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1、金属材料力学性能概述金属材料力学性能概述金属材料力学性能概述金属材料力学性能概述 金属材料的力学性能指标表征金属抵抗各种损伤金属材料的力学性能指标表征金属抵抗各种损伤金属材料的力学性能指标表征金属抵抗各种损伤金属材料的力学性能指标表征金属抵抗各种损伤作用的能力的大小。它是判定金属力学性能的依据，评作用的能力的大小。它是判定金属力学性能的依据，评作用的能力的大小。它是判定金属力学性能的依据，评作用的能力的大小。它是判定金属力学性能的依据，评定金属材料质量的判据，同时也是设计选材和进行强度定金属材料质量的判据，同时也是设计选材和进行强度定金属材料质量的判据，同时也是设计选材和进行强度定金属材料质量
2、的判据，同时也是设计选材和进行强度计算的主要依据。金属材料的力学性能包括常温下的强计算的主要依据。金属材料的力学性能包括常温下的强计算的主要依据。金属材料的力学性能包括常温下的强计算的主要依据。金属材料的力学性能包括常温下的强度、塑性、韧性，例如屈服点或屈服强度度、塑性、韧性，例如屈服点或屈服强度度、塑性、韧性，例如屈服点或屈服强度度、塑性、韧性，例如屈服点或屈服强度SSSS（0.20.20.20.2）、抗拉强度）、抗拉强度）、抗拉强度）、抗拉强度bbbb、伸长率、伸长率、伸长率、伸长率、断面收缩率、断面收缩率、断面收缩率、断面收缩率、冲击韧性、冲击韧性、冲击韧性、冲击韧性AkAkAkAk等；
3、以及特定条件下的力学性能，例如等；以及特定条件下的力学性能，例如等；以及特定条件下的力学性能，例如等；以及特定条件下的力学性能，例如高温强度、低温冲击韧性、疲劳极限、断裂力学性能等。高温强度、低温冲击韧性、疲劳极限、断裂力学性能等。高温强度、低温冲击韧性、疲劳极限、断裂力学性能等。高温强度、低温冲击韧性、疲劳极限、断裂力学性能等。第1页/共35页 金属力学性能试验是测定金属力学性能指标所金属力学性能试验是测定金属力学性能指标所金属力学性能试验是测定金属力学性能指标所金属力学性能试验是测定金属力学性能指标所进行的试验。包括：进行的试验。包括：进行的试验。包括：进行的试验。包括：拉伸试验、弯曲试验
4、、剪切试验、冲击试验、拉伸试验、弯曲试验、剪切试验、冲击试验、拉伸试验、弯曲试验、剪切试验、冲击试验、拉伸试验、弯曲试验、剪切试验、冲击试验、硬度试验、蠕变试验、应力松驰试验、疲劳试验、硬度试验、蠕变试验、应力松驰试验、疲劳试验、硬度试验、蠕变试验、应力松驰试验、疲劳试验、硬度试验、蠕变试验、应力松驰试验、疲劳试验、断裂韧性试验、磨损试验等。断裂韧性试验、磨损试验等。断裂韧性试验、磨损试验等。断裂韧性试验、磨损试验等。第2页/共35页 将试样放在拉伸实验机上缓慢加载拉伸，直至拉断试样，得到拉伸图，由拉伸将试样放在拉伸实验机上缓慢加载拉伸，直至拉断试样，得到拉伸图，由拉伸图可知对低碳钢而言，拉伸
5、过程分为以下几个阶段：图可知对低碳钢而言，拉伸过程分为以下几个阶段：（1 1）弹性变形阶段）弹性变形阶段 （2 2）屈服变形阶段）屈服变形阶段 （3 3）变形强化阶段）变形强化阶段 （4 4）缩颈阶段）缩颈阶段 （5 5）断裂）断裂 不同材料在拉伸中经历的过程有所不同。不同材料在拉伸中经历的过程有所不同。第3页/共35页拉伸强度的测试方法拉伸强度的测试方法拉伸强度的测试方法拉伸强度的测试方法-拉伸实验拉伸实验拉伸实验拉伸实验 根据根据根据根据GB6397-86 GB6397-86 GB6397-86 GB6397-86 规定，拉伸实验试样可规定，拉伸实验试样可规定，拉伸实验试样可规定，拉伸实验
