第一章-金属材料的力学性能.ppt

3.两种基本变形 1．强度 第二节 金属材料的硬度 定义：材料抵抗表面局部变形的能力。特别是塑形变形、压痕或划痕的能力。 压头为一定直径的硬质合金球，符号HBW表示 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 应用：适于测量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度。 材料的?b与HB之间的经验关系： 对于低碳钢: ?b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢：?b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁： ?b(MPa)≈1HB或 ?b(MPa)≈ 0.6(HB-40) 2、洛氏硬度 洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002 根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。 3、维氏硬度 维氏硬度和布氏硬度的测定原理相似 压头是对面夹角为136°的正四棱锥体金刚石，测出压痕的对角线长度，再计算。 维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 维氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的优点。 　　维氏硬度值一般不标单位，在符号HV前写出硬度值。 　　维氏硬度试验因试验力小（常用49.03N）压痕浅，轮廓清晰，数值准确，试验力选择范围大（49.03~980.7N），所以可测量从很软到很硬材料的硬度，维氏硬度值之间能直接进行比较。 　　维氏硬度常用来测试薄片材料、金属镀层及零件表面硬化层的硬度，但试验麻烦，不宜用于成批生产的常规检验。 材料的K值愈大，韧性就愈好；材料的K值愈小，材料的脆性愈大 通常把K值小的材料称为脆性材料 研究表明，材料的K值随试验温度的降低而降低。 加载速度越快，温度越低，表面及冶金质量越差， K的值越低。 TITANIC Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果 思考题 为什么钢制电力传输塔架、铁桥、工程结构件、海上钻井设施等在风雪交加的寒冷天气中容易发生损坏？ 第四节 金属材料的疲劳强度 工程上一些机件工作时受交变应力或循环应力作用，即使工作应力低于材料的Rel ，但经过一定循环周次后仍会发生断裂，这样的断裂现象称之为疲劳。 据统计，约80%的机件失效为疲劳破坏。 试一试 如果没有钳子，让你用手掰断一根直径5mm的铁丝，你如何做？ 随应力的增大，KI不断增大，当KI增大到某一定值时，这可使裂纹前沿的内应力大到足以使材料分离，从而导致裂纹突然扩展，材料快速发生断裂。 这个应力强度因子的临界值，称为材料的断裂韧度，用KIC表示。 断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。 三、力学性能与失效形式的关系 思考题 通过对疲劳断裂的认识，分析一下如何延长零件的使用寿命（或循环次数） 材料性能总结 Titanic 近代船用钢板 一、疲劳现象 循环应力：应力的大小和方向随时间作周期性的变化。 微裂源——扩展区——瞬断区 N0 N 钢： 有色金属： N0— 循环基数 影响疲劳强度的因素:内部缺陷、表面划痕、残留应力等 金属材料在循环应力作用下经受无限多次循环而不断裂的最大应力称为金属材料的疲劳强度，即循环次数值N无穷大时所对应的最大应力值。 二、疲劳强度 有的大型转动零件、高压容器、桥梁等，常在其工件应力远低于屈服强度的情况下突然发生断裂——低应力脆性断裂。 1943年美国T-2油轮发生断裂 北极星导弹 断裂韧度（断裂韧性） 产生这种现象的原因是机件内部存在着微裂纹和其它缺陷以及它们的扩展。 裂纹扩展的基本形式 材料中存在裂纹时，在裂纹尖端就会产生应力集中，从而形成裂纹尖端应力场。 应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。 Y为与裂纹形状、加载方式和试样几何尺寸有关的无量纲系数 ?C为断裂应力，aC为临界裂纹半长 KＩ＞＞ KIC，材料必发生裂纹失稳扩展而脆断。 KＩ＜ KIC，材料中裂纹不扩展或扩展缓慢。 KIC可通过试验来测定，它与材料成分、热处理及加工工艺等有关 力学性能 ?b ?s 强度 塑性 硬度 韧性 疲劳强度 失效形式 断裂 塑性变形 磨损 * * 第一章 金属材料的力学性能 第一节 金属材料的强度与塑性 2、工艺性能—在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能。 1、使用性能—材料在使用过程中所表现的性能 力学性能 物理性能 化学性能 铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能、热处理工艺性能 3、材料的力学性能 指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。 材料的性能 作用在机件上的外力——载荷 F F F = F’ （MPa） 外力 —— 内力——应力 F’ F 静载荷 动载荷 R= F’ /S 1.应