性能和化学性能。 力学性能是指材料在载荷(外力)作用下所表现出的特性。 §1 材料的强度与塑性 工程材料的力学性能 材料的强度与塑性 拉伸试样 拉伸过程中试验机自动记录拉伸过程中拉力与伸长量的关系曲线（F-ΔL曲线） σ =F/S σ-应力；F-轴向拉力； S-试样原始横截面积 ε =ΔL/L0=(L1-L0)/L0 ε-应变； L0-试样标距； L1-试样拉伸后长度 1.弹性变形阶段（oe） 应力-应变关系曲线特点（σ-ε曲线） 2.塑性变形阶段（eb） 3.断裂点（k） 1.弹性变形阶段（oe） 应力-应变关系曲线特点（σ-ε曲线） 直线oe的斜率定义为材料的弹性模量（刚度）E E= σ/ ε 弹性模量E 反映了材料产生弹性变形的难易程度，保证了材料不发生过量弹性变形。 材料的弹性模量取决于材料本身，合金化、热处理及冷热变形对其影响不大。 应力-应变关系曲线特点（σ-ε曲线） 2.塑性变形阶段（eb） 载荷基本不变的情况下试样继续伸长的现象称作屈服。 s ： 屈服点 σs ：屈服强度 b：最大应力点 “缩颈” σb ：抗拉强度 3.断裂点（k） 强度指标： 1.弹性极限σe ：是指材料由弹性过渡到弹-塑性变形的最大应力。 2.屈服强度σs ：是指材料产生明显塑性变形时的应力。 需要注意的是，对于高碳钢等一些相对脆性的金属材料往往没有明显的屈服平台，规定产生0.2%残余应变时所对应的应力值作为其屈服极限，称为条件屈服强度，记作σ0.2。 3.抗拉强度σb ：是指材料拉伸时所能承受的最大应力。 塑性指标：一般用伸长率(δ)或断面收缩率(Ψ)来反映材料塑性的好坏。 1.伸长率： δ =(L1-L0)/L0 2.断面收缩率： Ψ=(S0-S1)/S0 a.材料可通过局部塑性变形来削减应力峰，缓解应力集中，从而防止突然破坏。 b.通过发生塑性变形和因此引起的形变强化，可提高抵抗过载的能力。 c.如果零件失效前产生塑性变形，由于塑性变形可吸收大量能量，可使失效的破坏性降到最小。 d.好的塑性有利于压力加工成型工艺。 WE-2000CI型 液压式万能试验机 定义：硬度反映了材料表面抵抗其他硬物压入的能力。 意义：硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，与强度、耐磨性以及工艺性能往往存在一定对应关系，故可用来检验原材料和控制冷热加工质量。 §2 材料的硬度 工程材料的力学性能 将一定直径的淬火钢球或硬质合金球，在规定载荷下压入被测金属的表面，并保持一定时间，然后卸除载荷，以金属表面球形压痕单位面积上所承受载荷的大小来表示被测金属材料的硬度。 几点说明： 1.布氏硬度的单位为MPa，一般不标出； 2.淬火钢球为压头测出的硬度值以HBS表示，适用于硬度值在450以下的材料；硬质合金球为压头测出的硬度值以HBW表示，适用于硬度值在450-650的材料； 3.布氏硬度值要注明