金属材料与热处理教学课件作者吴广河第一章.ppt

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1、第一章　材料的力学性能第一节　概述第二节　材料的力学性能指标下一页返回第一节　概　　述为研究材料的成分、组织、性能之间的关系.合理选择和使用材料.应首先了解材料的各种性能.材料的性能分使用性能和工艺性能两种.使用性能是指材料在使用时所表现出的各种性能.它包括物理性能(如密度、熔点、导热性、导电性、磁性、热膨胀性等).化学性能(如耐蚀性、抗氧化性等)和力学性能(如强度、塑性、韧性、硬度、疲劳强度等).工艺性能是指材料在加工制造时所表现出的性能.根据制造工艺的不同.分为铸造性、可锻性、焊接性、热处理性能及切削加工性等.由于机械零件的用途

2、不同.对材料性能的要求也有所不同.如设计电机、电器零件时要考虑材料的导电性.下一页返回第一节　概　　述设计化工设备、医疗器械时要考虑材料的耐蚀性.大量的机械零件主要是在受力情况下工作的.因此选材时应首先考虑材料的力学性能.每种材料的性能各不相同.为了在设计和制造机械零件时.比较和选用材料.对材料的各种性能常采用一定的指标作为评定标准.并定出统一的测试方法来测定各种性能指标.上一页返回第二节　材料的力学性能指标材料的力学性能是材料抵抗外力作用的能力.常用的力学性能指标有强度、硬度、塑性、韧性和疲劳强度等.一、强度和塑性强度是材料抵抗变

3、形和断裂的能力.塑性是材料产生塑性变形而又不被破坏的性能.它们是通过拉伸试验来测定的.拉伸试验能测出材料的静载荷(指缓慢增加的载荷)作用下的一系列基本性能指标.如弹性极限、屈服强度、抗拉强度和塑性等.进行拉伸试验时.先将材料加工成一定形状和尺寸的标准试样.如图１－１所示.然后在拉伸试验机上将试样夹紧.施加缓慢增加的拉力(载荷).一直到试样被拉断为止.在此过程中.试验机能自动绘制出载荷Ｆ和试样变形量Δｌ的关系曲线.此曲线叫做拉伸曲线.下一页返回第二节　材料的力学性能指标图１－２为低碳钢的拉伸曲线.图中的纵坐标是载荷Ｆ.单位为Ｎ(牛顿)

4、.横坐标是伸长量Δｌ.单位为ｍｍ(毫米).由图可见.当试样由零开始受载荷到Ｆｅ点以前.试样只产生弹性变形.此时去掉载荷.试样能恢复原来的形状.当载荷超过Ｆｅ点后.试样开始塑性变形.此时去掉载荷.试样已不能完全恢复原状.而出现一部分残留伸长.载荷消失后不能恢复的变形称为塑性(或永久)变形.当载荷达到Ｆｓ点时.图上出现水平线段.这表示载荷虽然不增加.变形却继续增大.这种现象叫做屈服现象.此时若继续加大载荷.试样将发生明显变形伸长.当载荷增至Ｆｂ点时.试样最弱的某一部分截面开始急剧缩小.出现缩颈现象.由于试样截面缩小.载荷逐渐降低.当到达

5、ｋ点时.试样便在缩颈处拉断.上一页下一页返回第二节　材料的力学性能指标１?弹性极限弹性极限(弹性强度)是材料所能承受的、不产生永久变形的最大应力.用符号σｅ(ＭＰａ)表示.２.屈服点(屈服强度)屈服点是材料开始产生明显塑性变形(即屈服)时的应力.用符号σｓ(ＭＰａ)表示.上一页下一页返回第二节　材料的力学性能指标式中　Ｆｓ———试样发生屈服现象时的载荷(Ｎ).Ｓ０———试样原始截面积(ｍｍ２).有些材料(如高碳钢)在拉伸曲线上没有明显的屈服现象.它的屈服点很难测定.在这种情况下.工程技术上把试样产生０.２％残留变形的应力值作为屈服点

6、.又称条件屈服点.用符号σ０.２表示.机械零件在工作中一般不允许发生塑性变形.所以屈服点是衡量材料强度的重要力学性能指标.是设计和选材的主要依据之一.上一页下一页返回第二节　材料的力学性能指标３.强度极限(抗拉强度)强度极限是材料在断裂前所能承受的最大应力.用符号σｂ(ＭＰａ)表示.强度极限反映材料最大均匀变形的抗力.是材料在拉伸条件下所能承受的最大载荷的应力值.它是设计和选材的主要依据.也是衡量材料性能的主要指标.当机械零件工作中承受的应力大于材料的抗拉强度时.零件就会产生断裂.所以σｂ表征材料抵抗断裂的能力.上一页下一页返回第二

7、节　材料的力学性能指标σｂ越大.则材料的破断抗力越大.零件不可能在接近σｂ的应力状态下工作.因为在这样大的应力下.材料已经产生了大量的塑性变形.但从保证零件不产生断裂的安全角度出发.同时考虑测量σｂ最简便.测得的数据比较准确(特别是脆性材料).所以有许多设计中直接用σｂ作为设计依据.但要采用更大的安全系数.４.弹性模量(刚度)弹性模量Ｅ是指材料在弹性状态下的应力与应变的比值.即上一页下一页返回第二节　材料的力学性能指标弹性模量Ｅ表征材料产生单位弹性变形所需要的应力.反映了材料产生弹性变形的难易程度.在工程上称为材料的刚度.弹性模量Ｅ

8、值越大.材料的刚度越大.材料抵抗弹性变形的能力就越大.绝大多数的机械零件都是在弹性状态下进行工作的.对其刚度都有一定的要求.提高零件刚度的办法除改变零件的截面尺寸或结构外.从金属材料性能上考虑.就必须增加其弹性模量Ｅ.弹性模量Ｅ的大小