工程材料与机械制造基础 第二章 材料主要性能.ppt

1-疲劳源、2-疲劳裂纹扩展区和3-瞬时断裂区 疲劳断口示意图 金属的疲劳极限受到很多因素的影响，主要有： 工作条件、表面状态、材质、残余内应力等。 提高零件的疲劳极限的方法： 改善零件的结构形状，避免应力集中，降低零件表面粗糙度值以及采取各种表面强化的方法。 2.2 动载和高温下金属材料的力学性能 零(构)件服役的环境是多种多样的，如有的零件在高温下工作，有的零件在低温下工作，那么在室温下测定的性能指标就不能代表它在高温或低温下的性能。屈服强度与抗拉强度与温度有很大关系，一般温度升高，材料弹性模量E、强度（ ?s ）降低，塑性提高，并会产生蠕变。 2.2 动载和高温下金属材料的力学性能 蠕变是指材料在长时间的恒温（高温）、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。 由于蠕变变形而最后导致金属材料的断裂称为蠕变断裂 。 1、物理性能：主要有密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等。 飞机零件常选密度小的铝、镁、钛合金来制造。设计电器考虑金属材料导电性。设计日用品----材料热成型性。 2、化学性能:指其在常温或高温时，抵抗各种活性介质侵蚀的能力。如耐酸、耐碱性、抗氧化性等。 如化工设备、医疗用具可用不锈钢；内燃机排气阀和电站设备的零件可用耐热钢。 3、工艺性能:指金属材料冷加工、热加工难易程度，是其物理、化学和力学性能在加工过程中的综合反映。 按工艺方法不同分为：铸造性、成型加工型、焊接性、切削加工性等。 设计零件和选择工艺方法时，要考虑材料的工艺性能。 如：灰铸铁的铸造性能优良，广泛用于铸件；加工和焊接性能差，不能锻造和焊接。 低碳钢的焊接和成型加工性优良；高碳钢的焊接和切削加工性较差。 作 业 P12： 2-2. 2-6. 2-7. 2-8. 2-9. 使用性能： 材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能。 工艺性能： 材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。 第2章 金属材料的主要性能 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 当外力去除后能够恢复原来形状的性能称为弹性，外力去除后能 够恢复的变形为弹性变形。 在外力作用下，产生永久变形而不至引起断裂的性能，称为塑性， 在外力去除后保留下来的这部分不能恢复的变形，称为塑性变形。 五万吨水压机 2.1 静载下金属材料的力学性能 拉伸试样 拉伸试验机 应力? = P/F0 应变? = (l-l0)/l0 1、拉伸试验与应力应变曲线 2.1 静载下金属材料的力学性能 （1）弹性：指标为弹性极限?e，即材料承受最大弹性变形时的应力。 在应力应变曲线中，OA段为弹性变形阶段，A点所对应的应力为材料承受最大弹性变形时的应力，称为弹性极限，用?e表示。其中，OA’部分为斜直线，应力应变成比例关系，A’点所对应的应力为保持这种比例关系的最大应力，称为比例极限，用?p表示。对大多数材料来讲，A、A’几乎重合，故一般不做区分。 2.1 静载下金属材料的力学性能 弹性模量的大小主要取决于材料的本性，同一种材料的弹性模量E基本一样，但相同材料的两个不同零件，其刚度不同，可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。 （2）刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量E。 2.1 静载下金属材料的力学性能 （3）强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 （a）屈服强度?s BC段，发生塑性变形而应力不增加，这种现象叫做屈服。B点对应的应力称为屈服强度，用?s表示。 有的材料的屈服强度不明显，规定使用条件屈服强度?0.2（残余变形量为0.2%时的应力值）来标定。 ? ?0.2 ? 屈服强度反映材料抵抗永久变形的能力，是最重要的零件设计指标。 2.1.1 静载下金属材料的力学性能 （b）抗拉强度?b ：材料断裂前所承受的最大应力值。 CD段为均匀塑性变形阶段，应力随着应变增加而增加，产生应变强化。超过D点后，试样开始发生局部塑性变形，即出现颈缩，随应变增加应力明显下降，并在E点迅速断裂。D点所对应的应力为抗拉强度?b。 抗拉强度反映材料抵抗断裂破坏的能力，也是零件设计的材料评价的重要指标。 2.1.1 静载下金属材料的力学性能 ●伸长率： ●断面收缩率： 断裂后 拉伸试样的颈缩现象 3、塑性 2.1 静载下金属材料的力学性能 说明： ① 用断面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 直径d0 相同时，l0?，??。只有当l0/d0 为常数时，塑性值才有可比性。 当l0=10d0 时，