第二章 金属材料力学性能ppt课件.ppt

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1、金属材料概论MetallicMaterialsWelcomeallofyou1第二章金属材料力学性能1.金属材料的拉伸曲线2.金属材料的弹性与塑性3.金属材料的强韧性2第一节材料的拉伸曲线材料的性能是指材料的性质和功能。力学性能物理性能化学性能工艺性能。金属材料的力学性能：金属材料在外加载荷(外力或能量)作用下或载荷与环境因素(温度、介质和加载速率)联合作用下所表现的行为。——介于金属学和材料力学之间的一门学科。3金属材料的力学性能静载时材料的力学性能静拉伸试验（弹性和刚度、强度、塑性）硬度（布氏硬度、洛氏硬度）动载时材料的力学性能冲击韧性疲劳强度高温

2、力学性能（蠕变、其它力学性能）断裂韧性4拉伸试验过程：外力增加，试样伸长。得到P(载荷)－L(伸长)曲线，换算为(应力)－(应变)曲线。材料表现为弹性变形、均匀塑性变形、颈缩、断裂。拉伸试验机5拉伸试验6低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线介绍拉伸实验：ob弹性变形阶段bcd屈服阶段dB强化阶段Bk颈缩阶段k试样断裂三个阶段：弹性变形弹塑性变形断裂7①金属的弹性——材料不发生塑性变形的情况下，所能承受的最大应力。a、比例极限σp：σp=Pp/F0(Pp比例极限对应的载荷，F0试件的原始截面积)应力-应变保持线性关系的极限应力值b、弹性极限σe：σe=Pe

3、/Fo不产生永久变形的最大抗力。工程上，σp、σe视为同一值，通常也用σ0.01①弹性8c.弹性比功ae=1/2σeξe=σe2/2Eae:弹性比功σe：弹性极限ξe:最大弹性应变金属材料吸收弹性变形功的能力，取决于弹性模量和弹性极限，大多采用提高弹性极限的方法来提高弹性比功。9d.刚度—材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。E=σ/ε杨氏弹性模量,应力应变的比值。单位MPaGPa弹性模量E—是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。E愈大，使其产生一定量弹性变形的应力也应愈大。本质：反映了材料内部原子结合力的大小，组织不敏感的物理指标。10②塑性塑性：断裂前

4、可发生永久变形的能力。11说明：①用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。②直径d0相同时，l0，。只有当l0/d0为常数时，塑性值才有可比性。当l0=10d0时，伸长率用表示；当l0=5d0时，伸长率用5表示。显然5>10③>时，无颈缩，为脆性材料表征<时，有颈缩，为塑性材料表征12金属的强度——材料所能承受的极限应力。σ=P/Foa、抗拉强度σb：σb=Pb/Fo材料被拉断前所承受的最大应力值——材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值。b、屈服强度σs：σs=Ps/Foσs代表材料开始明显塑性变形的抗力，是设计和选材的主要依据

5、之一。③强度13c.疲劳强度σ-180%的断裂由疲劳造成疲劳：承受载荷的大小和方向同随时间作周期性变化，交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。疲劳极限：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。14条件疲劳极限：经受107应力循环而不致断裂的最大应力值。陶瓷、高分子材料的疲劳抗力很低，金属材料疲劳强度较高，纤维增强复合材料也有较好的抗疲劳性能。影响因素：循环应力特征、温度；材料成分和组织、夹杂物、表面状态；残余应力等。(了解蠕变P12)c.疲劳强度σ-115是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。指标为冲击韧性

6、值ak(通过冲击实验测得)。韧脆转变温度材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。体心立方金属具有韧脆转变温度，而大多数面心立方金属没有。④韧性16冲击韧性（aKU）试验17TITANIC建造中的Titanic号TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关18Titanic号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果Titanic近代船用钢板19断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。C为断裂应力，aC为临界裂纹半长，单位为应力强

7、度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。c.断裂韧性20⑤硬度材料抵抗表面局部塑性变形的能力。布氏硬度HB压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在450-650以下的材料。21布氏硬度实验示意图返回22符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值,符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。布氏硬度的优点：测量误差小，

8、数据稳定。缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。适于测量退火、正火、调质钢,