工程材料与热加工技术第1章材料的力学性能ppt课件.ppt

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1、金属：是指具有特殊光泽而不透明，富有延展性、导热性及导电性的一类结晶物质。金属材料：具有金属特性的材料通称为金属材料。金属材料性能：①使用性能：反映了金属材料使用过程中所表现出来的性能，包括：物理、化学性能和力学性能等；②工艺性能：反映金属材料在制造加工过程中的各种性能，包括：铸造性、锻压性、焊接性及切削加工性等。力学性能：指在力或能的作用下，材料所表现出来的一系列力学特性，反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，其判据有：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。1.1强度与塑性1.1.1

2、拉伸曲线与应力—应变曲线1．拉伸曲线GB228—87规定了拉伸试验的方法和拉伸试验试样的制作标准。在试验时，金属材料制作成一定的尺寸和形状(如图1-1所示)，将拉伸试样装夹在拉伸试验机上，对试样施加拉力，在拉力不断增加的过程中观察试样的变化，直至把试样拉断。图1-1圆形拉伸试样示意图根据拉伸过程中载荷(F)与试样的伸长量(Δl)之间的关系，可以绘制出金属的拉伸曲线。如图1-2所示为低碳钢的拉伸曲线，拉伸过程可分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。具体分析如下：图1-2低碳钢的拉伸曲线Op段：试样的伸长量与

3、载荷呈直线关系，完全符合虎克定律，试样处于弹性变形阶段。pe段：伸长量与载荷不再成正比关系，拉伸曲线不成直线，试样仍处于弹性变形阶段。s段(拉伸曲线中的平台或锯齿)：外力不增加或变化不大，试样仍继续伸长，出现明显的塑性变形，这种现象称为屈服现象。sb段：这个阶段，载荷增加，伸长沿整个试样长度均匀伸长，同时，随着塑性变形不断增加，试样的变形抗力也逐渐增加，这个阶段是材料的强化阶段。b点：载荷达到最大，试样局部面积减小，伸长增加，形成了“缩颈”。bk段：随着缩颈处截面不断减小(非均匀塑性变形阶段)，承载能力不

4、断下降，到k点时试样发生断裂。拉伸曲线中，断裂总伸长为Of，其中塑形变形伸长为Og(试样断后测得的伸长Δlk)，弹性伸长为gf。2．应力—应变曲线(σ-ε曲线)应力：用承受的载荷F除以试样的原始横截面积S0表示，即式中，F为试样所承受的载荷；S0为试样的原始横截面积。应变：用试样的伸长量Δl除以试样的原始标距l0表示，即式中，Δl为试样标距长度的伸长量；l0为试样的原始标距长度。应力—应变曲线的形状与拉伸曲线形状相同，只是坐标数值不同。图1-3所示是低碳钢的应力—应变曲线，即σ-ε曲线。图1-3应力—应变

5、曲线低碳钢压缩时的力学性能铸铁拉(压)时的力学性能1.1.2刚度与强度1．刚度刚度是指材料抵抗弹性变形的能力，刚度的大小一般用弹性模量E表示。弹性模量是指材料在弹性状态下的应力与应变的比值，即式中，σ为试样承受的应力；ε为试样的应变。在应力—应变曲线上，弹性模量就是直线部分的斜率。对于材料而言，弹性模量E越大，其刚度越大。E主要取决于各种金属材料的本性，是一个对组织不敏感的力学性能指标。对钢进行热处理、微量合金化及塑性变形等，其弹性模量变化很小。机械零件大多都是在弹性状态下工作的，零件对刚度都有一定的要求

6、，一般不允许有过量的弹性变形，因为过量的弹性变形会使机器的精度下降。零件的刚度主要由材料的刚度决定，另外还与零件的形状、截面尺寸有关。例如镗床的镗杆，为了保证高的加工精度，要选刚度较大的材料，另外还必须有足够的截面尺寸。表1-1常用材料的弹性模量及比弹性模量2．弹性极限弹性极限σe是材料开始产生塑性变形时所承受的最大应力值。按照GB228—87规定，弹性极限和屈服极限已经取消，两者统称为规定微量塑形伸长的应力。由于其物理意义及工程中仍有应用，这里仍保留。式中，Fe为试样不发生塑性变形的最大载荷；S0为试样

7、的原始横截面积。一些在工作中不允许有微量塑性变形的零件(精密的弹性元件、炮筒等)，在设计和选材时，弹性极限是重要的依据。3．强度强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。工程上常用的强度指标有规定残余伸长应力、屈服点(屈服强度)、抗拉强度等。1)屈服点和屈服强度在图1-3中，屈服点σs是指应力—应变曲线中平台对应的应力值，表示材料开始产生明显塑性变形的最小应力值，即式中，Fs为试样发生屈服现象时的载荷；S0为试样的原始横截面积。对于高碳淬火钢、铸铁等材料，在拉伸试验中没有明显的屈服现象，无法

8、确定其屈服点。国家标准规定，一般以规定残余伸长率为0.2%时对应的应力σr0.2作为材料的屈服强度，通常记作σ0.2，即式中，F0.2为标距发生0.2%残余伸长时的载荷。屈服点σs和屈服强度σ0.2通常是机器零件设计的主要强度指标，也是评定金属材料强度的重要指标之一。我们知道，工程上各种机器零件工作时是不允许发生过量残余变形而失效的，设计的许用应力以σs或σ0.2来确定。2)抗拉强度抗拉强度σb是指材料在断裂前所承受的最大应力