金属的力学性能1

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1、第一章金属材料的力学性能本节重点：准确理解常用力学性能的有关名词术语和使用范围;各种性能指标的的表示方法和实际应用.主要内容：金属材料的力学性能,包括材料的强度、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳强度等。本节难点：各性能指标的物理意义和测定方法材料的性能使用性能工艺性能物理性能化学性能力学性能热处理性能铸造性能焊接性能锻造性能切削加工性能(指金属材料在使用过程中表现出的性能)(指金属材料在加工过程中表现出的性能)金属材料的力学性能-----------是指金属材料在受外力作用时所反映出来的性能。思考如果把铁丝和钢丝折弯有何区别?常用的力学性能主要有：强度、硬度、塑性、冲击韧度和

2、疲劳强度等。研究力学性能意义：是选择和使用金属材料的重要依据第一节刚度、强度、塑性一、拉伸试验及拉伸曲线OE段：弹性变形阶段；平台或锯齿（ES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。弹性变形——去除外力后试样恢复原状的变形塑性变形——在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形1、变形过程2、应力与应变曲线应力σ：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的原始横截面积S0表示:Fσ=——(Mpa)S0应变ε：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:Δlε=——

3、l0应力－应变曲线（σ-ε曲线）形状和拉伸曲线基本相同，单位不同思考怎样比较不同材料抵抗外力能力的大小？2、应力与应变曲线比例极限（σp）例:弹簧秤弹性极限（σe）如:弹簧屈服极限（σs）抗拉极限(σb)二、刚度——是表征金属材料抵抗弹性变形的能力σ＝Eε式中的E为与材料有关的常数，称为弹性模量，工程上常用E作为衡量材料刚度的指标。弹性模量主要取决于金属材料的种类，即金属的本性（晶格类型、晶格常数等）。一般机械零件大都在弹性状态下工作，对刚度有一定要求，如机床主轴、起重机臂等，在使用时不允许产生过量的弹性变形。三、强度——金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和破坏的能力工程

4、上常用的金属材料的强度指标：屈服点（σs）或规定残余伸长应力（σr）抗拉强度(σb)屈服点（σs）:指材料产生屈服时的应力规定残余伸长率为0.2%时的应力材料屈服时的拉力（N）屈服点（屈服极限）原标准（GB228-76）：屈服强度很重要，大多数零件不允许有塑性变形规定残余伸长应力:对有明显屈服现象的材料对无明显屈服现象的材料抗拉强度(σb):材料在拉伸条件下所能承受最大拉力的应力值拉伸过程中最大的拉力（N）若零件在使用时不允许产生过量塑性变形，应以材料的σs或σr0.2进行设计计算。若零件在使用时只要求不发生破坏，则以材料的σb来设计计算。因此σs和σb是机械零件设计计

5、算的主要依据。很重要，表示零件破坏前能抗的最大应力值四、塑性——在外力作用下金属材料在断裂前产生不可逆永久变形的能力常用的塑性判据：拉伸时的断后伸长率和断面收缩率1、断后伸长率由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率δ数值不同，因此应注明试样尺寸比例。如:δ10——试样L0=10d0δ5——试样L0=5d0试样拉断后的标距（mm）试样原始标距（mm）2、断面收缩率试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）试样原始截面积（mm2）δ和ψ是用来判断材料在断裂前所能产生的最大塑性变形量大小。一般认为ψ＞5％的材料为塑性材料，如低碳钢；ψ＜5％的为脆性材料，如灰铸铁.塑性对材

6、料的意义:1.是金属材料进行压力加工的必要条件;2.提高安全性:因为零件在工作时万一超载，也会由于塑性变形使材料强化而避免突然断裂第二节冲击韧性在设计和制造受冲击载荷的零件和工具（如锻锤、冲床、铆钉枪等）时，必须考虑所用材料的冲击吸收功或冲击韧度。一、摆锤式一次冲击试验把试样放在试验机的支承面上，试样的缺口背向摆锤冲击方向。将质量为m的摆锤安放到规定的高度H，然后下落，将试样打断，并摆过支点升到某一高度h，试样在冲击试验力一次作用下，折断时所吸收的功为冲击吸收功为Ak。1、试样冲断时所消耗的冲击功Ak为:Ak=mgH–mgh(J)2、冲击韧度akAKak=(J/cm²)

7、Sk二、冲击吸收功和冲击韧度就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。冲击吸收功Ak作为材料韧性判据，与温度、试样形状、尺寸、表面粗糙度、内部组织和缺陷有关。1.冲击韧度对材料内部缺陷反映很敏感能够灵敏地显示材料的宏观缺陷和组织微小变化，因此在生产中可用来检验材料的冶金质量,热加工质量冲击韧度对材料的意义:2.冲击韧度随温度下降越来越低→冷脆现象在韧脆转变温度以下，材料由韧性状态转变为脆性状态。材料的韧脆转变温度越低，说明低温冲击性能越好第四节疲劳强度材料的疲劳：材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累计损伤，经一定循环次