工程材料与机械制造基础第二章

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1、第二章金属材料的主要性能教学目的与要求：1.了解材料性能的分类。2.掌握性能参数的实验方法。3.掌握金属材料常用性能指标的名称、代表符号、单位、数值含义。教学内容：1.材料性能与应用的关系。2.性能的分类。3.常用机械性能指标的基本概念。4.常用机械性能参数的测试方法。5.拉伸、硬度、冲击实验。重点：常用机械性能指标的名词、代表符号、单位、数值含义。难点：常用机械性能参数的测试原理。2.1静载下金属材料的力学性能2.2动载和高温下金属材料的力学性能2.3金属材料的物理、化学和工艺性能第二章金属材料的主要性能2.1

2、静载下金属材料的力学性能1、金属材料的力学性能：金属材料受外力作用时反映出的性能，是衡量金属材料重要指标。2、金属材料的力学性能实验有：拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切、硬度、疲劳和冲击等，通过这些实验可以测出相应的力学性能指标。3、力学性能指标主要包括四大项：强度、塑性、硬度和韧性。2.1静载下金属材料的力学性能一、拉伸实验（GB6397-1986）在拉伸试验机上，使试样承受轴向拉力P并使试样缓慢拉伸，直至试样断裂。2.1静载下金属材料的力学性能L0标点d0标距L0（1）材料类型：低碳钢：塑性材料的典型代表灰铸铁：

3、脆性材料的典型代表试样（2）标准试件：尺寸符合国标的试件标距：用于测试的等截面部分长度；棒状试样标距：L0=10d0或5d0拉伸试样的颈缩现象2.1静载下金属材料的力学性能P/F0为纵坐标(拉应力σ);△L/L0为横坐标(拉应变ε)，画出应力---应变曲线。应力与应变的概念：应力：试样单位横截面上的内力应变：试样单位长度上的伸长量σ=P/F0=4P/πd02N/mm2;MPaε=(L1-L0)/L0=△L/L0低碳钢的拉伸图BKPΔL2.1静载下金属材料的力学性能OE段：弹性变形（金属材料受外力作用时产生变形，当

4、外力去除后能恢复原来形状的性能）E点：对应的应力σe为材料所能承受的、不产生永久变形的最大应力，称为弹性极限ES段：试样开始产生塑性变形（金属材料在外力作用下，产生永久变形而不断裂的性能）S点：试样承受的载荷不增加仍产生塑性变形，图上出现水平段，这种现象叫屈服，S点称为屈服点。是金属材料从弹性状态转向塑性状态的标志。S点：对应的σs为出现明显塑性变形时候的应力，称为屈服极限SB段：塑性变形B点：试样截面出现缩颈现象K点：试样被拉断2.1静载下金属材料的力学性能2.1静载下金属材料的力学性能1）塑性指标：伸长率δ、

5、断面收缩率ψδ或ψ越大，表示材料的塑性越好。一般把δ≥5％的材料称为塑性材料，如钢材、铜、铝等；把δ<5％的材料称为脆性材料，如铸铁、混凝土、石料等应用中：δ10——试样L0=10d0δ5——试样L0=5d0金属材料因具有一定的塑性才能进行各种变形加工，并且零件在使用中偶然过载，将产生一定塑性变形，而不致突然断裂，从而提高了零件使用的可靠性。2.1静载下金属材料的力学性能2）刚性指标：弹性模量E单位：GPa刚度是指金属材料受外力作用时，抵抗弹性变形的能力在弹性范围内，应力与应变的比值称为弹性模量，用符号E表示a.

6、E越大，表示在一定的应力作用下弹性变形越小，即刚度越大。b.E的大小主要决定于材料的原子结合力，即E是材料是固有属性。c.相同材料的零件，截面尺寸大的不易发生弹性变形。2.1静载下金属材料的力学性能3）强性指标：屈服强度σs抗拉强度σb单位：MPa(N/mm2)强度是指金属材料在外力作用时，抵抗塑性变形和断裂的能力屈服强度σs：金属材料发生屈服现象时的屈服极限。表征材料抵抗微量塑性变形的能力。抗拉强度σb：金属材料拉断前所能承受的最大应力。脆性材料拉伸曲线上没有水平线段，难确定屈服点S，规定试样产生0.2%残余塑

7、性变形时的应力值,称为该材料的条件屈服强度屈强比，其值一般0.65-0.75。屈强比越小，工程构件的可靠性越高。屈强比越大，材料强度利用率越高，但可靠性降低。2.1静载下金属材料的力学性能二、硬度实验4）硬度指标：a)布氏硬度HBb)洛氏硬度HRCc)维氏硬度HV硬度是指金属材料表面抵抗其他更硬物体压入的能力，是衡量金属材料软硬程度的指标。测量方法：压入法a)布氏硬度HB（Mpa）3000kgf的压力P，将直径D的淬火钢球压入金属表面，载荷保持10-60s后卸载，载荷/压痕表面积=布氏硬度。2.1静载下金属材料的

8、力学性能特点：一般来说，布氏硬度值越小，材料越软，其压痕直径越大；反之，布氏硬度值越大，材料越硬，其压痕直径越小。优点：具有较高的测量精度，压痕面积大，能在较大范围内反映材料的平均硬度，测得的硬度值也较准确，数据重复性强。布氏硬度使材料表面压痕大，不宜测成品或薄片的硬度，常测铸铁、有色金属、低合金结构钢等坯料硬度。压头为淬火钢球—HBS—用于硬度＜450的材料压头硬质合金