工程材料 第1章-金属材料的力学性能.ppt

Chapter 金属工艺学 绪 论 一、材料和材料科学 二、材料的分类 三、工程材料的应用和发展 四、材料的成形简介 一、材料和材料科学 1、材料 哥伦比亚号航天飞机 材料是指人类用以制造各种有用器件的物质。 材料是人类生产和生活所必须的物质基础。 手锤 锉刀 “神舟”四号飞船成功返回 国产涡喷-7涡轮喷气发动机 石器 铁器 象形尊(西周) 石器时代 青铜器时代 铁器时代 材料是人类进化的里程碑。由于材料的重要性，历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。 材料的发展水平和利用程度已成为人类文明进步的标志。 材料的发展与人类社会简图 龙芯 联想计算机 没有半导体材料的工业化生产，就不可能有目前的计算机技术。 没有高温高强度的结构材料，就不可能有今天的航空工业和宇航工业。 飞机发动机叶片 波音客机 在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片 没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯。 二十世纪七十年代，人们把材料与能源和信息并列，称作现代文明的三大支柱之一。 二、工程材料的分类 工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主要要求力学性能的结构材料。 按组成与结合键分： 1、金属材料 2、高分子材料 3、陶瓷材料 4、复合材料 金属材料 以金属键结合为主 良好的导电性、导热性、延展性和金属光泽 用量最大、应用最广泛 黑色金属 有色金属—轻金属,重金属,贵金属,稀有金属 铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料，其世界年产量已达10亿吨，在机械产品中的用量已占整个用材的60%以上。 带材 异形材 板材 管材 金属材料制品 第一章 金属材料的力学性能 机械零件或其他结构件在使用过程中会受到各种外力的作用。金属材料在外力作用下所表现出来的性能称为力学性能，它是保证零件和构件正常工作应具备的主要性能。金属材料的力学性能主要包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。 神舟一号飞船 1.金属材料承受的载荷 金属材料在加工和使用过程中所受到的外力称为载荷。按外力的作用性质，载荷常分为如下三种。 (1)静载荷 大小不变或变化很慢的载荷。 (2)冲击载荷 在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。 (3)交变载荷 大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。 2.内力与内应力 材料受外力作用时，为保持自身形状尺寸不变，在材料内部作用着与外力相对抗的力，称为内力。内力的大小与外力相等，方向则与外力相反，并与外力保持平衡。单位面积上的内力称为应力。金属材料受拉伸载荷或压缩载荷时，其横截面积上的应力可按下式计算: 式中，σ—应力，单位MPa ; F—外力，单位N; S—横截面积，单位mm2。 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。 五万吨水压机 强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 屈服强度?s：材料发生微量塑性变形时的应力值。 抗拉强度?b：材料断裂前所承受的最大应力值。 第一节 强度和塑性 单位是Mpa。 弹性变形阶段 屈服阶段 强化阶段 颈缩阶段 低碳钢的应力-应变曲线 拉伸试样 拉伸试验机 应力? = P/F0 应变? = (l-l0)/l0 塑性：塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 断后伸长率： 断面收缩率： 断裂后 拉伸试样的颈缩现象 第二节 硬度 材料抵抗其他更硬物质压入其表面的能力，是表面局部变形的能力。 1、布氏硬度HB 布氏硬度计 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。 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值, 符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如 120HBS10/1000/30 表 示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。 布氏硬度压痕 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。 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) HB ?b(MPa) 钢 黄铜 球