金属材料与热处理教学课件作者朱黎江第2章金属材料的力学性能.ppt

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1、第2章金属材料的力学性能124332.1静载荷作用下的力学性能2.2在动载荷作用下的力学性能2.3金属材料的高温蠕变现象2.4金属材料的工艺性能下一页返回第2章金属材料的力学性能本章简介:材料的力学性能指标是机械设计、加工和使用的主要依据，本章主要介绍了金属材料的常用力学性能指标：强度、塑性、硬度、刚度、冲击韧性和疲劳强度。重点:常用力学性能指标：强度、塑性、硬度、刚度、冲击韧性和疲劳强度的内涵。难点:金属材料的疲劳强度和工艺性能。下一页返回第2章金属材料的力学性能材料是在不同的外界条件下使用的，如在载荷、温度、介质、电场等作用下将表现出不同的行为，即材料的使用性能。使用性能主要包括：力学性

2、能、物理性能和化学性能。力学性能是指金属材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，如强度、硬度、弹性、塑性、韧性等，这些性能是机械零件的设计、材料选择和产品质量控制的重要参数。上一页返回2.1静载荷作用下加力学性能静载荷是指对工件或试样缓慢加载，不随时间而变化的量。2.1.1强度与塑性1.强度所谓材料的强度是指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力，像弹性极限、屈服强度、抗拉强度等。在载荷作用下引起材料尺寸和形状的改变，我们称为变形，由变形的趋势可将载荷分为拉伸、压缩、剪切和弯曲等载荷形式。因此，材料的强度主要有抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、抗弯强度等形式。材料在常温下的强度指标有屈

3、服强度和抗拉(压)强度，屈服强度表示材料抵抗开始产生塑性变形的应力，抗拉强度表示材料抵抗外力而不致断裂的最大应力。下一页返回2.1静载荷作用下加力学性能要强调的是，通常材料的强度和塑性是根据国家标准(GB/T228-2002)规定进行静拉伸试验测量得到的。对于塑性材料和脆性材料，两者的拉伸曲线不同，如图2一1所示。对于高碳钢等一些相对脆性的金属材料往往没有明显的屈服平台，国际上规定产生0.2%残余应变时所对应的应力值作为其屈服极限，称为条件屈服强度，记作σ0.2。在工程上，不仅需要材料的屈服强度高，而且还需要考虑屈服强度与抗拉强度的比值(屈强比)。根据不同的设备要求，其比值应适当。屈强比较小

4、的材料制造的零件具有较高的安全可靠性，因为在工作时万一超载，也能由于塑性变形使金属的强度提高而不致立刻断裂。但如果屈强比太小，则材料强度的利用率会降低;而屈强比较高，意味着材料的屈服强度接近于抗拉强度，金属材料强度的有效利用率高，但可靠性较低。上一页下一页返回2.1静载荷作用下加力学性能因此，过大、过小的屈强比都是不适宜的。常用金属材料的屈强比为:碳素钢约0.6，低合金钢为0.65~0.75，合金结构钢一般为0.85左右。2.塑性塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，常用的塑性指标有两个:延伸率(ε)或断面收缩率(ψ)。在生产中材料可通过局部塑性变形来削减应力峰，缓解应力集中，

5、从而防止突然破坏;对于塑性较好的材料，可压力加工成型。(1)延伸率(ε)。延伸率以试件拉断后，总伸长的长度与原始长度的比值百分率ε(%)来表示:上一页下一页返回2.1静载荷作用下加力学性能式中l——试件断裂后的标距长度，mm;l0——试件原始的标距长度，mm。延伸率的大小与试件尺寸有关，为了便于进行比较，须将试件标准化。现国内采用的拉伸试样有:长圆试样用l/d0=10(氏为试样直径)、短圆试样用l/d0=5，分别在延伸率下标以ε10和ε5来表示。(2)断面收缩率(ψ)。断面收缩率以试件拉断后，断面缩小的面积与原始截面面积比值的百分率ψ(%)来表示:式中A——试件断裂后的最小截面积，mm2;A

6、0——试件的原始截面积，mm2。上一页下一页返回2.1静载荷作用下加力学性能断面收缩率的大小与试件尺寸无关。它不是一个表征材料固有性能的指标，但它对材料的组织变化比较敏感，尤其对钢的氢脆以及材料的缺口比较敏感。材料的延伸率与断面收缩率值愈大，材料塑性愈好，良好的塑性性能可使设备在使用中产生塑性变形而避免发生突然的断裂。塑性指标在机械设计中具有重要意义，有良好的塑性才能进行成型加工，如弯卷和冲压等，承受静载荷的容器及零件，其制作材料都应具有一定塑性，一般要求δ=10%~20%。在化工炼油设备中，很多零部件是长期在高温下工作的，对于制造这些零部件的金属材料的屈服极限、抗拉强度限都会发生显著变化，

7、如蠕变和松弛现象，必须考虑温度对力学性能的影响。上一页下一页返回2.1静载荷作用下加力学性能2.1.2硬度硬度是指固体材料抵抗局部变形，特别是表面局部塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是材料的一个重要指标，试验方法简便、迅速，不需要破坏试件，设备也比较简单，而且对大多数金属材料，可以从硬度值估算出它的抗拉强度，因此在设计图样的技术条件中大多规定材料的硬度值，检验材料或工艺是否合格有时也需采用硬度指标。因此硬度试