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时间:2020-09-22
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1、教学课题:第1章工程材料的主要性能1.材料的使用性能■材料的力学性能■材料的物理化学性能2.材料的工艺性能本章重点内容学习目的通过本章的学习,掌握材料常用的力学性能指标及力学性能指标在选材中的应用1.常用的力学性能指标2.力学性能指标在选材中的意义思考:材料的性能有哪些?材料的性能是由什么决定的?如何衡量这些性能?钢丝、铁丝、铜丝和铝丝四者的性能有那些区别?不同服役条件下应具备哪些性能?材料的性能有哪些?材料的性能包含工艺性能和使用性能。使用性能:是指材料在服役条件下,为保证安全可靠地工作,材料所必须具备的性能。如:力学性能、物理性能、化学性能。工程材料使用性能的好坏,决定了它的使用寿命和
2、应用范围。工艺性能:是指制造工艺过程中材料适应某种成形加工的性能。如:铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性、热处理工艺性。工程材料工艺性能好坏,直接影响零件或构件的制造方法和制造成本。1.1.1材料的力学性能力学性能:是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。外力形式:拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等。载荷形式:静载荷、冲击载荷、交变载荷等。一、低碳钢常温静载拉伸实验标准拉伸试样:长试样L0=10d0短试样L0=5d0应力(σ):单位横截面积的内力1.拉伸曲线分析oe弹性变形阶段csd屈服阶段db强化阶段bk缩颈阶段k试样断裂1.拉伸曲线分析弹性变形阶段①e点以前产生的变形是可以恢复的弹性变形,e
3、点对应了弹性变形阶段的极限值,称为弹性极限,以σe表示(单位为Mpa)。②oe段近似为一直线,直线的斜率代表弹性模量E,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。弹性模量的大小主要取决于金属的本性(晶格类型和原子结构),而与金属的显微组织无关。工程上称为材料的刚度,表示材料弹性变形抗力的大小。1.拉伸曲线分析屈服阶段②图形上出现平台,即载荷无明显增加,试样继续伸长,材料丧失了抵抗变形的能力,这种现象叫屈服。①当应力超过σe时,试样开始出现塑性变形。③σs为屈服阶段的最小应力,称为屈服强度(屈服点)。式中Fs——屈服时的最小载荷(N);S0—
4、—试样原始截面积(mm2)其含义是:当σ>=σs时,认为材料开始产生塑性变形;当σ<σs时,认为材料不产生塑性变形。零件发生塑性变形,意味着零件散失了对尺寸和公差的控制,因此工程中常根据σs确定材料的许用应力。1.拉伸曲线分析屈服阶段④对于铸铁等脆性材料,无明显屈服阶段,可用规定残余伸长应力σ0.2表示。σ0.2表示试样卸除载荷后,其标距部分的残余伸长率达到0.2%时的应力,也称为名义屈服强度。1.拉伸曲线分析强化阶段①在屈服阶段以后,欲使试样继续伸长,必须不断加载。即随着试样塑性变形增大,试样变形抗力也逐渐增加,这种现象称为变形强化(或称加工硬化)。②材料在拉断前所承受的最大应力称为抗拉强
5、度σb。式中Fb——试样断裂前所承受的最大载荷(N);S0——试样原始截面积(mm2)其含义是:当σ>=σb时,材料将会断裂,当σ<σb时,材料不会断裂。1.拉伸曲线分析缩颈阶段当应力达到σb时,试样就在某个薄弱部位形成缩颈。由于试样局部截面的逐渐减小,故应力也逐渐降低,当达到曲线上的k点时,试样发生断裂。2.强度指标强度是指材料在静载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。其中抵抗塑性变形的能力,用屈服强度σs表示,无明显屈服阶段,可用规定残余伸长应力σ0.2表示;抵抗断裂的能力,用抗拉强度σb表示。σs与σb的比值叫做屈强比,屈强比愈小,工程构件的可靠性愈高,屈强比太小,则材料强度的有效利
6、用率太低,一般取值在0.65~0.75。②断面收缩率塑性是指材料断裂前发生最大变形的能力。3.塑性指标①断后伸长率式中L0,L1——分别为试样原始标距和被拉断后的标距(mm)。式中S0,S1——分别为试样原始截面积和断裂后缩颈处的最小截面积(mm2)。③塑性对材料的意义a.提高安全性:塑性好的材料,在受力过大时,首先产生塑性变形而不突然断裂,因此比较安全。b.便于压力加工成型:塑性好的材料可以发生大量塑性变形而不破坏,易于通过塑性变形加工成形状复杂的零件。加工硬化:材料经过加工产生塑性变形后,强度、硬度上升,而韧性、塑性下降的现象。4.加工硬化二、硬度实验材料抵抗另一硬物体压入其内的能力叫硬
7、度,即受压时抵抗局部塑性变形的能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。硬度试验简单易行,又无损于零件,而且可以近似的推算出材料的其他机械性能,因此在生产和科研中应用广泛。硬度试验方法很多,机械工业普遍采用压入法来测定硬度,压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。1.布氏硬度实验过程一定直径的球体(钢球或硬质合金球)在一定载荷作用下压入试样表面,保持一定时间后卸除载荷,测量其压痕直径,计算硬度值。
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