第1章金属材料的性能.ppt

《金属材料及热处理》 第一章 金属材料的性能 第一章 金属材料的性能 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。　 金属的力学性能 定义 : 金属材料的力学性能是指金属材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。 指标 : 弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、冲击韧性 、断裂韧度和疲劳强度等。 材料的其他性能 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 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：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。 4.应力与应变曲线 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。 (2)抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。 它表示材料抵抗断裂的能力。 是零件设计的重要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。 .比强度 ( specific strength ):  材料的强度值与密度值之比。 五 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？ (一)基本概念 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。 (二)疲劳断口的特点 疲劳源区和疲劳裂纹扩展区的微观形貌 疲劳强度( fatigue strength )试验: (三)疲劳强度 四、影响疲劳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。 总 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。 3 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。 1943年美国T-2油轮发生断裂 练习题一 拉力试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，经拉力试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若最后的标距长度为71mm，颈缩区的最小直径为4.9mm，试求该材料的伸长率和断面收缩率的值？ 解： δ５=[（71-50）/50]x100%=42% A0=3.14x(10/2)2=78.5(mm2) A1=3.14x(4.9/2)2=18.85(mm2) Ψ=[(A0-A1)/A0]x100%=24% 练习题二 某工厂买回一批材料（要求：бs≥230MPa；бb≥410MPa；δ5≥23%；ψ≥50%）．做短试样（ｌ0=5ｄ0；ｄ0=10mm）拉伸试验，结果如下：Fs=19KN，Fb=34.5KN；l1=63.1mm；d1=6.3mm;问买回的材料合格吗？ 解： 根据试验结果计算如下： бs＝Fs／s０＝(19x1000)/(3.14x52 )=242 ＞230MPa бb ＝Fb／ s０＝(34.5x1000)/(3.14x52 )=439.5 ＞410MPa δ5 ＝ [Δl