关于金属材料的力学性能.ppt

疲劳 虽然零件所承受的交变应力数值小于材料的屈服强度，但在长时间运转后也会发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。 提高材料疲劳极限的途径 设计方面 避免交角、缺口和截面突变，以避免应力集中及其引起的疲劳裂纹。 材料方面 使晶粒细化，减少材料内部存在的夹杂物和由热加工引起的缺陷如疏松、气孔等。 机加工方面 降低零件表面粗糙度值。 表面强化方面 采用化学热处理、表面淬火、喷丸处理和表面涂层等，使零件表面造成压应力，以抵消或降低表面拉应力引起疲劳裂纹的可能性。 * * 教学重点： 教学难点： 解决方法： 强度、塑性、硬度、 韧性、疲劳强度等概念及 其表示方法和工程意义。 金属材料力学性能与测试教学模块重点、难点及解决办法： 多冲抗力与疲劳强度的理解。 检索分析、查阅参考文献、 实践教学与师生互动 力学性能（机械性能）：指金属材料具有的抵抗一定外力作用而不被破坏的性能。 金属材料的力学性能主要有：刚度、强度、弹性、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度和疲劳强度等。 课题一　材料的强度和塑性 材料的强度 拉伸试样 强度是指金属材料抵抗塑性变形（永久变形）和断裂的能力。 抵抗塑性变形和断裂的能力越大，则强度越高。 低碳钢的力-伸长曲线 oe段：弹性变形阶段，是衡量材料抵抗弹性变形能力的指标。 es段：屈服阶段，是衡量材料抵抗微量塑性变形能力的指标。 条件屈服极限：有些塑性较低的材料没有明显的屈服点，难于确定产生塑性变形的最小应力。故规定当试样产生0.2%的塑变时所对应的应力作为材料开始产生明显塑性变形时的屈服强度，称为条件屈服极限 。 sb段：塑性变形阶段 bk段：缩颈阶段 材料的塑性 金属材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。 1、伸长率 2、断面收缩率 δ和ψ越大，塑性越好。 工程意义：塑性好，避免开裂，安全可靠。 普通铸铁塑性差，不能压力加工，只能铸造。 课题二　材料的硬度 教 学 重 点 硬度指标的表示方法和实际应用。 教 学 难 点 布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度 本课题重点与难点 　 金属材料抵抗其他更硬物体压入表面的能力称为硬度。 材料硬度越高，耐磨性越好。 布氏硬度 ?压头：钢球或硬质合金球 布氏硬度实验原理图 优缺点： 优点是测定的数据准确、稳定、数据重复性强，常用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。 缺点是对不同材料需要更换压头和改变载荷，且压痕较大，压痕直径的测量较麻烦，易损坏成品的表面，故不宜在成品上进行试验。 洛氏硬度 用压头压入的压痕深度作为测量硬度值的依据。 可直接从洛氏硬度计的表盘上读出，它是一个相对值，规定每0.002mm压痕深度为一个洛氏硬度单位。用HRA、HRB和HRC表示。 　压头类型： 淬火钢球压头多用于测定退火件、有色金属等较软材料，压入深度较深； 金刚石压头多用于测定淬火钢等较硬材料，压入深度较浅。 采用不同的压头与总试验力，硬度标尺不同。我国常用的是HRA、HRB、HRC三种，其中HRC采用顶角120°的金刚石圆锥体压头，主要用于淬火钢等较硬材料的测定，应用最广。 无单位，须标明硬度符号，如58HRC、76HRA。 优缺点： 优点： 操作迅速、简便，硬度值可从表盘上直接读出；压痕较小，可在工件表面试验； 可测量较薄工件，因而广泛用于热处理质量的检验。 缺点： 精确性较低，硬度值重复性差、分散度大，通常需在材料的不同部位测试数次，取其平均值。 不同标尺测得的硬度值没有联系，不能直接比较！ 维氏硬度 单位压痕面积的力。试验力较小，压头是锥面夹角为136°的金刚石正四棱锥体，压痕浅，适于测量零件薄的表面硬化层的硬度。试验载荷可任意选择，故可测硬度范围宽，工作效率较低。用HV表示。 优缺点： 优点：可测软、硬金属，特别是极薄零件和渗碳层、渗氮层的硬度，测得的数值较准确。 缺点：测定较麻烦，工作效率不如洛氏硬度，不适合成批生产的常规检验。 课题三　材料的韧性和疲劳强度 教 学 重 点 韧性指标的表示方法和实际应用。 教 学 难 点 疲劳的概念、表示 方法、提高疲劳强度措施。 韧性 1、冲击吸收功 金属材料在断裂前吸收变形能量的能力。 对称循环交变应力 据统计，机械零件断裂中有80%是由于疲劳引起。 疲劳曲线 ?-1 ? N ?n ?2 ?1 N1 N2 Nn Nc 钢铁材料：107次 非铁合金：108次 试验证明，金属材料所受最大交变应力σmax 愈大，则断裂前所受循环周次N少。 工程上规定，材料经相当循环周次不发生断裂的最大应力称疲劳极限，以σ-1表示。 部分工程材料的疲劳极限σ-1（MPa）