6、试样可制成圆形、板形，分为长试样。制成圆形、板形，分为长试样。制成圆形、板形，分为长试样。制成圆形、板形，分为长试样。第4页/共35页第5页/共35页金属的性能指标金属的性能指标图图1-2 1-2 低碳钢的拉伸曲线低碳钢的拉伸曲线一、一、一、一、金属变形的三个阶段金属变形的三个阶段金属变形的三个阶段金属变形的三个阶段1.1.1.1.弹性变形阶段弹性变形阶段弹性变形阶段弹性变形阶段(oa(oa(oa(oa段段段段)a.a.当应力当应力 e e时发生弹性变形。时发生弹性变形。b.b.特点：外力去除后完全恢复原状，应力、应变特点：外力去除后完全恢复原状，应力、应变成正比。成正比。即即:=E=E (E
7、-(E-弹性模量弹性模量 ,-应变应变)a a点称为弹性极限点称为弹性极限 材料受力时抵抗弹性变形的能力成为刚度，材料受力时抵抗弹性变形的能力成为刚度，其指标即为弹性模量。其指标即为弹性模量。3 3 3 3、塑性变形阶段、塑性变形阶段、塑性变形阶段、塑性变形阶段 (cd(cd(cd(cd段段段段)a.a.当应力当应力 s s b b 时发生显著但均匀的塑性变形。时发生显著但均匀的塑性变形。b.b.特点：外力去除后部分复原，保留一部分加工硬化。特点：外力去除后部分复原，保留一部分加工硬化。2 2 2 2、屈服阶段、屈服阶段、屈服阶段、屈服阶段 (abc(abc(abc(abc段段段段)金属开始显
8、著的塑性变形，除去外力，试样金属开始显著的塑性变形，除去外力，试样不能恢复原尺寸。不能恢复原尺寸。当当 k k 后，试样发生后，试样发生“颈缩颈缩”，再一分为二，发生断裂。，再一分为二，发生断裂。4 4 4 4、断裂阶段、断裂阶段、断裂阶段、断裂阶段 (dk(dk(dk(dk段段段段)第6页/共35页二、强度指标二、强度指标 1.1.应力与应变应力与应变应力单位面积所承受的载荷。应力单位面积所承受的载荷。应变单位长度的伸长量。应变单位长度的伸长量。2.2.弹性极限材料发生弹性变形的最大应力值。弹性极限材料发生弹性变形的最大应力值。3.3.屈服极限材料发生塑性变形的最小应力值。屈服极限材料发生塑
9、性变形的最小应力值。4 4抗拉强度材料抵抗塑性变形的最大应力值抗拉强度材料抵抗塑性变形的最大应力值材料抵抗变形和断裂的能力称为材料的强度。根据加载方式的不同，强材料抵抗变形和断裂的能力称为材料的强度。根据加载方式的不同，强度指标有很多种，如：屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度指标有很多种，如：屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等等，屈服和抗拉强度指标应用最为广泛。通过拉伸试验可以度、抗扭强度等等，屈服和抗拉强度指标应用最为广泛。通过拉伸试验可以测量以下的强度指标。测量以下的强度指标。条件屈服强度第7页/共35页屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度 材料在拉伸过
10、程中，当载荷达到某一值时，载荷不变而试材料在拉伸过程中，当载荷达到某一值时，载荷不变而试材料在拉伸过程中，当载荷达到某一值时，载荷不变而试材料在拉伸过程中，当载荷达到某一值时，载荷不变而试样仍继续伸长的现象，称为屈服。样仍继续伸长的现象，称为屈服。样仍继续伸长的现象，称为屈服。样仍继续伸长的现象，称为屈服。材料开始发生屈服时所对应材料开始发生屈服时所对应材料开始发生屈服时所对应材料开始发生屈服时所对应的应力，称为屈服点、屈服强度或屈服极限，用的应力，称为屈服点、屈服强度或屈服极限，用的应力，称为屈服点、屈服强度或屈服极限，用的应力，称为屈服点、屈服强度或屈服极限，用 s s表示。我国表示。我国
