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1、金属的力学性能定义: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。第1页/共33页材料的其他性能物理性能：密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等；化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等；工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理工艺性等。第2页/共33页第一节 强度和塑性一、拉伸实验与拉伸曲线1.拉伸试样GB6397-86规定金属拉伸试样有：圆形、矩形、异型及全截面常用标准圆截面试样。长试样：L0=10d0;
2、短试样：L0=5d0拉伸试样拉伸试样第3页/共33页第一节 强度和塑性2.拉伸过程拉伸过程第4页/共33页拉伸试样的颈缩现象拉伸试验机拉伸试验机第5页/共33页op段：比例弹性变形阶段；pe段：非比例弹性变形阶段；平台或锯齿（s段）：屈服阶段；sb段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。b点：形成了“缩颈”。bk段：非均匀变形阶段，承载下降，到k点断裂。断裂总伸长为Of，其中塑形变形Og(试样断后测得的伸长)，弹性伸长gf。l Fl bl ul Fbbk Fss o g fe Fep Fp3.拉伸曲线第6页/共33页4.应力与应变曲线(1)应力：单位面积上试样承受的载荷。这里用试样承受的载荷除以试样
3、的原始横截面积S 0表示:F 载荷(N)=(M pa)S 0 原始横截面积(mm2)(2)应变：单位长度的伸长量。这里用试样的伸长量除以试样的原始标距表示:l伸长量(mm)=l 0原始长度(mm)(3)应力应变曲线（-曲线）:形状和拉伸曲线相同，单位不同bse第7页/共33页退火低碳钢低、中回火钢淬火钢及铸铁中碳调质钢5.不同材料的拉伸曲线不同材料的拉伸曲线第8页/共33页二、强度和刚度2.刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。弹性模量：弹性下应力与应变的比值,表示材料抵抗弹性变形的能力。即：E=/材料的E越大，刚度越大；E对组织不敏感；零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有关。E=/1
4、.弹性:金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。弹性变形:随载荷撤除而消失的变形。第9页/共33页 3.弹性极限:Fe 弹性极限载荷(N)e=(M pa)S0 试样原始横截面积(mm2)e e第10页/共33页4.强度:材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。种类种类:抗拉强度、抗拉强度、抗压强度、抗压强度、抗弯强抗弯强 度度、抗剪强度抗剪强度、抗扭强度等。抗扭强度等。(1)屈服点 与屈服强度:产生明显塑性变形的最低应力值.Fs s=(M Pa)S0试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)s第11页/共33页 屈服强度(塑性变形量为0.2%，微量塑性变
5、形)F0.2 0.2 =(M Pa)S 0 试样原始横截面(mm2)试样产生0.2%残余塑性变 形时的载荷(N)0.2：试样产生残余塑性变形0.2%时的应力试样产生试样产生0.2%残余塑性变形残余塑性变形 屈服点 s、屈服强度0.2是零件设计的主要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。第12页/共33页(2)抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。它表示材料抵抗断裂的能力。是零件设计的重要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。F b 试样断裂前的最大载荷(N)b=(M Pa)S 0 试样原始横截面积(mm2)bse第13页/共33页三、塑性:是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
6、(1)断面收缩率:是指试样拉断处横截面积的收缩量 S与原始横截面积S0之比。(2)伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量 L 与原始标距L 0之比。S0-S 1 =-100%S0 l 1-l0 =-100%l0第14页/共33页 10%属塑性材料思考思考:同一材料同一材料5 10？l=l=l lu ub b=l/ll/l0 0=l lu u/l/l0 0+l lb b/l/l0 0ubbseE塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定塑性。防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。第15页/共33页练习题一拉力试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，经拉力试验后，将已断裂的试样对
7、接起来测量，若最后的标距长度为71mm，颈缩区的最小直径为4.9mm，试求该材料的伸长率和断面收缩率的值？解：=（71-50）/50 x100%=42%S0=3.14x(10/2)2=78.5(mm2)S1=3.14x(4.9/2)2=18.85(mm2)=(S0-S1)/S0 x100%=24%第16页/共33页练习题二某工厂买回一批材料（要求：s230MPa；b410MPa；523%；50%）做短试样（0=50；0=10mm）拉伸试验，结果如下：Fs=19KN，Fb=34.5KN；l1=63.1mm；d1=6.3mm;问买回的材料合格吗？解：根据试验结果计算如下：sFss(19x1000)
8、/(3.14x52)=242 230MPa b Fb s(34.5x1000)/(3.14x52)=439.5 410MPa 5 l l 0 x100%(63.1-50)/50 x100%=26.2%23%S S 0 x100%60.31%50%材料的各项指标均合格，因此买回的材料合格。第17页/共33页第二节 硬 度布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV锉刀法五.硬度(hardness):是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力常用测量硬度的方法第18页/共33页(1)布氏硬度 HB(Brinell-hardness)布氏硬度计布氏硬度计 第19页/共33页(1)布氏硬度 HB(Brinel
9、l-hardness)适用范围:v 450HBS;v 650HBW;第20页/共33页(1)布氏硬度 HB(Brinell-hardness)符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。第21页/共33页(2)洛氏硬度 HR(Rockwll hardness)h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度计10HRCHBS第22页/共33页(3)维氏硬度 HV (diamond penetrator h
10、ardness)适用范围:测量薄板类;HVHBS;第23页/共33页(5)锉刀法:一组硬度差为5HRC的锉刀。例如:10HRC、15HRC、20HRC等。第24页/共33页六.冲击韧性(notch toughness):材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。第25页/共33页冲击试验机冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图冲击试样和冲击试验示意图第26页/共33页试样冲断时所消耗的冲击功A k为:A k=m g H m g h(J)冲击韧性值a k 就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。AK a k=(J/cm)S0第27页/共33页七.疲劳强度(fatigue strength):表示材料经无
11、数次交变载荷作 用而不致引起断裂的最大应力值。第28页/共33页钢材的循环次数一般取 N=107有色金属的循环次数一般取 N=108钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:-1=(0.45(0.450.55)0.55)b第29页/共33页1943年美国T-2油轮发生断裂第30页/共33页八.比强度(specific strength):材料的强度值与密度值之比。名称名称密度密度(g/cm3)强度强度(Mpa)比强度比强度纯铝纯铝2.7801003037纯铁纯铁7.871802802336纯钛纯钛4.540550090111第31页/共33页作业熟悉拉伸曲线掌握强度及塑性指标，了解这些指标在工程上的应用课后习题P21、第32页/共33页工程材料与热加工基础程晓宇感谢您的观看。第33页/共33页