机械工程材料 教学课件 作者 周超梅 第一章 金属材料的性能.ppt

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1、第1章金属材料的性能第1章金属材料的性能第一节金属材料的使用性能第二节金属材料的工艺性能第一节金属材料的使用性能金属材料的性能包含使用性能和工艺性能。使用性能：是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能。如：力学性能、物理性能、化学性能。工艺性能：是指制造工艺过程中材料适应加工的性能。如：铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性、热处理工艺性。力学性能：是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。指标包括：强度、刚度、硬度、塑性、韧性和疲劳强度等。第一节金属材料的力学性能金属材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂

2、的能力称为强度。强度的大小通常用应力来表示，符号为σ，单位为兆帕（MPa）。金属材料受到外力作用时，为了保持其形状不变，在材料内部产生与外力相对抗的力，这个力称为内力。应力就是单位面积上所承受的内力。一、强度金属材料在使用过程中所受的外力也称为载荷。根据载荷作用性质的不同，载荷分为静载荷、冲击载荷及交变载荷三种。静载荷：是指大小不变或变化过程缓慢的载荷。冲击载荷：是指在短时间内以较高速度作用在零件上的载荷。交变载荷：是指大小和方向随时间作周期性变化的载荷。一、强度根据载荷作用方式的不同，载荷又可分为

3、拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷等。金属受拉伸载荷或压缩载荷作用时，其横截面积上应力按下列公式计算：式中F——外力，单位为N；S——横截面积，单位m2。一、强度一、强度—拉伸试验aE=tgaB(ss下)A(ss上)C(sb)gs(MPa)200400e0.10.2O线弹性阶段屈服阶段强化阶段低碳钢拉伸应力应变曲线颈缩阶段一、强度—拉伸曲线低碳钢的应力-应变曲线1.弹性变形阶段2.屈服阶段3.强化阶段4.缩颈阶段一、强度—衡量指标屈服点：用符号σs表示，计算公式为σs=式中：Fb——试

4、样断裂前所承受的最大拉力，单位为N；So——试样原始横截面积，单位为mm2。抗拉强度:在拉断前试样所能承受的最大应力为该试样的抗拉强度，用符号σb表示，计算公式为。σb=一、强度—衡量指标概念塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久性变形而不断裂的能力。衡量指标伸长率：试样被拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比称为伸长率，用符号δ表示。计算公式为：二、塑性δ=×100%断面收缩率：试样被拉断后，断口处横截面积的减小量与试样原始横截面积之比的百分数，用符号ψ表示。计算公式为：×100%二、塑性ψ=式中

5、S0——试样原始横截面积，单位mm2；S1——试样拉断处断口的横截面积，单位mm2。硬度是指金属材料抵抗局部弹性变形、塑性变形、压痕、划痕或破裂的能力。三、硬度硬度测试方法很多，最常用的硬度测试方法有三种，即布氏硬度测试法、洛氏硬度测试法和维氏硬度测试法。三、硬度—布氏硬度（HB）布氏硬度计布氏硬度测试动画三、硬度—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650以下的材料。布氏硬度压痕三、硬度—

6、布氏硬度（HB）三、硬度—洛氏硬度（HR）根据压头类型和主载荷不同，分为三个标尺，分别为A、B、C。h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。HRA用于测量高硬度材料,如硬质合金、表淬层和渗碳层。HRB用于测量低硬度材料,如有色金属和退火、正火钢等。HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。钢球压头与金刚石压头洛氏硬度压痕三、硬度—洛氏硬度（HR）三、硬度—维氏硬度（HV）维氏硬度维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度压痕小负荷维氏硬度计显微维氏硬度计三、

7、硬度—维氏硬度（HV）冲击韧度是指金属材料抵抗冲击载荷的能力，其指标以冲击韧度αk表示。四、冲击韧度冲击试验机四、冲击韧度冲击试验五、疲劳强度交变应力：大小和方向随时间作周期性变化的应力称为交变应力，用符号“σ”表示。金属疲劳：在交变应力的作用下，在一处或几处产生局部永久性积累损伤经一定循环次数后产生裂纹或突发完全断裂的过程称为金属疲劳。疲劳破坏可分为微观裂纹、宏观裂纹和瞬时断裂三个过程。五、疲劳强度疲劳曲线：疲劳曲线是指交变应力σ与循环次数N的关系曲线，如下图所示。五、疲劳强度常用金属材料的力学性

8、能指标及其含义力学性能性能指标含义符号名称单位强度σbσsσ0.2抗拉强度屈服点规定残余伸长应力MPaMPaMPa试样拉断前所能承受的最大应力拉伸过程中，力不增加（保持恒定）试样仍能继续伸长时的应力规定残余伸长率达0.2%时的应力塑性δψ伸长率断面收缩率标距的伸长与原始标距的百分比缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比硬度HBS(HBW)HRCHRBHRAHV布氏硬度值C标尺洛氏硬度值B标尺洛氏硬度值A标尺洛氏硬度值维氏硬度值球形压痕单位面积上所承受的平均压力用