11、表示。我国表示。我国标准标准标准标准 s s规定取钢材的下屈服点值。规定取钢材的下屈服点值。规定取钢材的下屈服点值。规定取钢材的下屈服点值。除退火或热轧的低碳钢和中碳钢等有屈服现象外，多数工除退火或热轧的低碳钢和中碳钢等有屈服现象外，多数工除退火或热轧的低碳钢和中碳钢等有屈服现象外，多数工除退火或热轧的低碳钢和中碳钢等有屈服现象外，多数工程材料的屈服点不明显或没有屈服点，此时规定以产生程材料的屈服点不明显或没有屈服点，此时规定以产生程材料的屈服点不明显或没有屈服点，此时规定以产生程材料的屈服点不明显或没有屈服点，此时规定以产生0.2%0.2%0.2%0.2%残残残残余伸长的应力作为屈服强度，用
12、余伸长的应力作为屈服强度，用余伸长的应力作为屈服强度，用余伸长的应力作为屈服强度，用 0.20.2表示。表示。表示。表示。第8页/共35页抗拉强度抗拉强度 试样拉伸时，在拉断前所承受的最大载荷与试样拉伸时，在拉断前所承受的最大载荷与试样原始截面之比，称为强度极限或抗拉强度，试样原始截面之比，称为强度极限或抗拉强度，用用 b b表示。表示。零件设计选材时，一般应以零件设计选材时，一般应以 s s或或 0.20.2为主要依为主要依据。但据。但 b b的测定比较方便精确，因此也有直接用的测定比较方便精确，因此也有直接用 b b作为设计依据的，从安全方面考虑，用作为设计依据的，从安全方面考虑，用 b
13、b作为设计作为设计依据采用较大的安全系数。由于脆性材料无屈服依据采用较大的安全系数。由于脆性材料无屈服现象，则必须以现象，则必须以 b b作为设计依据。作为设计依据。第9页/共35页持久极限持久极限持久极限持久极限 持久极限又称为持久强度，是指材料在规持久极限又称为持久强度，是指材料在规持久极限又称为持久强度，是指材料在规持久极限又称为持久强度，是指材料在规定温度下，达到规定时间而不断裂的最大应力。定温度下，达到规定时间而不断裂的最大应力。定温度下，达到规定时间而不断裂的最大应力。定温度下，达到规定时间而不断裂的最大应力。常用常用常用常用 b b符号为带有一个或两个指数来表示。例符号为带有一个
14、或两个指数来表示。例符号为带有一个或两个指数来表示。例符号为带有一个或两个指数来表示。例如，如，如，如，b b700700/1000/1000表示在试验温度为表示在试验温度为表示在试验温度为表示在试验温度为700700700700时，持久时，持久时，持久时，持久时间为时间为时间为时间为1000h1000h1000h1000h的应力，即所谓高温持久极限。的应力，即所谓高温持久极限。的应力，即所谓高温持久极限。的应力，即所谓高温持久极限。第10页/共35页1.1.延伸率：断裂后材料的残余总变形延伸率：断裂后材料的残余总变形量与原始长度之比。量与原始长度之比。2.2.断面收缩率：断裂后材料的残余断面
15、收缩率：断裂后材料的残余面积与原始面积之比面积与原始面积之比材料在外力作用下显现出的塑性变形能力称为材料的塑性材料在外力作用下显现出的塑性变形能力称为材料的塑性材料在外力作用下显现出的塑性变形能力称为材料的塑性材料在外力作用下显现出的塑性变形能力称为材料的塑性（即：材料受力破坏前承受最大塑性变形的能力）（即：材料受力破坏前承受最大塑性变形的能力）（即：材料受力破坏前承受最大塑性变形的能力）（即：材料受力破坏前承受最大塑性变形的能力）三三.塑性指标塑性指标第11页/共35页思考：通过以上所学内容，如何可以反映材料塑性的好坏？材料塑性的好坏对工程有何影响？请举例说明。第12页/共35页图图-几种类
