金属材料的力学性能.ppt

第一章金属材料的力学性能材料性能是一个参量，用于表示材料在给定的外界条件（温度、介质）下所能表现出来的行为。金属材料通常的外部表现为变形和断裂。材料性能由内部依据和外部表现组成。内部依据又分为化学成分、内部结构。性能是指确定成分和结构的材料的外部表现。力学性能包括：强度、硬度、塑性、刚性、韧性、冲击韧性、疲劳强度等。§1—1强度、刚度、弹性及塑性金属材料的强度、刚度、弹性及塑性用拉伸试验来测量。一、拉伸曲线与应力-应变曲线1、拉伸曲线拉伸过程分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。几点说明：（书中图1-2）试件总伸长of，其中gf为弹性变形，og为塑性变形。og是由均匀变形oh和颈缩hg两部分组成。对于脆性材料的实验过程，没有明显的塑性变形直接断裂，故没有屈服现象，也不产生颈缩。2、应力-应变曲线应力—单位面积上所承受的载荷。σ=F/A0应变—单位长度上的伸长量。ε＝Δl/l0几点说明：（书中图1-3）试件应变of，其中gf为弹性部分，og为塑性部分。og是由均匀应变oh和颈缩hg两部分组成。图1-3是应力-应变曲线示意图。它不受试件尺寸的影响，可以直接看出金属材料的一些力学性能。二、刚度和弹性依据图1-3应力-应变示意图，在弹性变形阶段可以测出材料的弹性模量、弹性极限、弹性比例，从而确定材料的刚度和弹性。1、弹性模量弹性模量E指金属材料在弹性状态下应力和应变的比值：E=σ/εE在曲线上体现为斜率。表示单位变形所需要的力。也即表示材料抵抗弹性变形的能力。工程中称之为刚性。机械零件应该是在弹性状态下工作，工作中不允许有过量的弹性变形，更不允许有塑性变形。故对刚度有一定的要求。2、弹性极限弹性极限σe是材料在不产生塑性变形时所承受的最大应力值。σe=Fe/A03、弹性比功弹性比功ae，表示材料发生弹性变形时可吸收能量的能力，外力去除后，能量释放使材料恢复原始形状。ae=1/2×σe×εe弹簧是典型的弹性零件，要求有较大的弹性比功。弹簧在实际工作中起缓冲和存储能量作用。实际设计时通过提高弹性极限σe，提高弹簧的弹性比功。三、强度强度是金属材料在外力的作用下，抵抗变形和断裂的能力。根据零件的工作状态不同分为:抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。1、屈服强度和条件屈服强度拉伸试样产生屈服现象（塑变）时的应力。σs=Fs/A0对于许多没有明显屈服现象的金属材料，工程中常以产生0.2%塑性变形时的应力，作为该材料的条件屈服强度，用σr0.2表示。2、抗拉强度－金属在拉断前所能承受的最大应力。以σb表示。σb＝Fb/Ao屈服强度σs和抗拉强度σb对选择、评定金属材料性能具有重要意义。对塑性材料以σs为强度设计依据，对脆性材料以σb为强度设计依据。四、塑性塑性是指金属材料产生塑性变形而不被破坏的能力。可用伸长率δ表示:δ＝(lk-l0)/l0×100%ψ表示试件拉断处横截面积与原始面积的比值。ψ＝(A0-A1)/A0×100%δ、ψ值越大，材料的塑性余好，在一定程度上保证零件的安全性。同时对金属材料的轧制、锻造、冲压、焊接都有利。§1—2硬度金属材料抵抗局部变形，及塑性变形、压痕的能力，称为硬度。硬度直接影响材料的耐磨性和切削加工性和焊接性能。测量硬度的方法常采用压入的方法。不同的测量方法、不同的压头、不同的数据硬度不同、数值也不同。一、布氏硬度(HBW)布氏硬度压痕面积较大，硬度值比较稳定。缺点：测量费时，不适宜成品。实际测量时侧头直径为10、5、2.5、1四种。压力分为30000、7500、1870等几种。根据压痕直径或F/ D2在手册中查取硬度值。表示方法：硬度值HBW条件。二、洛氏硬度(HR)洛氏硬度测量简单、迅速，压痕小，可用于成品。压头分为锥形和钢球两种。压力有3种。三、维氏硬度（FV）洛氏硬度各个标度值之间没有换算关系，使用不方便。维氏硬度测量原理与洛氏硬度基本相同。采用标准的四棱椎体压头，施加压力，保持时间，测量压痕，查表得到硬度值。特点：试验力小、压痕浅、适用各种硬度不同的零件。§1—3冲击韧性金属材料断裂前吸收的变形能量称作韧性。冲击试验包括：冲击弯曲