金属的力学性能.ppt

第二节 材料的力学性能 塑性良好材料拉伸 第二节 材料的力学性能 （3）强化阶段 经过屈服阶段之后，材料又增强了抵抗变形的能力。这时，要使材料继续变形需要增大应力。经过屈服阶段之后，材料重新呈现抵抗继续变形的能力，称为应变硬化。硬化阶段的最高点所对应的正应力，称为材料的强度极限（抗拉强度），并用σb。 抗拉强度是压力容器设计常用的性能指标，它是试件拉断前最大负荷下的应力，反映了材料抵抗断裂能力的大小，是衡量材料强度的一个重要指标。低碳钢的σb大约为380MPa。 由于外力作用的形式不同，有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。 第二节 材料的力学性能 （4）颈缩阶段 当应力增长至最大值σb之后，试样的某一局部显著收缩，产生所谓“颈缩”。之后，使试件继续变形所需之拉力减小，应力－应变曲线相应呈现下降，最后导致试样在颈缩处断裂。 第二节 材料的力学性能 （5）试件断裂后的处理（塑性指标） 延伸率δ 试件被拉断后对接起来测出其长度为l1，则l1-l0是试件在被拉断后总的塑性伸长量，由此定义延伸率δ： δ值反映的是材料在断裂前最大能够承受的塑性变形量，是评价材料塑性好坏的一个指标。对于初始标距分别为l0=10d 和 l0=5d，延伸率表示为：δ和δ5。低碳钢的δ值为20－30%，认为具有良好的塑性，而灰铸铁的δ大约为1%，认为是典型的脆性材料 一般认为：δ＞5%为塑性材料，δ＜5%为脆性材料。 第二节 材料的力学性能 断面收缩率ψ 式中A0是试件原始横截面面积，A1是试件拉断后颈缩处测得的最小横截面面积。低碳钢的ψ值大约为60%。 σs、σb、δ、ψ是工程上常用的性能指标，在材料手册或机械设计手册中能查到。 第二节 材料的力学性能 试件的中途卸载与重复拉伸 在强化阶段卸载后，如重新加载曲线将沿卸载曲线上升。 对试件预先加载，使其达到强化阶段，然后卸载；当再加载时试件的线弹性阶段将增加，而其塑性降低。称为冷作硬化. 反映材料力学性能的主要指标： 强度性能：抵抗破坏的能力，用σs和σb表示。 弹性性能：抵抗弹性变形的能力，用E表示。 塑性性能：塑性变形的能力，用延伸率δ和截面收缩率ψ表示。 16锰钢的机械性能优于低碳钢。 4.脆性材料受拉时的力学性能 主要特点：不发生颈缩——ψ≈0 不产生伸长量——δ≈0 只能测出断裂极限σb，不能测 出其它极限。 第二节 材料的力学性能 铸铁拉伸应力-应变图 灰铸铁σb =205 MPa 二、压缩时材料的力学性能 材料压缩试验，通常采用短试样。 塑性材料：发生屈服前，与拉伸时应力—应变曲线基本重合；屈服后，其应力—应变曲线上翘，无断裂极限。 脆性材料：压缩断裂极限比拉伸断裂极限大很多，通常是抗拉强度的4～5倍。因此铸铁常被做成机座等承压构件。 第二节 材料的力学性能 低碳钢压缩 铸铁压缩 塑性材料和脆性材料力学性能比较 塑性材料 脆性材料 断裂前有很大塑性变形 断裂前变形很小 抗压能力与抗拉能力相近 抗压能力远大于抗拉能力 延伸率 δ 5% 延伸率 δ 5% 可承受冲击载荷，适合于锻压和冷加工 适合于做基础构件或外壳 材料的塑性和脆性会因为制造方法工艺条件的改变而改变。 第二节 材料的力学性能 三、温度对材料力学性能的影响 1.温度对短时静载试验所得结果的影响 （参见P39图2-20）总趋势为随着温度的升高，材料的E，σs，σb均降低，而δ，ψ增大。 随着温度的降低，材料的塑性指标减小，室温下塑性良好的材料如钢在液氢温度时变为脆性材料。 低温下工作的构件，往往在应力远未达到材料屈服限前即遭破坏，因此在低温（-20℃）下工作的容器，注意材料的选择。 温度对短时静载试验结果的影响 第二节 材料的力学性能 2.高温时的蠕变与应力松弛 （1）蠕变及蠕变极限(σn ) 蠕变：是指在高温和一定应力下应变随时间而增加的现象，或者金属在高温和内应力作用下逐渐产生塑性变形的现象。对于某些金属，如铅、锡在常温下也有蠕变现象，而钢和有色金属在温度超过一定值后才会发生蠕变，如碳素钢在300－350℃以上、合金钢在350－400℃以上时才发生蠕变。 蠕变极限：在某一高温下，为使试件10万小时内产生的塑性应变值不超过1%，允许试件能够承受的最大应力值，称作在该温度、该蠕变速度条件下的蠕变极限。用σn表示 。 第二节 材料的力学性能 蠕变极限与材料的组成、组织结构有关，而且与工作温度和允许的蠕变速度紧密相连。反映了材料在一定高温下抵抗发生缓慢塑性变形的能力。 第二节 材料的力学性能 （2）持久强度 把试件在某一高温下，在规定的时间内不断裂所允许试件承受的最高应力，称作材料在该温度下、该持续时间内的持久强度，用σD表