第四章金属材料的力学性能.pptx
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1、第四章第四章 金属材料的力学性能金属材料的力学性能第一节第一节 强度与塑性强度与塑性第二节第二节 硬度硬度第三节第三节 冲击韧性冲击韧性第四节第四节 疲劳强度和断裂韧性疲劳强度和断裂韧性第五节第五节 金属材料的物理化学性能金属材料的物理化学性能第一节第一节 强度与塑性强度与塑性一、静拉伸试验及试样一、静拉伸试验及试样通常用静拉伸试验来测量金属材料的强度与塑性指标。如将通常用静拉伸试验来测量金属材料的强度与塑性指标。如将被测试金属材料加工成如被测试金属材料加工成如图图4-1所示的圆柱形光滑试样。所示的圆柱形光滑试样。通过拉伸试验可以揭示材料在静载荷作用下的力学行为,即通过拉伸试验可以揭示材料在静
2、载荷作用下的力学行为,即弹性变形、屈服阶段、塑性变形、断裂等基本过程,还可以弹性变形、屈服阶段、塑性变形、断裂等基本过程,还可以确定材料的最基本的力学性能指标。确定材料的最基本的力学性能指标。弹性变形阶段弹性变形阶段(Oe段段)当载荷不超过当载荷不超过Fe时,拉伸曲线时,拉伸曲线Oe为直为直线段,试样变形完全是弹性的,卸载后试样即恢复原状。线段,试样变形完全是弹性的,卸载后试样即恢复原状。屈服阶段屈服阶段(es段段)当载荷超过当载荷超过Fe时,若卸载的话,试样的伸长时,若卸载的话,试样的伸长只能部分地恢复,而保留一部分残余变形。只能部分地恢复,而保留一部分残余变形。下-页 返回第一节第一节 强
3、度与塑性强度与塑性强化阶段强化阶段(sb段段)在屈服以后,如果要使试样继续伸长,必在屈服以后,如果要使试样继续伸长,必须不断加载。随着塑变形增大,试样的抗变形能力也在逐步须不断加载。随着塑变形增大,试样的抗变形能力也在逐步增加,这种现象被称为形变强化或加工硬化。增加,这种现象被称为形变强化或加工硬化。缩颈阶段或局部变形阶段缩颈阶段或局部变形阶段(bk段段)当载荷达到最大值当载荷达到最大值Fb时,时,试样的直径发生局部收缩,称为试样的直径发生局部收缩,称为“缩颈缩颈”。试样变化所需载。试样变化所需载荷也随之降低,这时伸长主要集中于缩颈部位,直至断裂。荷也随之降低,这时伸长主要集中于缩颈部位,直至
4、断裂。二、强度二、强度强度是材料抵抗塑性变形或断裂的能力。强度的大小用应力强度是材料抵抗塑性变形或断裂的能力。强度的大小用应力来表示,即单位面积上材料抵抗变形或断裂的内力来表示,即单位面积上材料抵抗变形或断裂的内力上-页 下-页 返回第一节第一节 强度与塑性强度与塑性此外,还用伸长除以试样原始标距长度的值称为应变此外,还用伸长除以试样原始标距长度的值称为应变按作用力性质不同,强度可分为屈服点按作用力性质不同,强度可分为屈服点(屈服强度屈服强度)、抗拉强、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。在工程上常用屈服度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。在工程上常用屈服强度和抗拉强度来表示金属材料强度
5、的指标。强度和抗拉强度来表示金属材料强度的指标。1.屈服强度屈服强度(屈服点屈服点)在拉伸过程中,出现载荷不增加而试样还继续伸长的现象称在拉伸过程中,出现载荷不增加而试样还继续伸长的现象称为屈服。为屈服。上-页 下-页 返回第一节第一节 强度与塑性强度与塑性大多数工程材料都没有明显的屈服现象,因此通常规定产生大多数工程材料都没有明显的屈服现象,因此通常规定产生0.2%残余伸长所对应的单位面积的载荷残余伸长所对应的单位面积的载荷(Fo.z)作为条件作为条件屈服强度屈服强度 2.抗拉强度抗拉强度(强度极限强度极限)当拉伸试样屈服以后,欲继续变形,必须不断增加载荷。当当拉伸试样屈服以后,欲继续变形,