16、型的应力几种类型的应力-应变曲线应变曲线（a a）硬化程度较高材料的）硬化程度较高材料的-曲线曲线 （c c）强化能力较强材料的）强化能力较强材料的-曲线曲线（b b）脆性材料的）脆性材料的-曲线曲线 （d d）塑性变形能力大的材料之）塑性变形能力大的材料之-曲线曲线第13页/共35页四、硬度指标四、硬度指标引言：引言：1 1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。有关。2 2、硬度的测试方法、硬度的测试方法 （1 1）布氏硬度）布氏硬度
17、 （2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 （3 3）维氏硬度）维氏硬度 （4 4）肖氏硬度）肖氏硬度布氏硬度计洛氏硬度计维氏硬度计第14页/共35页1 1、布氏硬度试验、布氏硬度试验（布氏硬度计）原理原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。2 2、布氏硬度值、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力
18、表用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。示。如：120HBS 500HBW4 4、测量范围、测量范围 用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.布氏硬度布氏硬度3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2 2）可测的硬度值不高（）可测的硬度值不高（3 3）不测试成品与薄件（）不测试成品与薄件（4 4）测量费时，效）测量费时，效率低率低第15页/共35页 布氏硬度布氏硬度HBHB 压头：直径分别为压头：直径分别为 1010、5 5、2.52.5、2
19、2、1mm 1mm,有淬火钢球和硬质合金球两类。有淬火钢球和硬质合金球两类。大小：用单位压痕面积上所承受的平均压力大小：用单位压痕面积上所承受的平均压力大小来表示。大小来表示。数值小于数值小于450 450，用，用HBSHBS表示，压球为普通淬表示，压球为普通淬火球；火球；数值在数值在450 650 450 650，用，用HBWHBW表示，压球为表示，压球为硬质合金球；硬质合金球；数值大于数值大于650650，不用该方法测定硬度。，不用该方法测定硬度。特点：压坑大，误差小；不宜检测成品、小特点：压坑大，误差小；不宜检测成品、小件、薄件；主要用于毛坯、原料硬度检测；需计件、薄件；主要用于毛坯、原
20、料硬度检测；需计算。算。第16页/共35页图-布氏硬度测试原理第17页/共35页1 1、洛氏硬度试验、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）原理原理:用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。压痕硬度试验。2 2、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。如：如：50HRC50HRC 4 4、测量范围、测量范围 用于测量淬火钢、
