Mechanical properties of metal materials中文

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1、ThisdocumentincludesMechanicalpropertiesofmetalmaterials,failureanalysisanddesigncriteria(strengththeories).Itisthefundamentalsofmechanicsofmaterials.Pleaserefertoreferencesforextensivereading.第三节金属材料的性能材料的性能有使用性能和工艺性能两类。[使用性能]是保证工件的正常工作应具备的性能，主要包括力学性能

2、、物理性能、化学性能等。[工艺性能]是材料在被加工过程中适应各种冷热加工的性能，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等。本节主要讲述力学性能、物理和化学性能、工艺性能一、材料的力学性能载荷：零件和工具在使用过程中所受的力，按作用方式不同，可分为拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等，又可分为静载荷和动载荷。静载荷——力的大小不变或变化缓慢的载荷。如静拉力、静压力等。动载荷——力的大小和方向随时间而发生改变。如冲击载荷、交变载荷、]循环载荷等。应力：材料在任一时刻所受的力除以横截面积之商

3、。用“σ”表示。变形：金属在外力的作用下尺寸和形状的变化，“弹性变形”和“塑性变形”弹性变形——去除外力后，物体能完全恢复原状的变形。塑性变形——当外力取消后，物体的变形不能完全恢复，而产生的永久变形。力学性能：是指在力的作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力—应变关系的性能，通俗地讲是指材料抵抗外力引起的变形和破坏的能力。强度（strength）：材料在力的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。分为抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度等塑性（plasticity）：塑性是金属在外力作用下能稳定地改变自己的

4、形状和尺寸，而各质点间的联系不被破坏的性能硬度（hardness）：材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度韧性（toughness）：韧性是指金属在冲断前吸收变形能量的能力，即抵抗冲击破坏的能力······1、抗拉强度与塑性测量[拉伸试验]：GB/T228-1987（新标准，GB/T228-2002）。采用万能材料试验机，给拉伸试验缓慢施以拉力，测出拉力与变量的关系。可用于测量材料在拉力作用下的强度和塑性。拉伸试验方法拉伸试样拉伸试样的颈缩[拉伸试样]：按国家标准制作，试样的截面

5、可以为圆形、矩形、多边形、环形等。其中圆形拉伸试样如图所示。L0——原始标距长度；d0——原始直径。一般应符合一定的比例关系：国际上常用的是L0/d0=5（短试样），原始标距长度不小于15mm；当试样横截面太小时，可采用L0/d0=10（长试样），或采用非比例试样。L1——拉断后试样标距长度；d1——拉断后试样断口直径。[拉伸曲线]：拉伸试验中记录的拉伸力F与伸长量ΔL（某一拉伸力时试样的长度与原始长度的差ΔL=Lu-L0）的F—ΔL曲线称为拉伸曲线图。低碳钢拉伸曲线“oe”为纯弹性变形阶段，卸

6、去载荷时，试样能恢复原状“e”点开始塑性变形“s"点出现“屈服”现象，出现明显塑性变形“sb”为强化阶段，试样产生均匀的塑性变形，并出现了强化“b”点为最大载荷，试样出现“缩颈”现象“k”点试样被拉断（1）强度（strength）·强度表示：强度一般用拉伸曲线上所对应某点的应力来表示。单位采用N/mm2(或MPa兆帕）σ=F/So式中：σ——应力（MPa）；F——拉力（N）；So——截面积（mm2）。·强度判据：拉伸试验可用于测量弹性极限、屈服强度、规定残余伸长强度、抗拉强度等[弹性极限]：σe保持

7、纯弹性变形的最大应力。σe=Fe/So[屈服强度](yieldstrength)：σs产生屈服时的应力（屈服点），亦表示材料发生明显塑性变形时的最低应力值。σs=Fs/So[规定残余伸长应力]：σr0.2产生0.2%残余伸长率时的应力。σr0.2=Fr0.2/So[抗拉强度]（tensilestrength）：σb断裂前最大载荷时的应力（强度极限）。σb=Fb/So·强度意义：一般机械零件或工具使用时，不允许发生塑性变形，故屈服点σs是机械设计强度计算的主要依据；抗拉强度代表材料抵抗拉断的能力，若应

8、力大于抗拉强度，则会发生断裂而造成事故。工程上还通过计算屈强比（σs/σb，屈服点与抗拉强度的比值来判别材料强度的利用率，屈强比高，材料性能使用效率高，一般材料的屈强比以0.75为宜。（2）塑性（plasticity）·塑性判据：可用拉伸试验测定断后伸长率和断面收缩率[断后伸长率]（specificelongation）：δ，用断后标距的残余伸长量（L1-L0）与原始标距长度(L0)之比的百分数。δ=（L1-L0/L0)×100%*采用长、短试样测出的断后伸长率分别用