第一章金属材料的力学性能

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1、机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 第一章 金属材料的力学性能 n第一节 强度、刚度、弹性及塑性n第二节 硬度n第三节 冲击韧性n第四节 断裂韧度n第五节 疲劳机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 材料的性能材料的性能是表征材料在外界条件作用是表征材料在外界条件作用下的行为。下的行为。 材料的性能主要体现在两个方面材料的性能主要体现在两个方面: 1.使用性能：使用性能： 2.工艺性能：工艺性能：机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 金属材料的性能金属材料的性能1）使用性能使用性能力学性能、物理性能、化学性能。 力学性能力学性能（机械性能）材料在不同环

2、境因素 下抵抗外加载荷作用的能力。 (强度、塑性、刚度、弹性、硬度、冲击韧性、断裂韧度、疲劳等)2 2）工艺性能）工艺性能：在各种加工过程中表现出来的性能。 (铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削性能)机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 第一节第一节 强度、刚度、弹性及塑性强度、刚度、弹性及塑性n静载荷静载荷是指对材料缓慢地施加载荷，使材是指对材料缓慢地施加载荷，使材料的相对变形速度较小（一般小于料的相对变形速度较小（一般小于0.010.01mm/smm/s）。）。n动载荷动载荷（1）是指加载速度比较快，使材）是指加载速度比较快，使材料的塑性变形速度也较快的冲击载荷。料的塑性变形

3、速度也较快的冲击载荷。 （2）作用力大小与方向作周期性变化的交变载）作用力大小与方向作周期性变化的交变载荷。荷。机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 一、低碳钢应力应变曲线标准拉伸试样（GB2282002）l L0试样原始标距长度试样原始标距长度（mm）l d0试样的原始直径（试样的原始直径（mm）l长试样长试样L0=10d0 ；短试样短试样L0=5d0机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 静拉伸试验机机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 1、低碳钢拉伸曲线机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工

4、程学院 曲线分为曲线分为四阶段：四阶段：1 1弹性变弹性变形阶段形阶段拉力加大拉力加大到到FpFp时时, ,为直为直线阶段。线阶段。机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 2 2阶段阶段 屈服变形屈服变形屈服拉力：屈服拉力：FsFs机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 3 3阶段阶段IIIIII为较均匀的塑为较均匀的塑性变形阶段性变形阶段 F Fb b为材料所能为材料所能承受的最大载承受的最大载荷荷 机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 4 4阶段阶段IVIV局部集中塑局部集中塑性变形出现性变形出现颈缩颈缩 断断裂裂机械工程材料机械工程材料 长春工程学院

5、长春工程学院 2、低碳钢应力应变曲线=F/A0=L/ L0L=Lk L0 低碳钢拉伸曲线低碳钢拉伸曲线机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 低碳钢应力应变曲线机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 n弹性变形弹性变形是指当外力解除后变形能够全部消是指当外力解除后变形能够全部消除恢复原状的变形。除恢复原状的变形。n弹性模量弹性模量材料产生材料产生单位弹性变形单位弹性变形所需应力。所需应力。 E=/= tgn材料刚度材料刚度工程上表征材料抵抗弹性变形能力。工程上表征材料抵抗弹性变形能力。二、刚度和弹性二、刚度和弹性1 1、弹性模量、弹性模量机械工程材料机械工程材料 长春工

6、程学院长春工程学院 n弹性极限弹性极限 e= Fe/A0 n物理意义物理意义材料在不产生塑性变形时材料在不产生塑性变形时所能承受的最大应力值。所能承受的最大应力值。n（极）微量塑性变形（极）微量塑性变形零件设计与选材的零件设计与选材的重要依据。重要依据。2 2、弹性极限、弹性极限 机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 n强度强度是指在外力作用下，材料抵抗永久变是指在外力作用下，材料抵抗永久变形和断裂的能力。形和断裂的能力。n屈服点屈服点（屈服强度）（屈服强度）： s= Fs/A0n物理意义物理意义材料在外力作用下开始产生明显材料在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小应力，即材料抵

7、抗塑性变形的最小应力，即材料抵抗微量塑性变微量塑性变形形的能力。的能力。n屈服强度屈服强度是机械零件设计的是机械零件设计的主要主要依据。依据。三、材料的强度1、屈服点s机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 n许多材料在受力时许多材料在受力时无明显屈服点，如无明显屈服点，如中高碳钢、合金钢中高碳钢、合金钢和有色合金材料等。和有色合金材料等。将发生将发生0.2%残余残余应变时的应力作为应变时的应力作为屈服强度，用屈服强度，用0.2 表示。表示。机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 2、抗拉强度n抗拉强度抗拉强度 b= Fb/A0n物理意义物理意义材料断裂前所承受的最大材

8、料断裂前所承受的最大应力值，表示材料抵抗断裂的能力。应力值，表示材料抵抗断裂的能力。n屈强比屈强比 s /b 材料的屈强比愈小，构件的可靠性愈高。材料的屈强比愈小，构件的可靠性愈高。机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 四、材料的塑性四、材料的塑性1 1、伸长率、伸长率n材料塑性材料塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。n伸长率伸长率：试样拉断后标距长度的相对伸长值。 短试样的伸长率记为5（L0=5d0） 长试样的伸长率记为10或（L0=10d0） 对于同一种塑性材料510 %100%100000lllllk机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 2 2、

9、断面收缩率、断面收缩率n断面收缩率断面收缩率：是指试样拉断后断口处横截面积的相对收缩值。n断面收缩率与试样尺寸无关；n金属材料只有具备足够的塑性才能承受各种变形加工。%100%1000010AAAAA机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 第二节第二节 硬度硬度n硬度硬度是衡量材料软硬程度的力学性能指标，是材料抵抗局部塑性变形的能力，或者说抵抗硬物压入的能力。n重要零件或零件的重要部位大多规定硬度值： （1）硬度测量简便迅速，不需做试样,不需破坏试件；（2）多数金属材料抗拉强度可根据硬度值进行估算；（3）硬度与材料的加工性能存在一

10、定的联系。n硬度计种类：硬度计种类：布氏硬度（HB）、 洛氏硬度（HR）、 维氏硬度（HV）机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 一、布氏硬度（HB）n物理意义：压痕表面上单位面积所承受的压力。物理意义：压痕表面上单位面积所承受的压力。 机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 布氏硬度测量原理及计算AFHB 222dDDDA图 3 布氏硬度原理图工件压头机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 布氏硬度的表示方法n标准写法：布氏硬度值 ，布氏硬度符号，测试条件（压头直径mm/试验力kgf/试验力作用时间s）。如：200HBS 2.5/187.5/30n简单写

11、法：200HBSn淬火钢球压头HBS最大有效测量值为450HBSn硬质合金压头HBW最大有效测量值为650HBW 机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 二、洛氏硬度（HR）n洛氏硬度洛氏硬度是以压头压入金属材料的压痕深度压痕深度来表征材料的硬度。n压头压头：1）锥顶角为120的金刚石圆锥； 2）1.588mm的淬火钢球。 n压痕的深度直接可用百分表测出来，不需另外的测量和计算，十分方便，效率高效率高，是实际生产中使用最普遍的一种硬度测量方法。机械工程材料机械工程材料 长春工程学院长春工程学院 洛氏硬度计洛氏硬度计洛氏硬度测量原理002. 0ekHRl h h为压痕深度为压痕深度l