21、硬质合金等材料用于测量淬火钢、硬质合金等材料.洛氏硬度洛氏硬度3 3、优缺点、优缺点（1 1）试验简单、方便、迅速（）试验简单、方便、迅速（2 2）压痕小，可测成品，薄件（）压痕小，可测成品，薄件（3 3）数据）数据不够准确，应测三点取平均值（不够准确，应测三点取平均值（4 4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。）不应测组织不均匀材料，如铸铁。第18页/共35页 洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度HRHRHRHR 压头：压头：压头：压头：1.588mm1.588mm1.588mm1.588mm的淬火钢球或顶角为的淬火钢球或顶角为的淬火钢球或顶角为的淬火钢球或顶角为120120120120 的金刚石的
22、金刚石的金刚石的金刚石锥。锥。锥。锥。加载方式加载方式加载方式加载方式 ：(1)(1)(1)(1)加初载加初载加初载加初载10Kg;10Kg;10Kg;10Kg;(2)(2)(2)(2)再加主载，有再加主载，有再加主载，有再加主载，有50505050、90909090、140Kg 140Kg 140Kg 140Kg 大小：大小：大小：大小：用压痕深度表示。用压痕深度表示。用压痕深度表示。用压痕深度表示。计算方法：计算方法：计算方法：计算方法：HR=HR=HR=HR=（K-hK-hK-hK-h）/0.002/0.002/0.002/0.002 K K K K常数，常数，常数，常数，hhhh两次加
23、载压痕深度差，两次加载压痕深度差，两次加载压痕深度差，两次加载压痕深度差，0.002 mm0.002 mm0.002 mm0.002 mm为一个硬度单位，硬度值在硬度计上直接读为一个硬度单位，硬度值在硬度计上直接读为一个硬度单位，硬度值在硬度计上直接读为一个硬度单位，硬度值在硬度计上直接读出。出。出。出。第19页/共35页图1-4 洛氏硬度测试原理第20页/共35页 种类：见表。种类：见表。种类：见表。种类：见表。特点：压坑小，可测量成品、薄件，操作方便迅速，但测量误差大，应取特点：压坑小，可测量成品、薄件，操作方便迅速，但测量误差大，应取特点：压坑小，可测量成品、薄件，操作方便迅速，但测量误
24、差大，应取特点：压坑小，可测量成品、薄件，操作方便迅速，但测量误差大，应取多点，取平均值。多点，取平均值。多点，取平均值。多点，取平均值。不同的不同的不同的不同的HRHRHRHR无可比性，只能换成同一的无可比性，只能换成同一的无可比性，只能换成同一的无可比性，只能换成同一的HRHRHRHR方可比较。方可比较。方可比较。方可比较。第21页/共35页表1-1 常用洛氏硬度标度第22页/共35页1 1、维氏硬度试验、维氏硬度试验 原理原理:用夹角为用夹角为136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F F（49.03-49.03-980.07N980.07N）
25、压入试样表面，测出压痕对角线长度）压入试样表面，测出压痕对角线长度d d。2 2、维氏硬度值、维氏硬度值 用压痕对角线长度表示。用压痕对角线长度表示。如：如：640HV640HV。4 4、测量范围、测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。维氏硬度维氏硬度3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（2 2）可测成）可测成品与薄件（品与薄件（3 3）试样表面要求高，费工。）试样表面要求高，费工。第23页/共35页第24页/共35页五、韧性五、韧性1.冲击韧性材料抵抗冲击载
