金属材料的主要性能(I)

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1、《工程材料及成型技术》第1章工程材料的主要性能机械学院材料成型系第一章工程材料的主要性能使用性能力学性能（强度，塑性，韧性等）是最受关注的性能。其它性能（如耐蚀性，导电性，导热性等）工艺性能铸造性能，锻压性能，机加工性能，焊接性能等第一节材料的力学性能力学性能:在外力(载荷)作用下所表现出来的特性。材料抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能力。常见的力学性能有：强度、硬度、塑性、韧性等通过力学性能实验来测出。影响力学性能的因素：内在因素：化学成分组织结构冶金质量残余应力表面和内部缺陷等外在因素：载荷性质（静载荷、冲击载荷、交变载荷）应力状态（拉

2、、压、弯曲、扭转、剪切、接触应力及各种复合应力）温度：高温力学性能（蠕变）环境介质：腐蚀介质（应力腐蚀）、氢脆一、强度强度：材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。（一）静载时的强度1、拉伸试验（GB/T228-2002：金属材料室温拉伸试验）静载：加载速度小于10MPa/s试样（标准）：圆形试样L0=5d0或L0=10d0oa：弹性变形外力去除后能恢复原状的变形。ak：弹-塑性变形阶段塑性变形：外力去除后不能恢复原状的变形。bcd点平台：屈服外力不增加或是上下波动而试样继续产生塑性变形而伸长的现象。d到b点：均匀塑性变形阶段B点后：

3、缩颈现象变形集中在试样某段k点：断裂2、拉伸时的强度指标1）规定非比例延伸强度Rp2）弹性模量E在弹性范围内，应力应变的比值。材料在受力时抵抗产生弹性变形的能力称为刚度。钢铁：200GPa铝合金：70GPa镁合金：40GPa3）屈服强度ReH上屈服强度0εpReL下屈服强度规定残余延伸强度（Rr0.2）没有明显的屈服现象，产生0.2%残余伸长所对应的应力4)抗拉强度Rm试样能承受的最大载荷除以试样原始截面积所得的应力.表征了材料对最大均匀变形的抗力。屈强比=Re/Rm小,构件可靠,但材料利用率低0εt延伸率5)断裂强度RK（二）变动载荷时

4、的强度1.疲劳概念在交变载荷作用下经过较长时间后发生断裂，这种现象称为疲劳。2.疲劳强度疲劳强度指的是材料经受无限多次循环而不断裂的最大应力，记为σr。应力比r=σMin/σMax在对称应力循环条件下材料的疲劳极限σ-1工程上常规定循环周次N=107、108次时对应的应力作为条件疲劳极限。（三）高温强度高温瞬时强度、高温持久强度和高温蠕变强度。高温蠕变：在高温载荷长期作用下，随时间的延长缓慢地产生塑性变形现象。蠕变强度：在规定实验温度（如500℃）和持续时间（如10000h）内，试样所产生的蠕变量不超过规定值（如1%）时的最大应力。500

5、5500MPa1/105005500MPa110持久强度：在规定实验温度下达到规定的持续时间而不发生断裂的最大应力值。5005500MPa10（四）抗弯强度对应于弯曲断裂载荷F，此时的强度即为抗弯强度。二、塑性断裂前材料发生塑性变形的能力叫塑性指标：断后伸长率（A）和断面收缩率（Z）A=[(lU-l0)/L0]×100%Z=[(S0-SU)/S0]×100%S0--试样原始截面积l0--试样原始标距长度；lU--试样断裂后标距的长度SU--试样断裂处截面积三、硬度硬度是材料抵抗硬物压入其表面的能力。即材料抵抗局部变形的能力

6、。通常采用静载压入法试验常用的硬度指标如下:布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度（一）布氏硬度物理意义：压痕表面上单位面积所承受的压力布氏硬度值是载荷F除以压痕(球冠)的面积S用HB表示HB=F/S=2F/πD[D-(D2-d2)1/2]（kgf/mm2）HBS：HB<450HBW：450~650表示方法：170HBS10/3000/30硬度值/硬度代号/球径D（mm）/试验力F（kgf）/试验力持续时间（s）时间10~15s时不写如：500HBW5/750特点：反映较大范围的性能。数据稳定。测试麻烦。不能在成品上进行。（二）洛氏硬度用压痕深度表

7、征（每0.002mm的深度为一个单位）初始实验力F0-h0主实验力F1-h1去除实验力F1-h弹性变形：h1-hHR=（k-h）/0.002压头：小淬火钢球金钢石圆锥（120°）压头和载荷不同又分为多种：HRC、HRB、HRA。。。表示方法：如50HRC、60HRC优点：操作迅速、简便，可由表盘上直接读出硬度值；缺点：精度较差，硬度值波动较大。不同标尺不能比较。(三)维氏硬度物理意义：压痕表面上单位面积所承受的压力压头是136°金刚石四棱锥体表示方法(与HB相似)645HV30/20优点:精度高,不要更换压头,也没有标尺不统一的问题缺点:

8、效率低四、冲击韧性冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。用冲击韧性来评定材料抵抗冲击的能力。测定材料的冲击韧性一般是在一次摆锤冲击试验机上进行Ak=G（H-h）（J）冲击韧度：ak=Ak/SS：缺