第一章材料的力学性能课件.ppt

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1、材料的力学性能是材料在一定环境因素下承受外加载荷时所表现出的行为，通常表现为变形和断裂。1.1静载力学性能静载荷是指大小不变或变化过程缓慢的载荷：强度、塑性和硬度等。第一章材料的力学性能1.1.1承受静拉伸时的力学性能指标：拉伸实验（GB/T228-2002）：（1）弹性和刚性1）弹性极限(σe)：2）弹性模量（E）：（2）强度：材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。1）屈服强度(σs)：塑性变形发生而外加力不增加的应力点。单位：N/mm2或MPa。条件屈服强度（规定残余延伸强度）：Rr0.22）抗拉强度（σb）：材料在拉伸过程中的最大应力。（3）塑性：材料在外力

2、作用下产生永久变形而不破坏的能力。1）断后伸长率（δ）：断后试样标距与原始标距之比的百分率，即2）断面收缩率（ψ）：断后横截面积的最大缩减量与原始横截面积之比的百分率，即1.1.2硬度要求压痕直径d与压头直径D的比值在0.24~0.6之间。特点：1）压痕面积大，测量误差小，与强度之间有较好的对应关系。2）不宜于成品零件和薄而小的零件，需测量d值。（N/mm2)硬度是指材料在表面的不大体积内抵抗变形或者破断的能力。（1）布氏硬度：GB/T231.1-2002《金属布氏硬度试验》定义：单位压痕面积承受的平均应力乘一常数，即表示方法：硬度值+HBW+球直径(mm)+试验

3、力数字(kgf)+与规定时间（10~15s)不同的时间。例：350HBW5/750；600HBW1/30/20；（2）洛氏硬度：(GB/T230.1-2004《金属洛氏硬度试验)表示方法、试验条件和应用范围：符号压头类型总载荷/N测量范围应用举例HRAHRBHRC120°金刚石圆锥Φ1.588mm淬火钢球120°金刚石圆锥588.4980.7147170~85HRA20~100HRB20~67HRC高硬度表面退火钢、铸铁淬火回火钢特点：1）操作简便迅速，生产效率高；2）压痕小，可对工件直接进行检验；3）可测各种软硬不同和厚薄不同的试样硬度；4）压痕小，代表性差；5

4、）用不同表尺测得的硬度值不能直接进行比较，也不能彼此互换。（3）维氏硬度和显微硬度：(GB/T4340.1-1999《金属维氏硬度试验》)表示方法：硬度值+HV+试验力数字(kgf)+与规定时间（10~15s)不同的时间。例：640HV30/20特点：1）测定范围宽，适合各种软、硬不同的材料；特别适合薄工件或薄表面硬化层的硬度测试；2）硬度值需要测量对角线才能计算或查表得出，效率较低。显微硬度：小载荷维氏硬度试验，试验载荷在1000g以下、压痕对角线长度以μm计，用于材料微区硬度测试。1.2动载力学性能动载荷是指由于运动而产生的作用在构件上的作用力，根据作用性质的

5、不同分为冲击载荷和交变载荷。主要动载力学性能指标有：冲击韧性、疲劳强度。1.2.1冲击韧性冲击韧性是很大的速度作用于构件上的载荷。评定材料承受冲击载荷的能力，需要用材料的韧性指标。材料的韧性是指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的过程。评定材料韧性的指标是冲击韧度和多冲抗力。（1）冲击韧度：（GB/T229-1994）一次摆锤试验：冲击吸收功：AK=G（H1-H2）（单位J）冲击韧度：冲击韧度aK表示单位面积的平均冲击功值，是一个数学平均值，与试样的实际承载情况有一定的距离，故目前多直接用冲击吸收功AK作为材料抵抗冲击作用的力学性能指标。工程意义：反映原始材料

6、的冶金质量和热加工产品的质量。（2）多冲抗力：在落锤式多次冲击试验机上进行。冲击频率为450周次/min和600周次/min，冲击能量（0.1~1.5J）。记录试验过程中冲击功与冲断次数A-N的关系曲线，将试样断裂前的冲击次数作为多冲抗力指标。材料抵抗大能量一次冲击的能力主要取决于其塑性，而抵抗小能量多次冲击的能力主要取决于其强度。1.2.2疲劳强度许多零件在交变载荷下工作。所谓交变载荷是指其大小、方向随时间发生周期循环变化的载荷。零件在交变载荷作用下发生断裂的现象称为疲劳断裂。疲劳断裂属于低应力脆性断裂。机器零件的断裂失效中80%以上属于疲劳断裂。评定材料疲劳抗

7、力的指标是疲劳强度，疲劳强度表示材料经受无限多次循环而不断裂的最大应力，记为Rr。下标r表示应力对称循环系数。对于金属材料用旋转弯曲试验方法测定在对称循环条件下材料的疲劳极限（R-1）。工程上常规定N=108次时对应的应力作为条件疲劳极限。影响疲劳强度的因素：循环应力特性；温度；材料的成分和组织；表面状态；残余应力；钢的疲劳强度约为抗拉强度的40%~50%；有色金属约为25%~50%。改善零件的疲劳强度可以通过合理选材、改善材料的结构形状、减少材料和零件的缺陷、降低材料表面的粗糙度、对零件表面进行强化等。1.3材料的断裂韧度（KⅠC）低应力脆断：低于材料屈服强度时

8、发生的脆性