金属材料与热处理 教学课件 作者 王晓丽 第1章金属材料的性能.ppt

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1、第一章金属材料的性能《Metallographyandheat-treatment》多媒体教学课件课件制作：王晓丽教学目标:１了解材料的主要力学性能指标：屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性等力学性能及其测试原理；２强调各种力学性能指标的生产实际意义；３了解工程材料的物理性能、化学性能及工艺性能。第一章金属材料的性能金属的力学性能金属材料的性能〈使用性能—力学、物理、化学工艺性能—铸造、锻压、焊接、切削加工力学性能：受外力作用下所表现出的性能。不能说：机械性能判据如：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等材

2、料的其他性能物理性能：密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等；化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等；工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理工艺性等。第一节金属材料的力学性能一、拉伸实验与拉伸曲线1.拉伸试样GB6397-86规定《金属拉伸试样》有：圆形、矩形、异型及全截面．常用标准圆截面试样。长试样：L0=10d0;短试样：L0=5d0拉伸试样拉伸试样的颈缩现象拉伸试验机2、拉伸试验op段：比例弹性变形阶段；pe段：非比例弹性变形阶段；平台或锯齿（s段）：屈服阶段；sb段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。b点：

3、形成了“缩颈”。bk段：非均匀变形阶段，承载下降，到k点断裂。断裂总伸长为Of，其中塑形变形Og(试样断后测得的伸长)，弹性伸长gf。ΔlFΔlbΔluΔlFbbkFssogfeFepFp3.拉伸曲线4.应力与应变曲线(1)应力σ：单位面积上试样承受的载荷。这里用试样承受的载荷除以试样的原始横截面积A0表示:F载荷(N)σ=——(Mpa)A0原始横截面积(mm2)(2)应变ε：单位长度的伸长量。这里用试样的伸长量除以试样的原始标距表示:Δl伸长量(mm)ε=——l0原始长度(mm)(3)应力－应变曲线（σ-ε曲线）:形状和拉伸曲线相同，单位

4、不同σbσsσeεσ退火低碳钢低、中回火钢淬火钢及铸铁中碳调质钢5.不同材料的拉伸曲线二、强度和刚度指标1.弹性:金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。弹性变形:随载荷撤除而消失的变形。2.刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。弹性模量：弹性下应力与应变的比值,表示材料抵抗弹性变形的能力。即：E=σ/ε材料的E越大，刚度越大；E对组织不敏感；零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有关。3.强度:材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。种类:抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。(1)屈服

5、点与屈服强度:屈服强度(塑性变形量为0.2%，微量塑性变形)产生明显塑性变形的最低应力值.σs屈服点σs、屈服强度σ0.2是零件设计的主要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。(2)抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。用符号：b表示它表示材料抵抗断裂的能力。σbσsσe注：s、b是设计与选材的重要依据另：e表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所承受的最大拉应力。4零件在交变载荷下的疲劳断裂问题什么是疲劳断裂？疲劳断口由哪几个部分组成？疲劳抗力指标有哪些？在设计中如何使用这些指标？提高零件疲劳寿命的方法有哪些？(1)基本概念

6、交变载荷：载荷大小和方向随时间发生周期变化的载荷。疲劳断裂：零件在交变载荷下经过长时间工作而发生断裂的现象成为疲劳断裂。疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、最后断裂。(2)疲劳断口的特点示意图疲劳源区和疲劳裂纹扩展区的微观形貌一个疲劳源两个疲劳源微裂纹疲劳条纹疲劳裂纹扩展区疲劳源区疲劳强度(fatiguestrength)试验:(3)疲劳强度疲劳极限：材料经过无限次应力循环不发生断裂的最大应力。对应于疲劳曲线上水平部分对应的应力值。钢材的循环次数一般取N=107钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:σ-1=(0.45～0.55)σb影响疲劳

7、抗力的因素及提高疲劳抗力的方法影响疲劳抗力的因素：载荷类型、材料本质、零件表面状态、工作温度、腐蚀介质等。提高疲劳抗力的方法：设计上减小应力集中；强化表面。小结疲劳断裂是零构件常见的一种失效形式，它是一种脆性断裂，危害很大。无裂纹零构件设计中常用的疲劳抗力指标是疲劳极限、过载持久值（和疲劳缺口敏感度）。工作应力s<疲劳极限，构件不发生疲劳断裂。工作应力s>疲劳极限，构件在一定的周次下断裂，该周次称为过载持久值。工作应力越大，过载持久值越低。疲劳断口上可清楚显示疲劳裂纹源、疲劳裂纹扩展区和最后断裂区。所以，根据断口就可判断是否发生疲劳断裂。1

8、943年美国T-2油轮发生断裂是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。(1)断面收缩率:是指试样拉断处横截面积的收缩量ΔA与原始横截面积A0之比。(2)伸长率:是指试样