金属材料性能与塑性变形

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1、第二章金属材料的塑性变形与性能1材料的性能是零件设计中选材的依据，也是技术工人在加工维修过程中合理选择材料以及加工方法的重要依据。材料的性能包括：力学性能（强度、塑性、硬度、冲击韧性和断裂韧性等）工艺性能（铸造、锻压、焊接、切削加工和热处理等）2§1.金属材料的损坏与塑性变形1.常见损坏形式a）变形零件在外力作用下形状和尺寸所发生的变化。（包括：弹性变形和塑性变形）b）断裂零件在外力作用下发生开裂或折断的现象。c）磨损因摩擦使得零件形状、尺寸和表面质量发生变化的现象。32.常见塑性变形形式1）轧制（板材、线材、棒材、型材、管材）板材轧制42）挤压（低碳

2、钢、有色金属等型材）53）拉拔（碳钢、有色金属等线材、型材、管材）线材拉拔管材拉拔64）锻压（碳钢、合金钢、特种钢坯料）自由锻模锻75）冷冲压（低碳钢、合金钢板材）8一、塑性变形的基本概念1.载荷（1）定义金属材料在加工及使用过程中所受的外力。（2）类型根据载荷作用性质不同：a）静载荷—没有变化；b）动载荷—瞬间变化；c）交变载荷—不断变化。9根据载荷作用性质不同：a）拉深载荷--拉力b）压缩载荷—压力c）弯曲载荷--弯力d）剪切载荷--剪切力e）扭转载荷--扭转力102.内力（1）定义工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不变形，在材料内部产生的一种

3、与外力相对抗的力。（2）大小内力大小与外力相等。（3）注意内力和外力不同于作用力和反作用力。113.应力（1）定义单位面积上所受到的力。（2）计算公式σ=F/S（MPa/mm2）式中：σ——应力；F——外力；S——横截面面积。12二、金属的变形金属在外力作用下的变形三阶段：弹性变形弹-塑性变形断裂。1.特点弹性变形：金属弹性变形后其组织和性能不发生变化。塑性变形：金属经塑性变形后其组织和性能将发生变化。2.变形原理金属在外力作用下，发生塑性变形是由于晶体内部缺陷—位错运动的结果，宏观表现为外形和尺寸变化。133.影响因素1）晶粒位向的影响由于多晶体中各

4、个晶粒的位向不同，在外力作用下，将产生有利和不利的不均匀的变形，导致内应力的产生。2）晶界的作用晶界阻碍位错运动，使金属的塑性变形阻力增大。3）晶粒大小的影响单位体积内金属晶粒越细小，晶界越多，金属越难进行塑性变形，获得细晶强化。是金属材料获得强韧化的重要手段。14三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化1.冷塑性变形结果外部：晶粒形状发生变化——沿着变形方向被压扁或拉长；内部:晶粒内部位错密度增加，晶格畸变加剧；性能:金属强度和硬度提高，塑性和韧性下降。这种现象——称为“形变强化”或“加工硬化”。152.加工硬化的应用对于不能通过热处理强化的金属是一种重要

5、的强化手段，可提高材料抗突然超载的能力。意义：1）是一种材料强化手段—形变强化；2）有利于塑性变形均匀进行；3）有利于金属构件的工作安全性。163.加工硬化的不利1）影响材料力学性能不利：使得再变形困难；使得金属的切削加工，冲压加工带来困难。解决办法：在冷加工之间进行中间热处理——再结晶退火。2）影响材料物理性能和化学性能不利：电阻增加，导电、导磁性下降；化学活性增大；耐腐蚀性下降。解决办法：去应力退火。17§2.金属的力学性能1.定义：金属材料在承受外力（静、冲击、交变）作用下，没有超过许可变形或不破坏的能力——称作金属的力学性能。2.力学性能指标主

6、要包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度。力学性能指标是选择、使用金属材料的重要依据。18一、强度1）定义金属在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力。2）分类根据载荷作用方式不同：a）抗拉强度——主要的常用强度指标；b）抗压强度；c）抗剪强度；d）抗扭强度；e）抗弯强度。191.拉伸试样形状：根据国家标准（GB/T228——2002）有：圆形、矩形、六方形。202.力-伸长曲线（F~ΔL）表示：拉力与伸长量之间的关系曲线。拉伸过程：弹性变形阶段屈服阶段强化阶段缩颈阶段断裂。断裂形式：韧性断裂——纤维状断口脆性断裂——冰糖块状断口疲劳断裂——贝壳状断

7、口拉伸曲线图213.强度指标（σe；σs；σb）1）弹性极限定义：指在外力作用下由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力。或指完全卸载后不产生永久变形时所能承受的最大应力。公式：式中：Fe—试样不出现任何明显塑性变形时所受的最大载荷，即拉伸曲线中e点所对应的外力（N）；S0—试样原始横截面面积（mm2）。222）屈服强度定义：--指在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小应力。公式：式中：Fs--试样产生明显塑性变形时所受的最小载荷，即拉伸曲线中S点所对应的外力（N）；S0--试样原始横截面面积（mm2）。23对于大多数没有明显的屈服现象的金属材料。定义：条

8、件屈服强度：（σ0.2）规定：产生0.2%残余伸长时的应力作为条件屈服强度。指出：是工程技术中