第一章工程的分类与性能选读.ppt

希腊字母表及其读音 希腊字母表及其读音 第一节 工程材料的分类 第二节 材料的力学性能 定义 : 金属材料的力学性能是指金属材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。 指标 : 弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、冲击韧性 、断裂韧度和疲劳强度等。 作用在机件上的外力——载荷 强度： 疲劳极限 第三节 材料的其他性能 工程中常把缺口横截面积处单位面积上的冲击吸收功称为冲击韧度，亦称冲击韧性值。 冲击韧度 ：αk = AK /S （J/m2） 冲击韧度（冲击韧性值、冲击值） 材料的冲击韧性与塑性之间有一定的联系，αk大，材料的塑性大，但塑性大的材料，αk值不一定高 冲击值（冲击韧性值）的大小与很多因素有关，不仅受试样形状，表面粗糙度，内部组织等的影响，而且与试验时的环境、温度有关，冲击韧性值一般是作为选择材料的参数，并没有确定的物理意义。 疲劳极限：材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力。用以表征材料抵抗疲劳断裂的能力。 — 循环基数 钢： 受交变载荷作用的零件，在其所受应力远远低于该材料的屈服强度时，会发生突然的断裂。而且是脆性断裂。 据统计，约80%的机件失效为疲劳破坏。 有色金属： 疲劳曲线——材料所受应力σ与其断裂前的应力循环次数N的关系曲线称为疲劳曲线。 工程材料 金属材料 复合材料 陶瓷和高分子材料 金属材料性能 使用性能 工艺性能 力学性能、物理性能、化学性能 铸、锻、焊及切削加工性能 静载荷 动载荷 1.弹性变形： 材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。 F F F 2.塑性变形: 材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形，称为塑性变形。 F F F 3．断裂 断裂——塑性变形进行到一定程度，材料内部出现裂纹，在外力继续作用下，裂纹逐步扩展最终使材料相互分离的现象，称之为断裂。 变形的三个阶段 弹性变形 塑性变形 断裂 4．应力和应变 ⑴内力 材料在外力的作用下，其内部就会产生相应的作用力以抵抗变形，并在整体上与外力达到平衡。这种材料内部一部分物质相对另一部分物质的相互作用称为内力。 F F F = F’ （MPa） 外力 —— 内力——应力 F’ F σ= F’ /S ⑵应力 ①真实应力 σ=F/S1 S1——杆件瞬时直径的d1所对应的横截面积 ②工程应力 σ=F/S0 S0——杆件的原始横截面积 按国际单位，应力的单位常用MPa(兆帕)， 1MPa＝1MN/㎡=1N/m㎡。 单位面积的内力称为材料的应力。 单位长度的伸长量称为应变。 ε＝△l/l0 ⑶应变 单向静拉伸实验 F F L 拉伸试样（GB6397-86） 长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0 GB——国标 6397——序列号 86——年号 静拉伸实验是指在室温下，将标准试样卡在材料试验机上，缓慢的在试样两端施加载荷，使试样受轴向拉力，引起试样沿轴向伸长，试样一般进行到拉断为止。 目的：测定试样对外加载荷的抗力，可以求出材料的强度指标，测定试样在破断前塑性变形的大小，可以求出材料的塑性变形。全过程可以看材料在拉力下变形的整个过程。 1.弹性变形阶段 2.塑性变形阶段 缩颈现象 拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。 强化阶段 屈服阶段 3.断裂 k b b — 极限载荷点 F e e — 弹性极限点 s S — 屈服点 K — 断裂点 o p p — 比例极限点 OP段：弹性变形阶段 PES段：弹性－塑性变形阶段 （过渡段） SBK段：塑性变形阶段 材料随着变形量增加，变形抗力增加的现象称为强化。 K：断裂阶段 弹性模量的单位同应力的单位 Pa 、MPa 材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。 （1）弹性极限σe和弹性模量E 弹性变形阶段的极限应力值称为弹性极限，用σe来表示。 E＝σ/ε（应力/应变） 弹性模量E表征了材料抵抗变形的能力 E — 材料抵抗弹性变形的能力越大。 当材料单位面积上所受的应力σeσσs时，只产生微量的塑性变形。当σσs时，材料将产生明显的塑性变形。 条件屈服强度: σ0.2=F 0.2/S0 （MPa） （2） 屈服强度（σS） 指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力。 σS=Fs/S0 （MPa） 它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。 屈服强度 — 是塑性材料选材和评定的依据。 ΔL F 0 F0.2 0.2%L0 σb =Fb/S0 （MPa） （3）抗拉强度（σb ） 抗拉强度是