第二章 金属材料力学性能.ppt

金属材料概论 Metallic Materials 第二章 金属材料力学性能 1.金属材料的拉伸曲线 2.金属材料的弹性与塑性 3.金属材料的强韧性 第一节 材料的拉伸曲线 金属材料的力学性能 静载时材料的力学性能 静拉伸试验（弹性和刚度、强度、塑性） 硬度（布氏硬度、洛氏硬度） 动载时材料的力学性能 冲击韧性 疲劳强度 高温力学性能（蠕变、其它力学性能） 断裂韧性 拉伸试验 c. 弹性比功ae =1/2σeξe =σe2/2E ae: 弹性比功 σe：弹性极限 ξe: 最大弹性应变 金属材料吸收弹性变形功的能力，取决于弹性模量和弹性极限，大多采用提高弹性极限的方法来提高弹性比功。 ②塑性 说明： ① 用断面收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，伸长率用? 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用?5 表示。显然?5 ?10 ③ ? ? 时，无颈缩，为脆性材料表征 ? ? 时，有颈缩，为塑性材料表征 是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 指标为冲击韧性值ak(通过冲击实验测得)。 韧脆转变温度 材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。 体心立方金属具有韧脆转变温度，而大多数面心立方金属没有。 TITANIC Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果 c. 断裂韧性 ⑤ 硬度 材料抵抗表面局部塑性变形的能力。 布氏硬度HB 压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在450-650以下的材料。 洛氏硬度 洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002 使用金刚石圆锥压头时，k取0.2mm；钢球压头时，k取0.26mm 根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。 符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。 HRA用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。 HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。 维氏硬度 维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法—维氏硬度试验 、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。 维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。 * * Welcome all of you 材料的性能是指材料的性质和功能。 力学性能 物理性能 化学性能 工艺性能。 金属材料的力学性能：金属材料在外加载荷(外力或能量)作用下或载荷与环境因素(温度、介质和加载速率)联合作用下所表现的行为。——介于金属学和材料力学之间的一门学科。 过程： 外力增加，试样伸长。得到P(载荷)－?L(伸长)曲线，换算为?(应力)－?(应变)曲线。材料表现为弹性变形、均匀塑性变形、颈缩、断裂。 拉伸试验机 拉伸试验 低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线 介绍拉伸实验： ob弹性变形阶段 bcd屈服阶段 dB强化阶段 Bk颈缩阶段 k试样断裂 三个阶段： 弹性变形 弹塑性变形 断裂 ① 金属的弹性——材料不发生塑性变形的情况下，所能承受的最大应力。 a、比例极限σp：σp=Pp/F0? (Pp比例极限对应的载荷，F0试件的原始截面积) 应力-应变保持线性关系的极限应力值 b、弹性极限σe ：σe=Pe/Fo 不产生永久变形的最大抗力。 工程上，σp、σe视为同一值，通常也用σ0.01 ①弹性 d. 刚度—材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。 E=σ/ε 杨氏弹性模量,应力应变的比值。单位 MPa GPa 弹性模量E—是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。 E愈大，使其产生一定量弹性变形的应力也应愈大。 本质：反映了材料内部原子结合力的大小，组织不敏感的 物理指标。 塑性：断裂前可发生永久变形的能力。 金属的强度——材料所能承受的极限应力。 σ=P/Fo a、抗拉强度σb：σb=Pb/Fo? 材料被拉断前所承受的最大应力值——材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值。 b、屈服强度σs：σs=Ps/Fo σs代表材料开始明显塑性变形的抗力，是设计和选材的主要依据之一。 ③ 强度 c. 疲劳强度σ-