26、荷作用而不被破坏的能力称为冲击韧性。2.断裂韧性材料内部在冶炼、轧制、热处理等各种制造过程中不可避免的会产生某种微裂纹，在使用过程中，由于应力集中、疲劳、腐蚀等原因，裂纹会进一步扩展，当裂纹尺寸达到临界尺寸时就会发生低应力脆断事故。a.张开性裂纹 b.滑开型裂纹 c.撕开型裂纹材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力，称为断裂韧性。按照裂纹按照裂纹按照裂纹按照裂纹的力学特征的力学特征的力学特征的力学特征第25页/共35页弯弯弯弯曲曲曲曲冲冲冲冲击击击击试试试试验验验验韧性越好的材料，断裂时吸收的能韧性越好的材料，断裂时吸收的能量就越大，摆锤到达的高度就越小量就越大，摆锤到达的高度就越小冲击韧度冲击韧度冲
27、击韧度冲击韧度 金属材料在使用过金属材料在使用过金属材料在使用过金属材料在使用过程中除要求有足够的强程中除要求有足够的强程中除要求有足够的强程中除要求有足够的强度和塑性外，还要求有度和塑性外，还要求有度和塑性外，还要求有度和塑性外，还要求有足够的韧性。材料的韧足够的韧性。材料的韧足够的韧性。材料的韧足够的韧性。材料的韧性与加载速率、应力状性与加载速率、应力状性与加载速率、应力状性与加载速率、应力状态及温度等有很大关系。态及温度等有很大关系。态及温度等有很大关系。态及温度等有很大关系。试样在冲击试验力一次试样在冲击试验力一次试样在冲击试验力一次试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收的作用下折断时
28、所吸收的作用下折断时所吸收的作用下折断时所吸收的功称为功称为功称为功称为冲击吸收功冲击吸收功冲击吸收功冲击吸收功。冲。冲。冲。冲击试样缺口底部单位横击试样缺口底部单位横击试样缺口底部单位横击试样缺口底部单位横截面上的冲击吸收功称截面上的冲击吸收功称截面上的冲击吸收功称截面上的冲击吸收功称为为为为冲击韧度冲击韧度冲击韧度冲击韧度。冲击韧度。冲击韧度。冲击韧度。冲击韧度是评定金属材料在动载是评定金属材料在动载是评定金属材料在动载是评定金属材料在动载荷下承受冲击抗力的机荷下承受冲击抗力的机荷下承受冲击抗力的机荷下承受冲击抗力的机械性能指标，用械性能指标，用械性能指标，用械性能指标，用a a a ak
29、 k k k表示，表示，表示，表示，单位为单位为单位为单位为J/cm2J/cm2J/cm2J/cm2。第26页/共35页断裂韧度断裂韧度 断裂韧性是反映材料抵抗裂纹临界扩展的一种能力。断裂韧性是反映材料抵抗裂纹临界扩展的一种能力。它是材料固有的力学性能参数。大量的试验表明，它一方它是材料固有的力学性能参数。大量的试验表明，它一方面取决于材料的成分、组织和结构等内在因素，另一方面面取决于材料的成分、组织和结构等内在因素，另一方面又受到加载速率、温度和试样厚度（即应力状态）等外在又受到加载速率、温度和试样厚度（即应力状态）等外在条件的影响。条件的影响。相对材料的其他力学性能来说，材料的断裂韧度是一
30、相对材料的其他力学性能来说，材料的断裂韧度是一个比较敏感的力学性能指标，它对于材料研究、应用、制个比较敏感的力学性能指标，它对于材料研究、应用、制造工艺的选择以及零部件的失效分析有重要的意义。造工艺的选择以及零部件的失效分析有重要的意义。评价材料断裂韧度最常用的指标是临界应力强度因子评价材料断裂韧度最常用的指标是临界应力强度因子K KICIC和裂纹张开位移和裂纹张开位移CODCOD。第27页/共35页六、疲劳强度 许多零件，例如：直升飞机的旋许多零件，例如：直升飞机的旋翼、发动机的轴和叶片、各种齿轮、翼、发动机的轴和叶片、各种齿轮、弹簧等等，在工作中受到反复改变大弹簧等等，在工作中受到反复改变
