材料性能及其加工第1章 材料的性能课件.ppt

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1、第1章材料的性能本章知识点先导案例第一节材料的机械性能第二节材料的物理、化学性能第三节材料的加工工艺性能知识扩展先导案例解决本章小结思考题本章知识点1．掌握材料的强度、硬度、塑性、冲击韧度和疲劳强度等机械性能的概念及特点。2．掌握材料的加工工艺性能。3．了解材料的物理和化学特性。返回先导案例请想想该图片的零件材料具有什么性能？为什么？下一页返回先导案例金属材料的性能直接关系到金属制品和金属结构的质量、使用寿命和加工成本，是产品选材和拟定加工工艺方案的重要依据。其性能主要包括以下两个方面。（1）使用性能，即为了保证零件、工程构件或工具等的正常工作，材料所应具备的性能，它包括力学、物理、化学等方面

2、的性能。（2）工艺性能，即反映金属材料在被制成各种零件、构件和工具的过程中，材料适应各种冷、热加工的性能，主要包括铸造、压力加工、焊接、切削加工、热处理等方面的性能。下一页上一页返回先导案例根据载荷性质，零件受力情况可分为静载荷和动载荷两类。静载荷是指逐渐而缓慢的作用在工件上的力，如机床床头箱对床身的压力、钢索的拉力、梁的弯矩、轴的扭矩和剪切力等。动载荷包括冲击载荷和交变载荷等，如空气锤锤杆所受的冲击力。齿轮、曲轴、弹簧等零件所承受力的大小与方向是随时间而变化的载荷等。下一页上一页返回先导案例无论何种固体材料，其内部原子之间都存在相互平衡的原子结合力的相互作用。当工作材料受外力作用时，原来的平

3、衡状态受到破坏，材料中任何一个小单元与其邻近的各小单元之间就诱发了新的力，称为内力。在单位截面上的内力，称为应力，以σ表示。材料在外力作用下引起形状和尺寸改变，称为变形，包括弹性变形（卸载后可恢复原来形状和尺寸）和塑性变形（卸载后不能完全恢复原来形状和尺寸）。上一页返回第一节材料的机械性能一、强度强度是指金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。由于所受载荷的形式不同，金属材料的强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗扭强度、抗剪强度等，各种强度之间有一定的联系。通常多以抗拉强度作为判别金属材料强度高低的指标。金属材料的抗拉强度是用静拉伸力对标准试样在万能材料试验机上进行拉伸试验来测定。

4、下一页返回第一节材料的机械性能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所示为圆形拉抻试样。图中，d0是试样的直径，l0是标距长度。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）。2．力一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。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.下一页上一页返回第一节材料的机械性能由图可见，低碳钢在拉伸过程中，其载荷与变形关系有以

5、下几个阶段。（1）Oe——弹性变形阶段当载荷不超过Fe时，拉伸曲线为直线，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叫弹性变形。下一页上一页返回第一节材料的机械性能（2）es——塑性变形阶段当载荷超过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，这表明在载荷基本不变的情况下，试样却继续变形，这种现象为“屈服”。引起试样屈服的载荷称为屈服载荷。下一页上一页返回第一节材料

6、的机械性能（3）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，产生所谓的“缩颈”现象。由于试样局部截面逐渐缩小，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。Fb为试样断裂时的载荷。下一页上一页返回第一节材料的机械性能（4）在试样产生缩颈以前，由载荷所引起试样的伸长，基本上是在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。下一页上一页返回第一节材料的机

7、械性能3．强度指标强度指标是用应力值来度量的。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。从拉伸曲线可得出，有三个载荷值比较重要：一个是弹性变形范围内的最大载荷Fe；第二个是最小屈服载荷Fs；另一个是最大载荷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。下一页上一页返回第一节材料的机械性能（1）弹性