汽车材料教学课件作者武丹第1章　金属材料的力学性能.ppt

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1、第1章　金属材料的力学性能1.1强度与塑性1.2硬度1.3冲击韧性1.4疲劳强度返回1.1强度与塑性强度:在外力(载荷)的作用下，金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。塑性:在外力的作用下，金属材料产生永久变形而不断裂的能力。１.１.１　载荷金属材料在使用过程中所受的外力称为载荷，其类型见表１-１。１.１.２　拉伸试样与拉伸图静拉伸试验是应用最广泛的力学性能试验方法之一。根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生相应变形量的大小，可测定该金属材料的强度指标。下一页返回1.1强度与塑性１.拉伸试样为了使金属材料的力学性能指标在测试时能排除因试样形状、尺寸的不同而造成的影响，并便

2、于分析比较，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。２.拉伸图拉伸试验中记录的拉伸力与伸长的关系曲线称为力—伸长曲线，也称拉伸图。图１-２是低碳钢的力—伸长曲线。图中纵坐标表示力Ｆ，单位为Ｎ；横坐标表示绝对伸长Δｌ，单位为ｍｍ。如果作如下变换:上一页下一页返回1.1强度与塑性由图１-２可见，低碳钢在拉伸过程中，其载荷与变形关系有以下几个阶段:当载荷不超过Ｆｅ时，拉伸曲线Ｏｅ为直线，即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称为弹性变形。这一阶段属于弹性变形阶段。当载荷

3、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称为塑性变形。上一页下一页返回1.1强度与塑性当载荷达到Ｆｓ时，拉伸曲线出现了水平或锯齿形线段，这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”。引起试样屈服的载荷称为屈服载荷。当载荷超过Ｆｓ后，试样的伸长量与载荷以曲线关系上升，但曲线的斜率比Ｏｅ段的斜率小，即载荷的增加量不大，而试样的伸长量却很大，这表明在超过Ｆｓ后，试样已开始产生大量的塑性变形。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

4、所谓的“缩颈”现象。由于试样局部截面的逐渐缩小，所以载荷也逐渐降低，当达到拉伸曲线上κ点时，试样随即断裂。Ｆｋ为试样断裂时的载荷。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。上一页下一页返回1.1强度与塑性１.１.３　强度强度的大小是用应力来表示的。根据力学原理，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，单位为Ｐａ。从拉伸曲线分析得出，有三个载荷值比较重要:①弹性变形范围内的最大载荷

5、Ｆｅ；②最小屈服载荷Ｆｓ；③最大载荷Ｆｂ，通过这三个载荷值，可以得出金属材料的三个主要强度指标。①弹性极限:是金属材料能保持弹性变形的最大应力，用σｅ表示，单位为Ｐａ。上一页下一页返回1.1强度与塑性②屈服强度:是使材料产生屈服现象时的最小应力，用σｓ表示。对于低塑性材料或脆性材料，由于屈服现象不明显，因此这类材料的屈服强度常以产生一定的微量塑性变形(一般用变形量为试样长度的０.２％表示)的应力为屈服强度，用σ０.２表示，称为条件屈服强度。即:③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。上一页下一页返回1.1强度与塑性１.１.４　塑性通过拉伸

6、试验测得的常用塑性指标有:伸长率和断面收缩率。１.伸长率伸长率是指试样拉伸断裂时的绝对伸长量与原始长度比值的百分率，用符号δ表示。即:２.断面收缩率断面收缩率是指试样拉断后，试样断口处横截面积的缩减量与原始横截面积比值的百分率，用符号Ψ表示。即:上一页下一页返回1.1强度与塑性必须说明，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。长试样、短试样的伸长率分别用δ１０和δ５表示，习惯上，δ１０常写成δ。对于同一材料，短试样所测得的伸长率(δ５)要比长试样测得的伸长率(δ１０)大一些，两者不能直接进行比较。δ和Ψ是材料的重要性能指标。它们的数值越大，

7、材料的塑性越好。金属材料的塑性好坏，对零件的加工和使用有十分重要的意义。例如，低碳钢的塑性较好，故可以进行压力加工；普通铸铁的塑性差，因而不便进行压力加工，只能进行铸造。同时，由于材料具有一定的塑性，故能够保证材料不致因稍有超载而突然破断，这就增加了材料使用的安全性、可靠性。上一页返回１.２　硬度１.２.１　布氏硬度试验法布氏硬度的测定原理是用一定大小的载荷Ｆ，把直径为Ｄ的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属表面，保持一定时间后卸除载荷，用金属表面压痕的面积Ｓ除以载荷所得的商，作为布氏硬度值，用符号ＨＢ表示，可由计算式得出。布氏硬度试验原理如图１-３所示。试验时测量