31、大小或同时改变大小和方向的小或同时改变大小和方向的“交变载交变载荷荷”。疲劳断裂特征疲劳断裂特征 零件在交变载荷作用下，虽然其应力零件在交变载荷作用下，虽然其应力比材料的抗拉强度小，甚至比屈服强比材料的抗拉强度小，甚至比屈服强度还小，但是在长期使用的某一时刻度还小，但是在长期使用的某一时刻也会发生突然断裂，这种现象称为疲也会发生突然断裂，这种现象称为疲劳断裂。劳断裂。疲劳源疲劳源疲劳源疲劳源疲劳扩展区疲劳扩展区疲劳扩展区疲劳扩展区第28页/共35页2.2.疲劳强度的测定及疲劳强度的测定及其影响因素其影响因素 疲劳试验疲劳试验-当应力当应力降至某一数值时，曲降至某一数值时，曲线变成水平直线，即线
32、变成水平直线，即表示材料若承受低于表示材料若承受低于该水平线所对应的应该水平线所对应的应力时，便可以经受无力时，便可以经受无限次循环载荷也不发限次循环载荷也不发生疲劳断裂。生疲劳断裂。试样承受无限次应力试样承受无限次应力循环仍不断裂时的最循环仍不断裂时的最大应力作为材料的疲大应力作为材料的疲劳强度劳强度第29页/共35页第30页/共35页 影响零件疲劳寿命的因素很多，因此，提高构件疲劳强度的措施也影响零件疲劳寿命的因素很多，因此，提高构件疲劳强度的措施也是多方面的。是多方面的。构件的疲劳破坏的特点：构件的疲劳破坏的特点：1.1.总是从构件中应力最大部分产生疲劳裂纹开始；总是从构件中应力最大部分
33、产生疲劳裂纹开始；2.2.构件中应力最大部位都在构件横截面的最外边缘，或在有应力集中的地构件中应力最大部位都在构件横截面的最外边缘，或在有应力集中的地方。方。防止发生疲劳断裂的方法措施：防止发生疲劳断裂的方法措施：1.1.合理设计构件形状，避免在构件上开出方形或带尖角的孔槽；合理设计构件形状，避免在构件上开出方形或带尖角的孔槽；2.2.避免外形急剧改变，使改变有一个缓和的过渡，降低应力集中系数；避免外形急剧改变，使改变有一个缓和的过渡，降低应力集中系数；3.3.降低构件表面的粗糙度，或减小表面加工时刀具切削伤痕所造成的应力降低构件表面的粗糙度，或减小表面加工时刀具切削伤痕所造成的应力集中影响。
34、集中影响。在运输、装配，特别是在飞机检测过程中，应尽量避免在构在运输、装配，特别是在飞机检测过程中，应尽量避免在构在运输、装配，特别是在飞机检测过程中，应尽量避免在构在运输、装配，特别是在飞机检测过程中，应尽量避免在构件表面造成伤痕，以减小应力集中的可能性。件表面造成伤痕，以减小应力集中的可能性。件表面造成伤痕，以减小应力集中的可能性。件表面造成伤痕，以减小应力集中的可能性。第31页/共35页基本概念掌握要点：基本概念掌握要点：1 1 拉伸颈缩材料的应力应变曲线，拉伸时出现物理屈服和颈缩，拉伸时有拉伸颈缩材料的应力应变曲线，拉伸时出现物理屈服和颈缩，拉伸时有塑性变形但不出现颈缩，拉伸时没有塑性
35、变形。塑性变形但不出现颈缩，拉伸时没有塑性变形。2 2 比例极限：试样应力和应变成正比的关系时所能承受的最大应力，他是比例极限：试样应力和应变成正比的关系时所能承受的最大应力，他是应力应变曲线上开始偏离直线的点。应力应变曲线上开始偏离直线的点。3 3 弹性极限：他是由弹性变形过渡到塑性变形的临界应力，即产生弹性变弹性极限：他是由弹性变形过渡到塑性变形的临界应力，即产生弹性变形而又不产生塑性变形时所能承受的最大应力形而又不产生塑性变形时所能承受的最大应力.4 4 屈服强度：金属开始产生塑性变形的最小应力。有屈服点，存在屈服平屈服强度：金属开始产生塑性变形的最小应力。有屈服点，存在屈服平台。意义是
