机械制造基础第2版 教学课件 作者 孙学强 主编第一章金属材料的力学性能 .ppt

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1、普通高等教育“十一五”国家级规划教材机械制造基础孙学强主编第一章金属材料的力学性能教学要求主要内容本章重点本章小结习题机械制造基础第一章教学要求通过学习，学生应掌握金属材料的力学性能指标和测试方法，以及各个指标的物理意义。在设计机械零件和选择材料时要能根据零件的工作环境，零件所承受的载荷情况重点考虑某些力学性能指标。机械制造基础第一章主要内容第一节强度和塑性第二节硬度第三节冲击韧度第四节疲劳强度机械制造基础第一章本章重点金属材料的力学性能指标和测试方法，以及各个指标的物理意义。机械制造基础第一章第一节强度和塑性机器上由金属材料研制成的零、部件，在

2、工作过程中都要承受外力(或称载荷)作用。载荷作用的结果将引起零、部件形状和尺寸的改变，这种改变称为变形。常见的变形方式有：拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切。常用的力学性能试验方法有：拉伸试验、硬度试验、冲击试验等。力学性能的主要指标有：强度、塑性、硬度、冲击韧度等。机械制造基础第一章一、强度强度—金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。强度的分类：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗扭强度、抗剪强度。各种强度之间有一定的联系。一般情况下多以抗拉强度作为判别金属材料强度高低的指标。抗拉强度是通过拉伸试验测定的。拉伸试验的方法：用静拉伸力对标准试样进行轴

3、向拉伸，同时连续测量力和相应的伸长，直至断裂。根据测得的数据，可求出有关的力学性能。机械制造基础第一章1．拉伸试样试验时应先将被测金属材料制成标准试样。图1-1所示为圆形拉伸试样。图1-1圆形拉伸试样a)拉伸前b)拉断后d0——试样的直径；l0——标距长度。根据标距长度与直径之间的关系，试样可分为长试样(l0=10d0)和短试样(l0=5d0)。机械制造基础第一章2．力－伸长曲线拉伸试验中记录的拉伸力与伸长的关系曲线叫做力－伸长曲线，也称拉伸图。低碳钢在拉伸过程中，其载荷与变形关系有以下几个阶段：（1）弹性变形当载荷不超过Fe时，拉伸曲线Oe为直

4、线，试样的伸长量与载荷成正比。如果卸除载荷，试样仍能恢复到原来的尺寸，即试样的变形完全消失。这种随载荷消失而消失的变形叫弹性变形。图1-2低碳钢的力—伸长曲线机械制造基础第一章(2)塑性变形当载荷超过Fe后，试样将进一步伸长。此时若卸除载荷，弹性变形消失，而另一部分变形却不能消失，即试样不能恢复到原来的尺寸，这种载荷消失后仍继续保留的变形叫塑性变形。当载荷达到Fs时，拉伸曲线出现了水平或锯齿形线段，表明在载荷基本不变的情况下，试样却继续变形，这种现象称为“屈服”。（3）断裂当载荷继续增加到某一最大值Fb时，试样的局部截面缩小，产生所谓的“缩颈”现

5、象。由于试样局部截面的逐渐缩小，故载荷也逐渐降低，当达到拉伸曲线上k点时，试样随即断裂。Fk为试样断裂时的载荷。机械制造基础第一章在试样产生缩颈以前，由载荷所引起试样的伸长，基本上是沿着整个试样标距长度内发生的，属于均匀变形；缩颈后，试样的伸长主要发生在颈部的一段长度内，属于集中变形。3．强度指标强度指标是用应力值来表示的。试样受到载荷作用时，则内部产生大小与载荷相等而方向相反的抗力(即内力)。单位截面积上的内力，称为应力，用符号σ表示。弹性极限——金属材料能保持弹性变形的最大应力，用σe表示。式中Fe——弹性变形范围内的最大载(N)；S0——试

6、样原始横截面积(mm2)。机械制造基础第一章抗拉强度——试样断裂前能够承受的最大应力，称为抗拉强度，用σb表示。式中Fb——试样断裂前所能承受的最大载荷(N)；S0——试样的原始横截面积(mm2)。低碳钢的屈服强度σs约为240MPa，抗拉强度σb约为400MPa。工程上所用的金属材料，不仅希望具有较高的σs，还希望具有一定的屈强比(σs／σb)。屈强比越小，结构零件的可靠性越高，万一超载也能由于塑性变形而使金属的强度提高，不致于立即断裂。但屈强比太小，则材料强度的有利用率就太低。机械制造基础第一章二、塑性金属发生塑性变形但不破坏的能力称为塑性。

7、在拉伸时它们分别为伸长率和断面收缩率。1．伸长率伸长率是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距的百分比，用符号δ表示。即：式中l0——试样的原始标距长度(mm)；l1——试样拉断后的标距长度(mm)。机械制造基础第一章2．断面收缩率断面收缩率是指试样拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比，用符号ψ表示。即：式中So——试样原始横截面积(mm2)；S1——试样断裂处的横截面积(mm2)。伸长率的大小与试样的尺寸有关。试样长短不同，测得的伸长率是不同的。长、短试样的伸长率分别用δ10和δ5表示，δ10也常写成δ。δ和ψ是材料的重要性能指标。它们的数

8、值越大，材料的塑性就越好，故可以进行压力加工；普通铸铁的塑性差，因而不能进行压力加工，只能进行铸造。机械制造基础第一章第二节硬度硬度是衡