金属的性能1.1力学性能

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1、Chapter1金属的性能§1.1力学性能(mechanicalproperties)一、承受静载时力学性能1.拉伸实验拉伸试验机Chapter1金属的性能载荷F－变形量ΔL曲线应力(stress)σ＝F/A0(MPa),应变(strain)ε=ΔL/L0(%)应力－应变曲线（σ－ε曲线）Chapter1金属的性能Chapter1金属的性能(1)弹性模量E：弹性阶段：σ＝Eε。E为材料的弹性模量(刚性系数)，表征材料的抵抗弹性变形的抗力。实例与问题？Chapter1金属的性能(2)强度(strength):材料抵抗变形和断裂的能力(MPa)

2、◇弹性极限(plastic～)σe◇屈服强度(yield～)σs：材料出现一定塑性变形时的应力。S－屈服点Chapter1金属的性能σ0.2——名义屈服极限：(产生0.2％塑性变形时的应力值)◇拉伸强度(tensile～)σb：试样拉伸时承受的最大载荷的应力—强度极限※屈服强度是工程中选材时强度设计和校核的主要依据。问题？Chapter1金属的性能(3)塑性(plasticity)：材料发生永久变形但不断裂的能力◇延伸率(elongation):δ=(L1－L0)/L0×100%(%)◇断面收缩率(reductionofarea):ψ＝(A

3、0－Ak)/A0(%)Chapter1金属的性能注：△不同材料具有不同形状的σ－ε曲线Chapter1金属的性能注：△名义σ－ε曲线与真实σ－ε曲线Chapter1金属的性能2.硬度(hardness):常表征材料表面的塑变抗力①布氏硬度(Brinell～)布氏硬度计Chapter1金属的性能★HBS——淬火钢压头，可测450HBS以下★HBW——硬质合金压头，450～650HBW▲测法：量d值，查表得出HBS(W)Chapter1金属的性能◆主要用于铸铁、有色合金、退火和正火钢◆一定条件下，材料的HBS与σb的存在以下关系：σb=kHBS

4、k---与材料有关的常数，低碳钢为0.36；高碳钢为0.34；合金钢为0.325；灰铸铁为0.1Chapter1金属的性能②洛氏硬度(Rockwell～)：以压痕深度量度材料硬度常用的有HRA(用于硬质合金、陶瓷、硬薄件)，HRC(用于淬火钢、调质钢)；其硬度值在硬度计表盘上显示；压痕小；不同标度之间不可换算。Chapter1金属的性能h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计Chapter1金属的性能③维氏硬度(Vickers～)：原理同HBHv＝P/Av=1.8544P/d2维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度压痕Chapter1金属的性能H

5、v具有统一性：不同载荷之间可比较；还可用于压痕法测脆性材料的断裂韧度◆硬度是表征材料力学性能的综合物理量；是比较量Chapter1金属的性能二、承受动载时力学性能冲击韧度(impacttoughness)：材料抵抗冲击载荷的能力表达式：αk=Ak/A0（J/cm2）Chapter1金属的性能◆通常，αk值大的材料称为韧性材料，反之为脆性材料◆材料承受大能量冲击，抗冲击能力主要取决于αk、δ；材料承受小能多冲，抗冲击能力主要取决于强度。◆冲击韧度受材料组织、表面质量、环境温度等因素影响Chapter1金属的性能Chapter1金属的性能Cha

6、pter1金属的性能★不作为选材的主要指标；★低温服役的工件选材注意脆性转变温度Chapter1金属的性能建造中的Titanic号Chapter1金属的性能Titanic近代船用钢板Chapter1金属的性能三、承受交变载荷作用时强度指标——疲劳强度(fatigue~)1.材料的疲劳：材料在小于σb(σs)的交变应力作用下损坏的现象称为疲劳。☆交变应力——随时间而变化的应力Chapter1金属的性能2.疲劳破坏特征：◇突然性——断裂前没有明显的塑性变形◇缺口敏感：表面缺陷或缺口成为裂纹源◇零件的疲劳断口：由疲劳源（或裂纹源）、裂纹扩展区和断

7、裂区组成。Chapter1金属的性能Chapter1金属的性能3.疲劳强度：材料经过N次应力循环而不破坏的最大应力N——循环次数。对于钢铁材料，数量级为107；对于有色合金，数量级为108Chapter1金属的性能4.提高零件疲劳强度的措施：a.提高零件表面质量；b.避免应力集中；c.提高材料的σb(σs)Chapter1金属的性能1943年美国T-2油轮发生断裂北极星导弹Chapter1金属的性能四、断裂韧度(fracturetoughness)——材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。KI——应力场强度因子(I—表示裂纹在外力下呈张开型)裂纹扩展

8、的基本形式Chapter1金属的性能KIC=YσCa1/2，临界应力场强度因子Y——与裂纹形状、加载方式有关的系数σC——裂纹失稳扩展应力a——裂纹长度的1/2Chapter1金