36、描述材料塑性变形时的抗力大小。台。意义是描述材料塑性变形时的抗力大小。5 5 抗拉强度：试样断裂前所能承受的最大拉应力，是均匀塑性变形与非均抗拉强度：试样断裂前所能承受的最大拉应力，是均匀塑性变形与非均匀塑性变形的分界点。匀塑性变形的分界点。6 6 真实断裂强度：拉伸断裂时的载荷处以端口处的真实截面积所得的应力真实断裂强度：拉伸断裂时的载荷处以端口处的真实截面积所得的应力值是真实断裂强度。值是真实断裂强度。7 7 延伸率：试样断裂时标注长度的相对伸长值，由均匀延伸性和集中延伸延伸率：试样断裂时标注长度的相对伸长值，由均匀延伸性和集中延伸率组成。率组成。8 8 断面收缩率：试样断裂时断口横截面积
37、的相对缩小率，有均匀断面收缩断面收缩率：试样断裂时断口横截面积的相对缩小率，有均匀断面收缩率和集中断面收索率组成。率和集中断面收索率组成。第32页/共35页9 9 比较布氏，洛氏，韦氏硬度的异同点比较布氏，洛氏，韦氏硬度的异同点:不同点不同点:1:1布氏硬度计用的是淬火钢和硬质合金的球形压头；布氏硬度计用的是淬火钢和硬质合金的球形压头；2 2洛氏硬度计用的是洛氏硬度计用的是金刚石圆锥形压头；金刚石圆锥形压头；3 3韦氏硬度计用的是金刚石四棱锥压头；韦氏硬度计用的是金刚石四棱锥压头；4 4布氏硬度计是单位布氏硬度计是单位压痕面积上的载荷，测定的是压痕球冠的直径；压痕面积上的载荷，测定的是压痕球冠
38、的直径；5 5洛氏硬度计是单位压痕上的深洛氏硬度计是单位压痕上的深度上的载荷，测定的是压痕的深度；度上的载荷，测定的是压痕的深度；6 6韦氏硬度计是单位压痕面积上的载荷，测韦氏硬度计是单位压痕面积上的载荷，测定的是菱形两条对角线长；定的是菱形两条对角线长；7 7布氏硬度计可测不太硬的材料：操作繁琐，测定结布氏硬度计可测不太硬的材料：操作繁琐，测定结果稳定，波动小果稳定，波动小;硬度值与强度等成定量关系，有换算公式；硬度值与强度等成定量关系，有换算公式；8 8洛氏硬度计测量压洛氏硬度计测量压痕小，近似无损；易于批量操作；应用范围小；数据分散，可靠性差；表面洛氏痕小，近似无损；易于批量操作；应用范
39、围小；数据分散，可靠性差；表面洛氏硬度可用测量极爆的工件或表面覆盖材料的硬度；硬度可用测量极爆的工件或表面覆盖材料的硬度；9 9韦氏硬度韦氏硬度d d测量比较准确；不测量比较准确；不宜用于批量操作；可测量显微硬度；通过对测量压头的替换实现从软到硬材料的宜用于批量操作；可测量显微硬度；通过对测量压头的替换实现从软到硬材料的测量测量相同点：相同点：1 1都是采用压入法，都存在压痕；都是采用压入法，都存在压痕；2 2压头的硬度都比被测工件的硬度高压头的硬度都比被测工件的硬度高弹性变形：原子之间的距离发生相对的变化，从而改变了吸引力和排斥力的大小，弹性变形：原子之间的距离发生相对的变化，从而改变了吸引
40、力和排斥力的大小，以便于外力相平衡，这种受力后原子间距变化的宏观表现就是弹性变形以便于外力相平衡，这种受力后原子间距变化的宏观表现就是弹性变形弹性模量在本质上决定于金属的电子结构，而不依赖于金属材料的显微组织弹性模量在本质上决定于金属的电子结构，而不依赖于金属材料的显微组织,弹弹性模量是应力和应变的比值，是原子间作用力曲线的斜率性模量是应力和应变的比值，是原子间作用力曲线的斜率影响弹性模量的因素：纯金属单晶体沿不同晶体学方向的弹性模量不同；合金元影响弹性模量的因素：纯金属单晶体沿不同晶体学方向的弹性模量不同；合金元素对合金的弹性模量影响很小；冷加工和热加工对弹性模量没有显著的影响素对合金的弹性模量影响很小；冷加工和热加工对弹性模量没有显著的影响第33页/共35页课后作业：课后作业：试比较布氏、洛氏、维氏硬度的实验原理，并比较三种实验方法的优缺点。伸长率和断面收缩率，哪个更能准确反映材料的塑性？为什么？强度和硬度分别是从什么角度衡量材料的性能的？第34页/共35页感谢您的观看！第35页/共35页