1金属材料的力学性能

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1、第一章工程材料的性能工艺性能—在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能。使用性能—材料在使用过程中所表现的性能力学性能物理性能化学性能铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能、热处理工艺性能第一节静载时材料的力学性能材料的力学性能指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。材料的性能强度与塑性作用在机件上的外力——载荷FFF=F’（MPa）外力——内力——应力F’F静载荷动载荷σ=F’/S一.常用术语1.应力与应变应力：物体内部任一截面单位面积上的相互作用力。同截面垂直的称为“正应力”或“法向应力

2、”，同截面相切的称为“剪应力”或“切应力”。FF拉伸前拉伸后应变：物体形状尺寸所发生的相对改变。物体内部某处的线段在变形后长度的改变值同线段原长之比值称为“线应变”（1）弹性变形：材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。2.两种基本变形FFF（2）塑性变形:材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形，称为塑性变形。FFF拉伸试验FFL拉伸前拉伸后kbb—极限载荷点Fee—弹性极限点sS—屈服点K—断裂点拉伸曲线应力—应变曲线o材料的拉伸曲线1、oe段：直线、弹性变形2、es段：曲线、弹性变形+塑性变形5、b点出

3、现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，而后降低，但变形量增大，K点时试样发生断裂。3、ss’段：水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。4、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变形s’1．强度材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。（1）弹性极限（σe）指金属材料能保持弹性变形的最大应力。σe=Fe/S0（MPa）它表征了材料抵抗弹性变形的能力。（2）屈服强度（σS）指材料在外力作用下，产生屈服现象时的最小应力。σS=Fs/S0（MPa）它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。当材料单位面积上所受的应

4、力σe<σ<σs时，只产生微量的塑性变形。当σ>σs时，材料将产生明显的塑性变形。条件屈服强度:σ0.2=F0.2/S0（MPa）屈服强度—是塑性材料选材和评定的依据。0.2%l0bkFes对于低塑性材料或脆性材料：σb=Fb/S0（MPa）（3）抗拉强度（σb）抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。抗拉强度—是脆性材料选材的依据。物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力屈服强度与抗拉强度的比值σS/σb称为屈强比。屈强比小，工程构件的可靠性高，说明即使外载荷或某些意外因素使金属变形，也不至于立即断裂。但若屈强

5、比过小，则材料强度的有效利用率太低。2.塑性常用δ和ψ作为衡量塑性的指标。伸长率：材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。断面收缩率:FFL良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。3．刚度在弹性阶段：材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。比例系数E称为弹性模量，它反映材料对弹性变形的抗力，代表材料的“刚度”。所以：E—材料抵抗弹性变形的能力越大。弹性模量的大小主要取决于材料的本性，随温度升高而逐渐降低。4、硬度定义：材料抵抗表面局部弹塑性变形的能力。1)布氏硬度HB布氏硬度计压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的

6、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650以下的材料。120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。布氏硬度压痕表示方法：硬度值+HBS(HBW)+D+F+t布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。应用：适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。材料的b与HB之间的经验关系：对于低碳钢:b(MPa)≈3.6HB对于高碳钢：b(MPa)≈3.4HB对于铸铁：b(MPa)≈1HB或b(MPa)≈0.6(

7、HB-40)2)洛氏硬度h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002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、淬火钢等。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。钢球压头与金刚石压头洛氏硬度压痕3)维氏硬度维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度压痕维氏硬度用符号HV表示，符号前

8、的数字为硬