机械工程材料 第3版 教学课件 作者 王运炎课件第一章 金属材料的力学性能.ppt

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1、第一章金属材料的力学性能第一节强度、刚度、弹性及塑性第二节硬度第三节冲击韧性第四节断裂韧度第五节疲劳第一节强度、刚度、弹性及塑性金属的强度、刚度、弹性及塑性一般可以通过金属材料室温拉伸试验来测定。它是按GB/T228-2002规定，把一定尺寸和形状的金属试样（如上图所示）装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，可测出该金属的拉伸曲线，并由此测定该金属的强度、刚度、弹性及塑性。图1-1圆形拉伸试样（一）拉伸曲线一、拉伸曲线与应力-应变曲线低碳钢试样在拉伸过程中，可分为弹性变形、塑性变

2、形和断裂三个阶段。图1-2低碳钢的拉伸曲线当力不超过Fp时，拉伸曲线Op为一直线，即试样的伸长量与力成正比地增加，完全符合胡克定律，试样处于弹性变形阶段。力在Fp-Fe间，试样的伸长量与力已不再成正比关系，拉伸曲线不呈直线，但试样仍处于弹性变形阶段。力超过Fe后，试样开始有塑性变形产生。当力达到Fs时，试样开始产生明显的塑性变形，在拉伸曲线上出现了水平的或锯齿形的线段，这种现象称为“屈服”。当力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“缩颈”现象。由于试样局部截面的逐渐减小，故力也逐渐降低，当达到拉伸曲线上k点时，试样随即断裂。（二）应力-应变

3、曲线应力：把试样承受的力除以试样的原始横截面积A0，则得到试样所受的应力σ，即应变：把试样的伸长量Δl除以试样的原始标距l0，则得到试样的相对伸长，即应变（或δ），即应力-应变曲线：以σ和ε为坐标，绘出应力-应变的关系曲线，叫做应力-应变曲线图1-3低碳钢的应力-应变曲线二、刚度和弹性在应力-应变曲线上，弹性模量就是试样在弹性变形阶段应力-应变线段的斜率，即引起单位弹性变形所需的应力。因此，它表示金属材料抵抗弹性变形的能力。工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。（一）弹性模量弹性模量Ε是指金属材料在弹性状态下的应力与应变的比值，即（二）弹性极限弹性极限σe是

4、材料在不产生塑性变形时所能承受的最大应力值，即式中Fe----试样在不产生塑性变形时的最大力；σe----试样的原始横截面积。（三）弹性比功图1-4弹性比功的图解计算法弹性比功αe又称弹性比能或应变能，它表示材料发生弹性形变时可吸收能量的能力，在外力去除时，又能完全释放能量而使材料恢复原状。因此，金属拉伸时的弹性比功可用图1-4应力-应变曲线下影线面积表示，其值为三、强度强度：指金属材料在静力作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。由于力的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。（一）屈服强度与条件屈服强度屈服

5、强度σs是材料开始产生明显塑性变形时的最低应力值，即式中Fs----试样发生屈服时的载荷，即屈服力；A0----试样的原始横截面积。（二）抗拉强度抗拉强度σb是材料在破断前所承受的最大应力值，即式中Fb----试样在破断前所承受的最大力；A0----试样的原始横截面积。四、塑性塑性：指金属材料在静力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。伸长率δ和断面收缩率ψ是表示材料塑性好坏的指标。（一）伸长率（断后伸长率）伸长率是指试样拉断后标距增长量与原始标距之比，即式中lk----试样断裂后的标距；l0----试样原始标距。（二）断面收缩率断面收缩率是指试样拉断处横截面积

6、的缩减量与原始横截面积之比，即式中AK----试样断裂处的最小横截面积；A0----试样的原始横截面积。第二节硬度一、布氏硬度图1-5布氏硬度试验原理示意图试验方法：用一定直径D的硬质合金球，在规定试验力F的作用下压入被测试金属的表面，停留一定时间后卸除试验力，测量被测试金属表面压痕直径d，由此计算压痕的球缺面积S，然后再求出压痕的单位面积所承受的平均压力（F/S）。布氏硬度用符号HBW表示当试验力F的单位为牛顿（N）时，二、洛氏硬度试验方法：用一个压头（锥顶角120°角的金刚石圆锥体、一定直径的钢球或硬质合金球），在规定试验力作用下压入被测试金属表面，由压头

7、在金属表面所形成的压痕深度来确定其硬度值。式中N、S为常数，用金刚石圆锥体作压头时，N为100；用钢球作压头时，N通常为130；S为0.002。图1-6洛氏硬度试验原理示意图洛氏硬度用符号HR表示，根据h值及常数N和S，用下式计算洛氏硬度值：三、维氏硬度试验方法：用一个相对面夹角为136°的金刚石正四棱锥体压头，在规定试验力F作用下压入被测试金属表面，保持一定时间后卸除试验力。然后再测量压痕投影的两对角线的平均长度d，进而计算出压痕的表面积S，最后求出压痕表面积上平均压力（F/S）。图1-7维氏硬度试验原理示意图维氏硬度用符号HV表示当试验力F的单位为牛顿（N

8、）时，第三节冲击韧性冲击韧性：金属材料