6、必须不断增加载荷。当载荷达到最大值载荷达到最大值Fn(单位为单位为N)后,试样的某一部位截面开始后,试样的某一部位截面开始急剧缩小,出现了急剧缩小,出现了“缩颈缩颈”,致使载荷下降,直到最后断裂。,致使载荷下降,直到最后断裂。上-页 下-页 返回第一节第一节 强度与塑性强度与塑性零件在工作时承受的单位面积最大载荷不允许超过抗拉强度,零件在工作时承受的单位面积最大载荷不允许超过抗拉强度,否则会发生断裂破坏。否则会发生断裂破坏。三、塑性三、塑性塑性是指断裂前材料产生永久变形的能力,塑性指标有伸长塑性是指断裂前材料产生永久变形的能力,塑性指标有伸长率和断面收缩率,两者均为无单位量纲。率和断面收缩率,
7、两者均为无单位量纲。1.伸长率伸长率如如图图4-3所示,在拉伸试验中,试样拉断后,标距的伸长与所示,在拉伸试验中,试样拉断后,标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。其数值可由下式求出原始标距的百分比称为伸长率。其数值可由下式求出:上-页 下-页 返回第一节第一节 强度与塑性强度与塑性 2.断面收缩率断面收缩率试样拉断后,缩颈处截面积的最大缩减量与原横断面积的百试样拉断后,缩颈处截面积的最大缩减量与原横断面积的百分比称为断面收缩率。其数值可由下式求出分比称为断面收缩率。其数值可由下式求出:上-页 返回第二节第二节 硬度硬度硬度是指材料抵抗另一硬物体压入其内的能力,即受压时抵硬度是指材料抵抗另一
8、硬物体压入其内的能力,即受压时抵抗局部塑性变形的能力。硬度是金属材料的一个重要的力学抗局部塑性变形的能力。硬度是金属材料的一个重要的力学性能指标,不仅可以间接地反映材料的强度硬度试验,还可性能指标,不仅可以间接地反映材料的强度硬度试验,还可以提供耐磨性的度量。以提供耐磨性的度量。一、洛氏硬度一、洛氏硬度1.洛氏硬度测量原理洛氏硬度测量原理洛氏硬度测量是一种压入硬度试验,但它不是测定压痕的面洛氏硬度测量是一种压入硬度试验,但它不是测定压痕的面积,而是测定压痕的深度,以深度的大小表示材料的硬度值。积,而是测定压痕的深度,以深度的大小表示材料的硬度值。2.洛氏硬度种类洛氏硬度种类根据压头的种类和总载
9、荷的大小,洛氏硬度常用的表示方式根据压头的种类和总载荷的大小,洛氏硬度常用的表示方式主要有主要有HRA,HRB,HRC和和HRF四种。四种。下-页 返回第二节第二节 硬度硬度(1)HRA 压头采用压头采用120金刚石圆锥,载荷金刚石圆锥,载荷588.399N,测测量范围量范围HRA70以上,主要测定零件表面硬化层、硬质等材以上,主要测定零件表面硬化层、硬质等材料的硬度料的硬度;(2)HRB 压头采用压头采用1.588mm直径钢球,载荷直径钢球,载荷980.665 N,测量范围测量范围HRB25100,主要测定软钢、铜合金等材料,主要测定软钢、铜合金等材料的硬度。的硬度。(3)HRC 压头采用压
10、头采用120金刚石圆锥,载荷金刚石圆锥,载荷1470.998 N,测量范围,测量范围HRC2067,主要测定调质钢、淬火钢等材料,主要测定调质钢、淬火钢等材料的硬度。的硬度。(4)HRF 压头采用压头采用1.588mm直径钢球,载荷直径钢球,载荷588.399 N,测量范围,测量范围HRF25100,常用来测量镁合金、铝合金等,常用来测量镁合金、铝合金等材料的硬度。材料的硬度。上-页 下-页 返回第二节第二节 硬度硬度3.洛氏硬度的书写方式洛氏硬度的书写方式符号符号HR前面的数值为硬度值,后面为使用的标尺前面的数值为硬度值,后面为使用的标尺4.洛氏硬度的优缺点洛氏硬度的优缺点(1)优点操作简便
11、,压痕小,适用范围广。优点操作简便,压痕小,适用范围广。(2)缺点洛氏硬度测量结果分散度大,需多次测量取平均值。缺点洛氏硬度测量结果分散度大,需多次测量取平均值。二、布氏硬度二、布氏硬度1.布氏硬度测量原理布氏硬度测量原理如如图图4-5,将直径为,将直径为D的球体的球体(钢球或硬质合金球钢球或硬质合金球)在一定载在一定载荷荷F作用下压入试样表面,保持一定时间后卸除载荷,测量其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,以用单位压痕球冠面积上所承受的载荷来表示压痕直径,以用单位压痕球冠面积上所承受的载荷来表示上-页 下-页 返回第二节第二节 硬度硬度 布氏硬度值。布氏硬度值。2.
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